植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料及其制备方法
阅读说明：本技术 植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料及其制备方法 (Yellow Lyocell fabric prepared by dyeing with plant dye and sweet osmanthus and preparation method thereof ) 是由 周凡雨 彭雄义 邓健 董雄伟 李强 蔡亚军 刘仰硕 蔡映杰 于 2020-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料及其染色方法。通过水蒸汽蒸馏从桂花中提取黄色植物染料原液,然后再将原液中黄色色素接枝1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷,制得黄色植物染料改性液；最后,将莱赛尔面料在黄色植物染料改性液中进行染色,制得黄色莱赛尔面料。本发明使反应活性低的桂花中的黄色色素变成具有高反应活性天然染料,此外,染色过程不需要加其它媒染剂和促染剂等染料助剂,简化了染色流程,节约了成本,同时减少了染色造成的环境污染；本发明染色后的黄色莱赛尔面料具有较高的K/S值,耐皂洗变色牢度和耐干摩擦色牢度均较高。(The invention relates to a yellow lyocell fabric prepared by dyeing with a plant dye, namely osmanthus fragrans, and a dyeing method thereof. Extracting yellow plant dye stock solution from sweet osmanthus through steam distillation, and grafting 1-amino-2-sulfate ethyl sulfone ethane to yellow pigment in the stock solution to prepare yellow plant dye modified solution; and finally, dyeing the lyocell fabric in a yellow plant dye modification solution to obtain the yellow lyocell fabric. The invention changes yellow pigment in the sweet osmanthus with low reaction activity into natural dye with high reaction activity, in addition, dye auxiliaries such as other mordants, accelerating agents and the like are not needed in the dyeing process, the dyeing process is simplified, the cost is saved, and meanwhile, the environmental pollution caused by dyeing is reduced; the dyed yellow lyocell fabric has higher K/S value, higher soaping color change fastness and dry friction color fastness.)
技术领域
本发明属于面料的制备技术领域，具体涉及植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料及其制备方法。
背景技术
从人类社会产生的那一刻起,人类就已懂得从大自然的植物中得到各种的颜色来美饰自己的服饰。他们从野草或者树枝中挤出液汁,将获得的色彩用于染色或者绘制其他图案,但由于气候的影响、季节的变迁、植物染色方法的差异,使得所得到的颜色更是千差万别,这听起来更像是大自然赋予我们的植物染料不可思议的趣味性。
在19世纪以前,纺织印染的染料大多是植物染料,而在19世纪中叶后,合成染料由于其色彩缤纷、色谱齐全、染色牢度好且价格便宜等特点,逐渐取代了植物染料在印染界的地位。大小染坊开始使用化学染料对织物进行染色,只有在偏远的少数民族地区还在继续使用植物染料染色,植物染料慢慢的退出了其历史舞台。近年来,随着环保、健康、生态意识的增强,健康环保的染色理念又重新回到人们的视野,开发应用型植物染料已成为国际上的热点研究方向。在纺织印染行业,在植物染料提取及染色工艺研究过程中,因为多数植物染料无毒无害、无过敏性、无致癌性的优点和植物染料染色后的印染废水的生物可降解性和与环境的相容性得植物染料在高档纺织品面料、服饰用品等领域得到广泛应用。
天然植物染料主要来源是植物的根、茎、叶等部位,其色素一般可以自然降解,且大部分无毒性和其他的副作用,对环境没有危害,天然植物染料存在的各种优点使其日渐成为新型染料开发的重点。植物染料染色的历史可以追溯到远古时代的黄帝时期,那时候人们就已知道利用植物的汁液来对所穿衣物进行染色,以达到改善外观的效果。
桂花是中国木犀属众多树木的习称，代表物种木犀，又名岩桂，系木犀科常绿灌木或小乔木，质坚皮薄，叶长椭圆形面端尖，对生，经冬不凋。花生叶腑间，花冠合瓣四裂，形小，其园艺品种繁多，最具代表性的有金桂、银桂、丹桂、月桂等。桂花中金桂品种表现黄色，其具备用于黄色植物染料的良好潜质。但是，金桂的黄色色素应用于天然染料时，其染色牢度较低，特别是耐水洗、耐气候色牢度偏低。针对金桂的黄色色素应用于天然染料的局限性，有待进一步提高与改进其性能。
莱赛尔纤维是溶剂法生产的一种新型再生纤维素纤维，其中，以N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液为溶剂制备的莱赛尔纤维是目前工业化生产的唯一品种。莱赛尔纤维在原材料、生产流程、产品质量、环境友好性等方面表现出来的众多优点，使它受到行业内各个国家的共同关注。莱赛尔纤维具有诸多优点，如：悬垂性好、强度高、易染色、手感厚实、生产工艺简单、原料来源可再生、生产过程对环境无污染等。莱赛尔面料是一种采用莱赛尔纤维织造的面料，当前，该面料主要采用化学合成的染料进行染色。文献调研和市场调查发现，天然染料染色的莱赛尔面料鲜有报道，有待进一步开发。
发明内容
化学合成染料具有很强的反应活性，其与莱赛尔面料以化学键结合，而未经化学改性的植物染料桂花的黄色色素比较稳定，反应活性差，其与莱赛尔面料的结合力较弱，未经化学改性的桂花黄色色素染色的莱赛尔面料的染色牢度较低，耐水洗、耐气候色牢度低。本发明的目的是克服以往技术的不足，提供用于植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料及其制备方法。
本发明的目的在于提供用于植物染料风信子染色的蓝色莱赛尔面料，该面料的K/S值、耐皂洗变色牢度等级、耐干摩擦色牢度等级均较高，其具有很好的应用前景。
本发明的目的在于提供植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料，该面料可由如下制备方法制得：通过水蒸汽蒸馏从桂花中提取黄色植物染料原液，然后再将提取物接枝1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷；制得黄色植物染料改性液；最后，将莱赛尔面料在黄色植物染料改性液中进行染色。
本发明的另一目的在于提供植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）黄色植物染料原液的制备：将桂花洗净并捣碎，经200～260℃、100～150 min的水蒸汽蒸馏，蒸馏结束后，收集滤液制得黄色植物染料原液。
优选地，所述桂花（g）与水蒸汽（mL/min）的用量比为：1∶（10～20）。
（2）化学改性：在步骤（1）制备的黄色植物染料原液中加入5wt%的甲醛水溶液和1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷，用30wt%的NaOH碱液调节反应液的pH为10～11，不断搅拌，反应时间为80～100分钟，反应温度为80～90℃，制得改性黄色植物染料溶液。
优选地，所述1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷（g）、5wt%的甲醛水溶液（mL）与黄色植物染料原液（mL）的用量比为：1∶（4～6）∶（400～600）。
优选地，所述1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备方法为：
步骤001、2-氯乙醇硫酸酯的制备：将2-氯乙醇与氯磺酸在三口烧瓶中搅拌反应，反应时间为1～3小时，反应温度为 50～60℃；反应结束后，将反应后的溶液冷却结晶，冷却温度为—5～0℃，结晶产物得到2-氯乙醇硫酸酯；所述2-氯乙醇与氯磺酸的比例为1 mL∶（1～2）mL；该步骤中涉及的主要化学反应方程式如下所示。
步骤002、1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的制备： 将2-氯乙醇硫酸酯与2-氨基乙烷硫醇溶于10wt%的氢氧化钠水溶液，室温下进行反应，反应时间为1～3小时，制得含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液；所述2-氯乙醇硫酸酯、2-氨基乙烷硫醇与10wt%的氢氧化钠水溶液的比例为1g∶（1～1.2）g∶（20～40）mL；该步骤中涉及的主要化学反应方程式如下所示。
步骤003、1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备：在室温下，将步骤002制备的含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液中滴加30wt%的过氧化氢水溶液，滴加时间为30～60分钟，滴加完成后，反应1～3小时，反应结束后减压蒸馏，制得1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷；所述含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液与30wt%的过氧化氢水溶液的比例为1mL∶（0.1～0.3）mL；该步骤中涉及的主要化学反应方程式如下所示。
所述步骤（2）中涉及的化学反应方程式如下，其中，R-C6H4-OH代表黄色植物染料原液中黄色色素分子结构。
（3）染色：将步骤（2）的改性黄色植物染料溶液用水稀释制得染色液，水的用量为改性黄色植物染料溶液用量的10～20倍，用30wt%的NaOH碱液调控染色液的pH值为10～11；将莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶（20～30），染色时间为 30～50分钟，染色温度为50～60℃，染色完成后取出莱赛尔面料。
（4）莱赛尔面料的后处理：将步骤（3）染色后的莱赛尔面料用冷水洗、皂煮、水洗、烘干得到黄色莱赛尔面料。
优选地，所述皂煮条件为：皂片1～3g/L，纯碱1～3g/L，65℃，15min，浴比1∶（30～50）。
本发明的化学改性与染色机理分析：
本发明从桂花提取的黄色色素的分子结构含有大量酚羟基，酚羟基邻位活泼氢原子易发生缩合反应，从而，在酚羟基邻位引入1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷。
经过化学改性的黄色色素分子中含有β-乙基砜硫酸酯基，β-乙基砜硫酸酯基是活性染料特征基团，这相当于将桂花提取的黄色色素改性为活性染料；莱赛尔面料的主要成分为纤维素，纤维素纤维的染色主要就是采用活性染料染色。因此，化学改性的黄色色素可以很好地与莱赛尔面料发生化学反应，从而实现两者牢固的结合。
本发明具有如下显著优点：
（1）通过化学改性，在桂花中的黄色色素分子上接枝活性染料特征基团β-乙基砜硫酸酯基，它在碱性介质中转化成乙烯砜基而具有高反应性，与纤维素纤维形成稳定的共价键结合；从而使反应活性低的桂花中的黄色色素变成具有高反应活性天然染料。
（2）针对合成染料在染色过程时需使用大量印染助剂的问题，在本发明的染色过程中，由于改性后桂花中黄色色素分子与织物的亲和性较好，黄色色素分子很容易靠近织物表面，从而，不需要加其它媒染剂和促染剂等染料助剂，简化了染色流程，节约了成本，同时减少了染色造成的环境污染。
（3）针对桂花中黄色色素提取难度大的问题，本发明采用水蒸汽蒸馏方法将桂花中黄色色素提取，该提取方法具有简单、实用和高效等特点。
（4）针对改性剂1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷合成路线复杂的问题，本发明通过精炼合成方案，得出了简捷的合成路线。
（5）本发明染色后的黄色莱赛尔面料具有较高的K/S值，耐皂洗变色牢度和耐干摩擦色牢度均较高。
具体实施方式
以下所述实施例详细说明了本发明。
实施例1
植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）黄色植物染料原液的制备：将10g桂花洗净并捣碎，经240℃、120 min的水蒸汽蒸馏，水蒸汽的用量为150mL/min，蒸馏结束后，收集滤液制得黄色植物染料原液。
（2）化学改性：在150mL步骤（1）制备的黄色植物染料原液中加入1.5mL 5wt%的甲醛水溶液和0.3g 1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷，用30wt%的NaOH碱液调节反应液的pH为10.5，不断搅拌，反应时间为90分钟，反应温度为85℃，制得改性黄色植物染料溶液。
（3）染色：将步骤（2）的改性黄色植物染料溶液用水稀释制得染色液，水的用量为改性黄色植物染料溶液用量的15倍，用30wt%的NaOH碱液调控染色液的pH值为10.5；将莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色；浴比为1∶25，染色时间为 40分钟，染色温度为55℃，染色完成后取出莱赛尔面料。
所述1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备方法包括如下步骤：
步骤001、2-氯乙醇硫酸酯的制备：将10mL 2-氯乙醇与15mL氯磺酸在三口烧瓶中搅拌反应，反应时间为2小时，反应温度为 55℃；反应结束后，将反应后的溶液冷却结晶，冷却温度为—3℃，结晶产物得到2-氯乙醇硫酸酯；
步骤002、1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的制备：将5g 2-氯乙醇硫酸酯与5g 2-氨基乙烷硫醇溶于150mL10wt%的氢氧化钠水溶液，室温下进行反应，反应时间为2小时，制得含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液；
步骤003、1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备：在室温下，将10mL步骤002制备的含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液中滴加2mL30wt%的过氧化氢水溶液，滴加时间为5分钟，滴加完成后，反应2小时，反应结束后减压蒸馏，制得1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷。
（4）莱赛尔面料的后处理：将步骤（3）染色后的莱赛尔面料用冷水洗、皂煮、水洗、烘干得到黄色莱赛尔面料；所述皂煮条件为：皂片2g/L，纯碱2g/L，65℃，15min，浴比1∶40。
实施例2
植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）黄色植物染料原液的制备：将10g桂花洗净并捣碎，经240℃、120 min的水蒸汽蒸馏，水蒸汽的用量为150mL/min，蒸馏结束后，收集滤液制得黄色植物染料原液。
（2）化学改性：在150mL步骤（1）制备的黄色植物染料原液中加入1.5mL 5wt%的甲醛水溶液和0.375g 1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷，用30wt%的NaOH碱液调节反应液的pH为10.3，不断搅拌，反应时间为80分钟，反应温度为80℃，制得改性黄色植物染料溶液。
（3）染色：将步骤（2）的改性黄色植物染料溶液用水稀释制得染色液，水的用量为改性黄色植物染料溶液用量的15倍，用30wt%的NaOH碱液调控染色液的pH值为10.3；将莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶20，染色时间为 40分钟，染色温度为50℃，染色完成后取出莱赛尔面料。
所述1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备方法包括如下步骤：
步骤001、2-氯乙醇硫酸酯的制备：将10mL 2-氯乙醇与15mL氯磺酸在三口烧瓶中搅拌反应，反应时间为2小时，反应温度为 55℃；反应结束后，将反应后的溶液冷却结晶，冷却温度为—3℃，结晶产物得到2-氯乙醇硫酸酯；
步骤002、1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的制备：将5g 2-氯乙醇硫酸酯与5g 2-氨基乙烷硫醇溶于150mL10wt%的氢氧化钠水溶液，室温下进行反应，反应时间为2小时，制得含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液；
步骤003、1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备：在室温下，将10mL步骤002制备的含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液中滴加2mL30wt%的过氧化氢水溶液，滴加时间为5分钟，滴加完成后，反应2小时，反应结束后减压蒸馏，制得1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷。
（4）莱赛尔面料的后处理：将步骤（3）染色后的莱赛尔面料用冷水洗、皂煮、水洗、烘干得到黄色莱赛尔面料；所述皂煮条件为：皂片1g/L，纯碱1g/L，65℃，15min，浴比1∶30。
实施例3
植物染料桂花染色制得的黄色莱赛尔面料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）黄色植物染料原液的制备：将10g桂花洗净并捣碎，经240℃、120 min的水蒸汽蒸馏，水蒸汽的用量为150mL/min，蒸馏结束后，收集滤液制得黄色植物染料原液。
（2）化学改性：在150mL步骤（1）制备的黄色植物染料原液中加入1.5mL 5wt%的甲醛水溶液和0.25g 1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷，用30wt%的NaOH碱液调节反应液的pH为10.8，不断搅拌，反应时间为100分钟，反应温度为90℃，制得改性黄色植物染料溶液。
（3）染色：将步骤（2）的改性黄色植物染料溶液用水稀释制得染色液，水的用量为改性黄色植物染料溶液用量的15倍，用30wt%的NaOH碱液调控染色液的pH值为10.8；将莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶30，染色时间为 40分钟，染色温度为60℃，染色完成后取出莱赛尔面料。
所述1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备方法包括如下步骤：
步骤001、2-氯乙醇硫酸酯的制备：将10mL 2-氯乙醇与15mL氯磺酸在三口烧瓶中搅拌反应，反应时间为2小时，反应温度为 55℃；反应结束后，将反应后的溶液冷却结晶，冷却温度为—3℃，结晶产物得到2-氯乙醇硫酸酯；
步骤002、1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的制备：将5g 2-氯乙醇硫酸酯与5g 2-氨基乙烷硫醇溶于150mL10wt%的氢氧化钠水溶液，室温下进行反应，反应时间为2小时，制得含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液；
步骤003、1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷的制备：在室温下，将10mL步骤002制备的含1-氨基-2-硫酸酯乙基硫醚乙烷的反应液中滴加2mL30wt%的过氧化氢水溶液，滴加时间为5分钟，滴加完成后，反应2小时，反应结束后减压蒸馏，制得1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷。
（4）莱赛尔面料的后处理：将步骤（3）染色后的莱赛尔面料用冷水洗、皂煮、水洗、烘干得到黄色莱赛尔面料；所述皂煮条件为：皂片3g/L，纯碱3g/L，65℃，15min，浴比1∶50。
对比例1
以实施例1作为对比，在本对比例中，不制备1-氨基-2-硫酸酯乙基砜乙烷，直接用提取的黄色植物染料原液染色，其它制备方法按实施例1的方法实施。
对比例2
以实施例1作为对比，在本对比例中，改变染色方法，其它制备方法按实施例1的方法实施，改变后的染色方法为：
将改性黄色植物染料溶液用水稀释制得染色液，水的用量为改性黄色植物染料溶液用量的15倍，用30wt%的NaOH碱液调控染色液的pH值为10.5；将莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶25，在60℃染15min后加入氯化钠，在60℃续染15min，升温至90℃后加入纯碱，在90℃固色30min，其中，氯化钠浓度为40 g/L，纯碱浓度为10 g/L，染色完成后取出莱赛尔面料。
对比例3
在本对比例中，采购市场上的活性染料活性黄145，染色方法采用常规染色方法。活性染料活性黄145染色制得的黄色莱赛尔面料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
选取莱赛尔面料和活性染料活性黄145，采用常规方法对其进行染色，在60℃染15min后加入食盐，在60℃续染15min，升温至90℃后加入纯碱，在90℃固色30min，实验处方为：活性染料活性黄145用量2%（owf），食盐40 g/L，纯碱10 g/L，浴比1∶50；染色完毕后降温冷却，取出试样，用冷水洗、皂煮（皂片1.5g/L，纯碱1.5g/L，55℃，15min，浴比1∶30）、水洗、烘干得到黄色莱赛尔面料。
性能评价：
对上述实施例1-3和对比例1-3得到的黄色莱赛尔面料进行性能评价。K/S值采用美国DataColor公司SF600X测色配色仪进行测得；耐皂洗变色牢度值测试参考GB/T3921-2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》；耐干摩擦色牢度值测试参考GB/T3920-2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》，具体的数据见表1。
表1
K/S值
耐皂洗变色牢度/级
耐干摩擦色牢度/级
实施例1
14.48
4-5
5
实施例2
14.23
5
5
实施例3
14.79
5
4-5
对比例1
7.37
3
3
对比例2
11.81
4
4-5
对比例3
11.65
4-5
4-5
从表1可以看出，与对比例1-3的K/S值、耐皂洗变色牢度、耐干摩擦色牢度相比，实施例1-3的K/S值、耐皂洗变色牢度、耐干摩擦色牢度均较好。