板栗壳色素的成分及对柞蚕丝的染色研究_贾艳梅.pdf

2023 年第 2 期印染技术自合成染料被发现和使用以来，天然染料在纺织品染色中的应用逐渐减少。近年来，随着人们对绿色、环保、健康生活方式的认可，以及发现合成染料在生产过程中可能造成的环境污染与对人体有致癌、致敏等潜在的危害，天然染料重新回到人们的视野1。天然染料具有无毒无害、可以再生、容易生物降解的优势，染色试样色调自然、部分品种还具有一定的保健功能，在现代崇尚绿色健康的生活方式下颇受关注2。板栗壳色素是指从板栗刺壳中提取的天然棕色素。目前，文献报道板栗壳色素的化学板栗壳色素的成分及对柞蚕丝的染色研究基金项目：辽宁省教育厅科研项目（LKJMZ20221749）。作者简介：贾艳梅（1967），女，教授，硕士生导师。主要从事天然产物的开发及其在纺织品染整中的应用工作。贾艳梅1，刘波1，夏雪梅2，于学智3摘要：以水为提取溶剂从板栗壳中提取天然色素，测定了该色素的紫外光谱，对该色素进行初步的组成及含量分析。以该色素溶液对柞蚕丝织物进行直接染色及后媒染色试验，研究pH值及媒染剂对K/S值的影响。结果表明：水提取板栗壳色素的组成为植物多酚类物质，主要为单宁类化合物，板栗壳提取液中多酚类色素含量为1.812 g/L；板栗壳色素上染柞蚕丝织物，最佳的pH值为3，媒染剂硫酸亚铁可显著提高试样的色深值，媒染试样颜色与直接染样颜色差异很大；染色织物具有较好的色牢度；经染色后织物的紫外线防护性能显著提高，硫酸亚铁媒染试样UPF指数可以达到50+级别。关键词：板栗壳色素；化学成分；染色；紫外线防护性能中图分类号：TS 193.5文献标志码：B文章编号：1000-4033（2023）02-0036-04Study of Chestnut Shell Pigment and Its Dyeing Properties on Tussah SilkJia Yanmei1，Liu Bo1，Xia Xuemei2，Yu Xuezhi3（1College of Chemical Engineering and Machinery，Liaodong University，Dandong，Liaoning 118003，China；2College of Agriculture，Liaodong University，Dandong，Liaoning 118003，China；3College of Clothing and Textile，Liaodong University，Dandong，Liaoning 118003，China）Abstract：The natural pigment was extracted from chestnut shell using water as the extraction solvent Theultraviolet spectrum of the pigment was determined，and the composition and content of the pigment werepreliminarily analyzed Then tussah silk fabric was dyed by direct dyeing and postmordant dyeing process with thedevelopedpigment，and the effects of pH value and mordant on K/S value were studied The results show that thepigment of chestnut shell extracted with water is composed of plant polyphenols，mainly tannins，and the content oftotal polyphenol in the extract was 1812 g/L When tussah silk fabric is dyed with chestnut shell pigment，theoptimum pH value is 3 The mordant ferrous sulfate can significantly increase the color depth of the samples，andthe color hue of the mordant samples change greatly compared with the direct dyed samples All the dyed fabricshave good color fastness，and the UV protection properties of the dyed samples is significantly improved，and theUPF index of ferrous sulfate mordant dyeing sample can reach grade 50Key words：Chestnut Shell Pigment；Chemical Composition；Dyeing；Ultraviolet Protection Properties（1辽东学院 化工与机械学院，辽宁 丹东118003；2辽东学院 农学院，辽宁 丹东118003；3.辽东学院 服装与纺织学院，辽宁 丹东118003）362023 年第 2 期印染技术成分是植物多酚类物质，植物多酚具有良好的与蛋白质纤维反应的活性，还具有一定的防紫外线、抗菌、抗氧化等特殊功能36，是自然界中广泛存在的天然色素品种。板栗壳色素的研究并不鲜见，其主要是作为色素应用于食品领域，近年来作为纺织品染色的研究也有相关报道7-8。作为纺织品天然染料，板栗壳色素的最大优势是其取自于废弃物资源，成本低廉，来源丰富，且色泽稳定，具有一定的功能性。本文对板栗壳色素的化学组成以及提取液中的色素含量进行初步分析，同时对其在蛋白质纤维柞蚕丝上的染色性能进行探讨，并对染色织物的耐皂洗和耐摩擦色牢度以及紫外线防护性能进行测试表征。1试验部分11材料与仪器100柞蚕丝织物（丹东丝绸研究院），板栗壳（丹东），单宁酸、氢氧化钠、浓硫酸、冰醋酸、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁（分析纯，天津市致远化学试剂有限公司）。仪器：HL型平动染色小样机（靖江市海澜装备厂），SK2200BT超声波清洗器（上海科导超声仪器有限公司），T6紫外可见光分光光度计（北京普析通用仪器有限公司），CE7000A电脑测色配色仪（美国爱色丽有限公司），雷磁PHS3E型酸度计（上海仪电科学仪器有限公司），M571B耐摩擦牢度 试 验机（青岛山纺仪器有限公司）。12试验方法121板栗壳色素的提取称取板栗壳60 g，洗净晒干，初步粉碎，然后加入去离子水1 L，在超声波协助下于80 提取60min，提取液过滤除掉残渣，以蒸馏水定容至1 000 mL，备用。122板栗壳色素组成及含量分析为初步分析板栗壳色素的化学成分及提取液中色素的含量，吸取板栗壳提取液若干并进行一定倍数稀释，然后分别放入试管中，向试管中依次加入3的FeSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3、NaOH、H2SO4溶液2滴，观察试样的外观变化。同时以单宁酸和银杏黄酮（自制）做对比试验。采用分光光度法测试板栗壳提取液中色素的含量，根据Lam-bertBeer定律，光被吸收的量与光程中产生光吸收的分子数目呈正比，即Alg（1/T）Kbc。试验以单宁酸作为基准物质，绘制标准曲线，根据提取液的吸光度值，计算板栗壳提取液中多酚类色素的含量。123染色工艺以提取的板栗壳色素溶液对柞蚕丝织物进行染色，浴比130、温度95、恒温染色60 min，分别在pH值3、5、7条件下进行染色。后媒工艺染色以硫酸铝和硫酸亚铁作为媒染剂，在媒染剂质量浓度1500 g/L、浴比150、60 下恒温媒处理25 min。染色织物经过水洗、皂洗、水洗后，自然晾干。124测试方法紫外光谱：采用T6紫外可见光分光光度计进行测定，待测试样稀释至一定倍数，以蒸馏水进行基线扫描。对试样在200400 nm波段范围进行光谱扫描。试样颜色：染色样品的表观色深值（K/S值）采用CE7000A电脑测色配色仪进行测定，染色试样折叠4层。2结果与讨论21板栗壳色素的化学成分据文献报道，板栗刺壳中含有酚类、有机酸、多糖、黄酮或黄酮苷、植物甾醇、内酯、香豆素（或其苷类）和鞣质等化学成分9，板栗壳色素的化学组成为植物多酚类物质。天然色素成分往往是多种化合物组成的复杂混合物，但对于纺织品染色的应用，严格的分离、提纯没有必要，利用粗提取液（未经分离提纯）进行染色具有省时、省力、经济的优点，同时其染色效果及功能性是多种复杂成分的共同作用，性能未必比单一组分差。由于物质在水中的溶解特性不同，采用水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚等不同的提取溶剂，其溶解的色素成分差异很大。基于纺织品染色应用的目的，本试验以水为溶剂进行色素提取，这样可能造成一些非极性组分的流失，但对于以水作为介质的纺织品染色工艺而言，具有实用价值。以水为溶剂借助超声波在80下进行板栗壳色素的提取，对提取液进行定性测试，与单宁酸及银杏黄酮进行比较，结果如图1及表1所示。由表1可知，板栗壳水提取物对于金属离子Fe2、Fe3、Al3以及NaOH、H2SO4的 反 应 与 单 宁 酸 相似，当添加有硫酸铁及硫酸亚铁图1板栗壳色素、单宁酸及银杏黄酮的试验（a）板栗壳色素（b）单宁酸溶液（c）银杏黄酮注：试样为色素溶液无添加和依次添加Fe3、Fe2、Al3、NaOH、H2SO4。372023 年第 2 期印染技术表1板栗壳提取液、单宁酸及银杏黄酮对比试验添加物质现象板栗壳提取液单宁酸溶液银杏黄酮溶液FeSO4变蓝黑色、有沉淀变蓝黑色、有沉淀褐色沉淀Fe2（SO4）3变蓝黑色、有沉淀变蓝黑色、有沉淀褐色沉淀Al2（SO4）3无明显颜色变化和沉淀无明显颜色变化和沉淀无明显变化NaOH颜色由黄变深黄颜色由黄变深黄颜色变深H2SO4变淡变淡颜色稍变淡无添加试样棕黄色透明溶液淡黄色透明溶液淡黄色浑浊液时，呈现蓝黑色并产生沉淀，添加硫酸铝，溶液颜色无明显变化，添加氢氧化钠溶液颜色由淡黄色变为深黄色至棕色，添加硫酸溶液颜色变淡。而板栗壳提取液与银杏黄酮在颜色反应以及溶解特性上存在很大不同，银杏黄酮在水中溶解性差，溶液呈浑浊状态。据此可以初步推测，板栗壳水提取物的成分主要是植物多酚类物质，包括单宁类化合物，黄酮苷（可溶于水）以及其他的酚类化合物，基于游离黄酮化合物一般不溶或难溶于水。因此，板栗壳水提取物的主要成分极少含有游离黄酮10。板栗壳色素溶液和单宁酸溶液的紫外吸收光谱，如图2所示。由图2可知，单宁酸溶液在212 nm和280 nm附近有两个紫外吸收峰，板栗壳色素溶液在210nm附近有强吸收峰，而其在280nm附近的弱吸收峰几乎消失。两者在紫外光谱上具有相似性，也存在差异，这说明板栗壳色素在组成上较多地含有单宁类物质，但其与化合物单宁酸的结构并不完全一致，它在组成上属于多种植物多酚的复杂混合物。22总多酚含量分析试验以单宁酸作为基准物质，对板栗壳提取液总多酚含量（质量浓度）进行测试，单宁酸标准曲线如图3所示。按照图3的标准曲线，根据提取液的吸光度数值，计算得到板栗壳提取液中总多酚含量（质量浓度）为1812 g/L。23板栗壳色素的染色工艺231pH值对染色的影响按照123直接染色工艺，用板栗壳提取液对柞蚕丝织物进行染色试验，pH值对试样K/S值的影响如图4所示。由图4可以看出，柞蚕丝试样的K/S值随着染料溶液pH值的升高而降低，当pH值分别为3和5时，织物的K/S值变化并不大，当pH值7时，织物的K/S值急剧下降。这表明对于板栗壳染料上染柞蚕丝织物，以酸性条件为宜，本试验中选择pH值3进行媒染试验。232媒染剂对染色的影响采用123工艺，用板栗壳提取液对柞蚕丝织物进行媒染试验，媒染剂对柞蚕丝试样K/S值