天然染料苏木色素在棉织物上染深黑机制研究

作     者：牟春琳 

作者单位：武汉纺织大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚金波

授予年度：2021年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：苏木色素 棉织物 染深黑 染色工艺 染色机制 

摘      要：目前,天然染料以其独有的环保、功能性的优势逐渐被人们所认可,其色谱不全,尤其黑色系列较为稀缺,因此应进一步研究采用天然染料染得黑色的方法,以丰富天然染料色光。苏木色素显色范围广泛,适合于开发多种色系,为其染黑提供可能性。目前业内对苏木色素的研究主要集中于提取和染色方法等方面,关于苏木色素染深黑色方法和机制却鲜有报道。因此本课题以苏木色素为对象,研究其在棉纤维上的染黑方法和染色性能,并对其染黑机制进行深入探讨。首先,通过对苏木精水溶液的酸碱稳定性、热稳定性、氧化还原稳定性及耐金属离子稳定性的研究发现,苏木精色素在酸性条件下较稳定,而在碱性条件下易被氧化;在以醋酸为p H调节剂的酸性溶液中,升高体系温度,苏木精色素也能被氧化,但在酸性还原剂体系中的稳定性较好,能够有效防止苏木精被氧化;苏木精色素本身难与金属离子络合显色;且其在柠檬酸体系下的染色研究发现,苏木精色素在改性棉纤维上染色性很差。进一步,采用高效液相色谱和液质联用技术分析苏木精碱处理后的化学结构变化,发现苏木精色素在碱性条件下易被氧化成氧化苏木精,从而实现对织物染色。并通过碱溶法制备氧化苏木精的工艺探究,确定其最佳制备条件为:T=20℃,p H=9,t=80 min,此时苏木精氧化率67%,得到预氧化染液。然后,采用预氧化染液对棉织物进行染色实验,结果表明,以硫酸铁作为媒染剂,对改性棉织物预媒法染色可染得深黑色。接着,对媒染剂用量、染料用量、染色时间、染色温度、染色p H值等进行单因素及正交实验,得到以6%(o.w.f)的硫酸铁预媒染色时,预氧化染液在棉织物上染黑的最佳工艺为:染色p H值为7,染色温度为60℃,染色时间为40min,染料用量为3%(o.w.f);色牢度测试结果表明,染黑棉织物各项色牢度良好,均达到4级或以上。染色织物UPF=2000,UVA=0.05%,具有抗紫外功能。最后,研究苏木色素的染黑机理。结果表明,在同媒染色时,Fe(SO)具有较强的氧化性,在溶液中能将苏木精氧化,自身被还原成Fe SO,Fe与氧化苏木精络合导致同媒染色织物呈蓝色;预媒法染色中,硫酸铁先吸附到纤维上,与纤维络合,氧化能力被抑制,铁离子与氧化苏木精络合得到黑色。柠檬酸体系下的染色热力学、动力学研究结果表明,氧化苏木精上染棉织物的过程符合准二级模型,热力学拟合结果符合Langmuir模型,染色过程属于化学吸附;随着温度升高半染时间缩短;染色亲和力为负值,随着温度升高,亲和力降低,染色平衡吸附量越低;氧化苏木精上染棉织物的染色热为-11.504 k J·mol·K,染色熵为0.0818 k J·mol·K,染色过程为熵增的放热反应。