《天然彩色棉色素变化机理探讨及其应用研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然彩色棉色素变化机理探讨及其应用研究.pdf（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第2 5 卷第3 期 纺织学报 V o l 2 5 ，N 。3 2 0 0 4 年6 月 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a T c h J u n ，2 0 0 4 一= = ：= = = = = = = = = = = = = = = 2 = = = = = = = = = = = = = = = 一 天然彩色棉色素变化机理探讨及其应用研究 粱光雁顾肇文 ( 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海，2 0 0 0 5 1 ) 摘要：概述灭然彩色棉的生态特性及其纤维结构，从其天然色素的湿热反应特性和化学反应特性，探讨其色素变化机理及其相 关应用研究，
2、为其产品的固色方法提供理论参考，以促进天然彩色棉产业的健康发展。 关键词：天然彩色棉色素 色素变化机理应用研究 中图分类号：T Sl 叭8 2 1 8文献标识码：A 文章编号：0 2 5 3 - 9 7 2 l ( 2 0 0 4 ) 0 3 - o o l l 0 3 天然彩色棉纤维结构同白棉一样分为初生层、 次生层及中腔部分。初生层是棉纤维的外层，其外 皮是一层蜡质与果胶，在外皮之下是0 1 0 2 肛m 厚的初生胞壁。初生胞壁由网状的原纤组成，它与 外皮一起构成纤维的外膜。次生层是棉纤维的主体 部分，由外向内大致分为4 层：第1 层次生胞壁，厚 度不到0 1l t m ，由微原纤紧密堆砌
3、而成。微原纤问 几乎没有缝隙和孔洞，它们与纤维轴呈螺旋状排列。 第2 层厚约1 4 肚m ，全部为纤维素组成。微原纤为 网状结构，使棉纤维具有多孑L 性。第3 层次生壁的 厚度和微原纤特征与第l 层相似。最后是第4 层， 除有部分纤维素微原纤外还有非纤维物质及棉纤维 细胞干涸后残留的细胞质j 。纤维的中腔部分呈腰 圆形，压扁后的中腔截面约占棉纤维总截面的1 0 左右。 天然彩色棉的色素主要分布在次生层和中腔 内，成分可能是多酚类或黄酮类色素。未经处理的 天然彩色棉由于蜡质和果胶的存在且表面粘附有杂 质，看起来色彩朦胧，色调较淡。但在光照、温度、洗 涤、酸碱、氧化剂和还原剂等外界因素的影响下，其
4、 色素结构会发生变化，从而出现变色现象。 用，但当等离子体处理时间延长，蚕丝纤维的内应力 会随之下降，这与等离子体处理后蚕丝纤维的强度 规律相一致，说明由于等离子体处理使纤维内部结 构发生氧化还原作用，纤维结晶度下降，结构松散， 从而使蚕丝纤维内应力下降。 3结 论 1 低温氧等离子体处理后蚕丝纤维产生失重现 象，且随着处理时间的延长失重率增加，这与低温氧 等离子体对纤维的刻蚀和氧化作用有关。 2 低温氧等离子体处理后，蚕丝纤维内部构象 由无规卷曲向8 折叠转变，同时内部结构变得松散， 1色素特性 目前，商品化的天然彩色棉产品主要为棕色和 绿色2 大色系。棕色棉色彩比绿色棉色彩稳定，在 实验中
5、主要选用棕色天然彩色棉。 实验中采用电脑测色配色仪检测样布的变色程 度。检测值用、口、6 表示。其中，L 表示色泽，L 值越大表示色彩越淡；o 表示带红光，n 值越大表示 红光越强；6 表示带蓝光，6 值越大表示蓝光越弱。 1 1 天然彩色棉色素的湿热反应特性 在不同的水温下对棕色彩色棉针织物( 1 0 0 ) 进行多次洗涤( 清水洗涤) ，试验条件为样品1 5g ， 浴比1 ：2 0 ，时间3 0m i n 。从试验结果图l 看出，在同 一水洗温度和晾晒条件下，随着洗涤循环次数的增 加，值减小，即棕色彩色棉的色彩逐渐加深，但室 温条件下洗涤色彩加深不明显；随着水洗温度升高， 洗涤后彩色棉的色
6、彩加深明显，说明水洗温度对色 彩变化的影响较大。 另有资料表明，在洗涤中硬水比软水更容易引 上海市教委重点科研项目，项目编号：9 8 2 D 6 3 丝纤维结晶度下降。 3 干态蚕丝纤维进行短时间低温氧等离子体处 理后，其纤维强度变化不明显，但内应力在短时间处 理时增大，随着处理时间的延长，内应力下降。 参考 文献 l 陈宇岳等等离子体处理对真丝纤维微细结构的影响纺织学 报，2 0 0 l ( 6 ) ：5 0 。5 2 2 陈宇岳等膨体弹力真丝的聚集态结构研究纺织学报，2 0 0 0 ( J ) ：1 5 1 7 3 陈宇岳等柞蚕丝经低温氧等离子处理后的结构变化研究丝 绸，2 0 0 l (
7、 1 2 ) ：7 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 2 】 纺织学报2 0 0 4 年第3 期 2j4 水洗次数次 图1 水洗色泽变化 起天然彩色棉色彩的加深。2 。 1 2 天然彩色棉色素的酸碱反应特性 1 2 1 N a O H 反应特性实验中采用室温和8 0 温度，以l ：5 0 的浴比处理棕色彩色棉样布( 1 0 0 ) 2 0m i n ，N a 0 H 的浓度取1g L 、5g L 、1 0g L 、1 5g L 。 浓度g
8、r 1 ( a ) N a o H 浓度与值的关系 2 60 2 55 2 5O 测2 45 2 4O 2 35 2 30 样布的，6 值的变化状况如图2 ( a ) ，( b ) ，( c ) 所 示。从图2 ( a ) 中可看出，随着N a O H 浓度增加，处理 后的样布值逐渐减小，即彩色棉色彩逐渐加深。 但图2 ( a ) 进一步反映出，室温条件下N a 0 H 浓度变 化对色彩变化的影响较大，而高温条件下N a O H 浓 度变化对色彩变化的影响很小；8 0 c | C 曲线在室温曲 线之下，且8 0 条件下N a O H 取lg L ，即已超过室温 条件下N a 0 H 取1 5g
9、 L 的色彩加深程度，说明温度 较高时碱反应加剧。图2 ( b ) ，( c ) 显示，天然彩色棉 经N a O H 水溶液处理后与原值比较，o 、6 值增加，色 彩所带红光增强，蓝光减弱。色光的变化与N a 0 H 的浓度成线性相关，且温度对色光的变化也有一定 的影响。 ( b ) N a 0 H 浓度与硼自的关系( c ) N a 0 H 浓度与雅的关系 图2N a 0 H 反应特性 1 2 2 H c l 反应特性实验中同样采用室温和 8 0 温度，以l ：5 0 的浴比处理棕色彩色棉( 1 0 0 ) 样布2 0m i n ，H C l 的浓度也取1g L 、5g L 、1 0g L
10、、 1 5g 儿。从图3 可看出，棕色彩色棉经过H c l 水溶液 处理后，色彩的变化与N a 0 H 处理结果相反。 4 4 4 3 坦4 2 q4 l 4 0 3 9 5l Ol5 浓度g | 1 图3H c l 浓度与值的关系 反应次序 L I ：原样- C l N a O H - H c l 上2 ：原样- N a o H - H C 卜H c l ( a ) H C l 、N a ( ) H 反应中的值 样布经过H c l 水溶液处理后，值增大，色彩变淡。 随着H c l 浓度增加，值缓慢增大，色彩进一步变 淡；8 0 曲线在室温曲线之上，反映出高温条件下 H c l 对色彩变淡的影
11、响较大。 1 2 3H C l 、N a 0 H 联合反应特性 为进一步探讨天 然彩色棉的变色或褪色机理，采用H c l 、N a O H 联合 处理方案。实验中采用较易变色的绿色彩色棉 ( 3 0 彩棉，7 0 白棉) 2g ，浴比l ：5 0 ，H c l 和N a o H 浓度为3 0g L ，常温处理2 0m i n 后用清水充分洗涤， 晾干。实验时分别按H c l N a 0 H H C l 次序和N a 0 H H c l N a 0 H 次序处理。样布的、n 、6 值变化状况如 图4 所示。 。 UV 反应次序 oo ：原样H c l N a 0 H H c l o2 ：原样-
12、N a O H H c l N a O H ( b ) H c l 、N a o H 反应中的口值 图4H c l 、N a O H 联合反应特性 可以看出，在酸碱循环处理时，样布的L 值在 其原值的上下波动，表现出明显的“可逆”现象，且 值的变化与处理的次序无关；H c l 使绿色棉的红光 O23 反应次序 6I ：原样一H C l N a O H - I I C l 62 ：原样一N a o H - H c l - N a o H ( c ) HC l 、N a o H 反应中的6 值 增强，蓝光减弱；N a 0 H 则使绿色棉的色光回归。 1 3 天然彩色棉色素的氧化、还原反应特性 天然
13、彩色棉经过氧化剂和还原剂处理后，色彩 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第3 期 纺织学报 【1 3 】 的变化规律与酸碱处理相似，但反应程度稍轻。经 H ，( ) ，处理后，样布色彩逐渐变淡，色光发生变化，并 随乩( ) ，浓度增加、温度升高而色彩明显变淡；经 N a l S ( ) ，处理后样布的色彩、色光的变化情况则 相反。 2 色素变化机理探讨 色彩是一一种视感觉，表现为物体对一定波长的 光谱的吸收能力，在植物中取决于其色素
14、分子中的 母核结构及其取代基。根据天然彩色棉色素的湿热 反应特性和化学反应特性分析，它应属于多酚类或 黄酮类天然色素，具有2 + 苯基苯并吡喃的母核结 构一o ( 结构式见图5 ) 。在该母核结构中的3 一、5 一、7 一 和37 、4 一位上的取代基的种类、数量和电子成键能 力将影响该色素分子吸收可见光谱的选择性和稳定 性。，“一( ) H ”、“一c 0 ”、“一0 ”和“一0 c H ，”等为天然 色素中的常见极性基团，它们在H + 、O H 一的诱导作 用下易发生亲核和亲电重排反应。特别是3 、4 一位 上的一0 H 会增加色素分子的最大吸收光波，使吸收 光谱的选择性向长波方向移动，产
15、生深色效应。 8 j 2 ，3 ， 、p 阜! 易弋。 b 弋、。、夕3 电 s 图52 苯基苯并吡哺母核 H c l 、N a ( ) H 联合反应特性显示，绿色彩色棉中 的天然色素与N a ( ) H 水溶液反应时，O H 一取代H + 与 母核以共价键的方式结合，增加了分子结构中的 一( ) H 的数量，使其色彩变深。当这类变化量达到一 定的浓度时，便会呈现出稳定的色彩。在H c l 处理 中，H c l 水溶液中的H + 与O H 一反应生成水分子；在 进一步的强酸处理中，H + 引起的化学反应将使该色 素分子结构中的一O H 明显减少，使其吸收光谱的 选择性向短波方向移动，色彩变淡，
16、色光也发生变 化。绿色彩色棉的色泽在H C l 、N a O H 联合反应中出 现的可逆变化，说明天然彩色棉经化学水溶液处理 后出现的色彩变化是变色而非褪色。 将绿色天然彩色棉的色素浸提液在常温下处于 不同的p H 值中，显示其色素分子结构会出现如图6 的变化。， 此外，天然彩色棉色素的湿热反应特性显示：色 素分子和水分子一- 一起处于高温状态时，分子内的电 子在热能的激发下振荡加剧，电子变得更为活泼，同 样引起了分子内的极性基团发生亲核或亲电重排反 肛m ! 汝 0 R 、n1 ) I 35 ，H o 、_ i 5 2 2 2 ： 一 o H 一 一 1V 0 R0 图6 分f 结构式 应，
17、减弱了电子的激发能，增加了色素分子的最大吸 收光波，产生深色效应。这是天然彩色棉色素在高 温条件下化学反应加剧的一个重要原因。 天然彩色棉的色素变化除了分子结构变化的原 因外，湿态条件下的机械力作用也不可忽视。在天 然彩色棉的前处理中，由于棉纤维初生层上的外皮 组织被逐步破坏，次生层上的色素会逐渐显露；当棉 纤维次生层上几乎没有缝隙和孑L 洞的第l 层次生胞 壁被破坏，其内层和中腔内沉积的色素也会由内向 外离析转移，引起天然彩色棉的表观色彩变深。，除 此以外，天然彩色棉的前处理液中会出现较多的浮 色，说明在其色素中含有与纤维素的结合能力较弱 的可剥离色素。这些可剥离色素可以通过由内向外 的离析
18、转移，在水洗中清除，并不会沾色。 3 结论 1 天然彩色棉的色彩愈洗愈深、愈洗愈艳这一 特性已被普遍证实和接受。与此相反，染色棉产品 则愈洗愈淡。因此，在面料贸易中，可取样洗涤，通 过测定和观察样品色彩的变化趋势来鉴别其真伪。 2 天然彩色棉经酸处理后再用碱处理会出现色 彩的可逆现象，可明显区别于染色棉织物。 3 根据天然彩色棉色素对化学处理的变色敏感 度、变色趋势和变色深浅程度，可采用合适的试剂， 辅以设计合理的鉴别设备，使天然彩色棉在较高的 温度下变色，并出现“回归”现象，从而可以安全、简 便、快速地鉴别天然彩色棉的真伪。 4 天然彩色棉的色素变化机理探讨可为其产品 的固色方法研究提供理论
19、参考。 参考文献 l 姚穆等纺织材料学北京：中国纺织出版社1 9 9 0 ：2 l 2 6 2W i l l i a m sBLe ta J C o l o u rC h a “g e si nN a t u r a 儿yC o t t o nD u et o L d u n d e r i “ga n dP r e t r e a t m e n t s T e x t i l eT e ch I l 0 1 0 9 y1 1 1 t e r n m i o 【1 a l ，3l + ， 1 9 9 7 ：4 3 魏厚刚植物色素的提取及其对酸碱的适应性试验林产化工通 讯，1 9 9 8 ( 1 ) ：2 2 洲 八， 、。 半 n 弋 一 | | 亍 n、j汰 介弋椰 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark