全 文 ：棉织物天然染料薯莨的轧染研究
程志波 , 陈国强
(苏州大学材料工程学院 ,江苏 苏州 215021)
摘　要:用紫外和红外光谱对提取的薯莨色素的结构进行了研究 ,探讨了薯莨在棉织物轧染工艺中的可行
性;并以 K/S值为主要依据确定了最佳工艺 ,测试了染色织物的透气性和抗紫外性能。结果表明 , 以 FeSO4
为媒染剂 , 对棉织物进行轧染处理 , 可以得到较好的染色效果 , 经薯莨染色后 , 织物透气性下降 , 抗紫外性能
显著提高。
关键词:轧染;天然染料;棉织物
中图分类号:TS193.53　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-4017(2008)06-004-03
Paddyeingofcottonfabricwithdioscoreacirrhosalour
CHENGZhi-bo, CHENGuo-qiang
(Col.Mater.Eng, SuzhouUniv, Suzhou215021, China)
Abstract:ThestructureofthepigmentsextractedfromdioscoreacirrhosalourwasresearchedbyUVandFT-IR, theprocesses
ofcottonpaddyeingwithdioscoreacirrhosalourwerestudiedtoo, accordingtotheK/Svalue, theoptimalprocesseswere
confirmed, andtheairpermeabilityandanti-UVpropertiesofthedyedfabricweretested.Resultsshowthatthegoodeffect
wasachievedafterpaddyeingusingFeSO4 asthemordant, theairpermeabilityofthefabricdyedwithdioscoreacirrhosalourwasdroppedout, buttheanti-UVpropertywasimprovedmarkedly.
Keywords:paddyeing;naturaldyes;cottonfabric
　　薯莨(Dioscoreacirrhosalour)作为一种天然染料 ,
很早就被应用于真丝织物的染色 ,俗称香云纱 ,是丝绸
中的黄金。它乌黑发亮 、细滑平挺 、耐晒 、耐洗色牢度
好 ,曾在我国风靡一时。但采用薯莨对棉织物进行染
色未见报道 。本项目采用从薯莨中提取的色素对棉织
物进行轧染 ,通过对主要因素进行讨论 ,优选了工艺 ,
为推广天然薯莨染料提供参考 。
1　试验部分
1.1　材料
漂白纯棉布(苏州印染厂),薯莨(产地广东),冰
醋酸 ,无水碳酸钠 ,丙酮 ,七水合硫酸亚铁(以上均为分
析纯)等 。
1.2　仪器
UV-2802PC/PCS型紫外可见分光光度计 , UltraS-
canXE型电脑测色配色仪(美国 HunterLab公司), SW-
12型水洗色牢度试验机 , Y571A型摩擦牢度仪 ,电热
恒温水浴锅 ,恒温干燥箱 , NICOLET5700傅里叶红外光
谱仪 , YG(B)461D型数字式织物透气仪 , UV-1000F型
纺织品抗紫外因子测试仪(美国 Labsphere公司)。
收稿日期:2007-12-14
作者简介:程志波(1982-),男 ,在读硕士研究生 ,主要研究方向为天然
染料染色。
1.3　试验方法
1.3.1　薯莨色素的提取
将薯莨块茎磨成粉末 ,取 20g用 100mL70%丙酮
水溶液分散 ,在 60℃的水浴中浸渍 3 h,冷却后抽滤 ,
蒸去溶剂 ,用 250 mL容量瓶定容作为染液备用。
1.3.2　染色
将织物浸轧薯莨提取液 (两浸两轧 , 轧余率
80%), 50 ℃烘干 ,定义为一次染色 。对织物进行若干
次染色后 ,再将织物浸轧硫酸亚铁溶液(两浸两轧 ,轧
余率 70% ～ 80%), 50 ℃烘干后再后处理。
1.3.3　固色
染色织物 80℃预烘 3 min后 ,升温进行高温焙烘
固色 ,水洗 、皂煮 、水洗 、晾干 。
1.3.4　透气性能测定
按照 GB/T5453— 1997《织物透气性测定方法 》,
在织物透气仪上测定织物的透气量值 ,压差为 127 Pa。
每块试样测三次 ,取平均值。
1.3.5　抗紫外性能测定
采用抗紫外因子测试仪 , 读取紫外线 UVA波段
(320 ～ 400nm)和 UVB波段(275 ～ 320nm)的透过率 ,
以及紫外辐射防护因子 UPF。
2　结果与讨论
2.1　薯莨色素的紫外吸收光谱
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将提取的薯莨液冷却后 ,静置一段时间 ,取 1 mL
薯莨提取液用 100 mL容量瓶定容 ,用紫外 -可见分光
光度计测定特征吸收光谱 。
图 1　薯莨色素紫外可见光吸收光谱
由图 1知 ,薯莨色素的最大吸收波长为 283nm,薯
莨色素对可见光的吸收很少 ,并且随着波长的增大对
可见光的吸收逐渐减少。薯莨中的单宁为多聚原花青
定(Poly-procyanidin)。薯莨色素系多聚原花青素 ,根
据其结构单元中酚羟基的取代类型 ,可分 11类 ,原花
青定是其中的一类 ,即 B环为邻苯二酚。根据文献可
知 ,典型的原花色素的最大吸收波长在 280 nm附近 ,
原花青定的紫外吸收主要出现 A环 、B环中的 B带吸
收 ,因此 ,除 200nm附近苯环的 E带吸收外 ,在紫外区
通常只以单峰的形式出现。试验提取的薯莨色素紫外
可见吸收光谱与原花色素的特征吸收光谱基本相符 。
2.2　薯莨色素的红外光谱
图 2　薯莨色素的 FT-IR谱图
国外科学家很早就使用红外光谱对原花青定的化
学结构进行研究。红外光谱显示 ,原花青定的主要结
构有苯环 、含氧杂环 、羟基等。红外光谱的特征峰有:
1 450 ～ 1 520cm-1处狭窄的单峰 ,此为 B环的伸缩振
动吸收峰;780 ～ 730 cm-1有弱峰 ,这是 B环 C—H的
面外弯曲振动吸收峰;在 1 300 ～ 1 100cm-1区域 ,原花
青定也出现多个峰 。对照以上文献数据 [ 1] ,图 2基本
符合原花青定的红外光谱特征 。另外 ,从图 2看出 ,在
1 369cm-1附近有一个较宽的吸收峰 ,这是酚羟基面内
弯曲振动产生 ,说明薯莨色素中存在— OH基 [ 2] 。
2.3　轧染工艺确定
2.3.1　正交试验
工艺流程　织物 (20 cm×20 cm)浸轧染液 ※
50℃烘干※浸轧媒染剂※50 ℃烘干※80℃预烘 3 min
※高温焙烘※水洗※皂煮※水洗※晾干※测定 K/S值
表 1　轧焙烘正交试验
水平 媒染剂浓度 /(g/L)焙烘温度 /℃ 焙烘时间 /min
1 5 100 1
2 10 120 2
3 20 140 3
K/S值
k1 4.344 4.339 4.364
k2 4.457 4.487 4.408
k3 5.082 5.058 4.711
R 0.738 0.719 0.347
　　由表 1可看出 ,对织物表观得色量影响因素的顺
序为:媒染剂浓度 >焙烘温度 >焙烘时间。随着媒染
剂浓度和焙烘温度的增加 ,织物得色量也随之增加 ,原
因可能是温度升高 ,棉纤维膨化程度加剧 ,增大了铁离
子在棉纤维上的附着面积 , 使得络合反应更容易发
生 [ 3] ;焙烘时间越长 ,对纤维造成的损伤也越大 ,所以
取焙烘条件为 140℃×3 min。
2.3.2　单因素试验
(1)媒染剂浓度
由表 1知 ,铁离子用量对正交试验结果影响最大 ,
所以进行了媒染剂浓度单因素试验[ 4] ,结果见图 3。
图 3　媒染剂浓度对染色的影响
由图 3可以看出 ,当铁离子用量为 30 g/L时 ,试
样的表观得色量最大。染色中 ,铁离子分别与酚羟基
和棉纤维上的羟基发生配位反应 。开始时 ,随着媒染
剂用量的增加 ,配位反应发生的几率增大[ 5] ,得色量随
之增加;当达到 30g/L时 ,反应基本达到平衡;继续增
加媒染剂用量 ,得色量反而下降。因此 ,确定铁离子用
量为 30g/L。
(2)轧染次数
由于织物轧染次数也会影响 K/S值 ,因此 ,本试验
对该因素也进行了讨论 。将织物两浸两轧 (轧余率
80%), 50 ℃烘干 ,作为一次染色 ,然后重复上述若干
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　棉织物天然染料薯莨的轧染研究 印　染(2008No.6)
次染色 ,进行后处理 ,最后测定试样的 K/S值 。试验结
果见图 4。
图 4　轧染次数对 K/S值的影响
由图 4可知 ,随着染色次数的增加 ,织物得色量增
加;当轧染 5次后 , K/S值趋于稳定 ,变化不大。因此
选取轧染的次数为 5次。
2.4　染色对织物透气性和抗紫外性能的影响
表 2　织物的透气性及抗紫外性能
试样 透气性 抗紫外性透气量 /(L/m2· s) UPF TUVA TUVB
未处理棉织物 205.4 5.66 26.18% 16.33%
染色后棉织物 106.4 50+ 0.41% 0.33%
　　表 2表明 ,经薯莨染色后 ,织物的透气性下降明
显 。这是由于棉织物纤维间的空隙被染料填满 ,使得
空隙数量下降。而织物多次浸轧薯莨染液后 ,厚度增
加 ,也是造成透气性下降的原因 。此外 ,染色后织物的
紫外透过率比染色前明显下降 ,按照规定 ,当紫外透过
率≤2.5%,抗紫外线指数 UPF达到 50+,织物就具有
优异的防紫外性 [ 6] ,因此薯莨染色后的织物具有优良
的抗紫外性能 。
3　结论
(1)紫外和红外光谱显示薯莨提取物为薯莨单
宁 ,具有多酚结构。
(2)采用本试验提取的薯莨色素对棉织物进行正
交实验 ,得出轧染的最佳工艺为:浸轧薯莨液 , 50 ℃烘
干 ,反复 5次 ,再浸轧 30 g/L媒染剂 , 50 ℃烘干 , 80 ℃
预烘 3 min,然后 140℃焙烘 3min。
(3)染色后的棉织物透气性显著下降 ,透气量下
降了 48%,抗紫外性能显著提高 , UPF指数大于 50,具
有优异的抗紫外性能。
参考文献:
[ 1] 　孙达旺.植物单宁化学 [ M].北京:中国林业出版社 , 1992.
[ 2] 　周家伟 , 程万里.环氧交联剂 EH对苏木植物染料的固色作用
[ J].纺织学报 , 2006, (4):39-43.
[ 3] 　张建波 ,朱　平 , 等.棉织物的天然染料媒染工艺研究 [ J] .印染 ,
2005, 30(16):8-11.
[ 4] 　路艳华 ,程万里 ,陈宇岳.高粱红天然染料对棉织物的染色性能研
究 [ J] .印染助剂 , 2005, 22(11):27-30.
[ 5] 　程万里.天然染料姜黄对真丝织物的染色性能研究 [ J] .印染助
剂 , 2002, 19(1):31-34.
[ 6] 　徒晓茜 ,王祥荣.桑葚色素对真丝织物的染色性能研究 [ J] .印染
助剂 , 2007, 24(3):15-18.
小 贴 士 方块电阻
　　本期“非织造布磁控溅射镀银的导电和抗紫外性能”一文中,
处理织物的导电性能是通过测量其方块电阻进行衡量的。那么,
何为方块电阻呢? 简单来说 ,方块电阻(SheetResistance)就是指导
电材料单位厚度单位面积上的电阻值 ,简称方阻(R◆),单位为欧
姆 /平方米 /密耳,通常以Ψ/◆表示。其中 , 1密耳 =25μm。
物理学上 , 一般将方块电阻定义为:
R◆ =ρ/d (1)
式中 , ρ为导电薄层的电阻率;d为导电薄层的厚度。
那么 , 这个定义式是怎么来的呢?
众所周知 ,一个均匀导体的电阻 R正比于导体的长度 L, 反
比于导体的截面积 S。如果这个导体是如图 1所示的长为 L1、宽
为 L2、厚度为 d的薄层, 当有电流平行经过时 , 则其电阻为:
R=ρL1 /dL2 =(ρ/d)(L1 /L2) (2)
图 1　方块电阻示意
对于给定的膜层 , ρ和 d可以看成是定值 , 当 L1 =L2时 , R
=R◆ , 这时 R◆表示一个正方形薄层的电阻 , 它与正方形边长
的大小无关 , 因此 ,称 R◆为方块电阻 , L1 /L2为方数。
方块电阻不可以用万用表电阻档直接测试 , 因为万用表的
表笔只能测试点到点之间的电阻。不过 , 在正方形薄层材料的
平行两边 , 各压上一根电阻比导电材料小得多的光洁圆铜棒 ,
即可采用万用表测方阻。
如果导电材料方阻值比较小 ,就需要用四端测试的低电阻
测试仪器 , 如毫欧计 、微欧仪等。用这种方法 , 可以测试到几十
毫欧 , 甚至更小的方阻值。
毫欧计 、微欧仪等测试方阻精度较高 , 但操作也繁 , 尤其是
导电薄膜材料比较大 ,形状不整齐时 , 很难测试。此时 , 可用四
探针测试仪来测试材料的方阻。不过 ,该仪器的灵敏度要比毫
欧计等低得多 , 而且有些导电薄膜如果厚度不够或者分布不够
均匀 , 还要考虑加入修正系数。
目前 , 市场上还出现了利用表面光电压的原理 , 提供无接
触 、无损伤的多点扫描方块电阻测试仪 , 如 WT-2000SHR方块
电阻扫描测试仪等。
(李　芮)
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