王霖安 张军 傅红平 余志成

摘 要：为了探讨紫花地丁提取物作为植物染料对改性纯棉针织物的染色性能，对染色方法和染色工艺参数（硫酸亚铁用量、染色pH值、温度和时间）进行优化，对染色牢度、抗紫外线性能和抗菌性能进行测试。结果表明，紫花地丁植物染料纯棉针织物染色以同浴媒染法为好，适宜的染色工艺为：天然染料紫花地丁20 g/L，硫酸亚铁用量2%（o.w.f），柠檬酸0.5 g/L，pH值为6，90℃染色50 min。染色织物耐皂洗和耐摩擦色牢度达到3级及以上，在棉织物上的日晒牢度优于大多数天然染料，可达到3级。经20次水洗后UPF值仍大于50。染色织物对大肠杆菌抗菌率77.03%，对金黄色葡萄球菌抗菌率73.88%。

关键词：紫花地丁;天然染料;染色;防紫外线;抗菌

中图分类号：TS193.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2022）01-0157-05

Abstract： In this study， the Chinese herb viola philippica extract was selected as a natural dye to treat the knitted cotton fabric. The dyeing properties of the modified knitted cotton fabric， the dyeing methods and dyeing process parameters （dosage of ferrous sulfate， pH value， dyeing temperature and dyeing time） were optimized. The color fastness， UV resistance and antibacterial property of the dyed fabric were evaluated. The results showed that the one-bath mordant dyeing method was the best for the dyeing of knitted cotton fabric by the natural dye viola philippica. The optimal dyeing process was determined as follows： viola philippica 20 g/L， ferrous sulfate 2%（o.w.f）， citric acid 0.5 g/L， a pH value of 6， 90℃ for 50 min. Under this condition， the color fastness to soap washing and friction of the dyed fabric reached level 3 or above. The color fastness to sunlight on cotton fabrics was better than most natural dyes and reached 3 level. The UPF value was still higher than 50 after 20 laundries. The antibacterial rates of the dyed fabric against Escherichia coli and Staphylococcus aureus were 77.03% and 73.88% respectively.

Key words： Viola Philippica; natural dye; dyeing; UV resistance; antibacterial

隨着生活水平提高，健康纺织品越来越受到消费者的青睐。植物染料与环境相容性良好，具有较好的可降解性，色泽柔和，独具特色[1-2]。然而植物染料存在色谱不足、日晒牢度差等行业共性问题，因此亟待开发新的植物染料[3-5]。

紫花地丁（Viola philippic）为堇菜科（Violaceae）堇菜属植物，具有清热解毒、凉血消肿、清热利湿的作用，文献报道紫花地丁提取物具有抗炎、抗菌、抗HIV和免疫调节等作用，其主要成分包括香豆素类、黄酮类以及有机酸等[6-7]。紫花地丁提取物同时用于棉织物染色及抗菌、抗紫外线功能还未见研究报道。

大多数天然染料与棉织物直接性较低，因此先对棉织物进行阳离子改性，使之更容易与天然染料结合，其原理是赋予棉纤维正电性，带负电的天然染料更易与之结合，从而提高上染率。本文将紫花地丁提取物作为植物染料对改性后纯棉针织物染色，对染色方法和染色工艺参数进行优化，对织物的色牢度和抗菌、抗紫外线性能进行了测试。

1 实 验

1.1 实验材料及仪器

织物：漂白棉针织物。

试剂：紫花地丁茎叶部分（亳州市泽信堂药业有限公司），硫酸亚铁、柠檬酸、氢氧化钠、醋酸、无水乙醇、氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾（AR，杭州高晶精细化工有限公司），酵母浸粉、蛋白胨、营养琼脂、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌（AR，杭州百思生物科技有限公司），皂片（上海制皂厂）。

仪器：R201D旋转蒸发器（杭州大卫科教仪器有限公司），FD-1A-50冷冻干燥机（上海比朗仪器制造有限公司），DYE-24可调向式打色机（上海千立自动化设备有限公司），Lambda 35紫外可见分光光度计（美国Elmer Perkin公司），Datacolor600测色配色仪（美国Datacolor公司），UV-2000F纺织品防紫外因子测试仪（美国Labsphere公司），JB-CJ-2A型净化工作台（苏州苏洁净化设备有限公司），HZQ-150JB型全温培养振荡器（上海百典仪器设备有限公司）。

1.2 实验工艺

1.2.1 紫花地丁天然染料的提取

将干燥后的紫花地丁茎叶完全浸入50%乙醇溶液，料液比为1∶18，在50℃下提取1 h，过滤，除去紫花地丁残渣。将提取物水醇溶液进行减压浓缩，冷冻干燥，得到紫花地丁提取物粉末，进行后续染色实验。

1.2.2 改性工艺

改性剂18 6 g/L，棉织物在30℃下改性20 min，浴比为1∶50。

1.2.3 染色工艺

a）直接染色工艺

紫花地丁天然染料20 g/L，pH=6，30℃起始，以2℃/min升温至90℃，在90℃下染色60 min，水洗。浴比为1∶50。

b）预媒染染色工艺

硫酸亚铁2 %（o.w.f），CA0.5 g/L，将改性棉织物60℃下媒染30 min，水洗，随后置入染浴中染色。紫花地丁天然染料20 g/L，pH=6，30℃起始，以2℃/min升温至90℃，在90℃下染色60 min，水洗。浴比均为1∶50。

c）同浴媒染染色工艺

紫花地丁天然染料20 g/L，硫酸亚铁2%（o.w.f）， CA0.5 g/L，pH=6，30℃起始，以2℃/min升温至90℃，在90℃下染色60 min，水洗。浴比为1∶50。

d）后媒染染色工艺

紫花地丁天然染料20 g/L，pH=6，30℃起始，以2℃/min升温至90℃，在90℃下染色60 min，水洗。将织物加入硫酸亚铁2 %（o.w.f）， CA0.5 g/L的溶液中，60℃下媒染30 min。浴比均为1∶50。

1.3 测试方法

1.3.1 染色K/S值

在D65光源下，采用Datacolor600测试仪测试K/S值。选择CIELab测色系统，折叠染色织物两次，任意取3个点测试，取平均值。

1.3.2 染色牢度

按GB/T 3921-2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》A（1）测试方法，贴衬织物为棉和羊毛。

按GB/T 3920-2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试方法，分别进行干摩擦试验和湿摩擦试验。

按GB/T 8427-2019《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》测试方法，曝晒周期为20h。

1.3.3 防紫外性能

按GB/T 18830-2009《紡织品 防紫外线性能的评定》测试方法，采用UV-2000F纺织品防紫外因子测试仪测试织物的UPF值，取任意3个点测试，取平均值。

1.3.4 抗菌性能

按GB/T 20944.2-2007《纺织品 抗菌性能的评价 第2部分：吸收法》测试方法，选择菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，对未染色棉和染色棉织物的抗菌性能进行测试。

2 结果与讨论

2.1 紫花地丁天然染料的吸收光谱

由图1可知，紫外可见光吸收光谱中，紫花地丁天然染料的主要吸收峰位于412 nm和665 nm。

2.2 紫花地丁天然染料染色

2.2.1 染色方法对K/S值的影响

选择紫花地丁20 g/L，媒染剂FeSO4用量为2%（o.w.f），染浴pH=6，在90℃下对棉织物染色50 min，随后水洗烘干，对K/S值进行测试。染色方法对K/S值的影响如图2所示。

由图2可知，媒染染色织物的K/S值大于直接染色织物，这是因为在媒染剂未加入前，染料直接性小，织物上吸附染料的浓度不高;媒染剂加入后，染料、棉纤维和媒染剂之间发生络合反应使K/S增大。为了达到节能减排的需要，选择同浴媒染作为紫花地丁提取液染色棉织物的染色方法。

2.2.2 媒染剂用量对K/S值的影响

选择紫花地丁20 g/L，染色方法为同浴媒染， 染浴pH=6，在90℃下对棉织物染色50 min，随后水洗烘干，对K/S值进行测试。媒染剂硫酸亚铁用量对K/S值的影响如图3所示。

由图3可知，随着媒染剂用量的增加，K/S值逐渐增大，这是因为在上染过程中，染料-媒染剂金属离子-纤维之间形成稳定的络合物，络合物的存在使得纤维上染料上染量增大，得色更深。当媒染剂用量达到2 %（o.w.f）之后，增加的幅度不大，是因为此时紫花地丁天然染料与Fe2+发生的络合反应趋于饱和，继续增大媒染剂用量，络合物的生成量趋于稳定，织物的K/S值不发生明显增加。因此选择2 %（o.w.f）作为紫花地丁提取液染色改性棉织物的媒染剂硫酸亚铁的用量。

2.2.3 pH值对K/S值的影响

选择紫花地丁20 g/L，染色方法为同浴媒染，媒染剂FeSO4用量为2%（o.w.f），在90℃下对棉织物染色50 min。pH值对K/S值的影响如图4所示。

由图4可知，pH值增大，有利于染料、纤维与金属离子间发生络合反应，染色织物的K/S值增大，当pH=6时，染色织物K/S值达到最大。随着pH值继续增大，碱性环境中Fe2+会发生沉淀，使得发生络合反应的Fe2+有效浓度下降，K/S值降低。因此选择pH=6作为紫花地丁提取液染色改性棉织物的pH值。

2.2.4 染色温度对K/S值的影响

选择紫花地丁20 g/L，染色方法为同浴媒染，媒染剂FeSO4用量为2%（o.w.f），染浴pH=6，染色时间50 min。染色温度对K/S值的影响如图5所示。

由图5可知，随着染色温度增加，染色织物的K/S值增大，这是因为随着染色温度的升高，棉纤维膨化程度提高，染料溶解度增大，有利于染料分子、媒染剂扩散进入纤维内部，并发生络合反应。当达到80℃后，染料与纤维的结合量趋于饱和，增加程度便趋于缓慢。因此选择80～100℃作为紫花地丁提取液染色改性棉织物的染色温度。

2.2.5 染色时间对K/S值的影响

选择紫花地丁20 g/L，染色方法为同浴媒染，媒染剂FeSO4用量为2%（o.w.f），染浴pH=6，染色温度90℃。染色时间对K/S值的影响如图6所示。

由图6可知，随着染色时间的增加，织物K/S值缓慢增大，染色时间达到50 min后，增大幅度减小。此時染料、纤维与媒染剂络合充分，因此选择50 min作为紫花地丁提取液染色改性棉织物的染色时间。

2.2.6 染色牢度

由表1可知，染色棉织物的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均可达到3级以上，尤其是日晒牢度同样达到3级以上。

2.3 紫花地丁染色棉织物的防紫外性能

对紫花地丁染色棉织物测试UPF，结果如表2所示。

由表2可知，未染色棉织物的UPF值为13.11，防紫外效果很差，经过直接染色的织物的UPF值为141.81，防紫外性能有了明显提升。这是因为紫花地丁提取物的化学结构中含有共轭系统，可以有效吸收紫外线[8]。同浴媒染的织物的UPF值可以达到184.51，媒染剂的使用进一步提高了防紫外效果，且经过水洗后，同浴媒染织物UPF值的下降幅度小于直接染色织物。这是因为由过量Fe2+产生的Fe2O3也是优良的抗紫外试剂，同时纤维-媒染剂-染料之间生成的络合物稳定，提高了耐洗性。在水洗20次后，染色织物UPF值仍然大于50，说明紫花地丁提取液可赋予改性棉织物优异的防紫外性能，在纺织行业有较好的应用前景。

2.4 紫花地丁染色棉织物的抗菌性能

对未染色棉织物和紫花地丁染色棉织物测试抗菌率，测试结果如表3所示。

由表3可知，未染色棉织物不具有抗菌效果，紫花地丁染色棉织物对大肠杆菌的抗菌率未77.03%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为73.88%。细胞膜通透性改变，从而使内容物溶出是黄酮类化合物抗菌机理之一[9]。

3 结 论

本文通过紫花地丁提取物对改性纯棉针织物的染色方法和染色工艺参数的优化，并对染色牢度、抗紫外线性能和抗菌性能进行测试分析，得到如下主要研究结果：

a）紫花地丁作为植物染料对棉织物进行染色，耐皂洗、耐摩擦和日晒牢度均达到3级。适宜的染色工艺条件： 紫花地丁提取液20 g/L，FeSO42%（o.w.f），柠檬酸0.5 g/L，同浴媒染，pH值为6，90℃下染色50 min。

b）紫花地丁植物染料染色后的棉织物具有优异的防紫外性能，20次洗涤后UPF值仍然大于50。

c）紫花地丁植物染料染色后的棉织物对大肠杆菌抗菌率77.03%，对金黄色葡萄球菌抗菌率73.88%。

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