基于植物色素染色棉和真丝织物的pH响应变色性能研究

来源 :南通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fire1977
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随着纺织品市场需求由实用型向兼具特殊功能的智能型、时尚型、医疗保健型转变,pH响应变色纺织品的开发也引起了研究者的广泛关注。现阶段用于制备酸碱变色纺织品的大多为pH指示剂等化学染料,这些染料存在不安全性甚至致癌性,天然染料从植物中提取,无毒无害,具有抗菌抑菌、抗紫外、保健防护等功能。基于天然染料开发的pH响应型变色纺织品,同时兼具绿色环保、医疗保健、智能化等特性,具有广泛应用前景。本课题探讨了不同提取剂对色素颜色的影响及色素在不同pH下的变色性能;采用紫外可见光谱、高效液相色谱对色素结构进行表征,揭示了色素的变色机理;分析不同染色工艺(pH、媒染剂)对织物颜色参数的影响,制备pH响应变色棉(真丝)织物;探讨了pH值、媒染剂、媒染方法对织物pH响应变色性能的影响,研究了织物变色响应时间、变色可逆性。结果表明:(1)助提剂提取的茜草色素在430nm处存在明显吸收峰;茜草提取色素在不同pH范围内,呈现黄色(pH值=3-5)→橙色(pH值=6)→粉红色(pH值=7)→浅红色(pH值=8)→深红色(pH值=9-11)的颜色变化;紫外光谱、高效液相色谱表明提取茜草色素的主要成分为茜素,揭示了茜草提取色素的变色机理,即分子中的酚羟基在pH值增加时,质子转移导致电子排布改变,产生不同的电子构象,从而生成不同的颜色。茜草酸性和碱性条件下染色的织物分别为黄色和红色;媒染织物的色相不变,色深值增加。在不同pH环境下,直接染色的黄色谱棉织物呈现黄色(pH值=3-6)→浅红紫色(pH值=7-8)→深红紫色(pH值=9-11)的颜色变化;直接染色的红色谱织物呈现橘红色(pH值=3-6)→红紫色(pH值=7-8)→深红色(pH值=9-11)的颜色变化;媒染织物的pH变色情况与直接染色基本一致,均能循环变色10次,媒染织物的变色稳定时间长于直接染色织物;红色谱织物的pH变色稳定时间大于黄色谱织物,变色灵敏度稍差。(2)不同浓度乙醇提取的姜黄色素在420nm处均有吸收峰;姜黄色素在pH值=3-11范围内呈亮黄色(pH值=3-7)→橘黄色(pH值=8)→红棕色(pH值=9-10)→棕色(pH值=11)的颜色变化;高效液相色谱表明,姜黄提取液的主要成分为姜黄素,揭示了姜黄色素的变色机理,即色素分子中的酚羟基随着pH改变,给、吸电子基离子化,电子构象改变而产生色变。姜黄色素在酸性条件下对棉、真丝织物染色均呈现黄色,碱性条件均不上染;媒染织物色相不变,色深值增加。在不同的pH环境下,直接染色棉织物呈现黄色(pH值=3-6)→橘黄色(pH值=7)→红色(pH值=8-9)→红棕色(pH值=10-11)的颜色变化;直接染色真丝织物呈鹅黄色(pH值=3-7)→金黄色(pH值=8)→橘黄色(pH值=9)→红棕色(pH值=10-11)的颜色变化,媒染棉织物、真丝织物的变色情况与直接染色基本一致,均能循环变色10次。相比于直接染色织物,媒染织物的pH变色稳定时间变化不大。(3)酸性提取的紫甘薯色素在525nm处有明显的吸收峰;提取色素在不同pH的环境中,呈现品红色(pH值=3)→红紫色(pH值=4-6)→紫色(pH值=7)→蓝色(pH值=8)→蓝绿色(pH值=9-10)→绿色(pH值=11)的颜色递变;高效液相色谱表明,酸性提取物检测出7种花色苷特征吸收峰组分,揭示了色素分子的变色机理,即不同pH条件下,分子在黄盐阳离子、假醇碱、醌型碱及查尔酮四种结构间相互转化,从而产生颜色变化。酸性条件下染色织物呈粉紫色,中性及碱性条件色素不上染;除Fe SO4媒染色织物为灰色外,其余媒染织物色相与直接染色一致。在不同pH环境下,Fe SO4同媒染色织物呈现酸红碱灰的pH响应变色规律,直接染色及其余媒染染色的织物的pH变色规律与色素提取液一致,均为酸红碱绿,均能实现循环变色10次,媒染织物的变色稳定时间比直接染色织物稍长。另外,实验中特别发现,虽然紫甘薯色素制备的直接染色和媒染染色织物褪色牢度较差,但褪色后的白色织物,也能在不同pH环境中,呈现的酸红碱绿、酸红碱灰(FeSO4同媒)的变色规律。
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