艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用

摘要

本发明提供一种艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，采用所述染料通过预媒染色法对纤维素纤维进行染色，实现了将艾叶色素作为纤维素纤维的植物染料，同时提供了将该艾叶色素染料应用于纤维素纤维染色的具备工业化应用价值的染色工艺，通过对纯棉纤维的预媒染色法可以达到棉织物得色深度K/S值4.658，干摩5级，湿摩4级，变色4‑5级，沾色5级，手感4‑5级，已经达到了现实的工业生产需求，填补现有技术中艾叶色素植物染料的技术空白。

说明书

技术领域

本发明涉及一种艾叶色素染料的染色方法，具体涉及一种艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用。

背景技术

自然界中能用于染色的物质有3000-5000 中，其中植物染料色谱较全，可以得到紫色、红色、黄色、绿色、棕色、蓝色、黑色等，可以用于蚕丝、羊毛等蛋白质纤维的染色。植物染料根据其化学组成可分为吲哚类、类黄酮类、醌类、鞣质、类胡萝卜素、叶绿素和生物碱。由此可见，由于天然植物染料的结构相对复杂，不同的植物染料具有不同的染色机理，许多染料的染色机理尚需探索，而且植物染料存在染料的含量低、提取率低、染色工艺复杂、染色重现性差、皂洗和摩擦色牢度低等问题。

艾蒿是常见的菊科蒿属多年生野生草本植物，资源丰富，作为一种传统中草药，药用历史悠久，作为药用部位的艾叶，含有挥发油、黄酮、胆碱、桉叶烷类、三菇类、多糖类化合物及微量元素等成分，具有镇定免疫、解热利尿、抗菌消炎、平喘祛痰、止痒抗敏、护肝利胆、调节血压等多重药效及保健功能。同时，艾叶也是一种天然染料，其含有醇溶性色素，通过与蛋白质纤维中的-OH、-NH₂、-COOH等活性基团结合，可在羊毛、蚕丝等纤维上染色。而纤维素纤维分子中含有大量的-OH，因此，理论上存在上染的可能性，但是，由于植物染料往往通过提取的方法，来获得有色色素作为染料使用，相应地为了更大程度利用植物中可作为染料的色素，必须通过有效的提取方法来最大化的获得相应的染料，同时提取方法的不同，对于染料中所含有的杂质成分一定程度上也会增加。现有技术中对于艾叶色素对纤维素纤维进行染色的报道，均无法达到应用于工业化生产的潜力。

现有技术1：艾蒿植物染料开发及其染色性能研究，孙福娟等，染整技术，2010年09月，第33-35页中公开了艾蒿色素的提取液用于纤维素纤维的直接染色，艾蒿色素的提取工艺中将艾蒿洗净，晾干，粉碎浸提，过滤获得滤液，最后对纯棉织物尽享染色，该提取工艺中最佳的提取工艺为在65℃下进行，浸提时乙醇的用量达到了艾蒿粉末质量的30倍，可见，该提取工艺中不仅需要在较高温度下进行提取，而且提取过程中需要消耗大量的乙醇溶剂，并且浸提液中艾蒿色素的含量极低，棉织物的染色深度非常浅，因此，该文献中的提取工艺所获得的艾蒿色素不仅工业消耗大，色素提取率也较低，而且染色效果差，不符合环保、高效的工业化生产需求。

现有技术2：硕士论文“艾蒿天然色素的提取及其染色性能研究”中公开了艾叶色素通过超声波辅助采用乙醇浸提的方式来实现对艾叶色素的提取充分，其提取工艺中乙醇的用量仍然要维持在固液比在30倍以上，同时提取中采用微波辅助进一步限制了工业化应用的潜力，微波辅助方式往往仅适合实验室级别的操作，工业应用存在明显的局限性，并且大量乙醇的使用和繁琐的工艺步骤，同样不适合工业化生产。此外，超声辅助70℃的温度下，温度过高提取对于植物色素的存在明显的破坏风险。

因此，开发出具有工业化应用潜力、并且能够实现对艾叶色素的充分提取以及实现提取的染料对纤维素纤维的充分染色效果，从而获得一种具有潜在工业应用价值的染色工艺，均是目前现有技术均无法解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中无法通过常规提取办法获得艾叶色素作为纤维素纤维染料的技术缺陷，本发明的目的在于通过植物细胞破壁提取技术，提供一种有效的充分提取艾叶色素的方法，创新的实现了将艾叶色素作为纤维素纤维的植物染料。此外，本发明同时提供了将该艾叶色素染料应用于纤维素纤维染色的具备工业化应用价值的染色工艺，填补现有技术中艾叶色素植物染料的技术空白。

为了解决本发明的上述技术问题，本发明提供了一种艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，其特征在于：取艾叶洗净、干燥后，将艾叶用破壁机破壁后，得到墨绿色糊状液体，取100g糊状液体，用乙醇作为溶剂将糊状液体溶解，所述乙醇与糊状液体的用量质量比为1:1-1:4，充分溶解后，再进行抽滤，取滤液获得艾叶色素作为染料备用；采用所述染料通过预媒染色法对纤维素纤维进行染色。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述乙醇与糊状液体的用量质量比为1:1-1:2。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述乙醇与糊状液体的用量质量比为1:2。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述的预媒染色法中的媒染剂为硫酸铝钾，促染盐为氯化钠，固色盐为纯碱碳酸钠。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述预媒染色法的具体染色工艺如下：室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，同时向染液中加入媒染剂和纯棉漂白斜纹织物10g，并且在该温度下保温15分钟，浴比为1:30，再将配置染液升温至50-80℃，加入促染盐，染色40-60min，再加入固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述预媒染色法的具体染色工艺如下：室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，同时向染液中加入媒染剂和纯棉漂白斜纹织物10g，并且在该温度下保温15分钟，浴比为1:30，再将配置染液升温至65℃，加入促染盐，染色50min，再加入固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述媒染剂硫酸铝钾的用量为5%-10%(owf)、促染盐氯化钠的质量用量与染液的体积比为20-30g/L，固色盐纯碱碳酸钠的质量用量与染液的体积比为7.5-12.5g/L。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述媒染剂硫酸铝钾的用量为7.5%(owf)、促染盐氯化钠的质量用量与染液的体积比为25g/L，固色盐纯碱碳酸钠的质量用量与染液的体积比为10g/L。

所述的艾叶色素染料在纤维素纤维预媒染色工艺中的应用，优选的，所述染液的吸光度值为1.025。

发明详述：本发明中涉及的艾叶色素获得纤维素纤维染料的进一步详述，通过约1.6×10⁴-4.5×10⁴r/min的高速电机和六叶刀片，实现242-452km/h的刀片切割速度和近1.8×10⁵次/min的切削频次，实现超微粉碎，快速打破细胞壁，将细胞内的维生素、蛋白质、矿物质、植化素等充分释出，生产过程中，分别按照糊状液体与乙醇溶剂的质量比为1:1，1:2，1:3，1:4的比例配制染料，各取等量染料，在同等条件下分别直接对等量棉织物进行染色。从现有技术中艾叶色素的直接染色结果来看，染料浓度对于染色深度具有决定性影响，艾叶色素与乙醇溶剂的质量比低于1:1时，染液浓度过高，无法实现有效染色，当达到1:1以后，配制的染液已符合染色要求，但本发明的染色工艺中，艾叶色素与乙醇的质量比在1:2时实现了最佳染色效果和工艺的经济化。此外，由于植物染料不同的制备工艺其色素成分也存在明显的差异，本发明通过对媒染剂、染色温度、染色时间、促染剂以及固色剂和固色时间的优化，进一步实现了艾叶植物染料达到应用于工业化生产的要求。

本发明的涉及的艾叶色素染液在细胞破壁后，优选在室温下与乙醇配成染液直接使用，无需在高温条件下浸提的操作，有效地避免了过高的温度对于植物色素的破坏，染色的纤维素纤维无需进行改性处理。直接将配制的染液应用于染色中。

有益效果：1.本发明创造性的将破壁提取技术应用于艾叶色素的提取工艺中，实现了对艾叶中色素的充分、有效的提取，实现将艾叶色素转化新型植物染料；通过植物细胞破壁提取技术的应用，有效的简化了常规的乙醇溶剂浸提工艺，也有效地降低了提取过程中对于乙醇溶剂的大量消耗；此外，通过植物细胞破壁提取技术解决通过乙醇浸提技术获得色素染料染液其上染能力弱不具备工业化应用的缺陷。

2. 本发明中涉及的艾叶色素提取均可以室温下进行完成，不仅有效避免了高温对于植物染料的破坏，无需对纤维素纤维进行改性处理，即可以实现高效染色。

3. 本发明将提取的艾叶色素作为纤维素纤维的新型植物染料，通过对全新植物染料相关性能的探索研究，分析确定了达到工业化水平的预媒染色法的染色工艺，该染料通过对纯棉纤维的预媒染色法可以达到棉织物得色深度K/S值4.658，干摩5级，湿摩4级，变色4-5级，沾色5级，手感4-5级，已经达到了现实的工业生产需求，填补现有技术中艾叶色素植物染料的技术空白。

4. 本发明将提取的艾叶色素作为纤维素纤维的植物染料，通过结合对染料性质的分析确定了预媒染色法的染色工艺，采用该染色工艺具有染色温度低，染色时间短的优点，大大降低了工业化生产时的生产成本，更具有工业生产的价值。

附图说明：

图1为媒染剂浓度与染色得色深度的关系示意图；

图2为染色温度与染色得色深度的关系示意图；

图3为促染盐与染色得色深度的关系示意图；

图4为固色盐与染色得色深度的关系示意图；

图5为染色时间与染色得色深度的关系示意图；

图6为预媒染色法最佳工艺条件下的匀染性示意图。

具体实施方式

制备例1

将准备好的艾叶洗净、干燥后，用破壁机破壁后，得到墨绿色糊状液体，并释放出艾蒿独有的芳香味。每次取100g糊状液体，用乙醇作溶剂按表中比例进行溶解，再抽滤，取滤液。分别按照糊状液体与乙醇溶剂的质量比为1:1，1:2，1:3，1:4的比例配制染料，各取等量（100g）染料，在同等条件下分别直接对等量棉织物（2.5g）进行染色，结果如下表所示：

艾液：乙醇1：11：21：31：4染液颜色状态基本溶解，深绿色透明完全溶解，亮绿色透明完全溶解，绿色透明完全溶解，茶绿色透明滤液吸光度1.2241.0250.8360.682织物颜色（目测）墨绿色军绿色嫩绿色浅草色匀染性（目测）有色差无明显色差无明显色差较均匀手感触觉粗糙，较硬较柔软柔软柔软

结合染液过滤后的状态、颜色以及织物直接染色后的效果，进一步通过染色深度、干湿摩擦牢度、沾色、变色等参数的测定，确定将糊状液体与乙醇溶剂的质量比定为1:2，吸光度为1.025的染液与蒸馏水配置成染液质量浓度为33%的染料为最优的染料配方，作为以下实施例中染料备用，同时结合下述优化的反应工艺，对染色的染色结果进行测定。

实施例

预媒染色法：

室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，同时向染液中加入媒染剂和纯棉漂白斜纹织物10g，并且在该温度下保温15min，浴比为1:30，再将配置染液升温至染色温度开始染色，加入促染盐，染色结束后，再加入固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

直接染色法：

室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，加入促染盐，升温至65℃（2℃/min），加入媒染剂和纯棉漂白斜纹织物10g，浴比为1:30，染色完成后，再加入固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

同浴媒染法：

室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，加入媒染剂，促染盐，待化料均匀后，升温至80℃（3℃/min），加入纯棉漂白斜纹织物10g，浴比为1:30，染色完成后，再加入固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

后媒染色法：

室温条件下，取艾叶色素配置成染液300ml，艾叶色素质量浓度为33%，升温至80℃（3℃/min），加入促染盐，待溶解均匀后，加入纯棉漂白斜纹织物10g，浴比为1:30，染色完成后，加媒染剂，再进行媒染15min，媒染完成后，再加固色盐，保温固色15min，染毕，水洗，烘干。

根据说明书附图1中媒染剂浓度与染色得色深度的关系，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，媒染剂硫酸铝钾能够显著提高艾液的上染率，促进艾叶色素与棉纤维的结合，当预媒染色媒染剂浓度在7.5%(owf)，同浴媒染媒染剂浓度在12.5%(owf)，后媒染色媒染剂浓度在10%(owf)，K/S值变化已不再明显，因此，分别选择媒染剂用量7.5%(owf)、12.5%(owf)、10%(owf)作为三种媒染法工艺中的最优化的添加浓度。

根据说明书附图2中染色温度与染色得色深度的关系，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，四种染色方法在染色温度35℃-65℃阶段对织物得色深度影响较明显，其中直接染色和预媒染色后续影响较小，因此，选择温度65℃作为二者的最适温度，而同浴媒染和后媒染色在温度80℃时基本变化不大，因此，选择该温度作为二者的最适温度。同时，也可以发现，95℃时，K/S值反而略有下降，说明温度过高可能对叶绿素产生破坏，反而降低了织物得色量。

根据说明书附图3中促染盐与染色得色深度的关系，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，食盐的加入预媒染色和后媒染色的影响较大，对直接染色和同浴媒染的影响要弱一些，其中，在食盐用量15g/L后，直接染色后织物的K/S值变化很小，20g/L后，后媒染色后织物的K/S值基本不再变化，25g/L后，预媒染色和同浴媒染后织物的K/S值几乎没有变化，因此，选择直接染色时食盐用量15g/L，预媒染色时食盐用量25g/L，同浴媒染时食盐用量25g/L，后媒染色时食盐用量20g/L作为食盐的最适用量。

根据说明书附图4中固色盐与染色得色深度的关系，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，纯碱对得色深度的影响相对较小。直接染色、预媒染色和后媒染色在纯碱用量10g/L时，同浴媒染时在纯碱用量12.5g/L时，布样的得色深度有较大值，因此，选择以上用量作为各染色方法的最适纯碱用量。

根据说明书附图5中染色时间与染色得色深度的关系，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，染色时间对预媒染色及后媒染色影响较大，尤其是在50min以内时，K/S值上升明显，结合颜色深度变化趋势，选择50min作为直接染色和预浴媒染的最适时间，选择60min作为同浴媒染和后媒染色的最适染色时间。

分析与测试

（1）表面得色深度及颜色特征值

在电脑测色配色仪上直接测定，记录该布样的 K/S 值（得色深度）及颜色特征值L，a，b。

（2）匀染性

在待测布面上选取6个点，测试布面6个点之间的色差，选取其中1个点做标样，其余5个点做试样，比较各点数据，得出DE值，以色差大小来评定匀染性能。

（3）牢度

a.耐摩擦牢度：参考GB/T3920－2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》，测定印花织物耐干摩、湿摩擦牢度。

b.耐洗色牢度：参考GB/T3921－2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》，测定印花织物耐洗色牢度。

（4）手感

采用主观评价法，通过“搓、捏、摸、抓”等触觉，并与未染色织物对比，综合评定织物的手感等级，采用5级评级，1级最差，5级最好。

综合上述实验结果，直接染色、预媒染色、同浴媒染和后媒染色的最适染色条件及该条件下得色浓度K/S值，如下表所示。

通过本发明实施例的结果可以看出，本发明通过植物细胞破壁提取技术，实现了对艾叶色素的有效提取，但是根据本发明的实验结果，所述的艾叶色素染料，并非适合任意的染色工艺，相比预媒染色法、同浴媒染法和后媒染色法，直接染色法并不适合本发明的染液，同时获得最佳的染色结果，与染液吸光度、与具体工艺中各阶段的染色工艺参数以及助剂的工艺参数等均有着密切的关系。

根据说明书附图6中预媒染色法最佳工艺条件下的匀染性示意图，可以确定本发明中所获得的艾叶色素染料，预媒染色法的匀染性较好，几乎所有DE值都在允许范围1以内，采用目测法已难以判别色差，已经具备开发作为工业化生产植物染料的要求。

对四种染色方法的染色产品进行摩擦牢度、耐洗牢度及手感测试，如下表所示：

通过本发明实施例的结果可以看出，棉织物用以上四种染色方法染色后的各项牢度及手感均较好，其中尤以预媒染色后的牢度及手感最好，均在4级以上，说明采用该法染色染化料溶解完全，染色均匀，艾叶色素与棉纤维结合牢固最好。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。