（苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215021）

合成染料相对天然染料来说更经济，具有更高的色牢度、更广泛的颜色变化和更高的再现性，纺织业使用大量合成染料为不同的市场需求生产染色印花产品，而对天然染料的需求相对较少［1-2］。合成染料优点众多，但缺点也不容小觑，如给环境造成了严重负担，甚至对人体健康产生了不可估量的影响。天然染料具有良好的生物降解性和环境友好性，近年来引起了大量研究者的关注［3-5］。天然染料种类丰富，主要来源于动植物和微生物，能赋予织物绚丽的颜色。天然染料相关研究的新增热点是回收农业加工残留物提取天然色素，既节约了资源，又弥补了市场上天然染料种类有限的缺陷，是未来天然染料发展的方向。Pandey 等［6］采用水浸法从花生烤皮中提取染料，并用紫外可见光谱和红外光谱进行了表征。Rossi等［7］研究了以桉树木水蒸气处理时产生的有色废液作为天然染料用于纺织品染色的可能性。

在生产速溶咖啡过程中产生的咖啡渣占咖啡干物的质量分数高达67%。咖啡渣在国外主要用作燃料和饲料，但在国内大多被当作废物丢弃，既浪费资源又污染环境［8］。据研究，咖啡渣含有14%以上的油脂，利用溶剂可以提取咖啡油［9］。以咖啡残渣为原料，经碱提、过滤、浓缩后可以得到咖啡渣色素。咖啡渣色素属于多酚类化合物，在纺织品染色方面的研究鲜见报道。蚕丝蛋白纤维的主要成分是由多种性质不同的氨基酸通过肽键连接而成的大分子，含有氨基、羟基、羧基等极性基团，咖啡渣色素可以通过分子中的酚羟基以氢键以及其他分子间作用力与蚕丝纤维结合而上染，也可以通过媒染金属离子与纤维形成配位键而上染，这为咖啡渣色素对蚕丝纤维进行染色提供了可能。本研究在提取咖啡渣色素的基础上，采用单因素实验优化了咖啡渣色素对真丝织物直接染色和媒染加工的工艺，并对染色后真丝织物的耐皂洗、耐汗渍、耐光色牢度进行测试。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：咖啡残渣（苏州佳禾食品工业股份有限公司），真丝针织物（鑫缘茧丝绸集团有限公司），明矾（食品级，温州矾矿），氢氧化钠、七水硫酸亚铁、冰醋酸、盐酸（分析纯，江苏强盛功能化学股份有限公司），皂片（标准品，上海市纺织工业技术监督所），平平加O（工业级，江苏四新界面剂科技有限公司）。

仪器：XW-ZR-25X12 型低噪振荡式染样机（中国江苏靖江市新旺染整设备厂），M-T-18P 万能试色机（无锡阳博印染机械设备有限公司），Ultra Scan XE型分光测色仪（美国Hunter Lab 公司），SW-12 A 型水洗色牢度试验机（无锡纺织设备厂），Alpha 型日晒牢度仪（SDL-Atalas 公司），YG631 型汗渍牢度仪（南通宏达实验仪器有限公司）。

1.2 色素的提取

将5 g 咖啡残渣粉末加入100 mL 8 g/L 的NaOH溶液中，置于低噪振荡式染样机中，加热升温至100 ℃，保温提取90 min，降温，过滤，收集滤液，用盐酸溶液调至中性，定容至500 mL，作为染色用咖啡渣色素母液（质量浓度设为x）。

1.3 真丝织物的染色

直接染色：固定浴比1∶50，取咖啡渣色素母液稀释5 倍，加入1 g/L 平平加O，调节pH 至3～5，放入万能试色机中，40 ℃入染，以1.5 ℃/min 升温至染色温度，恒温染色一定时间，取出，水洗，皂洗（皂片2 g/L，60 ℃，10 min），晾干。

媒染：前媒染色和后媒染色分别在直接染色前后进行。固定媒染剂用量3%(omf)，平平加O 1 g/L，浴比1∶30，在万能试色机中60 ℃媒染30 min。同浴媒染时，在直接染色浴中加入3%(omf)的媒染剂。

1.4 测试

K/S值及颜色特征值：将织物折叠成4 层，在K/S测试仪上测试，D65光源，光谱扫描范围350～800 nm，测试4次，取平均值。

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》在水洗色牢度试验机上测定。

耐汗渍色牢度：按照GB/T 3922—2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》在汗渍牢度仪上测定。

耐光色牢度：按照GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》在日晒牢度仪上测定，日晒时间为24 h。

2 结果与讨论

2.1 直接染色工艺优化

2.1.1 染浴pH

测定染色织物在波长355 nm 处的K/S值。由图1可知，染色织物的K/S值在pH 为3.0～4.0 时变化不明显；当pH 大于4.0 时，K/S值逐渐下降。这是因为随着染液pH 的增大，真丝纤维所带的正电荷减少，与色素阴离子之间的电性引力下降，导致色素对真丝的上染率降低。因此设定染浴pH 为3.5～4.0。

图1 染浴pH 对真丝织物K/S 值的影响

2.1.2 染色温度

由图2 可知，随着温度的升高，染色真丝织物的K/S值逐渐增大，这是由于温度升高，纤维孔隙变大，有利于色素进入真丝纤维内部。当温度达到85 ℃后，K/S值变化幅度减小，95 ℃时K/S值达到最大，说明温度升高，纤维溶胀充分，有利于咖啡渣提取色素进入纤维内部，提高上染率。所以优化染色温度为95 ℃。

图2 染色温度对真丝织物K/S 值的影响

2.1.3 染色时间

由图3 可知，随着染色时间的延长，真丝织物的K/S值增大，但增大幅度不是十分明显，当染色时间为50 min 时，织物K/S值达到峰值。所以染色时间选择50 min为宜。

图3 染色时间对真丝织物K/S 值的影响

2.1.4 提取色素质量浓度

由图4 可知，随着提取色素质量浓度的增加，染色织物的K/S值增大。当提取色素质量浓度增加到0.7x时，染色织物的K/S值达到最大值9.97；继续增加提取色素质量浓度，K/S值不再增加。说明提取色素在真丝织物上的提升性一般，较难得到深浓产品。

图4 提取色素质量浓度对真丝织物K/S 值的影响

2.2 媒染对染色性能的影响

2.2.1 硫酸亚铁媒染

由图5 可以看出，采用硫酸亚铁进行媒染对染色织物的吸收光谱有一定影响，说明色素与金属离子之间形成了配位键，但总体变化不大，吸收峰没有出现明显偏移。在整个波长范围内，后媒染织物均呈现出较高的K/S值，说明后媒染后颜色变化较大；同浴媒染、前媒染织物在350～500 nm 处的K/S值相对于直接染色有所下降，但波长超过550 nm 后，媒染织物的K/S值大于直接染色织物。结合表1 可知，染色织物的色相角变化不大，但后媒染织物的明度和彩度均明显下降；a*、b*值均下降，色泽变得萎暗，说明后媒染对染色织物的颜色影响较大，色光变化明显。

图5 硫酸亚铁媒染对真丝织物K/S 值的影响

表1 硫酸亚铁媒染对染色真丝织物颜色特征值的影响

2.2.2 明矾媒染

由图6 可知，明矾媒染织物的K/S值光谱曲线基本一致（K/S值均较直接染色织物小），曲线趋势没有明显的变化，说明明矾媒染不能提升咖啡渣提取色素染色织物的得色量，是否存在色素与明矾的配位键结合有待进一步考证。表2 显示，与直接染色织物相比，明矾媒染织物的K/S值减小，明度增加，彩度和色相角变化不大，进一步说明明矾媒染对咖啡渣提取色素染色影响不大。

图6 明矾媒染对真丝织物K/S 值的影响

表2 明矾媒染对染色真丝织物颜色特征值的影响

2.3 染色牢度

由表3 可知，咖啡渣色素染色真丝织物除了耐光色牢度只有2 级以外，耐汗渍色牢度和耐皂洗色牢度均较好，能达到4 级及以上。媒染有助于染色织物色牢度的提升，特别是硫酸亚铁后媒染，对耐汗渍色牢度、耐皂洗色牢度和耐光色牢度的提升均有帮助，进一步说明色素与金属离子之间形成了配位键。

表3 咖啡渣色素染色真丝织物的色牢度

3 结论

（1）咖啡渣色素直接染色真丝织物的优化工艺：pH 3.5～4.0，温度95 ℃，时间50 min。在一定范围内，咖啡渣色素质量浓度越大，K/S值越高。

（2）媒染对咖啡渣色素染色真丝织物的颜色特征值有一定影响，硫酸亚铁媒染的影响大于明矾媒染，硫酸亚铁后媒染织物的K/S值增大，明度和彩度均明显下降，色泽变得浓而萎暗。

（3）咖啡渣色素染色的真丝织物具有较好的耐汗渍色牢度和耐皂洗色牢度，但耐光色牢度只有2级。媒染对染色织物色牢度有一定的提升作用，特别是硫酸亚铁后媒染，对耐汗渍色牢度、耐皂洗色牢度和耐光色牢度的提升均有帮助。