劉倩倩,田悅,邱振豪，李建紅,王梅珍,侯秀良

(1.江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；2.廣東省東莞市德絨羊絨制品有限公司，廣東 東莞 523770；3.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315000)

目前全球花生產(chǎn)量為4 229萬t[1]，花生衣作為副產(chǎn)物，每年在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生74萬t，通常被視為廢棄物[2]。花生衣主要成分是纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)、灰分和單寧及多種色素[3-5 ]，具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、抑制腫瘤及止血消腫之功效[6-7]?；ㄉ律厥菑幕ㄉ轮刑崛〉奶烊恢珓饕煞譃轭慄S酮物質(zhì)[8]，對熱、光、金屬離子穩(wěn)定，耐氧化、耐酸堿，染色性能好[9]，但其應(yīng)用于染色麻織物的報道還未曾見到。本文采用60%乙醇提取花生衣色素，通過直接染色法和媒染法對亞麻織物染色，并對染色條件及染色性能進(jìn)行研究，得到了較佳的染色效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

花生衣，購自江蘇南京養(yǎng)慶堂；無水乙醇、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀、氫氧化鈉、無水檸檬酸均為分析純；紡織品耐皂洗標(biāo)準(zhǔn)皂片，購自中國紡織科學(xué)研究院；純亞麻平紋織物(經(jīng)、緯紗線密度28 tex×2，經(jīng)密205根/10 cm，緯密228根/10 cm)。

EL602型電子天平；103B高速中藥粉碎機(jī)；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋；Avanti J-E離心機(jī)；EL20型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)；GZX-9140 MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱；Color-eye 7000A電腦測配色儀；SW-12AⅡ型耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)；Y(B)571Ⅱ耐摩擦牢度儀；ATLAS-150S型日曬牢度儀；Nikon Ti-S熒光倒置顯微鏡；IR DYER瑞比紅外線染色機(jī)；YG020型電子強(qiáng)力機(jī)；YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀。

1.2 花生衣染料的提取

將花生衣在破壁機(jī)中粉碎成粉末狀，稱取花生衣粉末放入燒杯中，按料液比1∶30(質(zhì)量比)加入60%乙醇溶液，在40 ℃恒溫水浴鍋中攪拌加熱提取60 min。進(jìn)行離心，用中速定量濾紙抽濾，取上清液，加熱濃縮，冷卻后得到花生衣提取液。

1.3 花生衣染料對亞麻織物的染色

采用直接染色和預(yù)媒染法(鐵預(yù)媒染和鋁預(yù)媒染)對亞麻織物進(jìn)行染色。直接染色pH=7，鐵預(yù)媒染pH=10，鋁預(yù)媒染pH=5。

1.3.1 直接染色法 亞麻織物1.88 g，浴比為1∶20， 染色時間為50 min，染色溫度80～120 ℃，染料用量2%～14%owf，染色后水洗、晾干。

1.3.2 預(yù)媒染色法 亞麻織物1.88 g，以3%owf硫酸亞鐵和6%owf硫酸鋁鉀為媒染劑對織物進(jìn)行預(yù)媒染處理(80 ℃×30 min)，再將處理后的亞麻織物按直接染色方法進(jìn)行染色。

1.4 染色亞麻織物表征

1.4.1 顏色特征值 將染色后的試樣置于標(biāo)準(zhǔn)條件[溫度(21±1) ℃，濕度(65±2)%]下平衡24 h后，采用Color Eye 7000A電腦測配色儀(光源D65，標(biāo)準(zhǔn)觀察者為10°視角。包含鏡面反射與紫外區(qū)域)測定染色棉織物L(fēng)、a、b值及K/S值。測孔直徑選擇17 mm，樣品折疊4次,并隨機(jī)改變測量點(diǎn),測量每個織物4次。結(jié)果取平均值。

1.4.2 色牢度 參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921—2008《紡織品色牢度實(shí)驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y試。參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3920—2008《紡織品色牢度實(shí)驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y試。參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8427—2019《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味?氙弧》測試。

1.4.3 抗紫外性能 根據(jù)澳大利亞/新西蘭標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 4399:1996《日光防護(hù)服評定和分級標(biāo)準(zhǔn)》測試花生衣染料染色后亞麻織物的紫外防護(hù)性能。每個樣品分別測試4次，取平均值。

1.4.4 熒光性能 采用倒置熒光顯微鏡直接觀察經(jīng)花生衣染料染色后亞麻織物的熒光性能，在顯微鏡暗場下用FITC(綠色)熒光激發(fā)塊汞燈激發(fā)，觀察曝光時間為120 ms，氙燈作為激發(fā)光源，狹縫寬度為5 nm。

1.4.5 染色織物中紗線強(qiáng)力測定 從不同溫度染色織物上各取20根紗線進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試條件為：夾持距離50 mm，拉伸速度50 mm/min，實(shí)驗(yàn)溫度為21 ℃，相對濕度為65%。

2 結(jié)果與討論

2.1 染色溫度對亞麻織物顏色特征值的影響

在染色溫度為80～120 ℃，染色時間為50 min，染料用量為6%owf，浴比為1∶20，pH=7(直接染色)pH=10(鐵預(yù)媒染)pH=5(鋁預(yù)媒染)條件下，花生衣染料染色亞麻織物特征值見表1。

表1 不同溫度染色亞麻織物的顏色特征值(λ=400 nm)Table 1 Color characteristic values of linen fabrics dyed at different temperatures(λ=400 nm)

由表1可知，直接染色和Al3+預(yù)媒染，染色溫度從80 ℃上升到120 ℃，染色深度隨之增加，120 ℃ 時K/S值均達(dá)到最大值；Fe2+預(yù)媒染，染色溫度從80 ℃上升到100 ℃，K/S值變化不大，110 ℃ 時達(dá)到最大，色深達(dá)到飽和,再升高溫度K/S稍有降低，可能是因?yàn)槔^續(xù)升高溫度,Fe2+媒染劑、纖維和染料之間形成的配位鍵被破壞，織物顏色變淺。溫度對染色亞麻織物L(fēng)、a、b值的影響如Al3+預(yù)媒染隨溫度的升高，L值逐漸降低，亮度減弱，a、b值隨溫度的增加而增加，色光變紅黃。

不同染色方法下升高溫度對K/S值的影響，見圖1。

在相同溫度下Fe2+預(yù)媒染得到的K/S值明顯較大，說明其顯色效果佳。Fe2+預(yù)媒染K/S在110 ℃ 時快速增加，Al3+預(yù)媒染和直接染色溫度在80～90 ℃時K/S值增長速率緩慢，繼續(xù)升高溫度K/S值快速增加。3種方法在所選范圍內(nèi)升高染色溫度都提高花生衣染料上染率，這是由于溫度升高，纖維中空隙增加，染料分子染色動能增大，更容易擴(kuò)散到纖維內(nèi)部。根據(jù)文獻(xiàn)[10-11]花生衣染料中含有43%的原花色素，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二、三聚體的相對分子量為576～866，更高聚體的相對分子質(zhì)量可達(dá)上千。高于傳統(tǒng)合成染料，在亞麻織物常用染色溫度80～90 ℃的低溫條件下難以上染，而在高溫條件下，亞麻纖維結(jié)構(gòu)打開，更加有利于花生衣染料分子進(jìn)入纖維中，從而提高染色深度。表2為高溫染色后亞麻織物中紗線力學(xué)性能的變化。

表2 高溫染色對亞麻織物中紗線力學(xué)性能的影響Table 2 The effect of high temperature dyeing on the mechanical properties of yarn in linen fabric

亞麻織物經(jīng)過120 ℃染色條件，強(qiáng)度稍有下降，斷裂伸長較原樣有明顯增加。

結(jié)合染色深度，最佳染色溫度確定為：直接染色和Al3+預(yù)媒染染色溫度為120 ℃；Fe2+預(yù)媒染染色溫度為110 ℃。

2.2 染料用量對亞麻織物顏色特征值的影響

在染色溫度為120 ℃(直接染色和鋁預(yù)媒染)110 ℃(鐵預(yù)媒染)，染色時間為50 min，染料用量為2%～14%owf，浴比為1∶20，pH=7(直接染色)pH=10(鐵預(yù)媒染)pH=5(鋁預(yù)媒染)條件下，花生衣染料染色亞麻織物特征值見表3。

表3 不同染料用量染色亞麻織物的顏色特征值(λ=400 nm)Table 3 Color characteristic values of linen fabrics dyed with different amounts of dyes(λ=400 nm)

由表3可知，直接染色，a、b值增加色光變紅黃；Fe2+預(yù)媒染，a逐漸增加變紅，b降低變藍(lán)；Al3+預(yù)媒染，a、b逐漸增加色光變紅黃。見圖2，隨著染料用量的增加不同染色方法下染色的亞麻織物K/S值都逐漸增大，L值亮度逐漸降低。對比3種染色方法可得，在相同染料用量下，F(xiàn)e2+預(yù)媒染得色最深，在6%染料用量之前K/S值快速增加，之后增加速率減緩，14%染料用量時基本達(dá)到飽和。直接染色和Al3+預(yù)媒染K/S增長速率呈階段性變化，在14%染料用量時，Al3+預(yù)媒染K/S值仍有較快增長，而直接染色趨近平衡。麻織物表面呈負(fù)電，導(dǎo)致天然染料上染率低，天然染料直接染色以分子間作用力的形式附著在織物上，結(jié)合力較弱，媒染劑的使用增加纖維-金屬離子-染料這種配位鍵的形式，提高了上染率。增加花生衣染料用量，使染料更好的上染纖維的表面，織物顏色逐漸變深，在高濃度染液下K/S值仍有較大提升空間，說明花生衣染料對亞麻織物的上染潛力大，然而過大的染料用量不僅會造成染色不勻，還會提高生產(chǎn)成本。染料用量可根據(jù)染色需求和成本擇優(yōu)選擇。

2.3 花生衣染料染色亞麻織物的色牢度

在直接染色和預(yù)媒染色得到的最佳染色溫度及染料用量為6%owf下,花生衣染料染色亞麻織物的各項(xiàng)色牢度見表4。

表4 花生衣染料染色亞麻織物的色牢度Table 4 Color fastness of linen fabric dyed with peanut skin dye

由表4可知，經(jīng)過染色后的亞麻織物耐干摩擦色牢度均達(dá)到5級，耐濕摩擦色牢度也均達(dá)到4級。Al3+預(yù)媒染的耐日曬色牢度最好，可達(dá)4～5級，直接染色和Al3+預(yù)媒染的耐日曬色牢度均為3～4級，說明亞麻織物和花生衣染料分子的結(jié)合力較好。對比不同染色方法，直接染色耐洗色牢度原樣變化最大，F(xiàn)e2+預(yù)媒染無明顯變化。麻、毛沾色均可達(dá)4級。可得，經(jīng)過花生衣染色的亞麻織物具有良好的色牢度，且經(jīng)過媒染處理后染色的亞麻織物各項(xiàng)色牢度性能較直接染色好，說明媒染劑使染料與織物間的結(jié)合更加緊密牢固。

2.4 花生衣染料染色亞麻織物的抗紫外性能

對比原樣和經(jīng)過不同染色方法最佳染色溫度及染料用量為6%owf下亞麻織物的抗紫外性能，見表5。

表5 花生衣染料染色亞麻織物的紫外防護(hù)性能Table 5 UV protection performance of peanut skin dyed linen fabric

由表5可知，紫外防護(hù)值與纖維性能和染料與纖維的相互作用密切相關(guān)，經(jīng)過花生衣染色的亞麻織物UPF均有提高，特別是Fe2+預(yù)媒染是原樣的11.8倍，采用Fe2+預(yù)媒染作為媒染劑的抗紫外效果更好。這主要是受硫酸亞鐵較強(qiáng)絡(luò)合能力的影響，絡(luò)合能力越強(qiáng)可以吸附更多的花生衣染料[12]，Al3+預(yù)媒染作為媒染劑紫外防護(hù)效果少量提高，可能因?yàn)樵诟鞣N染色方法的最優(yōu)條件選擇下，其吸收染料較少。染色后亞麻織物UVA和UVB透過率比原樣時降低，這表明花生衣染料染色后亞麻織物具有較好的紫外防護(hù)性能，這種紫外防護(hù)性能主要是由花生衣染料的特殊化學(xué)成分及特殊結(jié)構(gòu)所引起的。根據(jù)文獻(xiàn)[13]花生皮提取物中的皂甙、單寧和多酚類物質(zhì)起著主要作用，這些成分具有清除自由基的能力。

2.5 花生衣染料染色亞麻織物的熒光性能

原樣和經(jīng)過不同染色方法最佳染色溫度及染料用量為6%owf下亞麻織物的熒光性能見圖3。

3 結(jié)論

(1)花生衣染料染色亞麻織物染色溫度為：直接染色120 ℃,Fe2+預(yù)媒染110 ℃,Al3+預(yù)媒染120 ℃。 媒染劑的使用豐富了花生衣染色亞麻織物的顏色。在同樣染料用量下，F(xiàn)e2+預(yù)媒染K/S值最大，Al3+預(yù)媒染和直接染色較為接近?；ㄉ氯旧珌喡榭椢锏臐摿Υ?，增加染料用量，K/S可達(dá)6以上。

(2)花生衣染料染色亞麻織物各項(xiàng)色牢度性能優(yōu)良，均在3級以上，Al3+預(yù)媒染可使耐日曬色牢度、耐干濕摩擦色牢度及耐皂洗色牢度均達(dá)4級以上。

(3)直接染色對染色后織物的抗紫外性能影響最顯著，為原樣的11.8倍。直接染色和Al3+預(yù)媒染染色織物熒光性能也得到較大提升，而Fe2+預(yù)媒染處理熒光效果不明顯。