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摘要：茶色素化学性质稳定、分子量小、染色直接性小、色牢度不好，本文采用直接染色、同媒染色方法对棉织物进行染色，并优化工艺条件，探讨不同染色方法下棉织物的染色性能，并测试了染色后棉织物的染色牢度和抗菌性能。
关键词：天然染料；茶色素；棉织物；染色性能
1天然染料概述
天然染料是指从动物、植物或矿物资源中获得的、很少或没有经过化学加工的染料。常用于纺织物的染色染整、食品的调色以及太阳能电池中。天然染料的分类方式较多，若按染料的来源可分为植物染料、动物染料及矿物染料；若按天然染料的化学组成不同，则可分为类胡萝卜素类、蒽醌类、萘醌类、类黄酮类、姜黄素类、靛蓝类、叶绿素类共7类天然染料；若按染料的溶解性不同又可分为水溶性天然染料、醇溶性天然染料和油溶性天然染料。天然染料的优势及存在问题天然染料具有一些得天独厚的优势。首先，天然染料源于自然，归于自然，具有生物可降解性。其次，天然染料来源广泛，自然界中到处都有可提取天然染料的生物质存在，只要不无节制开采，将可以无限的使用下去，实现真正意义的可持续发展。虽然天然染料有这些优点，但它的局限性也使得它无法大范围的使用。首先是来源问题，天然染料种类最多的为植物染料，即便是同一种植物，不同的产地，气候条件和采集时间都会导致天然色素的组成和色泽不同，这就使得天然染料存在染色重复性差的问题。而且天然染料提取率也较低，平均染料收集率仅仅为2%左右，这使得大量资源被严重浪费。另外最为严重的就是天然染料的色牢度问题和稳定性问题，耐洗和耐光牢度较低，染色棉纤维时问题更加严重，一般不超过3级。上述问题中，来源问题尚可通过生物技术等新科技来解决，但其在棉纤维上的染色性能问题则是其实现工业化应用的最大阻碍，因此提高天然染料的竭染率和色牢度是极其重要的。
2天然染料茶色素的提取
2.1溶剂提取法
溶剂提取法工艺技术过程比较简单，是最传统的生产工艺，也是目前最广泛使用的方法之一。如茶色素生产工艺一般为：用水或有机溶剂侵提茶叶，过滤得到滤液，滤液中除了茶多酚，还含有咖啡因、色素、有机酸、脂质、胶质、糖类等，茶多酚的含量也不高，因此多数工艺还需要用有机溶剂反复萃取，进一步去除杂物，提高茶多酚的纯度，最后经浓缩得到天然色素。
2.2超声波提取法
超声波浸提法是利用超声波的机械破碎和空化作用，加速天色色素的扩散，缩短浸提时间，具有节时、节能、提取率高的优点。该方法提取天然色素，具有简洁，快速，不需加热，提取率高，效果好，结构不被破坏的优点。此外，超声波的机械振动，乳化，转移，打破扩散和提取的效果有利于植物成分的提取。微波提取具有加热均匀、节能减排、环保和成本低等优点，可以提高天然色素的产率和提取物纯度。微波提取克服了超临界萃取和溶剂提取的缺陷，既符合环保的要求，又降低了操作费用，发展前景良好。
2.3酶法提取
酶工程技术是近几年来用于天然植物有效成分提取的一项生物技术，选用合适的酶可以较温和地将植物组织分解，加速有效成分的释放，从而提高提取率。如纤维素酶可使纤维素、半纤维素等物质降解，引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀等变化，从而增大胞内有效成分向提取介质的扩散，促进色素提取效率的提高。酶法提取的应用促进了天然色素加工的发展，酶法提取不破坏植物成分，且可以提高活性成分的提取率。
3天然染料茶色素对棉织物的染色性能研究
3.1试验方法
茶色素植物染料的提取称取50g绿茶研磨或粉末，浴比1∶10，温度100℃条件下，提取时间1h后冷却、过滤，提取液加蒸馏水，体积达到1L，得到50g/L的茶色素染液。
3.2茶色素染棉工艺
a.直接染色
b.同浴媒染
c.固色
4结果与讨论
4.1茶色素染棉织物外观质量
参照同浴媒染对棉织物染色，染色后观察织物的外观质量。结合茶色素同浴媒染棉织物的外观质量可知，茶色素同浴媒染染色的棉织物，上色均匀、色泽柔和、色光较纯，若合理开发可用于棉织物的染色。
4.2茶色素染棉织物的方法
参照上节染色工艺，分别采用直接染色、同媒染色、同媒染色+固色3种染色工艺对棉织物进行染色，探讨不同染色方法及染色pH值对棉织物K/S值的影响，如下图1所示。
由图1可知，pH值对茶色素上染棉织物影响较大。3种染色方法中，随pH值增大，K/S值呈現上升趋势，pH值在4-7时，K/S值较小，可能由于茶色素在酸性条件下结构遭到破坏，棉织物对茶色素吸附量较小引起的。3种染色工艺相比，直接染色法K/S值不及同媒染法和同媒染色+固色法，这是由于茶色素分子基团与媒染剂发生金属络合反应后，色素分子固着在棉织物表面，降低色素水溶性，织物上染率提升；pH值为12时，K/S值最大。因此，茶色素适合在pH值为碱性范围内，以同媒染色+固色染色方法对棉织物进行染色。
4.3染色牢度
根据正交试验结果，采用优化后的染色工艺染色并进行固色处理，测试处理后棉织物的各项染色牢度。结合茶色素染色棉织物的染色牢度可知，棉染色样品的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度较好，达到4级以上，能符合织物对染色质量的要求。
4.4抗菌性能评价
参照正交试验确定的染色工艺条件对棉织物进行染色，固色后织物的抗菌性如图2所示。由图2可知，茶色素染色棉织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都具有一定的抗菌作用，经30次水洗后仍然保持极强的抗菌性。这是由于茶色素中的酚羟基可与细菌细胞壁蛋白分子中的肽基、氨基和羧基结合，其疏水性苯环结构也可与蛋白质发生疏水结合，这种多点疏水结合作用可以有效地阻止细菌入侵，使茶色素染色棉织物具有优异的抗菌性能。
5结束语
以同媒染色+固色的方法对棉织物进行染色可获得较好的色深值；经正交试验，最佳媒染工艺条件为：茶色素浓度40g/L，染色pH值为9，染色时间70min；染色后织物的耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度较好。茶色素染色棉织物具有较好的抗菌功效，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率都能达到90%以上，并具有较好的耐洗性。
参考文献
[1]娄江飞. 棉织物茶色素染色的固色方法和机理研究[D].天津工业大学，2017.
[2]霍倩，马佳利，谭艳君.红雪茶色素对改性棉织物染色工艺探讨[J].染整技术，2015，3702：25-28.
（作者单位：山东市蓬莱市信息中心）
关键词：天然染料；茶色素；棉织物；染色性能
1天然染料概述
天然染料是指从动物、植物或矿物资源中获得的、很少或没有经过化学加工的染料。常用于纺织物的染色染整、食品的调色以及太阳能电池中。天然染料的分类方式较多，若按染料的来源可分为植物染料、动物染料及矿物染料；若按天然染料的化学组成不同，则可分为类胡萝卜素类、蒽醌类、萘醌类、类黄酮类、姜黄素类、靛蓝类、叶绿素类共7类天然染料；若按染料的溶解性不同又可分为水溶性天然染料、醇溶性天然染料和油溶性天然染料。天然染料的优势及存在问题天然染料具有一些得天独厚的优势。首先，天然染料源于自然，归于自然，具有生物可降解性。其次，天然染料来源广泛，自然界中到处都有可提取天然染料的生物质存在，只要不无节制开采，将可以无限的使用下去，实现真正意义的可持续发展。虽然天然染料有这些优点，但它的局限性也使得它无法大范围的使用。首先是来源问题，天然染料种类最多的为植物染料，即便是同一种植物，不同的产地，气候条件和采集时间都会导致天然色素的组成和色泽不同，这就使得天然染料存在染色重复性差的问题。而且天然染料提取率也较低，平均染料收集率仅仅为2%左右，这使得大量资源被严重浪费。另外最为严重的就是天然染料的色牢度问题和稳定性问题，耐洗和耐光牢度较低，染色棉纤维时问题更加严重，一般不超过3级。上述问题中，来源问题尚可通过生物技术等新科技来解决，但其在棉纤维上的染色性能问题则是其实现工业化应用的最大阻碍，因此提高天然染料的竭染率和色牢度是极其重要的。
2天然染料茶色素的提取
2.1溶剂提取法
溶剂提取法工艺技术过程比较简单，是最传统的生产工艺，也是目前最广泛使用的方法之一。如茶色素生产工艺一般为：用水或有机溶剂侵提茶叶，过滤得到滤液，滤液中除了茶多酚，还含有咖啡因、色素、有机酸、脂质、胶质、糖类等，茶多酚的含量也不高，因此多数工艺还需要用有机溶剂反复萃取，进一步去除杂物，提高茶多酚的纯度，最后经浓缩得到天然色素。
2.2超声波提取法
超声波浸提法是利用超声波的机械破碎和空化作用，加速天色色素的扩散，缩短浸提时间，具有节时、节能、提取率高的优点。该方法提取天然色素，具有简洁，快速，不需加热，提取率高，效果好，结构不被破坏的优点。此外，超声波的机械振动，乳化，转移，打破扩散和提取的效果有利于植物成分的提取。微波提取具有加热均匀、节能减排、环保和成本低等优点，可以提高天然色素的产率和提取物纯度。微波提取克服了超临界萃取和溶剂提取的缺陷，既符合环保的要求，又降低了操作费用，发展前景良好。
2.3酶法提取
酶工程技术是近几年来用于天然植物有效成分提取的一项生物技术，选用合适的酶可以较温和地将植物组织分解，加速有效成分的释放，从而提高提取率。如纤维素酶可使纤维素、半纤维素等物质降解，引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀等变化，从而增大胞内有效成分向提取介质的扩散，促进色素提取效率的提高。酶法提取的应用促进了天然色素加工的发展，酶法提取不破坏植物成分，且可以提高活性成分的提取率。
3天然染料茶色素对棉织物的染色性能研究
3.1试验方法
茶色素植物染料的提取称取50g绿茶研磨或粉末，浴比1∶10，温度100℃条件下，提取时间1h后冷却、过滤，提取液加蒸馏水，体积达到1L，得到50g/L的茶色素染液。
3.2茶色素染棉工艺
a.直接染色
b.同浴媒染
c.固色
4结果与讨论
4.1茶色素染棉织物外观质量
参照同浴媒染对棉织物染色，染色后观察织物的外观质量。结合茶色素同浴媒染棉织物的外观质量可知，茶色素同浴媒染染色的棉织物，上色均匀、色泽柔和、色光较纯，若合理开发可用于棉织物的染色。
4.2茶色素染棉织物的方法
参照上节染色工艺，分别采用直接染色、同媒染色、同媒染色+固色3种染色工艺对棉织物进行染色，探讨不同染色方法及染色pH值对棉织物K/S值的影响，如下图1所示。
由图1可知，pH值对茶色素上染棉织物影响较大。3种染色方法中，随pH值增大，K/S值呈現上升趋势，pH值在4-7时，K/S值较小，可能由于茶色素在酸性条件下结构遭到破坏，棉织物对茶色素吸附量较小引起的。3种染色工艺相比，直接染色法K/S值不及同媒染法和同媒染色+固色法，这是由于茶色素分子基团与媒染剂发生金属络合反应后，色素分子固着在棉织物表面，降低色素水溶性，织物上染率提升；pH值为12时，K/S值最大。因此，茶色素适合在pH值为碱性范围内，以同媒染色+固色染色方法对棉织物进行染色。
4.3染色牢度
根据正交试验结果，采用优化后的染色工艺染色并进行固色处理，测试处理后棉织物的各项染色牢度。结合茶色素染色棉织物的染色牢度可知，棉染色样品的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度较好，达到4级以上，能符合织物对染色质量的要求。
4.4抗菌性能评价
参照正交试验确定的染色工艺条件对棉织物进行染色，固色后织物的抗菌性如图2所示。由图2可知，茶色素染色棉织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都具有一定的抗菌作用，经30次水洗后仍然保持极强的抗菌性。这是由于茶色素中的酚羟基可与细菌细胞壁蛋白分子中的肽基、氨基和羧基结合，其疏水性苯环结构也可与蛋白质发生疏水结合，这种多点疏水结合作用可以有效地阻止细菌入侵，使茶色素染色棉织物具有优异的抗菌性能。
5结束语
以同媒染色+固色的方法对棉织物进行染色可获得较好的色深值；经正交试验，最佳媒染工艺条件为：茶色素浓度40g/L，染色pH值为9，染色时间70min；染色后织物的耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度较好。茶色素染色棉织物具有较好的抗菌功效，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率都能达到90%以上，并具有较好的耐洗性。
参考文献
[1]娄江飞. 棉织物茶色素染色的固色方法和机理研究[D].天津工业大学，2017.
[2]霍倩，马佳利，谭艳君.红雪茶色素对改性棉织物染色工艺探讨[J].染整技术，2015，3702：25-28.
（作者单位：山东市蓬莱市信息中心）