全 文 ：Vol． 53，No． 8
Aug．，2016
第 53 卷 第 8 期
2016 年 8 月
研究与技术 DOI:10． 3969 / j． issn． 1001-7003． 2016． 08． 002
山竹壳提取液对锦纶染色和抗紫外整理
曹机良，孟春丽，牛子联
(河南工程学院 材料与化学工程学院，郑州 450007)
摘要:采用山竹壳提取液对锦纶进行染色，并用稀土做媒染剂。研究染色温度、时间、pH 值、稀土质
量浓度和提取液用量对锦纶染色 K /S 值和抗紫外性能的影响。测定染色锦纶的紫外线防护系数
UPF、紫外线透过率，以及染色锦纶的色牢度。研究结果表明，稀土对山竹壳色素染色锦纶的色光影
响不大，但可提高染色织物的牢度，适宜的染色 pH值为 4 ～ 5，温度为 100 ℃，时间为 1 h;用山竹壳提
取液 10 mL染色 2 g锦纶的色牢度达到服用要求，染色锦纶织物的抗紫外性能极佳，UPF 达到 100
以上。
关键词:山竹壳色素;锦纶;染色;紫外线防护整理;稀土;天然染料
中图分类号:TS195． 2 文献标志码:A 文章编号:1001-7003(2016)08-0007-06 引用页码:081102
Dyeing and anti-ultravoliet finishing of polyamide fabrics with the liquid
extracted from mangosteen shell
CAO Jiliang，MENG Chunli，NIU Zilian
(School of Materials and Chemical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 450007，China)
Abstract:The liquid extracted form mangosteen shell is applied to dye polyamide fabrics，and rare earth is used as
the mordant． The effects of dosage of liquid extracted，dyeing temperature，pH value，dyeing time，and mass
concentration of rare earth on K /S value and anti-ultravoliet performance of polyamide fabric dyeing are investigated．
The color fastness，UPF，TUVA of dyed polyamide fabrics are also tested． The results show that rare earth has little
effects on color of polyamide fabrics dyed by mangosteen shell pigment，but the color fastness of dyed fabrics can
improve;the optimal dyeing conditions are as follows:pH 4 ～ 5，temperature 100 ℃，time 1 h． The color fastness of
2 g polyamide fabrics dyed with 10 mL liquid extracted from mangostana shell reaches the requirements，and anti-
ultraviolet property of dyed polyamide fabrics is excellent，UPF exceeds 100．
Key words:mangostana shell pigment;polyamide fabrics;dyeing;ultraviolet protection;rare earth;naturnal dyes
收稿日期:2016-04-12;修回日期:2016-06-20
基金项目:河南省高等学校重点科研项目(15A540003)
作者简介:曹机良(1982 )，男，讲师，博士研究生，主要从
事纺织品染整工艺与理论、纺织品功能整理的研究。
近年来，由于人工合成色素对人体的影响和危
害，天然色素被大量运用于各行各业中［1-2］，特别在
食品和日化业中应用广泛，应用于纺织品染整加工
的研究也越来越活跃［3-4］。因此，天然色素的开发和
生产日益受到人们的重视［5］。在纺织染整加工过程
中，随着人们对健康的关注日渐提高，天然色素凭借
安全、绿色、无毒而备受青睐。国内外研究表明，许
多天然萃取液都具有着色性能。天然染料色泽柔
和、自然有特色，在当今人们崇尚绿色消费品的浪潮
冲击下必将有着广阔的应用前景［6］。山竹产于泰
国，又名莽吉柿、凤果等，属于藤黄科藤黄属山竹［7］，
被誉为“热带水果之后”［8］，性偏寒凉，有解热清凉的
作用，可化解脂肪，润肤降火。它富含 VC、VB 和多
种氨基酸，口感甘甜、滑腻，性甘平，有理气、开胃、
化痰、疏肝补肝、止呕吐的功效［9］。每年在山竹成
熟的季节有大量含色素的果壳被丢弃，非常不利于
环境的保护和资源的利用［10］。近年来，山竹色素
提取液作为天然色素的食品添加剂而备受关注［5］，
染色工作者将山竹壳色素提取液用于对织物的染
色研究符合人们对天然染色的要求，对环境的保护
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有重要的意义，符合可持续发展的要求。山竹壳色
素对真丝和棉织物染色有少量研究［9］，但其对锦纶
的染色和紫外线防护整理鲜有报道。鉴于此，本文
对山竹壳提取液对锦纶的染色和抗紫外整理进行
了探讨。
1 实 验
1． 1 材料与仪器
1． 1． 1 材 料
山竹壳:同一批次购自水果市场。
织物:市售 184． 5 dtex(32 S)锦纶针织物。
其他化学试剂:氯化稀土(主要成分氯化镧、氯
化铈、氯化镨、氯化钕，符合 GB /T 4148—2015《混合
氯化稀土》)，长沙得力稀土化工有限责任公司。
1． 1． 2 仪 器
ＲC-Z2400 振荡式常温染样机(上海一派印染技
术有限公司)，SCT 染料纺织品测色配色仪(沈阳彩
谱科技有限公司)，UV-2000F 纺织材料紫外线防护
性能测试仪(美国蓝菲光学)，SW-12A耐洗色牢度实
验机(温州方圆仪器有限公司)，M571B 耐磨擦牢度
试验机(青岛山纺仪器有限公司)。
1． 2 色素的提取及染色
1． 2． 1 山竹壳色素的提取方法
取 400 g 新鲜山竹壳去杂粉碎后，加入 600 mL
去离子水，在超声清洗机中加热至 80 ℃超声提取
60 min，然后抽滤，滤液用于实验。
1． 2． 2 染色方法
在红外线高温高压染色机内对锦纶进行同浴媒
染染色，锦纶 2 g，染液总量为 50 mL，pH缓冲液调节
pH值，氯化稀土 0 或 1 g /L。常温入染，以 2 ℃ /min
的升温速度升温至指定染色温度，分别在不同时间、
温度、pH值、色素用量、媒染剂用量条件下染色，染
色结束，将锦纶水洗、烘干。
1． 3 测试方法
1． 3． 1 表观色深值(K /S值)的测定方法
在 Color-Eye 7000A 测色仪上测定试样的 K /S
值，采用 D65 光源和 10°观察角，每个试样测定 4 次，
取平均值。
1． 3． 2 紫外线防护系数(UPF)的测定方法
UPF和紫外线透过率:在纺织材料紫外线防护
性能测试仪 UV-2000F 上测试，依据标准 AS /NZS
4399—1996《日光防护服 评定和分级》测定染色后的
锦纶的紫外线透过率和 UPF 值。其中，紫外线 A 的
透过率为 TUVA，紫外线 B 的透过率为 TUVB。每个试
样在不同的位置测定 8 次，取平均值。
1． 3． 3 染色色牢度的测定方法
耐皂洗色牢度按 GB /T 3921—2008《纺织品 色
牢度试验 耐皂洗色牢度:试验 1》测定;耐摩擦色牢
度按 GB /T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦
色牢度》测定。
2 结果与分析
山竹壳色素提取液对锦纶染色性能的影响主要
通过两个方面来表征:1)通过测量染色锦纶的 K /S
值和颜色特征值来表征提取液中色素对锦纶的染色
性能;2)通过测量染色锦纶的紫外线防护系数 UPF、
紫外线透过率 TUVA和 TUVB的大小来描述染色锦纶的
抗紫外性能。
图 1 染色温度对锦纶 K /S值的影响
Fig． 1 The influence of dyeing temperature on K /S value of
polyamide fabrics
2． 1 温度对锦纶的 K /S值和抗紫外性能的影响
图 1 所示为山竹壳提取液 10 mL，锦纶 2 g，稀
土 0 或 1 g /L，pH 4，染色温度对染色锦纶的 K /S 值
的影响。由图 1 可知，随着染色温度的升高，染色
锦纶的 K /S 值不断升高。提高温度有利于山竹壳
色素对锦纶的上染，特别是温度在 80 ℃以上时，
K /S值的增速显著提高，这是因为染色温度超过锦
纶的玻璃化温度，纤维溶胀大分子链段运动增强，
同时色素分子热运动加剧，使色素分子极易进入纤
维的无定型区使染色更容易进行。稀土的加入对
提取液染色锦纶的 K /S 值影响并不大。表 1 为不
同染色温度条件下锦纶的颜色特征值。由表 1 可
知，随着染色温度的升高，L* 不断下降，说明锦纶的
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明度减小，染色深度增加;a* 逐渐增大，说明织物的
色光越来越向红光移动，提取液中红色色素的上染
量升高;由 ΔE 可知，加入稀土媒染剂对色光的影响
并不大。
表 1 不同染色温度下锦纶的颜色特征值及 ΔE
Tab． 1 Color parameters and ΔE of polyamide fabrics under
different dyeing temperature
温度 /℃ 染色方式 L* a* b* C* h° ΔE
60
直接染色 82． 27 － 0． 14 19． 28 19． 28 90． 42 —
稀土媒染 82． 22 0． 37 16． 76 16． 77 88． 75 2． 57
70
直接染色 80． 24 1． 43 20． 87 20． 92 86． 09 —
稀土媒染 80． 49 1． 97 19． 63 19． 73 84． 28 1． 38
80
直接染色 78． 22 2． 72 22． 01 22． 18 82． 95 —
稀土媒染 77． 38 3． 59 21． 43 21． 73 80． 48 1． 34
90
直接染色 71． 89 5． 26 21． 71 22． 34 76． 37 —
稀土媒染 72． 48 4． 59 20． 69 21． 19 77． 48 1． 35
100
直接染色 62． 51 8． 16 20． 32 21． 89 68． 12 —
稀土媒染 60． 95 8． 70 19． 45 21． 31 65． 89 1． 87
图 2 是温度对染色锦纶抗紫外线性能的影响。
由图 2 可知，随着染色温度的提高，染色锦纶织物
的紫外线防护系数 UPF 逐渐增加。锦纶原布的
UPF、TUVA和 TUVB分别为 11． 12、19． 07%和 8． 24%，
在温度达到 70 ℃时，染色锦纶织物的 UPF 值便达
图 2 染色温度对锦纶 UPF指数的影响
Fig． 2 The influence of dyeing temperature on UPF value of
polyamide fabrics
到了 60 以上，此时染色锦纶的防紫外线标识已达
到 UPF 50 +，说明经山竹壳提取液染色的锦纶有极
佳的抗紫外性能;染色温度为 100 ℃时，锦纶的
UPF值达到 100 以上，这与高温条件下山竹壳色素
的上染量增加有关。这是因为如图 3 所示，提取液
在紫外光波段 280 nm 左右有很强的吸收，所以山
竹壳提取液上染到织物后具有很好的紫外线防护
性能，因此山竹壳提取物可以同时作为天然染料和
天然紫外吸收剂应用于锦纶织物。同时可知，加入
图 3 不同体积提取液稀释至 50 mL后的紫外光谱
Fig． 3 Ultraviolet spectra of different volume of extracts after
diluted to 50mL
1 g /L的稀土后，染色锦纶的抗紫外性能变化不是
很大。
2． 2 pH值对提取液上染锦纶的 K /S值和抗紫外性
能的影响
图 4 为山竹壳提取液 10 mL，稀土 0 或 1 g /L，
100 ℃染色 60 min，染色 pH 值对锦纶K /S值的影响。
由图 4 可知，随着染色 pH值的增加，染色锦纶的K /S
逐渐增加。这是因为 pH较低时，山竹壳色素的水溶
性稍差，而 pH值升高山竹壳色素的溶解性提高，其
上染量也随之增加。故 pH 5 ～ 8 内染色锦纶的K /S
值相对较高，同时由图 4 可知稀土在不同 pH条件下
对锦纶上染量的影响不大。
图 4 pH值对锦纶 K /S值的影响
Fig． 4 The influence of pH on K /S value of
polyamide fabrics
表 2 是 pH 值对染色锦纶抗紫外性能的影响。
由表 2 可知，不同染色 pH 值条件下，锦纶的 UPF
均超过 100，TUVA和 TUVB分别为 2%和 1%以下，说
明锦纶的抗紫外线性能均较好。同时由表 2 可
知，由于稀土在不同 pH 条件下对上染量的影响不
大，所以稀土对染色锦纶的抗紫外性能的影响也
较小。
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表 2 pH值对染色锦纶抗紫外线性能的影响
Tab． 2 The influence of pH on anti-UV properties of
polyamide fabrics
染色方式 pH UPF TUVA /% TUVB /%
直接染色
1． 98 121． 70 1． 70 0． 73
2． 87 159． 43 1． 28 0． 57
4． 10 122． 66 1． 52 0． 75
5． 00 173． 56 1． 13 0． 50
6． 09 145． 31 1． 35 0． 63
7． 96 158． 89 1． 09 0． 60
稀土媒染
1． 98 182． 39 1． 20 0． 48
2． 87 187． 98 1． 15 0． 47
4． 10 156． 94 1． 35 0． 56
5． 00 132． 17 1． 43 0． 66
6． 09 185． 40 1． 11 0． 48
7． 96 175． 44 1． 21 0． 50
2． 3 稀土质量浓度对锦纶 K /S值及其抗紫外性能
的影响
图 5 为山竹壳提取液 10 mL，pH 5，100 ℃染
色 60 min，稀土质量浓度对锦纶 K /S 值的影响。
由图 5 可知，在稀土质量浓度低于 0 ． 75 g /L 时
K /S值随着稀土质量浓度的增大减小;当氯化稀土
质量浓度大于 0 ． 75 g /L 时，K /S 值随稀土质量浓
度的增加而增加。这是因为在染色体系中，山竹
壳倒捻子素分子中的羟基、氯化稀土中的金属离
子、锦纶纤维的氨基三者之间以配位键结合，稀土
质量浓度较低时形成的配位键相对较少，且色素
与稀土离子的结合物对锦纶的吸附性能会有一定
程度的降低，故导致染色锦纶的 K /S 降低;当稀土
质量浓度增加时，色素、稀土离子、锦纶三者之间
充分形成配位键，故染色织物的 K /S 值又有所
增加。
图 5 稀土质量浓度对锦纶 K /S值的影响
Fig． 5 The influence of rare earth mass concentration
on K /S value of polyamide fabrics
表 3 是在此条件下测得的织物紫外线防护系数
UPF和紫外透过率 TUVA、TUVB。由表 3 可知氯化稀土
质量浓度在 0． 75 g /L 以下时，UPF 数值降低;在
0． 75 g /L以上时，UPF值随着稀土质量浓度的增加而
增大，染色织物的抗紫外线性能先下降后上升。这
和上述 K /S 值的变化规律是一样的，原因也如上
所述。
表 3 稀土质量浓度对锦纶抗紫外性能的影响
Tab． 3 The influence of rare earth mass concentration on
anti-UV properties of polyamide fabrics
稀土 /(g·L －1) UPF TUVA /% TUVB /%
0． 00 187． 36 1． 01 0． 48
0． 25 147． 80 1． 32 0． 62
0． 50 136． 43 1． 42 0． 74
0． 75 114． 57 1． 39 0． 82
1． 00 136． 58 1． 38 0． 68
1． 50 159． 70 1． 07 0． 56
2． 00 176． 68 1． 05 0． 49
2． 4 染色时间对锦纶 K/S值及其抗紫外性能的影响
图 6 为山竹壳提取液 10 mL，稀土 0 或 1 g /L，
pH 5，100 ℃染色不同时间，时间对锦纶 K /S 值的
影响。结果显示，随着温度的升高和保温时间的延
长，织物的 K /S 值不断增大但增大的速度越来越
慢。这是因为随着染色温度的提高和染色时间的
延长，色素在锦纶上的吸附趋于平衡。从图 6 可以
看出，在整个染色过程中直接染色和稀土媒染染色
锦纶山竹壳色素染色的 K /S 值差别不大，说明染色
时间的变化对山竹壳色素两种染色锦纶 K /S 值的
影响不大。
图 6 染色时间对锦纶染色 K /S值的影响
Fig． 6 The influence of dyeing time on K /S value of
polyamide fabrics
表 4 是在不同染色时间条件下测得染色锦纶的
抗紫外性能数据，由表 4 可知，随着温度的升高和染
色时间延长，织物的 UPF 数值随染色时间的延长而
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增加，并且 TUVA和 TUVB呈现下降趋势，说明织物的抗
紫外线性能逐渐增加。从表 4 还可知，山竹壳色素
直接染色锦纶和稀土媒染染色锦纶的抗紫外性能有
一定的差异，总体表现为直接染色锦纶的抗紫外性
能优于稀土媒染染色锦纶，但在染色后期这一差别
逐渐缩小。
表 4 染色时间对染色锦纶抗紫外性能的影响
Tab． 4 The influence of dyeing time on anti UV properties of
dyed polyamide fabrics
时间 /
min
直接染色
UPF TUVA /% TUVB /%
稀土媒染
UPF TUVA /% TUVB /%
15 31． 97 6． 38 2． 85 26． 20 7． 96 3． 38
25 60． 65 3． 37 1． 53 45． 50 4． 65 1． 98
35 136． 27 1． 15 0． 71 84． 45 2． 42 1． 09
50 176． 29 1． 05 0． 55 130． 31 1． 53 0． 72
65 179． 36 0． 84 0． 54 150． 54 1． 23 0． 62
80 180． 47 1． 82 0． 88 164． 98 1． 06 0． 61
95 180． 51 0． 78 0． 55 168． 85 0． 99 0． 57
125 196． 63 0． 78 0． 50 168． 91 0． 84 0． 57
155 213． 45 0． 72 0． 48 204． 48 0． 82 0． 47
185 233． 22 0． 77 0． 41 215． 44 0． 71 0． 47
215 228． 94 0． 83 0． 41 228． 48 0． 68 0． 42
2． 5 提取液用量对锦纶染色的 K /S值和抗紫外性
能的影响
图 7 为稀土 0 或 1 g /L，pH 5，100 ℃染色 60 min，
山竹壳提取液用量对锦纶 K /S 值的影响。由图 7 可
知，织物的 K /S 值随着色素提取液用量的增加而不
断提高，最后趋于平衡，说明在提取液用量为 20 mL
时锦纶织物就达到了染色饱和，再增加提取液用量，
色素的上染量也不会有明显的提高。这是因为锦纶
纤维的氨基含量一定，倒捻子素对其的吸附能力有
限，故染色织物的 K /S 值随着色素用量的增加先增
加后趋于平衡;稀土媒染染色锦纶的 K /S 值高于无
媒染色织物，这是因为媒染剂用量相对较多时色素、
锦纶氨基、稀土离子三者之间形成了稳定的配位键
结合。
表 5 是山竹壳色素用量对染色锦纶抗紫外线性
能的影响。由表 5 可知，随着提取液用量的增大，织
物的 UPF值逐渐增加，TUVA和 TUVB逐渐降低，并且都
达到了极佳的抗紫外级别。说明稀土的加入没有影
响色素对紫外线的强烈吸收作用，用稀土作媒染剂
可适当提高染色织物的 K /S 值，但对其抗紫外性能
影响不大。
图 7 色素提取液用量对锦纶染色 K /S值的影响
Fig． 7 The influence of dosage of pigment extract
on dyeing K /S value dyed polyamide fabrics
表 5 提取液用量对织物抗紫外性能的影响
Tab． 5 The influence of dosage of extract on the anti UV
properties of dyed polyamide fabrics
染色方式 提取液 /mL UPF TUVA /% TUVB /%
直接染色
5 125． 64 1． 63 0． 72
10 190． 27 1． 01 0． 48
20 220． 35 0． 69 0． 44
30 243． 60 0． 62 0． 40
40 301． 30 0． 47 0． 34
稀土媒染
5 131． 32 1． 33 0． 67
10 176． 44 0． 56 0． 35
20 196． 61 0． 88 0． 49
30 204． 31 0． 82 0． 52
40 314． 28 0． 44 0． 31
2． 6 染色锦纶的色牢度
表 6 为稀土 0 或 1 g /L，山竹壳提取液 10mL，
pH 5，100 ℃染色 60 min 后锦纶的色牢度测试结果。
从表 6 可以看出，染色锦纶的各项色牢度都较高，以
稀土作为媒染剂对织物色牢度的提升有一定的作
用。原因是金属离子同色素中的羟基和纤维上的氨
基发生了络合反应，形成了配位键结合，提高了色
牢度。
表 6 染色织物的色牢度
Tab． 6 Color fastness of dyed fabric
染色方式
耐洗色牢度 /级
沾色
棉 锦纶
褪色
摩擦色牢度 /级
干 湿
直接染色 3 3 3 ～ 4 4 3 ～ 4
稀土媒染 4 ～ 5 4 ～ 5 4 4 ～ 5 4
3 结 论
1)山竹壳色素可用于锦纶的染色，染色温度在
100 ℃，pH在弱酸性范围内，时间为 1 h 可获得较好
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的染色效果。
2)经 10 mL山竹壳色素染色的锦纶有极佳的抗
紫外效果，一定的山竹壳用量下，其 UPF值在 100 以
上，故采用山竹壳色素对锦纶进行染色可以提高纺
织品的附加价值，进而提升纺织品的档次。
3)山竹壳色素直接对锦纶进行染色有较高的色
牢度，经过稀土作为媒染剂处理后，染色锦纶的耐皂
洗色牢度和耐摩擦色牢度获得进一步的提升。
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