一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法
阅读说明：本技术 一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法 (Dyeing method for dyeing wool fibers by using walnut green husk pigment ) 是由 王雪梅 张文泰 易帆 郭潇涵 杨亮 陈莉萍 张天芸 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法,属于纺织品印染技术领域。该染色方法包括步骤：将羊毛纤维调湿平衡后,在功率为560-700W的微波中预处理1-3min；利用核桃青皮色素染料原液对羊毛纤维进行染色,染色后进行水洗并自然晾干；染色的羊毛纤维浸入媒染固色液中,在功率为140-420W的微波条件下进行媒染固色,时间为1-5min；固色的羊毛纤维进行水洗并干燥后,即得核桃青皮色素染色的羊毛纤维。本发明通过利用核桃青皮色素进行浸染染色以及在功率为140-420W的微波条件下进行媒染固色,不仅降低了微波功率并缩短了固色时间,提高了固色效率并减少了微波能耗,而且染色后羊毛纤维的色差达到43.85,同时耐洗色牢度在4级以上。(The invention discloses a dyeing method for dyeing wool fibers by using walnut green husk pigment, belonging to the technical field of textile printing and dyeing. The dyeing method comprises the following steps: after the wool fibers are subjected to humidity adjustment and balance, pretreating for 1-3min in microwaves with the power of 560-700W; dyeing wool fibers by using walnut green husk pigment dye stock solution, washing with water after dyeing, and naturally drying; immersing the dyed wool fibers into a mordant color fixing solution, and carrying out mordant color fixing for 1-5min under the microwave condition with the power of 140-420W; and (5) washing and drying the fixed wool fibers to obtain the wool fibers dyed by the walnut green husk pigment. According to the invention, the walnut green husk pigment is used for dip dyeing and the mordant color fixation is carried out under the microwave condition of power of 140-.)
技术领域
本发明属于纺织品印染技术领域，尤其涉及一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法。
背景技术
核桃青皮又称青龙衣，是未成熟核桃的绿色外果皮，具有一定的毒性。作为核桃产业中的主要副产物，核桃青皮大部分被直接丢弃，价值没有得到充分开发和利用，不仅造成了资源的极大浪费，还会严重污染生态环境，甚至威胁动植物的生存。近年来，有关核桃青皮中的成分及应用研究表明，核桃青皮色素是一种安全无毒的天然色素，具有水溶性、耐热性和耐光性较好，易于生物降解，且对皮肤无过敏性和致癌性的特点，可应用于丝绸、棉麻、皮革、毛织物等的印染，在染色工业中具有很高的应用价值。因此，研究核桃青皮色素在印染方面的价值，不仅能变废为宝，还能增加果农的经济效益，提高核桃的综合利用价值。
羊毛是天然蛋白质纤维，其表面存在疏水性的鳞片层结构，阻碍了染料的吸附和向内扩散而难以上染，因而羊毛染色需在较高的温度下进行，且染色时间也较长。虽然高温染色可以提高上染率，但长时间沸染会造成羊毛纤维损伤，出现羊毛失重、手感粗糙、色泽泛黄和纺纱产量低等问题，同时还增加了成本。
因此，探索羊毛低温染色具有重要意义。赵雪等探讨了《羊毛织物的微波预处理及染色工艺》，公开了用活性兰纳素对羊毛织物进行染色的工艺，包括微波预处理和染色工艺。其中，微波预处理是将羊毛浸渍在尿素溶液中，经功率为700W的微波处理5min；染色工艺流程为①浸轧活性染液→700W功率微波加热固色6min→40℃水淋洗→80℃下氨水洗15min→水淋洗1次→醋酸中和；②浸轧活性染液→轧卷堆置（20-0.5℃，24h）→水洗；③浸轧活性染液→轧卷堆置一定时间→微波加热固色6min→水洗。结果表明：①采用微波对羊毛织物进行加热固色，随着固色时间的增加，羊毛的表观深度加深；②将羊毛织物浸渍在水和尿素溶液中，经过微波预处理后可以提高羊毛织物的上染率；③羊毛织物微波加热固色的固色率较低但均匀性较好，且经微波预处理后匀染性下降，但微波固色及预处理均可提高染色牢度。然而，该染色工艺存在如下缺点：①微波功率较高且加热时间相对较长，不仅造成羊毛纤维的水分在固色过程中大量蒸发以致干燥，影响固色速率甚至损伤纤维，而且微波能耗较高，增加了染色成本，还使微波泄露的概率大幅提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法，不仅降低了染色过程中的微波功率，而且缩短了固色时间，还提高了上染率和染色鲜艳度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法，包括如下步骤：
步骤一：将羊毛纤维在普通大气条件下调湿平衡后，在功率为560-700W的微波条件下预处理1-3min；
步骤二：利用核桃青皮色素染料原液对羊毛纤维进行浸染染色，染色后进行水洗并自然晾干；
步骤三：将染色的羊毛纤维浸入媒染固色液中，在功率为140-420W的微波条件下微波条件下进行媒染固色，时间为1-5min；
步骤四：固色的羊毛纤维进行水洗并干燥后，即得核桃青皮色素染色的羊毛纤维。
优选地，在所述步骤一中，在微波条件下进行预处理的微波功率为700W，时间为3min。
优选地，在所述步骤二中，对羊毛纤维进行染色，包括：
在浴比为1:50，pH为4.5、温度为80℃的条件下，用核桃青皮色素染料原液对羊毛纤维进行浸染染色，时间为60min。
优选地，在所述步骤三中，对染色的羊毛纤维进行媒染固色，还包括：
在浴比为1:50，pH为4.5，温度为80℃的条件下，对染色的羊毛纤维进行媒染固色。
更优选地，所述媒染固色液由水以及溶解于所述水中的媒染剂和还原剂制成，其中所述媒染剂为氯化镧，氯化镧的用量为羊毛纤维质量的6-8%，所述还原剂为硫代硫酸钠，硫代硫酸钠的用量为20-25g/mL。
更优选地，在微波条件下进行媒染固色的微波功率为270W，固色时间为3min。
更优选地，所述氯化镧的用量为7%，还原剂的用量为22g/mL。
本发明还提供了一种核桃青皮色素原液的提取方法，包括以下步骤：
步骤一：采用60v/v%乙醇溶液对核桃青皮粉末进行溶解，其液料比为24:1mL/g；
步骤二：将溶解的核桃青皮粉末在功率为450W的微波条件下进行提取，提取时间为1min；
步骤三：将提取液静置至室温，过滤，收集乙醇色素溶液，即得核桃青皮色素原液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的染色方法，通过利用核桃青皮色素原液进行浸染染色，以及在微波功率为140-420W条件下进行媒染固色，不仅降低了微波功率并缩短了固色时间，提高了固色效率并减少了微波能耗，而且染色后羊毛纤维的色差达到43.85，同时耐洗色牢度在4级以上；
本发明利用氯化镧作媒染剂，不仅使核桃青皮色素的吸收波长变大，提高了上染率，而且染色的羊毛纤维颜色加深，颜色鲜艳度也有所提高，同时降低了金属离子的浓度，减轻了染色废水的污染，具有绿色环保的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为核桃青皮色素的提取率随乙醇体积分数的变化曲线；
图2为核桃青皮色素的提取率随微波功率的变化曲线；
图3为核桃青皮色素的提取率随提取时间的变化曲线；
图4为核桃青皮色素的提取率随液料比的变化曲线；
图5为媒染固色试样的色差值随固色时间的变化曲线；
图6为媒染固色试样的色差值随微波功率的变化曲线；
图7为媒染固色试样的色差值随用量的变化曲线；
图8为媒染固色试样的色差值随还原剂用量的变化曲线；
图9为未经微波处理的羊毛纤维在40倍电子显微镜下的表面形态；
图10为经微波处理的羊毛纤维在40倍电子显微镜下的表面形态。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本实施例提供了一种核桃青皮色素原液的提取方法，包括以下步骤：
步骤一：按照液料比为24:1，将2.0g的核桃青皮粉末加入到48mL的乙醇溶液中，充分搅拌溶解，制备得到核桃青皮粉末悬浮液，所述乙醇溶液的体积分数为60%；
步骤二：将所述核桃青皮粉末悬浮液置于微波炉中，在功率为450W的微波条件下提取1min；
步骤三：将步骤三提取后的悬浮液静置至室温，滤纸过滤，分别收集乙醇色素溶液和滤渣，其中乙醇色素溶液即为核桃青皮色素原液；
将所述滤渣置于真空干燥箱中干燥，称重；
将核桃青皮色素原液减压蒸除乙醇后，置于真空干燥箱中干燥，称重；
根据核桃青皮色素干重和滤渣干重，计算核桃青皮色素的提取率。
结果显示，本发明对核桃青皮色素的提取率达到19.36%。
为了说明本发明提取方法的技术效果，发明人首先采用单因素实验法研究了液料比、乙醇体积分数、提取时间及微波功率对核桃青皮色素提取率的影响，确定了各项指标的最优值，单因素试验见表1。
表1-核桃青皮色素提取的单因素试验
本实施例的单因素试验结果如图1-4所示，图1提供了核桃青皮色素的提取率随乙醇体积分数的变化曲线；图2提供了核桃青皮色素的提取率随微波功率的变化曲线；图3提供了核桃青皮色素的提取率随提取时间的变化曲线；图4提供了核桃青皮色素的提取率随液料比的变化曲线。
1）通过图1可以看出：随着乙醇体积分数的提高，核桃青皮色素的提取率快速提高，在乙醇体积分数为60%时，提取率达到最大值，之后再提高乙醇浓度，提取率迅速下降，因而本发明选择体积分数为60%的乙醇溶液作提取液；
2）通过图2可以看出：随着微波功率的提升，核桃青皮色素的提取率随之提升，当微波功率达到420W时，提取率达到最高值，之后再增加微波功率，提取率反而下降，因而本发明选择在功率为420W的微波条件下进行提取；
3）通过图3可以看出：在微波处理时间（即提取时间）为1.0min时，核桃青皮色素的提取率达到最大值，之后再增加提取时间，提取率反而迅速下降，因而本发明选择提取时间1.0min；
4）通过图4可以看出：开始随着液料比的增加，核桃青皮色素的提取率增加，当液料比为24:1时，提取率基本不再增加，因此本发明选择液料比为24:1进行提取。
为了验证上述各项最优值指标的组合效果，通过软件Design-expert8.0.6Trial中的Box-Benhnken实验原理，设计了四因素三水平试验，如表2所示。
表2-核桃青皮色素提取率的四因素三水平试验
以核桃青皮色素的提取率（%）为响应值，以A乙醇体积分数（%）、B液料比、C提取时间（min）、D微波功率（W）为响应因子，采用响应面分析法进行研究，结果如表3所示。
表3-提取率的响应面法试验结果
通过表3可以看出，当乙醇体积分数为60%、液料比为24:1、微波功率为420W、提取时间为1.0min时，核桃青皮色素的提取率最高，提取率达到19.40-20.70%，而当乙醇体积分数为60%、液料比为20:1、微波功率为560W、提取时间为1.0min时，核桃青皮色素的提取率为18.70%。可见，本发明相比于该对比条件，核桃青皮色素的提取率增加了0.7-2.0%，同时本发明相比于该对比文件条件，微波功率减小140W，因而节省了微波耗能，降低了提取成本。
综合上述，本发明提取方法简便易行，不仅缩短了提取时间，而且显著提高了核桃青皮色素的提取率，节约了色素提取成本。
实施例2
本实施例提供了一种利用核桃青皮色素染色羊毛纤维的染色方法，其步骤如下：
步骤一：在温度为20-25℃、湿度为60-70%的条件下，对羊毛纤维试样进行调湿平衡后，装入对微波基本无吸收的聚乙烯薄膜袋中并封装密封，然后置于微波炉内，在功率为700W的微波条件下预处理3min；
步骤二：对按照实施例1的提取方法制备的核桃青皮色素原液加入匀染剂（平平加O-25），并调节其pH为4.5后，制成核桃青皮色素染料原液，然后在浴比为1:50，温度为80℃的条件下，对步骤一预处理的羊毛纤维试样进行浸染染色60min，染色结束后充分水洗羊毛纤维试样，并自然晾干备用，其中，所述平平加O-25的用量为1.5g/L；
步骤三：将氯化镧和硫代硫酸钠溶解于水中制备成媒染固色液，并调节所述媒染固色液的pH为4.5后，在浴比为1:50，温度为80℃的条件下，将染色的羊毛纤维试样浸入所述媒染固色液中，之后在微波炉内在功率为140-420W的微波条件下进行媒染固色1-5min，所述氯化镧为媒染剂，其用量为羊毛纤维质量的7%，所述硫代硫酸钠为还原剂，其用量为20g/mL；
步骤四：对步骤三固色的羊毛纤维进行水洗和干燥，即得核桃青皮色素染色的羊毛纤维。
为了说明本发明染色方法的技术效果，发明人首先采用单因素实验法研究了固色时间、媒染剂（氯化镧）用量、还原剂（硫代硫酸钠）用量、微波功率对媒染固色试样的色差值的影响，确定了各项指标的最优值，单因素试验见表4。
表4-媒染固色单因素试验
本实施例的单因素试验结果如图5-8所示，图5提供了本实施例媒染固色试样的色差值随固色时间的变化曲线；图6提供了本实施例媒染固色试样的色差值随微波功率的变化曲线；图7提供了本实施例媒染固色试样的色差值随媒染剂用量的变化曲线；图8提供了本实施例媒染固色试样的色差值随还原剂用量的变化曲线。
1）通过图5可以看出：在固色时间为2min时，媒染固色试样的色差值达到最大值，之后再增加固色时间，试样的色差值迅速下降，因此本发明选择固色时间为2min；
2）通过图6可以看出：在微波功率为270W时，媒染固色试样的色差值达到最大值，之后再增加微波功率，试样色差值反而下降，因此本发明选择在微波功率为270W的条件下进行媒染固色；
3）通过图7可以看出：在媒染剂用量为7%时，媒染固色试样的色差达到最大值，之后再增加媒染剂用量，试样色差值反而迅速下降，因此本发明选择在媒染剂用量为7%条件下进行媒染固色；
4）通过图8可以看出：在还原剂用量为20g/L时，媒染固色试样的色差值达到最大值，之后再增加还原剂用量，试样的色差值反而逐渐下降，因此本发明选择在还原剂用量为20g/L条件下进行媒染固色。
为了验证上述各项最优值指标的组合效果，通过软件Design-expert8.0.6Trial中的Box-Benhnken实验原理，设计了四因素三水平试验，如表5所示。
表5-媒染固色工艺的四因素三水平试验
以媒染固色羊毛纤维试验的色差值ΔE为响应值，以固色时间、微波功率、媒染剂用量、还原剂用量为响应因子，采用响应面分析法进行了研究，其结果如表6所示。
表6-色差值ΔE的响应面法试验结果
通过表6可以看出，当媒染剂用量为7%、还原剂用量为20g/L、微波功率为270W、固色时间为2min时，色差值ΔE最高，色差值ΔE达到43.44-43.90；而当当氯化镧用量为8%、还原剂用量为20g/L、微波功率为270W、固色时间为3min时，色差值ΔE为41.87。可见，本发明相比于该对比文件条件，色差值ΔE提高了1.57-2.03，同时本发明相比于该对比文件条件，固色时间缩短1min，大幅提高了媒染固色效率。
发明人还研究本发明的染色方法相比于直接染色的耐洗色牢度和色差值，其结果见表7。
表7-不同染色方法的耐洗色牢度和色差值
通过表7可以看出，本发明媒染固色的试样获得了4级以上的耐洗色牢度，且本发明的染色方法相比于直接染色，其耐洗色牢度和色差均有显著提高，获得了更高的得色量。
另外，本发明采用氯化镧作媒染剂，对核桃青皮色素染色的羊毛纤维进行媒染固色，不仅使得染料的吸收波长变大，上染率提高，染色产品颜色加深，颜色鲜艳度也有所提高；与包含Fe2+和Cr6+等金属离子的媒染剂相比，显著降低了天然色素染色中所使用的金属离子浓度，减轻了染色废水的污染，保证了天然色素染色产品的绿色环保性能。
发明人还研究了在羊毛纤维染前微波预处理的效果，其结果如表7和表8所示。
表7-羊毛纤维微波预处理前后染色试样的色差
表8-羊毛纤维微波预处理前后染色试样的纤维断裂强力
通过表7和表8可知，经过700W、3min微波预处理后的羊毛纤维试样色差为39.62，纤维断裂强力为10.96CN，相比于处理前均有显著提升。
处理后在40倍电子显微镜下观察羊毛纤维的表面形态，如图9-10所示。
图9提供了未经微波处理的羊毛纤维在40倍电子显微镜下的表面形态；图10提供了经微波处理的羊毛纤维在40倍电子显微镜下的表面形态。
通过图9和图10可以看出，经过微波辐射处理的羊毛纤维鳞片边缘棱角有比较明显的钝化。说明羊毛纤维经过微波辐射处理后鳞片层受到一定程度的松动和改变，这样染料不仅可以从鳞片间，还可以直接从某些破损处透过鳞片进入纤维，增加了上染的途径，加快染料的上染。因此，本发明在染色前对羊毛纤维试样进行700W、3min的微波预处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明批露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。