（纺织工程专业论文）高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 中文提要 高梁红色素对几种天然纤维的染色性能研究 中文提要 高粱红色素是从高粱壳中提取的一种天然产物，具有以下优点：一是原料丰富、 价廉，高梁红天然染料的含量高，可达8 5 ，这是一般植物染料所达不到的；二是生 产过程没有环境污染，提取方法较为简单，可使高粱壳变废为宝；三是高粱红天然染 料对光、热、氧化荆、还原剂均稳定。无毒，无特殊气味，安全性高。 从目前国内外情况来看，关于此方面的研究主要限于高粱红食用色素方面提取技 术的开发，而高粱红色素仅在食品着色方面有一定的应用，而在织物染色方面尚未被 广泛应用。 本文对高粱红天然染料的萃取方法及物理化学性质进行了研究，通过试验确定了 染色用高粱红天然染料的最佳萃取条件。通过正交实验方法，对4 种天然纤维织物一 一羊毛、桑丝、柞丝、棉织物进行了直接染色、预媒法染色及后媒法媒染染色。 实验结果表明：4 种织物的干、湿摩擦牢度均较好，达4 级以上；皂洗时沾色牢 度较好，达4 级以上；毛的耐光牢度较好，铁媒染试样为3 4 级，柞丝次之，桑丝 和棉较差。说明该染料较适用于蛋白质纤维，对于纤维索纤维染色，则需做进一步改 进。 关键词：高粱红：天然染料；萃取；真丝；羊毛；棉；染色 作者：路艳华 指导教师：程万里副教授 吴春明高工 r e s e a r c h o n t h e d y 。e i n g p r o p e r t i e s o 。f s e v 。e r a 1 k i n d o f n a t u r a 1 f i b e r d y e d b ys o r g h u mr e dp i g m e n t a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ed y e i n gp r o p e r t i e so fs e v e r a lk i n do f n a t u r a lf i b e rd y e db ys o r g h u mr e dp i g m e n t a b s t r a c t s o r g h u mr e dp i g m e n ti sa k i n do f n a t u r a l p r o d u c t t h e r ea r et h r e ea d v a n t a g e s ：f i r s t ，i t s r a wm a t e r i a lr e s o u r c ei sa b u n d a n ta n dl o w - p r i c e d ，t h ec o n t e n ti st h eh i g h e s ta l m o s ta m o n g a l lk i n d so fp l a n t sd y e s t u f f s - - u pt o8 5 ：s e c o n d , i td o e s n tp o l l u t ee n v i r o n m e n ti ni t s p r o d u c t i o np r o c e s s ，i t se x t r a c t i o nm e t h o d i sm o r es i m p l e ，a n dc a nm a d es o r g h u ms h e l lf r o m w a s t em a t e r i a lt ou s e f u lo n e ；i nt h ee n d ，s o r g h u mn a t u r a ld y e s t u f fi ss t a b l et ot h et i g h t ，h e a t ， o x i d i z i n ga g e n t s ，r e d u c t i o na g e n t s ，t h e r ei sn op r i s o n , n os p e c i a lo d o r , a n di t ss a f e t y p e r f o r m a n c ei sv e r ys a f e f r o mt h ev i e wo fd o m e s t i ca n do v e r s e a s ，r e s e a r c ho nt h es o r g h u mr e dd y e s t u f fi s m a i n l ya b o u tt h ed e v e l o p m e n to f e x 仃a c f i o nt e c h n o l o g yo f i me d i b l ep i g m e n t ，a n di ti su s e d o n l yo nt h ea s p e c to f f o o dd y e i n g , b u ti ti sn o tw i d e l yu s e do nt h ef a b r i cd y e i n gy e t t h er e s e a r c ho nt h ee x t r a c tm e t h o do fs o r g h u mr e dd y e s t u f fa n dp h y s i c s ，c h e m i c a l p r o p e r t i e si nt h ep a p e r ，t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n si sd e t e r m i n e db ye x p e r i m e n t s ， t h e nd i r e c td y e i n g 、b e f o r e h a n dm e d i u ma n da f t e r w a r dd y e i n go n4k i n d so f n a t u r a lf i b c r s w o o l 、s i l ko f s i l k w o r m 、t u s s a hs i l k 、c o t t o nf a b r i cb yq u a d r a t u r ee x p e r i m e n t s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti ss h o w n 船f o l l o w s ：t h ed r y , w e tr u b b i n gf a s t n e s sa n d w a s h i n gc o l o rs t a i n i n gf a s t n e s so ft h e4k i n d so ff a b r i c sa r ea l lp e r f e c t ，u pt o4l e v e l ；t h e l i g h t - r e s i s t a n tf a s t n e s so fw o o lf a b r i ci sb e r e r t h es a m p l e sl i g h tf a s t n e s so fd y e i n gw i t h f c 2 s 0 - i s3 - - 4l e v e l ，t h a to ft u s s a hs i l ki st h es e c o n d 。s i i ko fs i l k w o r ma n dc o r o nf a b r i c a r en o tg o o de n o u g h t h e r e f o r e ，t h ed y e s t u f f i sf i tf o rp r o t e i nf i b e rd y e i n g ，a sf o rc e l l u l o s e f i b e rd y e i n g ，w es h o u l dd of 谳h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：s o r g h u mr e d ；n a t u r a ld y e s t u f f ；e x w a c f i o n ；s i l k ；w o o l ；c o t t o n ；d y e i n g i i w r i t t e nb yl uy a n h u a s u p e r v i s e db yc h e n gw a r d i w uc h u n m i n g 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第一章引言 第一章引言 1 1 天然染料概述 1 1 1 天然染料的历史 人类在很久以前就开始使用天然染料，这是人类文明的标志。据考证远在旧石器 时代的山顶洞人时期1 。已经开始使用氧化铁作为红色颜料为装饰品着色。我国是 应用天然染料最早的国家，印度、埃及、希腊、罗马等国家对天然染料的应用也较早， 但比我国晚得多。植物染料染色在春秋战国以前就开始应用，秦汉时期，染料植物的 种植面积和品种不断扩大。植物染料的制备到南北朝时已经完备，可供常年存储使用。 至明清两代，染料植物的种植、制备工艺印染技术等方面均到鼎盛时期。清代，植 物染料不仅自给自足，还大量出i z l 到日本、印度等国瞳1 。 1 8 5 6 年，英国化学家珀金( w h p e r k i n ) r 3 发现历史上第一个人工合成染料苯胺紫， 开创了合成染料的新纪元。各类合成染料相继问世，并以价格低廉，使用简单。质量 稳定，色泽鲜艳及优良的色牢度而被广泛的推广应用，逐渐取代了天然染料，天然染 料似乎退出了染料的历史舞台。 l 。1 2 天然染料的国内外现状 合成染料的广泛应用给人类的生存环境带来了严重污染。随着染料生产厂家的增 多以及染料产量的增加，在生产及使用过程中产生的污染也日益严重。合成染料的中 间体均是有毒物质，某些染料的中闯体还是致癌物质h 1 。印染厂染色废水的排放严 重污染了江河，使清澈的河水变得乌黑，江河中很多生物因污染致死，鱼虾等大量减 产，人类的饮用水源严重污染，癌症发病率也在升高。 在全世界兴起绿色环保潮流的今天，随着合成染料中的部分品种被禁用，人们的 环保意识增强，以及各国环保法规的实施，环境问题引起愈来愈多的人的关注，纺织 和时装趋向天然化，人们向往回归大自然。纷纷将目光投向蕴藏无限资源的大自然， 而且由于目前国内外对于纺织生态学的研究和绿色纺织品的开发越来越重视，人们认 识到发展纺织工业必须解决污染和纺织品对人体的安全问题，对天然染料的兴趣又浓 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第一章引言 厚起来。 目前，日本和欧洲一些国家正在积极开发天然染料资源及其对棉、丝绸、羊毛和 锦纶等纤维的染色技术，并相继推出天然染料染色纺织品。作为女衬衫、睡衣的衣料， 天然染料染色织物色彩绚丽独特，制成的罩、垫、床单、浴巾等室内用品风格古朴凝 重，受到越来越多的消费者的青睐。在广泛使用合成染料的今天，植物染料以其无毒、 无害、无污染、色调高雅的优点。重新受到人们关注。国际上天然染料的研究主要集 中在亚洲b 1 ，特别是日本和印度，天然染料的研究还是发展中国家间技术合作的联合 国发展方案( u n d p ) 计划的一部分。在日本还设立了专门的植物染料研究机构。进 行传统植物染料品种和新品种的开发利用及基础研究。在提高色牢度方面取得了成 果；印度德里国际信息技术大学从1 9 9 0 年开始了此方面的研究】，做了大量工作； 韩国也有部分研究人员在从事天然染料的研制与开发工作h 3 ；目前，天然染料不但在 天然纤维中得到应用，还正向聚酯、聚酰胺等合成纤维拓展哺1 。英国人对天然染料的 兴趣的复苏逐年增加，并对染料在生物体内合成进行深层次研究。 天然染料虽然不能完全替代合成染料，但它在市场上占有一席之地。据估计，天 然染料能占全球染料总用量的1 0 。目前。天然染料的用量仅l 万吨，占合成染料用量 总额的1 。 近年来，我国对天然染料的开发也正在积极的探索之中，苏州大学、北京服装学 院和中科院大连化学物理研究所等单位均有研究人员在从事天然染料染色方面的研 究射。 我国现在有些地方已开始重视开发利用天然染料，主要用于一些民间工艺品的印 染。如民族服装、扎染和蜡染工艺品，如中国云南大理州巍山县扎染厂用植物染料加 工扎染旅游产品：贵州蜡染用天然蓝草染色等。 此外，一些企业也借此来开发新产品。如江苏三毛集团用天然染料开发精纺毛料 高支轻薄化、功能多样化的环保型高档天然环保型面料1 1 0 3 江西新余市双林恩达纺 织印染有限公司应用植物的根、茎、花、果等提炼植物色素，对全手工织造的苎麻夏 布进行深加工染色处理。试制出粗犷、挺括、凉爽、透气、抑菌，色泽鲜亮、色牢度 达到应用化学染料生产各类苎麻织物标准的“植物染料印染夏布”；桐乡草木研究所 利用当地资源如桑叶、桑皮、菊花、蓝草等植物，开发植物染料染色的棉织物、丝织 物、针织物、真丝纱线等多种产品。 2 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第一章引言 天然染料主要有三大类：植物色素、动物色素和矿物。矿物类色素多是无机物， 而且一般不溶于水，通常作为颜料使用，只有少数能作为染料用，植物和动物中的色 素能溶于水，或在适当的条件下可溶于水，在性能上与合成染料最接近，在一定的条 件下可以上染天然纤维，因而在一定范围内尚有使用。 我国地域辽阔，有着生产天然色素的丰富资源，传统染色技术历史悠久，具备得 天独厚的物质和技术条件。因此，如何开发利用这一宝贵资源。挖掘、改进传统的染 色技术，是摆在我们面前的一个重要课题。 1 1 3 天然染料的发展前景 天然染料具有以下优点：一是天然染料的制备不会造成污染，穿着安全。天然染 料主要为植物染料，其色素分别存在于花、果、皮、茎、叶和根中。而大部分植物色 素是可溶于水的，故对植物染料一般直接用水萃取。二是生物和环境相容较好，可以 生物降解，某些天然染料除染色功能外，还具有药物、香料等多种功能，使它特别适 合应用于开发高附加值的绿色生态纺织品，对于我国突破西方发达国家设置的绿色壁 垒，发展绿色纺织品具有重要意义 1 1 1 三是生产这些染料的原料可以再生，而合成 染料的原料是石油和煤炭，这些资源目前消耗很快，资源不能再生。因此，开发天然 染料有利于保护自然资源和生态环境。 然而，由于缺乏足够的研究，某些天然染料的化学结构尚不十分清楚；天然染料 染色时，大多数需要媒染；f l l ，而这些媒染剂又往往是重金属，对人体和环境有害，需 要进一步研究；而从天然植物中萃取染料，所含的染料量又较少，生产成本比较高， 难以大量生产：另外，天然染料在水溶液中的稳定性较低，重演性很差，色光也不稳 定，耐光牢度和水洗牢度差 1 2 i 因此限制了天然染料的应用。据估计，目前市场上 应用的天然染料每年约l0 0 0t ，大部分用于食物、化妆品等，天然染料用于纺织品的 染色、印花，仅局限于小规模染色和业余群体n 3 1 。因此，研究和开发天然染料的提 取和应用工艺，综合利用植物的叶、花、果实及根茎，特别是利用天然植物的副产物 的来提取天然染料以得到性能好、产量高的天然染料，并用天然染料开发一些高附加 值的纺织品：( 1 ) 高档真丝制品钔。因为丝绸穿着舒爽，所以除用作高档礼服外， 绝大部分用于内衣、睡衣等贴身衣物，这就对染整加工有着更高的环保生态要求。天 然染料中的大部分可用于丝绸染色，这已经经过了长期实践的检验。我国古代劳动人 3 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第一章引言 民就是用各种天然染料将丝织品染成绚丽的色彩。加快研究开发用天然染料染色的真 丝纺织品，对提高丝织品的产品附加值和占领国际市场有重要的意义； ( 2 ) 保健内 衣。随着人们对生态养生内衣的迫切要求，满足人体舒适和保健的绿色纺织品将成为 家庭健康消费的最基本内容并将掀起内衣的革命。天然染料大都多具有药物作用，有 的可抗菌消炎，有的可活血化瘀。所以用天然染料染制的纺织品将会成为保健内衣的 生力军：( 3 ) 家纺产品。随着人们生活水平的提高，家纺产品将由经济实用型向功 能型和绿色环保型转化。由天然染料染制的床单、被罩、浴巾等家纺产品必然会因符 合生态环保标准和具有医疗保健功能而受到人们的青睐； ( 4 ) 装饰用品。天然染料 印染的装饰用品在欧美地区尤其受到欢迎和喜爱。如将天然染料染色与我国传统的扎 染、蜡染艺术相结合，贝i j 更会大大提高产品的档次。 因此，天然染料将具有广阔的发展前景。开发天然染料的实用制各技术及染色技 术，扩大天然染料的应用范围，是本研究的主要目的。 1 2 高粱红色素的结构及性质 1 2 1 高粱红色素的成分和结构 高粱红色素是一种天然植物色素，属于类黄酮系化合物。辽宁农业科学研究院的 研究人员通过红外光谱、紫外光谱【u v 】、质谱o d s ) 和核磁共振( n m r ) 分析测定， 确定高粱红色素属于异黄酮半乳糖甙，含有两种主要成分【”】： a 5 ，4 l 一二羟基异黄酮7 _ _ c l 半乳糖甙： 半乳 b 5 ，4 l 二羟基6 ，8 一二甲氧基异黄酮7 0 k 半乳糖甙； 半乳糖甙 4 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第一章引言 1 2 ，2 高粱红色素的性质 高粱红色素成品为棕红色至黑紫色固体粉末，具有金属光泽，色素本身显微酸 性【l6 】，与碱反应生成盐类，其盐可溶于水，并在不同p h 值范围内呈现黄、红、紫、深 紫、黑紫等颜色。高粱红色素对光热稳定，色调柔和自然无特殊气味，易溶于乙醇和 水，不溶于油脂类【1 7 l 。 高粱红色素在不同溶剂中的溶解性和颜色反应是不一样的：氢氧化钠溶液中呈深 紫色：9 9 的冰乙酸，色素可溶解，呈浅红色【墙】。其色调柔和、自然，无毒无特殊 气味。p h 在4 一1 2 范围内都易溶解，易溶于乙醇、水，不溶于油脂，酸性时色浅， 碱性时色浓对光、热稳定，与金属离子可形成络盐。 1 3 研究高粱红天然染料的意义及目的 我国是世界高粱的主产国之一c 1 9 j 全国各地均有高粱栽培，尤以东北、华北、 西部地区为多。我国每年种植面积2 0 0 0 万亩，高粱壳年产量约1 6 亿k g ，辽宁省种植面 积5 0 0 万亩，高粱壳年产量约为4 亿蚝，其中有8 0 是黑紫色或棕红色n 们，可用来提 取天然染料。 如此多的高梁壳，除在家畜饲料、酿造n 等方面用去一部分之外，其余大部分 均未被利用或作为燃料烧掉。 高粱壳是禾本科植物高粱的外果皮m 1 。从高粱壳中可以提取高粱红天然染料， 它具有以下优点：( 1 ) 高粱红色素是从广泛种植的粮食作物红高粱的壳中提取，对 人体是无毒、无害、无副作用 2 3 3 生产过程没有环境污染，是高粱壳变废为宝的好 途径1 ；( 2 ) 其原料来源丰富、价廉，提取方法较为简单，收率较高，因此在价格 上可与人工合成色素竞争2 钊；( 3 ) 对光，热、氧化剂、还原荆均稳定黝；( 4 ) 着 色力强n 刀： ( 5 ) 高粱红色素本身还具有药用及保健作用，如消炎解热，扩张血管、 降低血糖血压等作用3 。 国内从2 0 世纪8 0 年代中期开始高粱红色素的研究旺钔，关于高粱红天然色素的应 用仅限于食品、化妆品、医药等领域啪3 ，而在织物染色方面，虽然古代埃及、印度 和我国农民有用高粱红色素染毛、棉、麻等多种纺织品的做法叭1 ，但目前尚未被广 泛应用于纺织品染色。 壹墨堑璺壅堕墨登墨签堑丝些垄鱼丝堕堑壅兰三蔓l ! ! 曼 1 4 课题的主要研究内容 本实验首先对高粱红天然色素进行萃取，找出最佳萃取条件，然后用高粱红天然 色素萃取液通过正交试验及单因素试验对羊毛、桑丝、柞丝、棉织物进行染色，确定 最佳染色工艺条件，最后对各染色试样进行了牢度铡试。 6 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第二章实验材料、仪器 第二章实验材料、仪器 2 1 实验药品及试剂 无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、碳酸钠、氯化钠、乙酸、甲酸。为分析纯试剂。 2 2 试验材料 黑色高粱壳：产地丹东。 桑丝织物：电力纺。 柞丝织物：柞丝绸5 2 0 3 。 羊毛织物：羊毛昵。 棉织物：细平布。 2 3 主要实验仪器 7 2 1 分光光度计。 2 6 型酸度计。 y 5 4 1 b 摩擦牢度试验仪。 n i c o l e t 2 0 5 f r - 取红外光谱测定仪( 美国) 。 c o l o r - e y e 3 1 0 0 型测色仪( 美国g r e t am a e h b e t h 公司) 。 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 第三章实验部分 3 1 高梁红天然染料的萃取试验 从高粱壳中提取天然红色素的研究国内外已有些报道和研究，均采用溶剂法如乙 醇或乙醇水溶液法来提取高粱红色素p 2 1 。 3 1 1 高粱红天然染料的染液制备及光谱性质测试 3 1 1 1 高粱壳准备 取高粱壳若干，除去高粱桔等杂质，用清水洗3 次，挤出水分，放入烘箱中8 0 烘干至恒重，然后用粉碎机将高粱壳粉碎。 3 1 1 2 高梁红天然染料萃取液制备 称取1 0 9 高粱壳，量取1 0 0 m l 蒸馏水，放入5 0 0m l 烧杯中，加入2 9 n a o h ，用 8 0 c 水浴加热l h r ，过滤后将萃取液用容量瓶定容至1 0 0 m 。 3 1 1 3 测定不同p h 值下的最大吸收波长 从查阅的资料以及试验中发现高粱红天然染科在水中的最大吸收波长在可见光 区找不到，推测其值应在紫外光区【3 3 】，且p h 4 的酸性水溶液中高粱红部分沉淀析出 0 4 1 ，影响吸光度的测定结果。而在乙醇水溶液中高粱红天然染料的溶解性较好。因此 本试验p h 7 选用4 0 乙醇溶液一氢氧化钠溶液为稀释液来测定其最大吸收波长。 用移液管取lm l 上述用容量瓶定容至1 0 0 m l 的萃取液，分别用4 0 乙醇一盐酸 溶液( p h = 3 、5 时) 、4 0 7 - , 醇溶液( p h = 7 时) 、4 0 乙醇溶液一氢氧化钠溶液( p h = 8 、9 时) 定容至1 0 0m l ，以对应的稀释液为参比液。光程为l c m ，用7 2 1 型分光光 度计在3 8 0 7 6 0n l t l 之问测定其最大吸收波长，其光谱见图l 。 m4 2 0m s 0 0 5 8 007 0 07 4 0 波长 ( r i m ) 图l 高粱红天然染料的光谱性质 从图l 可以看出：p h 为3 、4 时，最大吸收波长 。= 4 9 0m n ；p h 为5 、6 、7 时，最大吸收波长入。- 5 0 0i l r n ；p h 为8 、9 时在可见光区找不到最大吸收波长，推 测应在紫外光区。 高粱红天然染料的最大吸收波长 。是随p h 值的变化而变化的，因此试验必须 在固定的p h 下进行测试。本试验均以4 0 7 , 醇一盐酸溶液( p h = 3 ) 为参比液和稀 释液来测定不同萃取条件下高粱红天然染料的吸光度，以保证数据的一致性。做红外 光谱图，分析酸、碱及中性条件下的高粱红是否有结构变化。 3 1 1 4 不同p h 下的红外光谱分析 p h = 3 、7 、9 时高粱红溶液于8 0 烘箱中烘干，得到3 种无定形粉末，p h = 3 时， 粉末颜色较浅，p h = 7 、9 粉末颜色加深。以k b r 压片法做红外谱图如下： 9 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 图2 p 8 = 3 时的红外光谱 图3 p h = 7 时的红外光谱 1 0 ev+dt口cl鬟 uc4十_；亡 高粲红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第三章实验部分 图4p h = 9 时的红外光谱图 对图2 、3 、4 中不同p h 的红外光谱图比较，可得出以下结论： ( 1 ) 波数在3 4 0 0 - - - 3 5 2 0e m - 1 及1 2 0 0e m 1 附近的吸收峰，说明有o h 存在， 1 5 5 0 c m 说明含有双键或共轭双键，1 0 5 0 一1 1 0 0e m - 1 说明含有醚键。 ( 2 ) 波数在3 5 0 0 c m “处的吸收在p h - - - 9 时减小，酸性增强的情况下显著增加， 表现为- o h 的吸收峰。随着p h 值的减小o h 的吸收峰显著变化，这种变化可能是由 于酚羟基的酸性引起的。另一方面强酸作用下羰基质子化也可阻得到含有羟基结构的 正离子( 因为芳环的存在正离子具有一定的稳定性) 这种结构也为o h 吸收峰的增加 作出一定的贡献。 高粱红的主要成分a ( 5 ，4 l 二羟基异黄酮7 _ _ c l 毕乳糖甙) 在酸、碱条件下的化 学反应0 5 】： 半乳糖请一。 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第三章实验部分 一彩钞捌 半乳糖甙o + o h o 高粱红结构成分b ( 5 ，4 _ _ 二羟基6 ，8 一二甲氟基异黄酮- 卜半乳糖甙) 在 酸、碱条件下的化学反应： 半乳糖甙 半乳糖甙 ! ：o c h 3 o c h 3 1 2 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第三章实验部分 3 1 1 5 高粱红色素的光稳定性 取浓度为x 的萃取液4 份，每份l m l ，分别调p h = 3 、5 、7 、9 ，定容至1 0 0 m l ， 测吸光度值，然后将每种定容高粱红溶液分成2 份，分别在室内自然光和无光存放7 天，室温2 5 ( 2 ，测定其吸光度的变化，结果如下图： 05 0 4 魁 累 辞 0 3 0 2 0 6 0 5 倒 米04 茸 n3 0 2 4 0 04 2 04 4 04 6 04 8 05 0 05 2 05 4 05 6 05 8 06 0 0 波长( r u u ) 4 0 04 2 04 4 04 6 04 8 05 加5 2 05 4 05 6 05 8 06 0 0 波长( 曲) 0 7 o 6 o 5 篓n4 瞽 0 3 o 2 0 1 椭e a o 椭1 e o 椭6 0 0 啪5 4 0 姗啪6 0 0 波长( 删) 4 0 04 2 04 4 04 6 04 8 05 0 05 2 ( i5 4 05 6 0 5 8 06 0 0 渡长( 幢) 图5 不同p h 下高粱红溶液的耐光稳定性 由图5 可以看出：在p h = 3 、5 时，有光与无光放置时，染液的吸光度增大，p h = 7 、 9 时，有光与无光放置时，染液的吸光度减小，但高粱红溶液放于暗处时，溶液的吸 光度变化不大，有光条件下，碱性及中性介质中吸光度减小程度较大，说明中性及碱 性条件下耐光稳定性较差。在p h = 3 、5 时，最大吸收波长与以前比较没有变化。 3 1 i 6 标定高粱红天然染料萃取液的标准工作曲线 将过滤后用容量瓶定容至1 0 0 m l 的高粱红萃取液，分别取0 2 、0 4 、0 6 、o 8 、1 0 m l ， 1 1 斟最瞄 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 然后用容量瓶以4 0 7 , 醇水溶液( p h = 3 ) 定容至1 0 0 m l ，以0 6 m l 稀释液测定最大吸 收波长，xm a x = 4 9 0n l n ，与以上测试结果一致。然后在最大吸收波长下标定标准工 作曲线。 髓 米 瞽 0 oo 2 o 4o 6o 8 染液浓度( z l ) 图6 高粱红天然染料标准工作曲线 由图6 可以看出：在染液浓度o 1 0 e j l 范围内，高粱红天然染料标准工作曲线 基本为直线。以下测试所应用的浓度范围是相对浓度小于1 0 9 l 范围内，稀释液和参 比液均为4 0 乙醇一盐酸溶液( p h = 3 ) 。 3 1 2 不同溶剂萃取高粱红天然染料 3 1 2 1 以水为溶剂萃取高梁红天然染料 3 1 2 1 1n a 2 c 0 3 、n a o h 浓度对萃取的影响 试验条件：高粱壳8g 1 0 0 m l ，温度8 0 c ，时间6 0m i n ，萃取液用容量瓶定容至 1 0 0 0 m l 。取l m l 用4 0 乙醇一盐酸溶液( p h = 3 ) 定容至1 0 0 m l 。以4 0 7 , 醇一盐酸 溶液( p h 2 3 ) 为参比液，光程为l c m ，调p h = 3 ，用7 2 1 型分光光度计测定在其最 大吸收波长4 9 0 n m 处的吸光度。以后的吸光度测试方法均按此进行。 1 4 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第三章实验部分 碱浓度( g l ) 图7n a 2 c 0 3 、n a o h 浓度对萃取的影响 由图7 可以看出：随者：n a 2 c o a 浓度和n a o h 浓度的增大，萃取液的吸光度逐渐增加， 并且n a 0 h 对萃取液吸光度的影响比n a 2 c 0 3 大。这是因为高粱红色素的主要成分为： 5 ，4 l 二羟基异黄酮一7 o 一半乳糖甙和5 ，4 l 一二羟基6 ，8 一二甲氧基异黄酮 7 _ - 卜半乳糖甙【3 6 1 ，因分子中含有羟基，增加碱用量会促进羟基电离成为负氧离 子，色素因此会更易溶解于水中。当n a o h 及n a 2 c 0 3 超过2 0 9 e r a 量时，萃取液的吸光 度值变化不大。因为n a o h 在与n a 2 c 0 3 用量相同萃取条件下，吸光度值较高，说明 n a o h 萃取效率效高，所以选择n a 0 h ，用量为2 0 9 l 。 3 1 2 1 2 温度对萃取的影响 试验条件：高粱壳8e d z 0 0 m l ，n a o h2 0 9 l 。萃取液用容量瓶定容至1 0 0 m l 。取 li l l l 用容量瓶定容至1 0 0 m l 的萃取液，用4 0 乙醇一盐酸溶液( p h = 3 ) 定容至1 0 0 m l ， 以4 0 7 , 酵一盐酸溶液( p h = 3 ) 为参比液，光程为l c m ，用7 2 1 型分光光度计测定 在其最大吸收波长4 9 0n n l 处的吸光度。( 以下吸光度测试均为此方法) 。 图8 温度对萃取的影响 1 5 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 由图8 可以看出：温度为1 0 0 ( 2 时，萃取效果最好。 3 1 2 l _ 3 萃取次数的影响 试验条件：高粱壳8 0 9 l ，n a o h 用量为2 0 9 l ，温度为1 0 0 2 2 ，时间为6 0m i n 。 测定在其最大吸收波长4 9 0 r i m 处的吸光度。 图9 萃取次数的影响 从经济性上考虑，取2 次萃取液。第3 次含量较少，不进行第3 次提取。 以上述最佳萃取条件：高粱壳用量为8 0g l ，n a o h 用量为2 0 9 l ，温度为1 0 0 ，时间为1 2 0m i n ，萃取2 次。所得高粱红色素溶液，用l m o l 盐酸溶液沉淀，放置 1 2 小时，用减压法抽滤，得膏状物，再于8 0 c 下放于烘箱中烘干。粗产率为8 3 。 产品为褐色无定型粉末。 3 1 2 2 以乙醇为溶剂萃取高梁红天然染料 以乙醇为溶剂，试验条件为高粱壳8g 1 0 0 m l ，8 0 c ，6 0r a i n ，用容量瓶定容至 1 0 0 m l 。吸取l m l ，4 0 乙醇盐酸溶液( p h = 3 ) 定容至1 0 0m i ，测定吸光度为0 0 3 0 ， 仅为相同条件下水的n a o h 的萃取液吸光度值( o 2 4 0 ) 的1 2 。5 。因该法的提取率太 低，所以不采用此方法来提取高粱红天然染料。 3 1 2 3 以乙醇的水溶液为溶剂萃取高粱红天然染料 取8 9 高粱壳，加入1 0 0m 1 4 0 乙醇溶液，于8 0 c ，6 0m i n 提取色素，萃取液用 容量瓶定容至1 0 0 m l ，吸取l m l ，4 0 7 , 醇盐酸溶液( p h = 3 ) 定容至1 0 0m l ，最大 吸收波长4 9 0n n l 处的吸光度。 1 6 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究 第三章实验部分 3 。1 2 3 1 溶液p h 值对萃取的影响 p h 值 图1 0 p h 值对萃取结果的影响 由此图1 0 可以看出：p h = l 时萃取效果较好。 3 1 2 3 2 乙醇浓度对萃取结果的影响 调节萃取液的p h = l ，其它萃取条件与上述条件相同。 图l l乙醇浓度对萃取结果的影响 由图1 1 可以看出，乙醇浓度为6 0 时，萃取效果较好。 3 1 2 3 3 温度对萃取的影响 其它萃取条件与上述相同乙醇浓度为6 0 。 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 3 u 4 u鲫帅r o8 帅i 温度f ) 图1 2 温度对萃取的影响 由图1 2 可以看出：温度为1 0 0 j c 时，萃取效果最好。 3 1 2 3 4 时间对萃取的影响 其它萃取条件与上述相同，温度为1 0 0 ( 2 。 03 0 2 8 0 2 6 0 2 4 0 2 2 o 2 3 05 07 09 01 1 01 3 01 5 01 7 0l 时间( r a i n ) 图1 3 时间对萃取的影响 由图1 3 可以看出：温度一定，时间越长，萃取液吸光度值越高，但时间超过1 2 0 m i n 后吸光度值变化不大，因此，萃取时间为 2 0 m i n 。 3 1 2 3 4 萃取次数的影响 试验条件：高粱壳8g 0 0 m l ，n a o h 用量为2 9 1 0 0 m l ，温度为1 0 0 c ，时间为1 2 0 m i n ，测不同萃取次数的吸光度。 0 3 倒0 ，2 米 昏0 i o i2 3 萃取次数 图1 4 萃取次数的影响 1 8 3 2 l 0 o n 0 纂醛 v j 竭最基 壹墨塾垒童翌些登差签堑丝堕叁鱼丝些堡壅 一一皇兰皇壅壁! ! 生 取2 次萃取液。第3 次含量较少，不进行第3 次提取。 以上述最佳萃取条件得高粱红色素溶液，蒸干溶剂，得膏状物，再于8 0 c t 放于 烘箱中烘干，产率为8 5 ，产品为棕色无定型粉末 综合以上三种提取方法，得出如下结论： 单纯用乙醇提取，效果较差，不采用此法提取高粱红天然染料a 而用氢氧化钠的水溶液及6 0 的乙醇酸溶液萃取，效果较好。 6 0 的乙醇酸溶液萃取效果略好于氢氧化钠水溶液的提取效果。 因为氨氧化钠水溶液提取法成本较低，提取方法也较简便，不用蒸馏乙醇，且萃 取的染液可直接用于染色。所以，本试验采用该方法的萃取液来进行染色试验。 综上所述，确定高粱红天然染料的萃取条件： 离粱壳8 0 9 l ，n a o h 用量为2 0 9 l ，温度为1 0 0 ，时间为1 2 0 r a i n 。萃取次数为 2 次。萃取液定容为2 0 0 0 m l 进行下面的染色试验，染液的浓度以x 表示。 3 2 高梁红天然染料直接染色试验 分别将l g 桑丝绸、柞丝绸、羊毛织物、棉织物用沸水煮沸l o m i n ，冷却挤干水分， 用2 5 0m l 染杯。室温入染，1 5r a i n 内升至所需温度，保温3 0 r a i n ，水洗，烘干。 试验按以下正交试验表进行。染色后用c o l o r - e y e 3 1 0 0 型测色仪测定各试样的 l 、a 、b 、a e ，计算出，、h 。 表1高粱红天然染料直接染色正交试验表b 3 4 因素p h 值 温度染料浓度 n a c l ( ) ( 相对浓度) 羊毛柞丝桑丝棉织 ( g l ) 承乎 织物织物织物 物 l7 0x3447o 28 0x 245582 39 0x ，356695 注： 表1 中x 为以下每件革取的高巢红天然染料的浓度：高粱壳8 0 9 ，l ，n a o h 用量为2 0 9 l ， 温度为1 0 0 c ，时间为1 2 0 m i n 。萃取2 次，粢液定容为2 0 0 0 m 1 调p h 值时羊毛织物用甲酸，真丝织物用乙酸1 ，棉用氢氧化钠 1 9 壹墨堑鱼壅壁些登丕签壁丝塑兰鱼丝墼里塞 墨三皇茎兰! ! ! 生 3 2 i 羊毛织物直接染色试验 3 2 1 1 羊毛织物直接染色正交试验 表2 羊毛织物直接染色正交试验l 9 3 4 结果及数据分析 因素温度 染料浓度p h 值 n a c i 项目 ( )( 相对浓度) ( g l ) k l 5 2 5 64 7 5 94 9 2 0 5 0 1 0 l 5 0 8 85 0 6 85 1 4 6 5 0 4 1 k 2 k 3 4 7 4 25 0 5 9 5 0 2 05 0 3 6 r5 1 4 5 0 02 2 7o 3 1 k l 6 4 8 3 6 3 5 86 1 9 66 5 9 9 h k 2 6 4 7 16 4 7 06 3 4 86 4 3 l k 3 6 3 1 66 4 4 16 7 2 66 2 _ 3 9 r1 6 71 1 35 3 0 3 6 l k l 2 4 0 92 4 8 22 5 。4 32 4 2 7 c k 2 2 3 4 42 3 2 12 4 9 92 2 7 1 k 3 2 3 6 62 3 1 72 0 7 72 4 2 1 ro 6 51 6 5 4 6 6 1 5 7 k i 3 6 8 l3 9 0 43 8 3 23 6 4 7 e k 2 3 6 6 73 6 4 53 7 1 l3 6 0 6 k 3 3 6 8 03 4 7 93 4 8 53 7 7 6 ro 1 44 2 5 3 4 81 7 0 往： 表中k l 、k 2 、k 3 为均值，r 为极差，e 为试样与白布之间的色差，以染色后试样与白织物 的色差e 表示染色深度，以下同 由表2 可以看出：染液浓度s a e 的影响最大，对l 、c + 的影响较大，随着染液 浓度的减小，a e 、c + 减小，l 增加。即试样表面深度减小，艳度减小，而亮度增加， 说明染料浓度较低时，织物上的染料量较小；温度对l 的影响最大，温度升高，试样 2 0 商粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 亮度下降；p h 值对h 和c 值的影响最大，对e 的影响较大。p h 值升高，a e 减 小，h o 增大，c + 值减小，说明试样颜色加深，黄光增加，艳度降低；n a c l 对各因素 的影响不大。以a e 为依据进行优选，做染液浓度与p h 值的影响单因素试验。 3 2 1 2 羊毛织物直接染色单因素试验 3 2 1 2 1 羊毛织物直接染色染液浓度的影响单因素试验 染色条件：温度9 0 c ，p h = 4 ，织物l g ，浴比l ：5 0 。 5 5 6 0 j4 5 4 0 3 5 1 02 03 0 4 05 0 染液加入量( m 1 ) 染液加入量( m 1 ) l o 2 03 04 05 0 染液加入量( m 1 ) 5 0 4 5 葛4 0 3 5 3 0 1 02 03 0 4 05 0 染液加入量( m 1 ) 图1 5 染液用量对颜色的影响 由图1 5 可以看出：随着染液( 浓度为x ) 加入量的增大，a e 、c + 值逐渐增大， 即织物表面的色深和艳度逐渐增大，l i 、h 0 逐渐缩小。至4 0 m l 后，表面a e 值不再 增加，所以选择萃取液的最佳用量为4 0 m l ，此时染液浓度为4 x 5 。 3 2 1 2 2 羊毛织物直接染色p h 影响单因素试验 高粱红色素对几种天然纤维的染色性能研究第三章实验部分 染色条件：温度9 0 c ，染液浓度为4 5 ，织物l g ，浴比l ：5 0 。 3 5 3 0 2 5 2 0 2 4 2 2 。2 0 1 8 1 6 t 56 t a f t 456 p h 6 2 山5 8 q 5 6 5 4 5 2 图1 6 染液p h 对颜色的影响 45 6 p h 由图1 6 可以看出：随着p h 值的增加，z x e 、c 值减小，即织物表面的色深减小， 艳度减小，l 、 i o 逐渐增大。但p h 值为3 、4 时，e 值变化不大，为了减小染色酸度 较高时对羊毛的损伤，所以选取染色时p h 值为4 。试验中p h 值的下降造成染料溶解度 的下降，但染料倾向于上染纤维。从而提高了织物的表面得色量。 根据正交实验及单因素试验结果，羊毛织物直接法染色条件为：染液浓度为4 x 5 ， 温度9 0 c ，p h = 4 。 3 2 2 桑丝织物直接染色试验 3 2 2 1 桑丝织物直接染色正交试验 表3桑丝织物直接染色正交试验l 9 3 4 结果及数据分析 因素 温度 染料浓度p h 值 n a c l 项目 ( )( 相对浓度) -( g ，l ) k l 5 3 8 35 2 7 35 2 7 0 5 4 5 4 f k 2 5 4 8 05 4 2 55 3 6 9 5 4 3 2 k 3 5 3 2 85 5 2 6 5 5 3 55 3 3 8 r1 5 32 5 33 1 51 1 7 k i 3 7 9 5 3 7 5 03 5 5 23 7 0 1 i - - f k 2 3 8 2 83 7 7 83 7 8 53 7 9 9 k 3 3 7 6 53 8 6 04 0 5 23 8 8 8 r0 6 41 1 05 0 01 8 7 k l 1 2 2 61 2 6 71 2 2 6 1 2 0 0 c