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桑叶提取液对丝绸织物的染色性研究

来源:印染在线 发布时间:2011年07月28日

传统的栽桑仅是为了养蚕。随经济和科技的发展,人们不断探索和拓展了桑的非养蚕业应用领域,不仅提高了蚕桑产业的综合经济效益,而且有助于蚕桑产业的可持续发展。由于桑叶有疏散风热、清肝明目、清肺润燥的功效,所以桑叶非养蚕用途主要是药用和制作桑叶茶等l6。现代医药学研究发现桑叶具有抗氧化、抗菌消炎的作用,外敷可以治疗化疗性静脉炎,因此我们考虑将桑叶作为丝绸织物的功能性天然植物染料源,期望开辟桑叶综合利用的新途径,获得对人体皮肤亲和性好,并具有防虫、杀菌特殊功效的药物保健型绿色环保丝绸产品。此外,由于桑叶提取液中色素成分的不确定性和复杂性以及桑叶本身的芬芳气息,还可赋予丝织品自然朴素、朦胧雅致的染色效果。基于此,我们对不同提取剂和不同提取方法获得的桑叶染色液的基本特性、染色效果及染色织物的性能等进行了研究,并探讨了桑叶染色液的提取工艺条件。

1材料与方法
  1.1材料及主要试剂和仪器
  桑叶采自西南大学实验桑园,真丝双皱织物由重庆金凤丝绸(集团)有限公司提供。
  主要试剂:NaOH、醋酸、Na2SO4、Na2S2O4、硫酸铜、DDBS、HTAB、SAS,以及锌、铜、铁的硫酸盐等均为分析纯;渗透剂Y、匀染剂x等为工业纯。
  主要仪器:SP一1105型分光光度(上海肯强贸易有限公司),HH一6数显恒温水浴锅(江苏省金坛市恒丰仪器厂),JA2003A电子天平(上海精天电子仪器厂),101电热恒温鼓风干燥箱(杭州中拓仪器有限公司),WSC.S测色色差仪(上海苏豪智能系统有限公司),Y571B型摩擦色牢度仪(常州第二纺织机械有限公司),SW一12A型耐洗色牢度试验机(上海江冠测试仪器有限公司),Y571B型摩擦色牢度仪(宁波璩瑞仪器仪表有限公司)等。
  1.2桑叶染色液的提取方法
  烘干桑叶的沸水提取法:用200g/LNaOH溶液作提取剂,原料溶液中桑叶的质量浓度为80g/L,提取温度60℃,提取

时间40min,重复上述操作2次,合并滤液待用。鲜桑叶的沸水提取法:提取剂为5g/LNaOH,原料溶液中桑叶的质量浓度为0.1g/mL,沸水提取20min,定容到一定的体积,用盐酸调节pH至8。鲜桑叶的微波萃取法:微波提取时间为10min,其余与沸水提取法同。
  1.3添加媒染剂与调整pH值的染色效果试验
  染色液含匀染剂X3滴、渗透剂Y3滴、60L元明粉1mL、20g/L柠檬酸3滴。在染色液中添加的不同媒染剂包括5Og/L硫酸铜、硫酸锌、明矾、硫酸亚铁、硫酸铁各2滴。染色温度95℃、时间40min、浴比为1:50,pH调整范围5~10。调查不同媒染剂及pH值染色丝绸织物的色光度。
  1.4添加表面活性剂的染色效果试验
  桑叶提取液、元明粉、硫酸铜与织物的质量比均为20%,用38%醋酸调染液pH值为8,染色温度95℃、时间40min,浴比1:50。分别在染色液中添加表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(DDBS)、十六烷基溴化铵(HTAB)、土耳其红油(SAS),调查添加不同表面活性剂的上染率及丝绸织物的色光度。
  1.5染色工艺条件试验
  1.5.1染液浓度
  染色液中NaC1的质量浓度为10g/L。以200g/LNaOH作提取剂提取并配制染液,用蒸馏水按10%、30%、50%、70%、90%、100%梯度稀释,染色时间1h,染色温度60℃,染液pH6.5,调查染液浓度对上染率的影响。
  1.5.2染液pH值
  染液pH值设置为2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5,其余条件与“1.5.1”同,调查染液pH值对上染率的影响。
  1.5.3染色温度
  染色温度设置为室温、40℃、60℃、80oC、100℃,其余条件与“1.5.1”同,调查染色温度对上染率的影响。
  1.6检测方法
  1.6.1桑叶染色液的性能检测
  用SP.11
05型分光光度计测定桑叶染色液的可见光吸收值,以波长为横坐标,光密度值为纵坐标,绘制吸收特征曲线。提取液中黄酮类物质含量的测定参照杨普香等的方法。
  1.6.2染色丝织物的性能检测
  染色丝织物色光用WSC—S测色色差仪测定,以仪器本身具有的明度(L)、色相(a值、b值)为参照。染色丝织物的耐洗色牢度用SW一12A型耐洗色牢度试验机测定,摩擦牢度用Y571B型摩擦色牢度仪测定,利用沾色灰卡GB251对比评定方法。

2结果与分析
  2.1桑叶染色液的吸收光谱
  试验结果表明,用碱液提取的桑叶染色液的最大吸收在波长420~450nm范围内,没有添加表面活性剂时最大吸收峰为446nm,加表面活性剂后最大吸收波长为438nm(图1)。可见用碱液提取的桑叶染色液中含有少量的表面活性剂,染色液最大吸收峰值并没有明显改变。分析认为一方面碱提取液配方的改变不会影响其萃取的桑叶染色液的最大吸收波长范围,单纯碱液提取与碱液加表面活性剂提取所得染色液的主要色素成分相同;其二,添加表面活性剂的种类和浓度的变化对染色液主要色素成分的影响不大。因此,仅用碱液就可作为桑叶染色液的有效提取剂。

2.2桑叶原料及提取剂与提取方法对桑叶染色液的染色效果和染色性的影响
  桑叶染色液的染色效果与原料桑叶的类型有关。用鲜桑叶与干桑叶提取染液,无论采用何种提取剂,均是鲜桑叶提取液的染色效果比干桑叶好。在干桑叶原料中,又以阳光干燥桑叶提取液的染色效果优于烘干桑叶,短时间贮存的干燥桑叶优于长时间贮存桑叶。刚烘干的桑叶提取液染色丝绸有浓郁的桑叶芳香,但香味的持久性需要进一步的研究。
  根据直接观察提取液的色深以及调查上染率的结果,均表明以碱溶液作为提取剂的染色效果最好,而以水、酸作提取剂的染色效果很差。采用100—200g/LNaOH均可有效提取和保存染色液,其中又以200g/LNaOH提取的桑叶染色液

的染色液效果最佳,染色液可以在室温下保持相当长的时间,对氧化剂和还原剂以及光的敏感度浓度低且耐贮藏。用稀碱溶液(5~8g/LNaOH)提取的染色液则要及时使用不宜存放。植物性天然染料的主要提取方法是沸水法,本试验尝试采用微波提取法,并对两种提取方法的提取效果和上染率作比较(表1)。从表1可以看出,微波提取与沸水浴提取的桑叶染色液相比,黄酮的质量比平均高约34%,平均上染率高约32%。采用微波提取法的效果明显好于沸水浴提取法,这可能与微波的加热方式有关,并且采用微波萃取天然植物染料的能耗、时耗、材耗等均可降低。采用沸水提取的优点是方式简单,设备投资少。

我们在以往的试验中观测到,用碱液提取的桑叶染色液直接染色真丝绸,试样颜色均呈黄绿色,没有红、黑、青、紫等色谱n,因此认为桑叶染色液的提取方法与提取剂组成对染色丝绸的颜色不会有根本性的改变。
  2.3媒染剂与pH值对桑叶染色液的染色性影响
  本试验分别添加铝、铁、铜、锌硫酸盐同浴媒染,并将染液的pH值分别调节为5、6、7、8、9、10,结果丝绸织物试样均被染为黄绿色(a值范围一100~一130,b值范围16~2O)。可以认为染色丝绸织物的色谱不会因桑叶染色液中的色素与媒染剂中金属离子的作用以及染液pH值的改变而发生根本性变化。
  2.4表面活性剂对桑叶染色液的染色性影响
  在碱性提取剂中添加十二烷基苯磺酸钠或十六烷基溴化铵、土耳其红油表面活性剂,获取的桑叶染色液染色的丝绸织物依然偏黄偏绿(a值范围-102~-135,b值范围15~17)。该结果表明各种类型的表面活性剂对提取的桑叶染色液的染色性均有一定增效作用。表面活性剂一方面可以提高色素物质的溶出效果(增加提取液中黄酮含量),同时可以改善染色织物的状态,提高染色效果,当提取剂含有8g/LNaOH、5%十二烷基苯磺酸钠时,所得桑叶染色液中的黄酮浓度最高,对丝绸织物的上染率最高(表1

)。
  2.5桑叶染色液的染色工艺条件
  染色工艺条件中的染色温度、时间、pH值以及染液的浓度与染色效果密切相关。
  用200g/LNaOH作提取剂,桑叶原料质量浓度为80g/L,将在此条件下2次获取的桑叶提取液合并为桑叶染色原液,稀释后染色的结果表明:桑叶提取液的体积分数为10%时上染率最高,继续增加浓度上染率反而降低。推测桑叶碱提取液中有效色素成分的分子较大,过高的染液浓度影响染料向织物表面和内表面的扩散,从而降低了上染率。
  染色温度影响染液中色素物质的扩散和丝绸织品的膨润以及匀染性,用桑叶碱提取液染色丝绸织物的温度以60~8O℃时较好,上染率比低温和高温染色都要高,达到50%左右。
  用碱提取剂提取的桑叶染色液在酸性条件下生成沉淀,因此酸性染色不适用。用鲜桑叶制备的染色液染色,随pH值的增加,染色丝绸织物的色深和偏绿值增加,且pH在6.5~7.5条件下上染率可达80%,但在强碱性的条件下(pH>10)对丝织品的损伤很大。综合考虑选择最佳pH范围为5~9,即用碱提取剂提取的桑叶染色液需要将pH值调节到中性范围,这样既可得到较好的上染率,又使染色织物具有一定的色深。
  染色时间在30~90min范围内,上染率随时间的延长而提高。综合考虑成本和染色效果,染色时间最好为60min。
  2.6桑叶染色液染色的丝绸织物性能
  用碱提取剂提取的桑叶染色液染色丝绸织品,染色试样的湿摩擦牢度和皂洗牢度较高,湿摩擦沾色牢度等级在3到4级,皂洗沾色等级达到3~5级。湿摩擦牢度和皂洗牢度与媒染没有多少关系,但随染液pH值提高,牢度等级略有提高。在pH5时所有试样的湿摩擦沾色牢度等级均为3,在pH10时所有染色试样的等级均为4。皂洗沾色等级在pH值为9、l0时基本上为5(表2)。

染色丝织物试样在放置过程中,随着时问的延长颜色由深变浅,由绿色向灰黄色转变,表明用碱提的取桑叶染色液染色丝织

物的耐光照牢度很低,上染织物的色素物易被光分解,因此在桑叶碱提取液染色丝织物实用化之前,必须改善其耐光性能。

3结论与讨论
  本试验用碱提取剂获取的桑叶染色液的最大吸收峰值在420~450nm间,染色丝织物的色谱为黄绿色系,媒染不能改变色谱性质,只是同色系深浅的变化。高浓度碱液提取效果好,且提取的染色液耐贮藏。提取方法影响提取液的黄酮含量,黄酮含量与明度值负相关,与偏绿值正相关。桑叶染色液染色丝绸织物的耐皂洗牢度和湿牢度好,但耐光牢度较差,需要增强。用桑叶染色液染色丝织物较好的工艺条件为染色温度60—80℃、染色时间60min、染液pH6.5~7.5,根据对不同色调和深浅的要求可以采用不同的染液浓度。
  桑叶中含有丰富的叶绿素,叶绿素的母体结构是卟吩,其分子结构中没有供电子基和吸电子基,受pH以及金属离子的影响颜色发生改变的可能性也就很小,这一点与用碱提取剂提取的桑叶染色液染样色谱不因工艺条件和媒染条件改变而变化相契合。叶绿素在稀酸溶液中脱去络合的Mg变成褐色的脱镁叶绿素,因而桑叶采用酸、水作提取剂获得的桑叶提取液基本无染色效果。叶绿素在弱碱及室温下稳定,加热后分子中酯键水解得到鲜艳的叶绿酸,所以用碱提取的桑叶染色液染色的丝织品多为绿色。由于叶绿素易氧化,因而用碱提取剂提取的桑叶染色液染色的丝织品耐光牢度低。据此推测其染液中的主要色素成分应该是叶绿素,但染色液中究竟含有什么样的色素物质,尚需要进一步调查证实。目前已证实桑叶中至少含有4种黄酮类化合物,桑叶干物中黄酮的质量比为11—17mg/g。本试验初步发现桑叶染色液中的黄酮含量与上染率有一定的关系,桑叶染色液中黄酮含量高,对丝绸织物的上染率也高,并且黄酮含量与明度值(L)负相关,与偏绿值(一a)正相关。桑叶染色液的提取方法与提取剂组成对染色丝绸的颜色不会有根本性的改变;桑叶染色液染色丝绸的色相也不会因

染色工艺条件如pH值、金属离子媒染、温度、染色方法等发生根本性变化,始终保持黄绿色调,仅仅是深浅的改变,因此桑叶可作为丝绸上染黄绿色系的天然染料。


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