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牛角瓜纤维的靛蓝染色
龙 丹1，郑小静1，余 刚1，杜 玮1，田 磊1,2，易长海1,2
（1.武汉纺织大学，湖北武汉 430073；2.广东省均安牛仔服装研究院，广东顺德 528329）
摘 要：研究染色温度、染色后氧化时间、渗透剂质量浓度对牛角瓜纤维靛蓝染色得色深度（K/S值）和上染率
的影响，以及牛角瓜纤维中的果胶、蜡质对其染色性能的影响。通过试验，优化了牛角瓜纤维靛蓝染料染色的
氧化工艺，染色温度20 ℃左右（即常温）、氧化时间8 min、渗透剂0.4 g/L以上；牛角瓜纤维经过前处理去除果
胶、脂蜡质等杂质后，靛蓝染料染色K/S值与上染率有所提高。
关键词：靛蓝染色；氧化；染色性能；牛角瓜纤维
中图分类号：TS193.639.3 文献标识码：B 文章编号：1000-4017（2014）21-0020-03
Dyeing behaviors of akund fiber with indigo dyes
LONG Dan1, ZHENG Xiao-jing1, YU Gang1, DU Wei1, TIAN Lei1,2, YI Chang-hai1,2
(1.Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China; 2.Guangdong Jun＇an Jeans Institute, Shunde 528329, China)
Abstract: In this study, the influences of dyeing temperature, oxidation time and dosage of penetrating
agent on K/S value and dye-uptake in indigo dyeing of akund fibers are discussed. Furthermore, the ef⁃
fects of pectin and wax of akund fibers on dyeing property are also researched. The results show that
the optimal oxidation conditions is that the dyeing temperature about 20 ℃, oxidation time 8 min, and
penetrating agent is more than 0.4 g/L. The K/S value and dye-uptake will be improved after akund fibers
pretreatment.
Key words: indigo dyeing; oxidation; dyeing property; akund fibers
收稿日期：2014-06-03
基金项目：国家973项目（项目编号：2012CB722701）。
作者简介：龙丹（1990-），女，硕士研究生，研究方向为生物质纤维的研
究与应用。
通讯作者：易长海（1968-），男，教授，E-mail：751067874@qq.com。
0 前言
牛角瓜属萝摩科牛角瓜植物[1-2]，在我国南方的
广东、广西、云南、海南等地有一定的种植量[3-4]。在
不同的地方人们对牛角瓜的叫法不同，如哮喘树、
羊浸树、断肠草等。
牛角瓜纤维是一种天然纤维素纤维。扫描电
子显微镜（SEM）观察表明，纤维表面光滑而无扭
曲，横截面中空度高达 80%~90%。该纤维可替代
棉纤维用于纺织生产，织成的面料既有丝绸的滑爽
质感,又有类似棉织物的透气性和舒适感[5],是一种
新型生态环保纤维材料。其缺点是强力较低，表面
光滑，抱合性较差，不利于纺纱。国外学者对牛角
瓜纤维进行一定的预处理后,再与棉、涤纶或粘胶
纤维混纺,可改善其纺纱性能[6]。
在牛角瓜纤维的染色方面，沙拉菲尼尔直接染
料对牛角瓜纤维的最佳染色工艺为：染料1%(omf)，
盐 20 g/L，染色温度 70 ℃，染色时间 60~70 min[7]。
棉纤维靛蓝染料的染色工艺已相当成熟，但是对
牛角瓜纤维的染色却鲜有文献报道。
本试验针对靛蓝染色的温度、染色后氧化时
间、渗透剂浓度等工艺参数对牛角瓜纤维靛蓝染料
染色的得色深度（K/S值）、上染率的影响，以及牛角
瓜纤维中的果胶、脂蜡质对其染色性能的影响进行
研究。
1 试验部分
1.1 原料和仪器
原料 牛角瓜纤维（广东省均安牛仔服装研究
院）
染化料 靛蓝染料，渗透剂（分析纯，广东省均
安牛仔服装研究院），二氧化硫脲（工业级，阿拉丁
公司），氢氧化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限
公司），98%浓硫酸（分析纯，信阳市化学试剂厂），
皂粉（工业级，武汉皂霸化工有限公司）
仪器 Color i7型电脑测色配色仪（美国爱色
 
20
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丽公司），UV2550型紫外-可见光分光光度计（日本
津岛公司），JSM6510LV型扫描电子显微镜（日本理
学公司）
1.2 牛角瓜纤维前处理工艺
50 ℃硫酸溶液（20%）处理纤维以去除杂质→
充分水洗→氢氧化钠溶液（20 g/L，95 ℃左右）处理
1 h→水洗烘干
1.3 牛角瓜纤维靛蓝染料染色工艺
牛角瓜纤维靛蓝染色工艺流程
15 g/L氢氧化钠
10 g/L二氧化硫脲
染料常温
60 ℃，40 min
氧化
常温下，采用氢氧化钠质量浓度15 g/L、二氧化
硫脲质量浓度10 g/L配制成还原溶液；放置纤维密
闭振荡，在 60 ℃下还原 40 min；取出，降温，在不同
条件下氧化染色。
1.4 分析与表征
1.4.1 表观得色深度
将染色后的牛角瓜纤维制成均匀平整的纤维
团，在电脑测色配色仪上测定。
1.4.2 上染率
采用紫外-可见光分光光度计测定。
1.4.3 纤维表面形态
采用扫描电子显微镜观察牛角瓜纤维脱胶前
后纵向表面形态。
2 结果与讨论
2.1 靛蓝硫酸溶液标准曲线的制作
用紫外分光光度仪测得 0.1 g/L靛蓝硫酸溶液
的最大吸收波长为678 nm；并且测得质量浓度分别
为0.02、0.04、0.08、0.15、0.20 g/L靛蓝硫酸溶液在最
大吸收波长下的吸光度，绘制标准曲线（图1）。
     







M
;
C
H
#


Jg
/
 

 

图1 靛蓝硫酸标准溶液吸光度曲线
Fig.1 Absorbance curve of indigo sulfate standard solution
图 1所示为靛蓝硫酸标准溶液吸光度与浓度
的关系，拟合后得到一条经过原点的直线,求得直
线的斜率为 0.142 70，即靛蓝浓度与吸光度满足方
程C=0.142 70A（其中，C为靛蓝浓度，A为吸光度），
这表明靛蓝浓度与吸光度之间呈正比关系。因此，
可先测得牛角瓜纤维在各条件下染色后在硫酸溶
液中的吸光度A，再根据此方程计算靛蓝浓度，即可
得到靛蓝的上染率。
2.2 染色温度对牛角瓜纤维染色性能的影响
采用渗透剂 0.3 g/L，氧化时间 10 min，浸渍温
度分别为 20、30、40、50、60 ℃，按靛蓝浸染工艺染
色，测定染色纤维的K/S值和上染率，结果见图3。
     








)

$

(a)上染率
     







.
6
$

(b)K/S值
图2 染色温度对牛角瓜纤维染色上染率和K/S值的影响
Fig.2 Influence of dyeing temperature on dye exhaustion
and K/S value
由图2可知，在渗透剂用量、氧化时间一定时，
牛角瓜纤维靛蓝染料染色的K/S值及上染率，均随
温度的上升而减小。
通常，溶液的温度越高，分子获得的能量越大，
反应速率越快。靛蓝染料在对纤维染色的过程中，
靛蓝隐色体并未与纤维素发生取代或接枝等化学
反应，仅仅依靠分子间的库仑力和范德华引力吸附
于纤维的表面。在提高染液温度使染料分子获得
较大能量的同时，也加剧了已附着于纤维表面的靛
蓝隐色体分子的脱离，从而破坏靛蓝染料的平衡上
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染。此外，对脱胶后的牛角瓜纤维进行高温染色还
容易对纤维造成较大的损伤，使纤维强力下降。综
合上述各因素，靛蓝染料对牛角瓜纤维的浸染温度
控制在20~30 ℃为宜，即常温上染即可。
2.3 氧化时间对牛角瓜纤维染色性能的影响
采用渗透剂 0.3 g/L，浸渍温度 20 ℃染色，氧化
时间分别为2、4、6、8、10 min，染色后测定染色纤维
的K/S值和上染率，结果见图3。
.
6

     








LPLQ
(a)K/S值
     









)

LPLQ
(b)上染率
图3 氧化时间对牛角瓜纤维染色K/S值及上染率的影响
Fig.3 Influence of oxidation time on K/S value and dye ex⁃
haustion
由图3可知，在渗透剂用量、浸渍温度一定时，
牛角瓜纤维靛蓝染色的K/S值及上染率随氧化时间
的延长而增加，最后趋于平衡。
靛蓝染料对牛角瓜纤维染色是一个缓慢的过
程，在较短的时间内，对靛蓝隐色体的氧化不能到
达纤维的间隙和内部。氧化初期，靛蓝隐色体的氧
化主要在牛角瓜纤维的表面；随时间的延长，氧化
逐渐向纤维的间隙及内部推进；当氧化进行到
8 min时，氧化反应趋于平衡，纤维的K/S值及靛蓝
染料上染率变化不大。因此，利用靛蓝染料对牛角
瓜纤维进行染色时，靛蓝隐色体的氧化时间控制在
8 min已足够。
2.4 渗透剂用量对牛角瓜纤维染色性能的影响
试验中，取浸渍温度20 ℃，氧化时间10 min，渗
透剂质量浓度分别为0、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L，按靛蓝
浸染工艺染色，染色纤维的K/S值和上染率见图4。
      







$F+HJg/
.
6
(a)K/S值
$F+HJg/
      









)

(b)上染率
图4 渗透剂用量对牛角瓜纤维染色K/S值及上染率
的影响
Fig.4 Influence of penetranting agent dosage on K/S value
and dye exhaustion
由图4可知，在浸渍温度、氧化时间一定时，牛
角瓜纤维靛蓝染色的K/S值及上染率随渗透剂用量
的增加先增大后减少。
加入渗透剂，有利于牛角瓜纤维表面的靛蓝染
料分子向其内部扩散，表面又能附着新的染料分
子，使纤维透染。未加渗透剂或渗透剂质量浓度低
于 0.4 g/L时，靛蓝染料在牛角瓜纤维表面浮色重，
染色不均匀；当渗透剂质量浓度超过0.4 g/L时，K/S
值及上染率有所降低。故靛蓝染牛角瓜纤维时，渗
透剂用量应不小于0.4 g/L较合适。
综上，优化的牛角瓜纤维靛蓝染色工艺为：染
液温度控制在20~30 ℃，氧化时间在8 min左右，渗
透剂质量浓度不小于0.4 g/L。
2.5 果胶脂蜡质对牛角瓜纤维靛蓝染色性能的影响
（1）前处理按1.3节工艺。
（2）按优化的靛蓝浸染工艺流程染色，测定染
色纤维的K/S值和上染率，并观察纤维的表面形貌，
结果见图5和表1。
☞（下转第26页）
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表5 分散橙E-RL及蓝SE-5R氧化剥色后的颜色强度
Table 5 The color strength of Disperse Orange E- RL and
Blue SE-5R after oxidation stripping
CH2O2/(g·L-1)
2
3
4
5
100 ℃
橙E-RL
99.831
99.722
99.701
99.591
蓝SE-5R
99.774
99.760
99.632
99.570
110 ℃
橙E-RL
99.342
99.214
99.246
99.023
蓝SE-5R
99.668
99.528
99.113
98.996
120 ℃
橙E-RL
99.055
99.428
99.831
98.591
蓝SE-5R
99.578
99.431
98.956
98.890
130 ℃
橙E-RL
97.867
98.374
98.297
99.265
蓝SE-5R
92.517
93.427
93.949
92.450
由表 4和表 5可知，两种偶氮型分散染料耐还
原性较差，耐氧化性较好，与蒽醌型分散染料分散
蓝E-4R及红E-3B正好相反。这是由于偶氮类分散
染料分子结构中的氮氮双键 (—N=N—)在高温下
遇还原剂（如常用的保险粉）易断裂，生成两个
—NH2基，破坏了染料的发色体系。因此，当分散
蓝E-4R、分散红E-3B与分散橙E-RL拼色偏深且略
偏紫光时，如果用常用的还原法进行剥色，偶氮型
分散染料会比蒽醌型分散染料更易被破坏，色相会
变得更加偏紫；而用氧化法剥色，偶氮型分散染料
会比蒽醌型分散染料更加稳定，蒽醌型分散染料则
被氧化剥除，且氧化法剥色，颜色变化方向可控，变
化幅度较小，更有利于后续的追加或修色。
3 结论
（1）蒽醌型分散染料分散蓝E-4R及红E-3B在
强还原条件下可以被还原，其还原后经空气自然氧
化，又会生成有色物质；氧化法对其分子结构破化
比较彻底，且由于剥色条件相对温和，对纤维保护
性较好，色光变化小，便于控制。其他的蒽醌型分
散染料若应用此方法，需先在化验室验证。
（2）偶氮型分散染料分散橙E-RL及蓝SE-5R的
耐双氧水稳定性高于耐保险粉的稳定性，这更有利
于用氧化法消除蒽醌型的染料色光，同时保持偶氮
型染料的稳定。
（3）分散红E-3B（C.I.分散红 60）在生产中易出
现云状蓝紫色风印问题，与工艺中各洗浴的 pH值
的变化有关。
参考文献：
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（左-为原纤维，右-为前处理后纤维）
图5 牛角瓜纤维前处理前后的纵向扫描电镜图(2 500倍)
Fig.5 SEM photos of original and pretreated akund fiber
(lengthwise)
由图 5可知，牛角瓜原纤维纵向表面光滑，呈
圆柱形；而经过前处理后的牛角瓜纤维纵向表面凹
凸不平，出现大量的凹槽，呈扁平状。
表1 牛角瓜纤维前处理前后的染色K/S值与上染率
Table 1 Comparison of K/S value and dye exhaustion be⁃
tween original and pretreated akund fiber
K/S值
原纤维
5.213
前处理后
7.347
上染率/%
原纤维
4.59
前处理后
5.93
由表 1可知，牛角瓜纤维经过前处理后，再用
靛蓝染料染色，其K/S值和上染率均优于未处理过
的牛角瓜原纤维。这是由于经过前处理，牛角瓜纤
维的木质素、果胶、蜡质被去除，毛细效应有所提
高，渗透效果变好。
3 结论
（1）靛蓝染料对牛角瓜纤维染色的优化工艺
为：染色温度 20 ℃左右（即常温）、氧化时间 8 min、
渗透剂质量浓度0.4 g/L以上。
（2）牛角瓜纤维经过前处理去除果胶、脂蜡质
等杂质后，靛蓝染料染色上染率有所提高。
参考文献：
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（▲上接第22页）
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