摘要：为提高植物靛蓝染料的染色性能，通过正交试验确定了超声波对植物靛蓝染料染棉织物的最佳染色工艺，探讨了超声波对植物靛蓝染料染色性能的影响及其作用机制。结果表明，超声波最佳染色工艺为：保险粉质量浓度15 g／L，烧碱质量浓度5 g／L，染色时间4 rain，染色温度2O ，超声波功率密度0．5 W／cm 。将超声波技术应用于植物靛蓝染料的染色工艺，不仅可使染色样品的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度有所提高，而且可缩短染色时间，提高上染率，降低染色温度。
超声波空穴效应引发的对染液的搅拌、弥散和除气等作用，可以使染料以单分子状态均匀地分散于染液中，从而减少染料扩散过程中的能障，提高染料扩散速度和染色效率。此外，还可以增加纤维无定形区的面积，使纤维具有丝光的效果¨ 。植物靛蓝染料源于自然，其主要成分是2，2'-双吲哚靛，具有色泽鲜艳、环保和保健抗菌等优点 。但由于植物靛蓝染料颗粒大，染料分子易聚集，易造成染色不匀、不透等缺陷；另外，因植物靛蓝染料所用的还原剂极易发生分解，从而导致染色成本较高。本文将超声波技术应用于植物靛蓝染料对棉织物进行染色，在探讨最优染色工艺的基础上，分析了超声波对植物靛蓝染料染色性能的影响及其提高染料染色性能的作用机制。
1 试验部分
1．1 试验材料
纯棉漂白布，经超声波处理60 min的纯棉纱线和未经超声波处理的纯棉纱线。植物靛蓝染料，氢氧化钠，元明粉，保险粉，30％的双氧水。其中，植物靛蓝染料是对黔西南布依族苗族自治州生产的土靛进一步提纯所得，目的是减少其杂质含量，且便于其在染色处方中的量化。
1．2 试验仪器与设备
28 KHz L．1200型超声波清洗机，NoVa NanoSEM430型扫描电子显微镜，STA409型综合热分析仪，XH．KG55B型染色机，PHS一3C型酸度计，X．rate型测色配色系统，JA5003A型电子天平，恒温水浴锅，BZGY908A型标准光源，SW一10A型耐洗色牢度试验机，Y571L型染色摩擦色牢度仪。
1．3 染色工艺与处方
1．3．1 染色工艺
植物靛蓝染料对棉织物的常规染色和超声波染色工艺如图1所示。
当染液温度达到工艺指定的染色温度(如40℃)时，放入纯棉漂白布，并染色指定时间(如25 min)。接着，将染液温度降至室温，对棉布进行氧化、冷水洗、皂洗、水洗与烘干处理。在超声波染色过程中，由于离震源距离不同的染样上各点所受到的超声波作用能量大小不同，因此，必须对染色样品进行搅拌，以防止染色不匀。
1．3．2 染色处方
染色处方I：植物靛蓝染料质量浓度为1 g／L，氢氧化钠质量浓度为10 g／L，保险粉质量浓度为20 g／L，浴比为1：100，温度为30℃ ，染色时间为3 mino染色处方II：植物靛蓝染料质量浓度为1 g／L，氢氧化钠质量浓度为10 g／L，保险粉质量浓度为15 g／L，浴比为1：15，温度分别为30、4O、50℃ ，染色时间为25 min。
1．4 测试方法
使用X—rate测色配色系统测试试样的 ／|s值，该值与上染百分率成正比 。使用Y571L型染色摩擦色牢度仪(GB／T 420-1990、GB／T 3920-1997)测试染色织物的干、湿摩擦色牢度。使用SW—IOA耐洗色牢度试验机(GB／T 3921．1-5—1997、GB／T5711—1997)测试织物的水洗色牢度。使用NoVa Nano SEM430扫描电子显微镜拍摄超声波处理前后棉纱线中纤维的电镜照片。使用STA409综合热分析仪获取超声波处理前后棉纱线中纤维的综合热分析曲线。超声波处理棉纱线的工艺参数为：温度20℃ ，处理时间4 min，超声波功率密度0．5 W／cn12。
2 结果与讨论
2．1 染色工艺对KIS值的影响在染料浓度一定的情况下，影响植物靛蓝染料染色效果的主要参数有染色温度、染色时间、保险粉质量浓度、烧碱质量浓度和超声波功率密度。为合理确定正交试验中各因素的水平值，在染色处方I的基础上，通过单因素法探讨了上述因素对K／S值的影响。
2．1．1 染色温度
染色温度对K／S值的影响如图2所示。
由图2可以看出：超声波对植物靛蓝染料的最佳染色温度为30℃ 。当温度在20～30℃ 之间时，随温度升高， ／s值增大，即染料的上染率不断提高；当温度超过30℃时，上染率迅速下降；当温度超过4O℃ ，K／s值在较低水平下基本保持稳定。
2．1．2 染色时间
染色时间对K／s值的影响如图3所示。
由图3可以看出：超声波对植物靛蓝染料的最佳染色时间为3 rain。染色时间为1～3 min／t~，随染色时间的增加，K／s值逐渐增大，即上染率逐渐升高；染色时问为3～7 rain时，随染色时间的增加，K／s值缓慢下降。
2．1．3 保险粉质量浓度
保险粉用量对K／S值的影响如图4所示。可以看出：植物靛蓝染料染色的最佳保险粉质量浓度为15 g／L。当保险粉质量浓度在1～15 g／L之间时，随保险粉质量浓度的增加，织物的K／s值不断增大，即染料的上染率不断提高；当保险粉质量浓度超过15 g／L时，随保险粉质量浓度继续增加，织物的K／s值开始下降，当其质量浓度超过25 g／L时基本保持平衡。
2．1．4 烧碱质量浓度
烧碱质量浓度对K／S值的影响如图5所示。
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