媒染对柿漆棉织物颜色与性能的影响_孙晓楠.pdf

研究与技术丝绸JOUNAL OF SILK媒染对柿漆棉织物颜色与性能的影响Effects of mordant dyeing on color and properties of persimmon lacquer cotton fabrics孙晓楠a，王利君a，b，c(浙江理工大学 a 服装学院;b 浙江省服装工程技术研究中心;c 丝绸文化传承与产品设计数字化技术文化和旅游部重点实验室，杭州 310018)摘要:针对棉织物柿漆染色色调单一的问题，文章采用绿矾作为媒染剂，通过前媒染、后媒染和直接染色工艺，探讨了媒染工艺参数对柿漆染色棉织物颜色(K/S 值)的影响;运用正交实验设计方案，获取最佳柿漆媒染染色工艺，同时分析了柿漆媒染棉织物的服用性能和抗紫外线性能。结果表明:媒染工艺为温度 30、媒染剂质量浓度 0 25 g/L、时间 30 min 时，媒染棉织物的 K/S 值较大;柿漆前媒染、后媒染染色工艺为染色8 次、稀释比例1 3、pH 值10、日照时间20 h。运用前媒染、后媒染和直接染色工艺依次得到了茶褐色、蓝黑色和黄棕色调，柿漆媒染棉织物具有优良的耐用性、热湿舒适性、色牢度和抗紫外线性能。关键词:柿漆;媒染;棉织物;染色工艺;色谱;抗紫外线性能中图分类号:TS193639 2文献标志码:A文章编号:10017003(2023)02007509引用页码:021109DOI:10 3969/j issn1001-7003202302009收稿日期:20220523;修回日期:20221219基金项目:国家自然科学基金资助项目(11471287);浙江省服装工程技术研究中心省部级重点实验室开放基金项目(2019FZKF09);中国纺织工业协会资助项目(J201801);浙江理工大学科研启动基金项目(17072191-Y)作者简介:孙晓楠(1997)，女，硕士研究生，研究方向为舒适性与功能服装。通信作者:王利君，教授，wanglijunhz zstu edu cn。柿漆是一种传统染料，由青柿子榨汁发酵而成，在传统工艺中柿漆多用作防水、防腐、黏合剂，用作染料得到的颜色会随着氧化逐渐加深。柿漆主要成分为柿单宁，能够与金属盐反应形成颜色物质，呈现出丰富色彩，尤其与铁盐反应色彩变化较大。柿单宁在空气中能够氧化成难溶于水和酒精的高分子化合物，因此柿漆染色织物表面具有涂层和染色双重效果，抗紫外线性能优异1-3。张樱等4 将柿漆对桑蚕丝织物直接染色，得到的织物颜色呈现出浅棕色至深棕色，其中 pH 值对色相影响较大;梁晓颖等5 将柿漆直接染色棉织物时，随着染色次数的增加，织物颜色从茶色逐渐变成深茶色。以上研究说明，柿漆直接染色织物颜色色调较单一。在日本流行的柿黑染，即用铁浆媒染，织物颜色呈现出黑色;绿矾与柿漆同媒染在棉织物上呈现出浅灰色6;钱红飞7 用茶多酚染色蚕丝，采用绿矾作为媒染剂，织物呈现紫褐色，明矾为媒染剂时织物为浅棕色，且媒染处理织物的色深值较高;刘晓辰等8 用紫檀色素染色羊毛纤维，选择氯化亚铁作为媒染剂，得到羊毛织物色相呈现黑色调;张驰等9 用茜草色素对桑蚕丝织物进行媒染发现，亚铁盐类媒染剂得到的织物颜色呈紫色，其中同媒法中 pH 值对颜色的影响较大;余艳娥等10 用儿茶素对桑蚕丝织物媒染，明矾做媒染剂时织物的 K/S 值不高，硫酸亚铁媒染时明显提高了染料的上染;Eser 等11 研究荨麻叶对棉织物采用铁盐、铝盐媒染，能够获得多达 27 种不同的色调。以上研究均指出媒染不仅能够丰富染色织物的色调，也提升了染色织物的 K/S 值，但缺少对媒染织物服用性能的进一步分析。因此，本文选择铁盐类媒染剂(绿矾)，采用直接染色、前媒染及后媒染染色方式研究柿漆媒染棉织物色调的多样性，通过调节工艺参数和媒染方式得到色彩丰富的棉织物。探究不同因素对 K/S 值的影响，通过正交实验优化染色工艺，并分析最优工艺下柿漆媒染对棉织物耐用性、热湿舒适性、色牢度和抗紫外线等服用性能的影响。1实验1 1材料及仪器平纹纯棉织物(市售)，柿漆(北京植染时蓝有限公司)，七水合硫酸亚铁(绿矾，分析纯)、碳酸钠(天津市致远化学试剂有限公司)。织物规格如表 1 所示。ME204 电子天平(上海巴玖实业有限公司)，Datacolor500 电脑测色配色仪(美国 Datacolor 有限公司)，UV-2000F紫外线防护系数测试仪(美国 Labsphere 公司)，Y571D 多功57Vol 60No2Effects of mordant dyeing on color and properties of persimmon lacquer cotton fabrics能摩擦色牢度测试仪、YG026PC 型电子强力机(温州方圆仪器有限公司)，数显恒温水浴锅(金坛区西城新瑞仪器厂)，YG401H 马丁代尔仪、YG033E 数字式织物撕裂仪、YG606D型纺织品保暖测试仪、NF3031 型纺织品接触瞬间凉感测试仪(宁波纺织仪器厂)，FX3300 透气测试仪(日本 DAIEI公司)，YGB871 型透湿试验箱(温州大荣纺织仪器有限公司)。表 1棉织物结构参数Tab 1Structural parameters of cotton fabrics名称原料织物组织线密度/(根10 cm1)经向纬向平方米质量/(gm2)厚度/mm细平布 100%棉平纹组织538272113 780351 2染色工艺1 2 1染色过程染色过程如图 1 所示。图 1染色过程Fig1Dyeing process1 2 2染色工艺参数从染色次数、稀释比例、pH 值和日照时间研究染色工艺对颜色的影响，因此设置染色次数为 2 10 次，染液的稀释比例为 1 1 1 9，pH 值为 7 11，日照时间为 5 40 h4-5。1 2 3媒染工艺参数从温度、质量浓度、处理时间 3 个方面研究媒染剂对织物上染效果的影响12。各参数范围设置媒染温度 30 70，媒染剂质量浓度 0 1 0 3 g/L，处理时间 10 50 min。1 2 4发色工艺染色完成后将织物用清水清洗，悬挂于太阳下暴晒。柿漆中的柿单宁属于缩合型单宁，能够在日晒条件下与氧气发生反应生成沉淀，染色棉织物随着日照时间的增加，沉淀增多，颜色逐渐加深。1 3织物性能测试1 3 1颜色表征使用 Datacolor500 电脑测色配色仪测试染色棉织物的颜色特征，采用 D65 光源及 10观察角测定染色织物的 L*、a*、b*及波长360 nm 下的 K/S 值。其中 L*代表明度，值越大则颜色明度越高;a*代表偏红或偏绿，正值为红光，负值为绿光;b*代表偏黄或偏蓝，正值为黄色，负值为蓝色;K/S 值代表颜色深度，值越大则越深。将试样折叠4 层，测试不同位置4 次，取平均值。1 3 2耐用性根据 GB/T 21196 22007纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第二部分:试样破损的测定 标准对试样第一根纱线断裂时的旋转圈数进行测定。根据 GB/T 391712009 纺织品 织物撕破性能 第 1 部分:冲击摆锤法撕破强力的测定 标准测试试样的撕破强力。根据 GB/T 3923 12013纺织品 织物拉伸性能 第 1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)标准测试试样断裂强力及断裂伸长率。1 3 3热湿舒适性根据 GB/T 54531997纺织品 织物透气性的测定 标准测试试样的透气性。根据 GB/T 12704 12009纺织品 织物透湿性试验方法第 1 部分:吸湿法 标准测试实验组合体的质量，根据下式计算试样透湿性。WVT=24mSt(1)式中:WVT 为每平方米每天(24 h)的透湿量，g/(m2d);m为同一实验组合体两次称量之差，g;S 为试样实验面积，m2;t为实验时间，h。根据 GB/T 110481989 纺织品 保温性能实验方法 标准测试试样的克罗值。采用纺织品接触瞬间凉感测试仪测试织物的凉感系数。1 3 4色牢度及抗紫外线性能根据 GB/T 39202008 纺织品 色牢度实验耐摩擦色牢度 标准测试试样的干、湿耐摩擦色牢度，用灰色样卡评级。根据 GB/T 188302009 纺织品 防紫外线性能的评定标准对试样的紫外线防护系数(UPF)、长波透过率(UVA)和中波透过率(UVB)进行测试。2结果与分析2 1媒染工艺对棉织物颜色的影响采用同一柿漆染色工艺:染色次数 6 次，染液浴比 150，稀释比例 1 5，pH 值 9，发色日照时间 20 h。67第 60 卷第 2 期媒染对柿漆棉织物颜色与性能的影响2 1 1媒染温度设置媒染剂质量浓度 0 2 g/L、媒染时间 30 min，调整媒染温度 30 70，分析对颜色特征及 K/S 值的影响，如表 2和图 2 所示。表 2媒染温度对颜色特征的影响Tab2Effect of the mordant dyeing temperature on color characteristics染色方式媒染温度/L*a*b*颜色直接染色595811002037前媒染30447375214474045277061357504579694124760477765512277048796091133后媒染3042352766 314043672895 335044563485 936044753795 097046002685 13图 2媒染温度对 K/S 值的影响Fig2Effect of the mordant dyeing temperature on K/S values由表 2 和图 2 可知，随着媒染温度的升高，L*值逐渐增加，明度升高;前媒染中 a*值下降，红光减弱;b*值下降，黄光减弱，呈茶褐色;后媒染中 a*值增加，红光增强;b*值下降，黄光减弱，织物表面的柿单宁与亚铁离子反应生成的单宁酸亚铁能够氧化成单宁酸铁的络合物，从而呈现出蓝黑色;K/S 值逐渐降低。绿矾溶于水后在加热的条件下会生成硫酸亚铁沉淀和水，从而降低与柿单宁的反应浓度，因此织物的色相不变，色调变浅。故将媒染温度定为 30。2 1 2媒染质量浓度设置媒染温度 30、媒染时间 30 min，调整媒染剂质量浓度 0 1 0 3 g/L，分析对颜色特征及 K/S 值的影响，如表 3和图 3 所示。表 3媒染浓度对颜色特征的影响Tab 3Effect of mordant dyeing concentrations on color characteristics染色方式媒染剂质量浓度/(gL1)L*a*b*颜色直接染色59 5811002037前媒染01052 54589100301549 77628115702047 79674128702542 63695142703041 937091463后媒染01051 15889144801550 5260992302042 9530634002539 2421423403036 09179204图 3媒染剂质量浓度对 K/S 值的影响Fig 3Effect of mordant dyeing concentrations on K/S values由表 3 和图 3 可知，随着媒染剂质量浓度的增加，L*值逐渐下降，明度降低;前媒染中茶褐色调逐渐加深;后媒染中蓝黑色调逐渐加深;K/S 值逐渐升高最终趋于平衡，绿矾会与棉织物表面的柿单宁发生反应，生成颜色物质，在媒染剂质量浓度达到定值后，反应完全，K/S 值达到最大。故将媒染剂质量浓度定为 0 25 g/L。2 1 3媒染时间设置媒染温度 30、媒染剂质量浓度 0 25 g/L，调整媒染时间 10 50 min，分析对颜色特征及 K/S 值的影响，如表 4和图 4 所示。77Vol 60No2Effects of mordant dyeing on color and properties of persimmon lacquer cotton fabrics表 4媒染时间对颜色特征的影响Tab4Effect of mordant dyeing time on color characteristics染色方式媒染时间/minL*a*b*颜色直接染色595811002037前媒染10515458911032049776611257304879694134740452765513275047737091433后媒染10472559610732043323984 813041113534 434039472903 515039753093 36图 4媒染时间对 K/S 值的影响Fig4Effect of mordant dyeing time on K/S values由表 4 和图 4 可知，随着媒染时间的增加，L*值逐渐下降，明度降低;前媒染中 a*值、b*值增加，茶褐色调更加明显;后媒染中 a*值、b*值下降，蓝黑色调加深;K/S 值逐渐升高，在 30 min 后 K/S 值增加变缓。媒染时，媒染剂会吸附于棉织物表面，随着时间的增加，吸附趋于饱和13，织物表面发生反应的物质达到最大，颜色逐渐加深。考虑能耗与成本因素，故将媒染时间定为 30 min。2 2柿漆媒染染色工艺对棉织物颜色的影响采用相同的媒染工艺:媒染温度 30，媒染剂质量浓度0 25 g/L，处理时间 30 min，分析不同染色方式、染色工艺对柿漆媒染棉织物颜色的影响。2 2 1染色次数配置染液浴比为 1 50，稀释比例为 15，pH 值为 9，发色日照时间为 20 h。通过调整染色次数 2 10 次观察柿染棉织物颜色特征及 K/S 值的变化，如表 5 和图 5 所示。表 5染色次数对颜色特征的影响Tab 5Effect of the number of dyeing times on color characteristics染色方式染色次数/次L*a*b*颜色直接染色26970863166946100108019726595811002037854571138208710519411051970前媒染2585444210954523558713056500064512748460869812821043017251286后媒染24861209332439552213266375637564483521347573103285442604由表5 可知，随着染色次数的增加，L*值均下降，直接染色由浅棕色变为深棕色，前媒染由浅褐色变为茶褐色，后媒染的蓝黑色调加深，明度降低;a*值增加，红光增强;b*值增加，黄光增强。图 5染色次数对 K/S 值的影响Fig 5Effect of the number of dyeing times on K/S values由图 5 可知，染色次数在 2 6 次时，K/S 值的增长速度较快，染料少量多次地附着于棉纤维;在 8 次时达到最大，说明染料与棉纤维的结合达到平衡14;10 次时 K/S 值增加变缓或下降。因此，染色次数控制在 4 8 次为宜。87第 60 卷第 2 期媒染对柿漆棉织物颜色与性能的影响2 2 2稀释比例配置染液浴比为 150，染色次数为 2，pH 值为 9，发色日照时间为 20 h。通过调整原液的稀释比例 11 19 观察柿染棉织物颜色特征及 K/S 值的变化，如表 6 和图 6 所示。表 6稀释比例对颜色特征的影响Tab 6Effect of the dilution ratio on color characteristics染色方式稀释比例L*a*b*颜色直接染色1 972 3388816 351 770 5594518 431 565 21100120 031 364 58104919 801 154 21137023 52前媒染1 959 134499 521 757 2959215 171 550 0064513 471 348 3961411 971 146 1976714 90后媒染1 945 892490 911 745 702402 451 546 233756 441 344 454768 751 136 503155 82由表 6 可知，随着稀释比例的增加，染液中柿单宁的含量降低，同样的染色次数下，织物表面与空气氧化的物质减少，故 L*值逐渐增加，颜色变浅，明度增加;a*值下降，红光减弱;b*值下降，黄光减弱;其中后媒染的织物色相偏蓝。图 6稀释比例对 K/S 值的影响Fig6Effect of the dilution ratio on K/S values由图 6 可知，随着稀释比例的降低，染液质量浓度逐渐升高，色素分子的扩散速率增加，K/S 值逐渐增加。因此，稀释比例控制在 1 1 1 5 为佳。2 2 3pH 值配置染液浴比为1 50，染色次数为6，稀释比例为1 5，发色日照时间为 20 h。通过调节 pH 值为 7 11 观察柿染棉织物颜色特征及 K/S 值的变化，如表 7 和图 7 所示。表 7pH 值对颜色特征的影响Tab 7Effect of the pH value on color characteristics染色方式pH 值L*a*b*颜色直接染色75839124019 7785703116720 4795606115120 37105530115217 88115590113218 79前媒染7454165812 608469153111 479487969413 47104799100917 2311459568713 16后媒染737963856 79840784617 80942914969 6210459870611 2011524269813 53由表 7 可知，随着 pH 值的增加，直接染色的 L*值逐渐下降，明度降低;a*值下降，红光减弱;b*值下降，黄光减弱。两种媒染方式中的 L*值均增加，明度增加;a*值增加，红光增强;b*值增加，黄光增强。图 7pH 值对 K/S 值的影响Fig 7Effect of the pH value on K/S values97Vol 60No2Effects of mordant dyeing on color and properties of persimmon lacquer cotton fabrics由图 7 可知，pH 值为 8 10 时，染液中的电离程度和溶解度增加，K/S 值均增加;pH 值为 10 11 时，棉织物表面的阳离子减少，对染液的吸附能力减弱15，K/S 值均有一定程度的下降趋势。因此，将 pH 值控制在 8 10 较好。2 2 4日照时间配置染液浴比为 150，染色次数为 6，稀释比例为 15，pH 值为 9。通过改变日照时间为 5 40 h 观察柿染棉织物颜色特征及 K/S 值的变化，如表 8 和图 8 所示。表 8日晒时间对颜色特征的影响Tab 8Effect of sunshine duration on color characteristics染色方式日晒时间/hL*a*b*颜色直接染色5604695917531059249781727205906115121063058391278246040585013082482前媒染5515458911031049776611257204879694134730452765513274047737091433后媒染542914969 6210416751410332041564487 933040753798 094039213297 40由表 8 可知，随着日照时间的增加，织物表面的柿单宁与氧气反应充分，故三种染色方式的 L*值均下降，色调加深;直接染色与前媒染中 a*、b*值增加，色光增强。后媒染的 a*、b*值降低，色光减弱。由图 8 可知，日照时间在 5 20 h 时，K/S 值增加较快，在日照前期柿单宁与氧气反应速率较快;20 40 h 时，K/S 值增加趋缓，说明反应到一定程度后，速率会减慢。因此，将日照时间控制为 10 30 h 较好。图 8日照时间对 K/S 值的影响Fig8Effect of sunshine duration on K/S values2 3柿漆媒染工艺优化通过单一变量因素可以看出，染色次数、稀释比例、pH 值和日照时间对柿漆染色都有一定的影响。为了得到最佳染色工艺，故选择对 K/S 值影响较大的变量，设计 4 因素 3 水平正交实验。本文以后媒染为例，实验安排与结果如表 9 所示。表 9正交实验及结果Tab 9esults of the orthogonal tests实验号(A)染色次数/次(B)稀释比例(C)pH值(D)日照时间/hK/S 值颜色1#41 181081752#41 392096453#41 5103093254#61 1930101755#61 31010106506#61 582097067#81 11020114478#81 3830104729#81 591010565K1904899329 4519797K2101771025610 12810266K310828986510 4749991178003911 0230469由表 9 可见，根据 值可知四因素对 K/S 值的影响大小为:染色次数 pH 值 日照时间 稀释比例。由正交实验得出前媒染和后媒染的最佳染色工艺为:染色 8 次，稀释比例1 3，pH 值 10，日照时间 20 h。直接染色的最佳日照时间为30 h，但结合实际因素，将日照时间统一为 20 h。2 4柿漆媒染棉织物服用性能评价根据优化后的工艺参数进行染色，并对试样进行服用性能测试，结果如表 10 所示。08第 60 卷第 2 期媒染对柿漆棉织物颜色与性能的影响表 10服用性能测试结果Tab 10esults of the wearability tests染色方式耐磨性/圈撕破强力/N经向纬向断裂强力/N经向纬向断裂伸长率/%经向纬向透气性/(mms1)透湿性/(gm2h1)未染色12 3982 954 344579524120169087070 489 55414直接染色16 7452 013 16603402698519851270169 6010 42038前媒染18 7452 503 41571202946518901215143 2010 03822后媒染17 2552 353 49576652633519201145169 8011 41401染色方式克罗值芯吸高度/mm凉感系数/(Jcm2s1)色牢度/级干摩湿摩抗紫外性能UPFTUVA/%TUVB/%未染色0 113550012232267815 98直接染色0 216750013454191260600 49前媒染0 287600013654375080310 24后媒染0 332050013943 4240210490 29由表 10 可知，相比未染色织物，染色织物在耐磨性、断裂强力方面性能有所提高，柿漆染色后棉织物的纱线会有柿单宁及其氧化物附着，因此柿染棉织物的断裂强力增大;柿漆染色后的织物会有一定的缩率且手感发硬3，因此织物的紧度增加，撕裂时纱线不易滑移，受力三角变小，撕破强力降低。1)热湿舒适性能。柿漆媒染棉织物的透气透湿性变好，这是因为染色时棉纤维吸附柿漆，使纱线紧密黏合在一起，纱线交织处空隙增大;染色后织物的厚度和质量增加16，织物中的静止空气增加，保暖性增强，克罗值增大;直接染色和前媒染的棉织物具有良好的吸水性，后媒染织物的吸水性较差，这是因为后媒染会在织物表面形成拒水层，有一定的防水性;染色后棉织物表面更加光滑平整，手感硬挺17，凉感系数增加。2)色牢度。柿染棉织物的摩擦色牢度均达到标准，后媒染的织物色牢度稍差，是由于媒染剂与柿单宁反应后生成的颜色物质附着于织物表面，更容易随着摩擦而褪色。3)抗紫外线性能。柿染棉织物的抗紫外线性能较为优越，UPF 值均大于 50 且紫外线透过率小于 5%，其中媒染后的织物优于直接染色织物，这是因为染色后织物的厚度增加且织物表面形成涂层;媒染棉织物表面吸附了更多的染料量18。3结论本文研究了媒染对柿漆染色棉织物色调的影响，根据K/S 值确定了媒染工艺参数，通过改变媒染方式得到了不同色调的织物，采用正交实验优化柿漆染色工艺，分析了最优工艺下柿漆媒染棉织物的耐用性、热湿舒适性、色牢度及抗紫外线性能。1)上染效果较好的媒染工艺为:媒染温度 30，媒染剂质量浓度 0 25 g/L，处理时间 30 min。2)柿漆媒染染色的最优工艺为:常温下染色 15 min，浴比 1 50，染色 8 次，稀释比例 1 3，pH 值 10，日照时间 20 h。3)不同染色方式呈现出不同色调，柿漆直接染色棉织物呈黄棕色调;绿矾作媒染剂时，前媒染棉织物呈茶褐色调，后媒染棉织物呈蓝黑色调。4)相比直接染色织物，柿漆媒染棉织物具有良好的服用性能。耐磨性、撕破强力增大，抗紫外线性能优异，色牢度符合国家标准。丝绸 官网下载中国知网下载参考文献:1杨建军，崔岩 柿漆染色特征与工艺实践J 丝绸，2019，56(6):26-31YANG Jianjun，CUI Yan Dyeing characteristics and technology ofpersimmon juice J 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pollution，people have began topursueenvironmentally friendly natural plant dyeing As a special plant dye，persimmon lacquer not only has the function ofdyeing，but the dyed fabrics have certain waterproof and UV resistance properties Cotton fabrics directly dyed withpersimmon lacquer show a brown color，and have unique style and stiff handle，making up for the poor anti-ultravioletperformance of cotton fabrics to a certain extent Studies have found that mordant dyeing can not only change the color tonepresented，but also improve the color