真丝织物用红树树皮（Rhizophora apiculata Blume）提取物中的天然染料染色的研究外文翻译资料

 2022-08-07 10:49:58

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真丝织物用红树树皮（Rhizophora apiculata Blume）提取物中的天然染料染色的研究

Nattaya Punrattanasin, Monthon Nakpathomb, Buppha Somboon, Nootsara Narumol, Nattadon Rungruangkitkrai, Rattanaphol Mongkholrattanasit著

摘要

从红树树皮中提取的天然染料，对真丝织物进行染色的研究。硫酸铝钾、硫酸亚铁、硫酸铜和氯化亚锡作为媒染剂。染色是使用和不使用金属盐媒染剂的方法进行，采用三种不同的媒染方法：预媒染，同媒染和后媒染。根据CIELAB（L，a和b）和K/S值对每种媒染剂进行研究。根据AATCC测试方法确定染色样品的耐皂洗色牢度，耐摩擦色牢度，耐汗和耐水色牢度，而根据ISO标准测试耐光色牢度。在90 ℃和pH 3下染色时，可获得最佳结果。没有媒染剂的丝织物染成红褐色，而用氯化亚锡、硫酸铝钾和硫酸铜染成丝织物则产生多种浅至深红棕色的色调。然而，用硫酸亚铁媒染剂会得到较灰暗的色调。耐水洗色牢度从极差到差，但没有褪色，而耐日晒牢度和耐摩擦牢度较好。但是，耐汗渍牢度和耐水洗牢度的结果显示从好到很好水平，除了用硫酸亚铁作媒染剂的织物，其颜色变化等级较差，但耐汗渍牢度一般。织物染色前后的拉伸强度、撕裂强度和硬度也进行了评估。

关键词：天然染料，红树树皮，染色工艺，丝织物，媒染剂

1、介绍

由于天然染料比合成染料具有生物降解性，毒性和低致敏性，因此被认为对环境友好。尽管合成染色法在上个世纪已经取代了传统的染色方法，但在当今的自然世界中，染色材料仍然十分丰富。全球每年对天然染料的需求约为10,000吨，相当于世界合成染料消费量的1%。天然染料具有多种色泽，可从昆虫、矿物质、真菌和植物的各个部分（包括根，树皮，树叶，花朵，皮肤，果实和植物的壳）中获得。天然染料因自古以来用于食品、皮革、木材以及羊毛、丝绸、棉和亚麻等天然纤维的着色而闻名。天然染料也已用于印刷和染料敏化太阳能电池。据报道，某些天然染料不仅具有独特而优雅的色彩，而且还可以为织物提供抗菌，除臭和防紫外线功能。目前，天然染料在纺织品应用中的使用正在迅速增长。这主要归因于许多国家为避免与纺织品中使用的合成染料有关的健康危害而制定的严格的环境标准。欧盟最近对偶氮染料的使用禁令也扩大了天然染料的使用范围。红树，在泰国也称为“Khong Khang”，是一种根茎植物，在东亚和东南亚广泛用作药用植物。最常见的代表植物是茅根、大红树、小叶红树。长期以来，人类一直将红树用于薪柴，木炭以及房屋，家具，船和捕鱼设备的建造。其他应用包括纺织品印花，染料吸附剂，生产单宁，用于皮革鞣制和染色。在制造木炭过程中，从木材中去除了红树树皮以减少木炭产品的灰分含量，并将其视为固体废物。但是，据报道，这些红树的树皮富含单宁，并且可以产生红棕色染料。在红树树皮中发现的单宁的主要着色成分是凝聚型，它由四种类黄酮单体组成，即儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素和表儿茶素没食子酸酯。（图1）

图1 红树林树皮的颜色组成

为了进一步探索染色特性，本研究以红树林树皮的水提物为天然染料，研究了丝绸织物的染色和色牢度性能。研究了影响染色能力的不同因素。

2、实验方法

2.1材料

使用商业上经过精练和漂白的真丝织物（，平纹）。红树树皮由泰国Samutsongkhram省的一家木炭厂提供。使用了四种不同的实验室级别的媒染剂，即硫酸铝钾（·），硫酸亚铁（·），硫酸铜（·），和氯化亚锡（·）。非离子皂化剂Metapon X-80由Ilin Enterprise Co. Ltd.提供。

2.2仪器

使用Gyrowash进行媒染和染色。紫外可见分光光度计测定吸光度。在10°条件下，用D65光源的分光光度计测定染色样品的色强度和K/S值。

2.3从红树树皮中提取天然染料

收集的红树林树皮在阳光下干燥，然后压碎成小块，然后用于染料提取。通过将植物材料和蒸馏水以1:10的料液比混合并煮沸1 h来进行染料提取。之后，将所得溶液过滤以除去残留物，并将染料溶液分成两部分：（a）用于通过旋转蒸发仪在减压下蒸发的部分，和（b）用于染色的部分。将从旋转蒸发仪获得的粗染料提取物干燥，然后在使用前储存在干燥器中。为了获得标准校准曲线，将粗染料提取物研磨并用蒸馏水稀释。红树林树皮提取物的稀释液显示出相对澄清的溶液，在278 nm的吸收峰（Amax）处，浓度与吸光度之间存在线性关系。从红树皮提取物染料溶液的浓度与上述波长处的吸光度的标准曲线计算出15 g/L的浓度。

2.4染整和染色

改变四种不同的染色条件（温度，染色时间，pH和染料浓度）以研究红树树皮染料提取物在真丝织物上的染料吸收行为。

2.4.1温度

为了研究染色温度对真丝织物染色的影响，在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃不同温度下，用50%的红树林树皮提取染料溶液在1:40的料液比和染料溶液的初始pH（=5.4）下对织物染色60 min。

2.4.2染色时间

丝织物用6组50% owf.染色。在90 ℃，料液比为1:40和pH 5.4的条件下，时间间隔为10、20、30、40、50和60 min。

2.4.3 pH值

真丝织物以50% owf.染色。在90 ℃下，以1:40的料液比在pH值为3、5、7、9和11的不同浴液中，用红树树皮提取物染料染色。染色时间为60 min。用乙酸和碳酸钠溶液将染浴的pH调节至所需值。

2.4.4染料浓度

染料浓度变化为20%，40%和60% owf.。并采用三种不同的媒染方法，即预媒染，同媒染和后媒染，使用四种类型的媒染剂（硫酸钾铝，硫酸亚铁，硫酸铜和氯化亚锡），浓度为40% owf.。对于前媒染方法，将真丝织物在染溶液中60 ℃下以1:40的料液体比在浸染溶液中浸渍60 min，然后进行染色。在同媒染方法中，对染色的织物进行相同的处理。在后媒染的情况下，媒染剂在染色前加入到染色槽中。真丝织物在90 ℃下，以1:40的料液比和pH 5.4进行染色60 min。染色后，将染色的样品用冷水漂洗，在90 ℃的温度下以1:40的料液比用1 g/L的 Metapon X-80皂洗10 min，最后用冷水漂洗并风干。

2.5评估色强度，色牢度和物理性质

为了评估染色性能，使用带光源D65和10°的彩色Quest XE分光光度计测量染色样品的色强度（K/S）和CIELAB。K/S由Kubelka-Munk方程计算，K/S=（1-R）/2R，其中R为反射率，K为吸收系数，S为散射系数。色差表示为E，并通过以下公式计算得出（1）。

（1）

其中E是批次和标准品之间的CIELAB颜色差异。此处L，a，b以及E均以相称单位表示。L表示明度（L=100）和黑暗（L= 0）之间的差异，a绿色（-a）和红色（ a）之间的差异，b差异在黄色（ b）和蓝色（-b）之间。所有测得的样品在400 nm处显示最大吸收波长值（Amax）。根据AATCC测试方法61-2010，ISO 105-B02：1994，AATCC 测试方法8-2007，AATCC 确定染色样品的耐洗，耐晒，耐磨，耐汗和耐水色牢度。

图2 30℃至90℃，1:40的料液比，pH值为5.4，保持60 min的K/S值。

测试方法15-2009和AATCC测试方法107-2009。分别根据ASTM D 5034-09，ASTM D 1424-09和ASTM D 1388-96来测量织物的拉伸强度，撕裂强度和刚度的物理特性，以抗弯长度和抗弯刚度计。

3、结果和讨论

3.1染色条件的影响

在红树树皮提取物染料溶液中对丝绸织物进行染色显示，温度升高会提高色强度（K/S值）。基于图2最大色强度是在90 ℃下获得的。染色的真丝织物的颜色为红棕色。

染色时间对K/S值的影响如下所示图3。更长的染色时间意味着更高的色强度（K/S值），直到染料耗尽达到平衡为止，并且在进一步增加染色时间后没有明显增加。在60 min时获得了真丝织物染色的最佳时间。

pH值对K/S值的影响说明如下图4。在pH 3处观察到最大的染料吸收。染料吸收从初始pH=3升高到pH=5，然后在较高的pH值下降。在碱性溶液中，与氢氧根离子（）将铵离子（）转化为氨基（）基团，并且纤维中含有更多的羧酸根离子（）。从而，阴离子着色剂和蛋白质纤维之间发生静电排斥，导致染料吸收减少。

表1-3显示了用红树林树皮提取物染料溶液染色的真丝织物的色值。K/S值随染料浓度的增加而增加。媒染前方法的媒染活性顺序为gt; gt;无媒染剂gt;gt; 和gt;无媒染剂gt; gt;gt;用于间位媒染。在媒染后，观察到gt;gt;gt;gt;无媒染剂。在所有情况下，硫酸铜媒染剂均能产生最佳的染色效果。硫酸铜和硫酸亚铁媒染剂因其形成配位络合物和易于与染料螯合的能力而众所周知。由于硫酸铜和硫酸亚铁的配位数分别为4和6，因此某些配位位点在与纤维相互作用时仍未被占用。纤维上的氨基和羧酸等官能团可以占据这些位置。因此，金属可以形成三元络合物，一个位点与纤维结合，另一个位点与染料结合。氯化亚锡和硫酸铝钾钾与染料形成弱配位络合物。它们往往与染料形成很强的键，但与纤维不形成键，因此它们会阻塞染料并减少染料与纤维的相互作用。

图3 90℃，料液比为1:40，pH值为5.4，10到90 min的染色时间的K/S值。

图4液比为1:40时，在不同pH值（3、5、7、9和11）下的K/S值，90℃持续60 min。

获得的值（表1-3）结果表明，未经媒染的真丝织物色泽为红棕色，而用硫酸铝钾，氯化亚锡和硫酸铜染成丝的织物则可产生各种浅至深红褐色的色泽。使用硫酸亚铁时，色泽更暗。这可能与通过与空气中的氧气反应而将硫酸亚铁转变为三价铁有关。亚铁和铁的形式共存于纤维上，并且它们的光谱重叠，这导致Amax的偏移，因此颜色改变为较暗的阴影。此外，红树林树皮提取物中的单宁酸与亚铁盐结合形成复合物，这也导致织物的色泽更深。

表1在不同染料浓度（20%，40%和60% owf.）下，通过预媒染和使用40% owf.获得颜色值。金属媒染剂，液比为1:40，温度为90℃，持续60 min。

表2在不同染料浓度（20%，40%和60% owf.）下，通过同媒染和使用40% owf.得到的颜色值。金属媒染剂，液比为1:40，温度为90℃，持续60 min。

表3在不同染料浓度（20%，40%和60% owf.）下，通过后媒染和使用40% owf.得到颜色值。金属媒染剂，液比1:40，温度为90℃,持续60 min。

可以得出结论，由于红树林树皮中的单宁含量高，因此可以用红树树皮提取

物成功地将真丝织物染色。单宁所含的酚类化合物可与蛋白质纤维的羧基形成氢键。此外，还涉及其他两种可能性；

（a）酚基上的阴离子电荷与蛋白质底物上的阳离子（氨基）形成离子键；

（b）共价键也可以通过单宁中存在的任何奎宁或半醌基团与丝绸纤维上合适的反应性基团之间的相互作用而形成。

3.2染色工艺对牢度和物理性能的影响

在染料浓度为60% owf.时，用或不用媒染剂染色的真丝织物的牢度等级以及40%的owf.媒染剂浓度，见表4、6-9。表4结果表明，无媒染剂和媒染剂染色样品的耐洗牢度等级都很低（1-2），其中硫酸亚铁媒染剂的色牢度等级为好（3-4）。低灰度等级是由于染色织物的原色在洗涤试验后变得更红，如a的正值所示，除了硫酸铜媒染剂（表 5）。这种剧烈的颜色变化可归因于（a）在标准洗涤剂溶液的碱性条件下染料分子中羟基的离

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