（廣西師范大學(xué)，廣西桂林 541004）

天然植物色素種類豐富且色彩自然，被廣泛應(yīng)用于紡織印染領(lǐng)域［1］，尤其在合成染料出現(xiàn)前，天然植物色素是主要的染料來源［2］。隨著合成染料的污染問題日益凸顯以及紡織行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，綠色印染在《紡織工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中被放在了重要位置［3］。天然植物色素源于自然，有較好的環(huán)境相容性，其染色紡織品契合了當(dāng)下消費(fèi)者倡導(dǎo)的環(huán)保健康理念，也符合綠色紡織的發(fā)展趨勢［4］。同時，部分植物染料由于特殊的分子結(jié)構(gòu)具有抗氧化、防紫外及抑菌等功效，利用這些染料上染織物還能賦予織物不同的功能性，符合當(dāng)下服裝個性化的設(shè)計理念［5］。近年來，大量植物色素被提取且被應(yīng)用于紡織染整實踐，并且取得了豐碩的成果［6］。

紫甘藍(lán)色素是從紫甘藍(lán)葉中提取的一種天然有色物質(zhì)，主要成分為花青苷屬黃酮多酚類化合物，具有水溶性［7］。該色素因色澤鮮艷、提取方法簡單且價格低廉等優(yōu)點被應(yīng)用在羊毛、蠶絲及棉等織物的染色中，并取得了較好的染色效果［8-10］。李珂等［11］以蒸餾水、乙酸乙酯、丙酮、乙醇及20%的冰醋酸為提取溶劑，分別在室溫下提取紫甘藍(lán)色素，結(jié)果顯示采用浸提法提取紫甘藍(lán)色素，選取70%的乙醇水溶液最為合適?；ㄇ嘬站哂泻軓?qiáng)的抗氧化性，其分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基也有一定的抑菌效果，但是關(guān)于紫甘藍(lán)色素染色織物功能性的研究鮮有報道。本研究以70%的乙醇溶液為提取溶劑，采用超聲輔助提取紫甘藍(lán)色素后應(yīng)用于羊毛織物的染色和功能整理。

1 實驗

1.1 原料及儀器

原料：羊毛（38 tex×38 tex×279根/10 cm×236根/10 cm），紫甘藍(lán)（市售），二氯化錫、明礬［KAl(SO4)2·12H2O］、單寧酸（分析純，湖北鑫潤德化工有限公司），金黃色葡萄球菌、大腸桿菌（廣西師范大學(xué)藥用資源化學(xué)與藥物分子工程國家重點實驗室），無水乙醇、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（分析純，上海麥克林生化科技有限公司）。

儀器：Alpha1502 型紫外-可見分光光度計（上海譜元儀器有限公司），BOS-1020 型溫控超聲波清洗機(jī)（杭州寶珀超聲波科技有限公司），SW-24A 型耐洗色牢度試驗機(jī)（常州市第一紡織設(shè)備有限公司），Y571B型耐摩擦色牢度儀（南通宏大實驗儀器有限公司），YG611-III 型日曬氣候色牢度儀（常州市中纖檢測儀器設(shè)備有限公司），Color-Eye 7000A 型電腦測配色系統(tǒng)（美國X-Rite 公司），UV-2000F 紫外線透射率分析儀（美國Labsphere Inc.公司）。

1.2 色素提取

稱取經(jīng)清洗干燥后的紫甘藍(lán)20 g，剪碎后粉化分散到乙醇溶液中超聲輔助提取色素。以料液比、超聲功率、提取溫度和提取時間為影響因子，最大吸收波長（550 nm）處的吸光度為指標(biāo)，設(shè)計L9（34）正交實驗探討紫甘藍(lán)色素超聲輔助提取優(yōu)化工藝。

1.3 染色工藝

直接染色：配制紫甘藍(lán)色素染液，將羊毛織物按照浴比1∶40浸入其中，調(diào)節(jié)pH，30 ℃入染，以2 ℃/min升溫至一定溫度后續(xù)染一定時間，清洗、晾干、密封。

預(yù)媒染色：裁剪3 塊尺寸相同的羊毛織物，分別浸漬到3.0%(omf)的二氯化錫、明礬和單寧酸溶液中，一定時間后取出，清洗多余的媒染劑后干燥，按照直接染色工藝染色，清洗、晾干、密封。

1.4 測試

顏色特征值（L*、a*、b*和c*）以及表觀顏色深度（K/S值）：由測配色系統(tǒng)進(jìn)行測定。

色牢度：耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取?、耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取?、耐人造光色牢度按照GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)腿嗽旃馍味入　愤M(jìn)行測試。

抗菌性能：按照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價》進(jìn)行測試，抑菌率按下式計算：

式中，A為羊毛織物的細(xì)菌數(shù)；B為染色后羊毛織物的細(xì)菌數(shù)。

防紫外性能：參照GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》進(jìn)行測試，指標(biāo)為紫外平均透過率和防護(hù)指數(shù)UPF 值。

抗氧化性能：參照文獻(xiàn)［12］測試，即將羊毛織物置于DPPH 醇溶液（0.15 mmol/L）中避光反應(yīng)30 min，取出晾干后在550 nm 波長處測試吸光度，DPPH 自由基清除效率按下式計算：

式中，A0為空白的吸光度；A為樣品的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫甘藍(lán)色素提取工藝優(yōu)化

色素提取的正交實驗表見表1。

表1 色素提取的正交實驗表

由表1 可以看出，紫甘藍(lán)色素超聲輔助提取的影響因子顯著性順序是A、B、D、C，即料液比影響最大，超聲功率和提取時間次之，提取溫度最小，優(yōu)化提取工藝是A1B2C2D1。這說明以70%的乙醇溶液為提取溶劑時，優(yōu)化提取工藝為料液比1∶4，超聲功率150 W，40 ℃超聲30 min。

(3)細(xì)化社會分工。融資租賃中，所有權(quán)與使用權(quán)是分離的，在社會分工中其作用也不容小覷。從生產(chǎn)、加工到消費(fèi)這一系列過程中，將銷售流通業(yè)和租賃業(yè)分隔開，而這一過程，延長了社會分工鏈條長度。通過融資租賃，使企業(yè)分工更加細(xì)化，所有權(quán)與使用權(quán)的分離，使各類社會資源得到了更好地應(yīng)用，實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展目標(biāo)。

2.2 直接染色工藝優(yōu)化

2.2.1 色素用量

由圖1 可知，染色羊毛織物的K/S值與染液中色素提取液用量呈正相關(guān)，但增加幅度逐漸減小。因為當(dāng)染液pH 為4 時，羊毛纖維顯示正電性［13］，這時紫甘藍(lán)色素與羊毛纖維之間主要依靠庫侖力相互吸引，作用力大小受兩者距離的影響。紫甘藍(lán)色素提取液用量增大可以提高色素與羊毛纖維結(jié)合的概率，但是紫甘藍(lán)色素在羊毛纖維表面被大量吸附后，羊毛纖維對染液中剩余色素的吸附作用明顯減弱；同時羊毛纖維上已吸附的色素和染液中剩余色素之間的排斥力也會阻止其進(jìn)一步上染織物，所以紫甘藍(lán)色素提取液用量超過16 g/L 時，染色羊毛織物的K/S值并未出現(xiàn)明顯增大。綜合考慮，紫甘藍(lán)色素提取液用量設(shè)置為16 g/L 較合適。

圖1 色素用量對K/S 值的影響

2.2.2 pH

由圖2 可知，隨著染色體系pH 的增加，染色羊毛織物的K/S值先增大后減小，且在pH 為4時達(dá)到最大值4.02。因為羊毛纖維的等電點在pH 為4.2～4.8［11］，當(dāng)染色體系的pH 小于4.02 時，羊毛纖維表面在酸性染液中呈現(xiàn)正電性，這時羊毛纖維和紫甘藍(lán)色素分子之間主要依賴庫侖力和范德華力相互吸附。但是當(dāng)染色體系pH 越低時，羊毛纖維與紫甘藍(lán)色素之間不會發(fā)生超當(dāng)量吸附，并且染色羊毛織物的K/S值還存在小幅減小。這可能是因為紫甘藍(lán)色素分子在強(qiáng)酸環(huán)境下負(fù)電性減弱，與羊毛纖維之間的庫侖力相應(yīng)減小，吸附量下降。同時，紫甘藍(lán)色素分子在強(qiáng)酸環(huán)境下也可能發(fā)生降解，致使色素濃度下降，羊毛纖維表面色素吸附量下降，最終導(dǎo)致染色羊毛織物的K/S值降低。當(dāng)染色體系的pH 大于羊毛纖維的等電點時，羊毛纖維因表面呈負(fù)電性與紫甘藍(lán)色素分子相互排斥，K/S值下降明顯。

圖2 pH 對K/S 值的影響

2.2.3 染色溫度

由圖3 可以看出，染色羊毛織物的K/S值隨著染色溫度的升高先增大后減小。因為紫甘藍(lán)色素上染羊毛織物具有可逆性，染色溫度在一定范圍內(nèi)升高可有效提高反應(yīng)活性，增加反應(yīng)速率。同時，在pH 為4 時加熱也可以促使羊毛纖維發(fā)生溶脹，有利于色素進(jìn)一步擴(kuò)散到羊毛纖維內(nèi)部；加熱還會對羊毛纖維的鱗片層產(chǎn)生影響，尤其當(dāng)溫度超過60 ℃時，羊毛的二硫鍵開始打開，便于染料擴(kuò)散，染色羊毛織物的K/S值增大。但是染色溫度過高會導(dǎo)致紫甘藍(lán)色素發(fā)生降解，染色羊毛織物的K/S值降低。綜合考慮，染色溫度選擇70 ℃較合理。

圖3 染色溫度對K/S 值的影響

2.2.4 染色時間

染色時間對K/S值的影響見圖4。

圖4 染色時間對K/S 值的影響

由圖4 可知，染色羊毛織物的K/S值隨著染色時間的延長先增大后減小。因為合理延長染色時間有助于色素的進(jìn)一步上染。但在pH 為4 且染色溫度為70 ℃的條件下，染色時間過長，紫甘藍(lán)色素和羊毛纖維的性能都會受到影響，導(dǎo)致K/S值下降。所以，染色時間選擇75 min較合理。

2.3 染色效果

由表2 可以看出，羊毛織物經(jīng)紫甘藍(lán)色素直接染色后K/S值為4.02，耐皂洗、耐摩擦和耐曬色牢度達(dá)不到要求，這說明紫甘藍(lán)色素直接上染羊毛織物后染色牢度相對較差。羊毛織物采用預(yù)媒染色后，K/S值和色牢度均有不同程度的提高，因為媒染劑可與紫甘藍(lán)色素、羊毛纖維上的官能團(tuán)結(jié)合，進(jìn)一步形成絡(luò)合物，使紫甘藍(lán)色素固著在羊毛面料上。同時，氯化亞錫、明礬和單寧酸因性質(zhì)不同，作為媒染劑所產(chǎn)生的染色效果也不同。其中，明礬作為媒染劑時，羊毛織物預(yù)媒染色的K/S值高達(dá)6.36，色牢度提升明顯，綜合染色效果較好。

表2 紫甘藍(lán)色素對羊毛織物的染色效果

2.4 功能性分析

紫甘藍(lán)色素屬于類黃酮多酚類化合物，分子中的酚羥基和芳烴基等不僅可以起到抑菌和抗氧化效果，還能吸收紫外線［11］。由表3 可以看出，羊毛織物原樣對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為26.2%和19.7%，遠(yuǎn)低于抗菌紡織品標(biāo)準(zhǔn)的最低標(biāo)準(zhǔn)（大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率都為70%）。羊毛織物原樣的DPPH 自由基清除率為22.14%，UVA、UVB 平均透過率和UPF 值分別為24.15%、20.09%和21.54，說明羊毛織物原樣也不具備抗氧化性和防紫外性能。紫甘藍(lán)色素直接上染羊毛織物后，抑菌、抗氧化及防紫外性能都有不同程度的提高，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別增大至78.3%和72.5%，DPPH自由基清除率、UVA和UVB平均透過率、UPF值分別增大至45.24%、7.48%、4.81%和41.25。因為紫甘藍(lán)色素分子中的酚羥基可有效破壞金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，造成細(xì)菌細(xì)胞代謝發(fā)生異常直至失去活性。黃酮最重要的生理活性功能就是清除自由基，所以羊毛織物染色因紫甘藍(lán)色素上染效果的提升而顯示出更高的抗氧化性，尤其是經(jīng)明礬處理后染色羊毛織物的自由基清除率高達(dá)83.12%。紫甘藍(lán)色素分子中存在對紫外線具有較強(qiáng)吸收的酚羥基和芳烴基，因此染色羊毛織物也表現(xiàn)出一定的防紫外效果。羊毛織物經(jīng)氯化亞錫、明礬和單寧酸處理后再經(jīng)紫甘藍(lán)色素染色，由于色素上染率的增大顯示出更好的抑菌、抗氧化及防紫外效果。尤其是羊毛織物經(jīng)單寧酸處理后再經(jīng)紫甘藍(lán)色素染色，織物的抗菌性和抗氧化性相對最好（對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率高達(dá)92.6%和90.5%，DPPH 自由基清除率84.26%），這得益于單寧酸本身具有一定的抑菌和抗氧化效果，同時單寧酸也是一種天然媒染劑，更符合綠色環(huán)保要求。

表3 染色羊毛織物的抑菌、抗氧化和防紫外效果

3 結(jié)論

（1）以70%的乙醇溶液為提取溶劑，在超聲功率150 W、料液比1∶4、40 ℃超聲30 min 的條件下，紫甘藍(lán)色素的提取效果較好。

（2）紫甘藍(lán)色素直接上染羊毛織物，在染液用量16 g/L，pH 4，染色溫度70 ℃，染色時間75 min 時，染色K/S值較高，但是染色牢度較差。以氯化亞錫、明礬和單寧酸作為媒染劑，羊毛織物采用預(yù)媒染色，染色、抑菌、抗氧化及防紫外效果都得到了明顯提升，尤其經(jīng)單寧酸處理后再經(jīng)紫甘藍(lán)色素染色，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率高達(dá)92.6%和90.5%，DPPH 自由基清除率84.26%，顯示出較好的功能性。