CN114318900A - 一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，涉及纺织品染色技术领域，其特征在于：将棉织物浸渍在明胶蛋白改性溶液中，浴比为1:30~1:50，温度50~60℃，反应时间45min~60min，取出改性棉织物洗净晾干；茶色素和漆酶粉末溶解于pH=5的乙酸‑乙酸盐缓冲液中，投入蛋白改性棉织物，40～60℃连续振荡反应4~5h后取出，洗净晾干即得到蛋白改性后漆酶催化茶色素染色棉织物；本发明先通过对棉纤维进行蛋白改性，提高棉织物对茶色素的吸附性能，再通过漆酶催化茶色素发生氧化聚合反应生成有色化合物，用于棉织物的染色，没有添加额外的化学助剂，是一种新颖的绿色环保的植物染料染色方法。
Description
技术领域
本发明属于纺织品染色技术领域，具体涉及一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法。
背景技术
天然纤维约占纺织纤维年总产量的50％，棉纤维因其优异的吸湿性、透气性、生物降解性、舒适性等是最广泛应用的天然纤维之一。棉纤维由葡萄糖双糖以1,4-甙键连接而成，呈带状结构，高度结晶，这类纤维组成的织物通常用活性染料染色，据统计，用活性染料染色1kg棉织物需要70-150L水、0.6-0.8kgNaCl、30-60g活性染料，而每年生产和消费的活性染料超过8万吨，这些印染废水产生的BOD/COD(生物需氧量/化学需氧量)值很高，严重影响水体环境。
天然植物染料染色由于其生态环保性好的优点，目前被大力推广发展，而为了推动天然植物染料染色实现工业化发展、开发环境友好型染整工艺，必须要对天然植物染料在棉纤维中的染色性能作进一步的研究和分析。
本发明主要研究茶色素对棉织物染色的性能及影响，从而提供一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保、且上染率和染色牢度俱佳的茶色素染色蛋白改性棉织物的方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)棉织物的蛋白改性：
配制一定浓度明胶溶液，在40～60℃的恒温水浴锅中充分溶解后，立即放置于超声波细胞粉碎仪中处理，超声功率400～600W，超声时间1～10min，制得蛋白改性整理液；将棉织物浸渍在蛋白改性整理液中，浴比为1:30～1:50，恒温振荡摇床温度为50～60℃，转速120～150rpm，反应45～60min，取出改性棉织物洗净，室温下晾干；
(2)染色
将茶色素和漆酶粉末溶解于醋酸-醋酸盐缓冲液中，投入蛋白改性棉织物，浴比为1:30～1:50，40～60℃下连续振荡反应4～5h后取出，洗净晾干即得到蛋白改性后漆酶催化茶色素染色棉织物。
进一步的设置在于：
步骤(1)中，所述明胶蛋白溶液浓度为10g/L～30g/L。
步骤(1)中，所述棉织物为用去离子水洗净并已平衡干燥的机织布或针织布。
步骤(2)中，所述茶色素为茶多酚，纯度为98％，主要成分为儿茶素。
步骤(2)中，所述醋酸-醋酸盐缓冲液为pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液。
步骤(2)中，所述漆酶为工业级固体粉末态，用量为30-50g/L，酶活380u/g。
步骤(1)和步骤(2)中，所述棉织物洗净，洗涤条件为室温下用去离子水充分漂洗，至去离子水澄清无色无杂质，室温下晾干，时间24h。
步骤(2)中，染液染色完成后回收实现二次利用，具体如下：染液通过沸水煮使漆酶灭活后置于4℃冰箱，静置沉淀24h，离心后分别用去离子水和甲醇洗涤分离反应生成的有色化合物和未反应的漆酶及酚类物质，洗涤后的液体进行冷冻干燥得到有色化合物，保存待用。
本发明的工作原理和有益效果为：
1.本发明建立了棉织物蛋白改性——漆酶催化——茶色素染色体系，先通过对棉纤维进行蛋白改性，提高棉织物对茶色素的吸附性能，再通过漆酶催化茶色素发生氧化聚合反应生成有色化合物，用于棉织物的染色，没有添加额外的化学助剂，是一种新颖的绿色环保的植物染料染色方法。
棉织物蛋白改性：
本发明构建了一种新型仿生加工模式，明胶蛋白是胶原蛋白的水解产物，是一种无脂肪的高蛋白，具有亲和性、低粘度特性、分散稳定性、被覆性、韧性及可逆性等。通过明胶蛋白的连接作用，实现茶色素在棉织物上的牢固结合与均匀分布，提高棉织物对茶色素的吸附性能，改善棉织物的染色性能。
茶色素染色：
纤维与染料分子之间的结合力主要有共价键结合力、离子键结合力、范德华力、氢键力和配价键结合力等。范德华力和氢键结合的能量较低，但在染色中起着重要作用，是染料对纤维具有直接性的重要因素。考虑天然植物染料对棉织物的亲和力的问题，染色前对棉织物进行预处理可以提供一种简单有效的提高棉织物染色效果的方法，避免了在染液中使用盐作为电解质的需要。茶多酚属于植物多酚，有许多的活泼位点，其中与蛋白质结合是其最重要的特性之一。本发明从生态可持续的角度出发，构建一种新的仿生加工模式，实现茶色素在棉织物上的牢固结合与均匀分布，即采用蛋白对棉织物进行改性，通过一定的手段使蛋白分子固着在织物上，改性棉织物上各处均含有羟基、羧基、氨基及亚氨基团，染座的分布更为均匀,增大了棉织物与染料间的范德华力和氢键作用力，使茶色素能够牢固地沉积在棉织物表面，更易获得较好的匀染效果。
漆酶催化：
生物酶法染色选择氧化还原酶漆酶作为催化剂，整个反应过程在温和的条件下进行且不添加任何有毒溶剂，漆酶是一种专一性较低的酶，主要结构包括肽链、糖配基和铜离子三个部分，其中的三类四个铜离子组成漆酶的活性催化部位，通过漆酶对茶多酚的氧化作用，使茶多酚形成自由基，自由基再发生一系列的非酶反应形成有色化合物，有色酚类化合物最终沉积在织物上，实现对棉织物的染色，而且反应最终唯一副产物只有水，整个催化氧化过程绿色环保无污染。
2.本发明使用漆酶催化茶色素染色蛋白改性棉织物，在赋予棉织物色彩的基础上，还改善了棉织物的抗菌性能、抗氧化性能和防紫外线功能等。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将1.3g明胶蛋白加入65mL去离子水后，在50℃的恒温水浴锅中充分溶解后，立即放置于超声波细胞粉碎仪中处理，功率500W，超声时间5min，制得蛋白改性整理液。将1.3g棉织物浸渍在改性整理液中，温度为50℃，反应45min，取出改性棉织物洗净晾干。将0.32g纯度为98％的茶多酚和4.2g酶活为380u/g的漆酶粉末溶解于pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液中，得到65mL染液后投入改性棉织物，50℃振荡反应4h后取出，洗净晾干即得到染色棉织物。
实施例2
将2g明胶蛋白溶解于65mL去离子水后，在50℃的恒温水浴锅中充分溶解后，立即放置于超声波细胞粉碎仪中处理，功率600W，超声时间5min，制得蛋白改性整理液。将1.3g棉织物浸渍在改性整理液中，温度为50℃，反应45min，取出改性棉织物洗净晾干。将0.32g纯度为98％的茶多酚和4.2g酶活为380u/g的漆酶粉末溶解于pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液中，得到65mL染液后投入改性棉织物，50℃振荡反应4h后取出，洗净晾干即得到染色棉织物。
实施例3
将2g明胶蛋白溶解于65mL去离子水后，在50℃的恒温水浴锅中充分溶解后，立即放置于超声波细胞粉碎仪中处理，功率600W，超声时间5min，制得蛋白改性整理液。将1.3g棉织物浸渍在改性整理液中，温度为50℃，反应45min，取出改性棉织物洗净晾干。将0.32g纯度为98％的茶多酚和4.2g酶活为380u/g的漆酶粉末溶解于pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液中，得到65mL染液后投入改性棉织物，50℃振荡反应5h后取出，洗净晾干即得到染色棉织物。
对比例1
将0.32g纯度为98％的茶多酚溶解于pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液中，得到65mL染液后投入1.3g未改性棉织物，50℃振荡反应4h后取出，洗净晾干即得到无漆酶催化下茶色素染色棉织物。
对比例2
将0.32g纯度为98％的茶多酚和4.2g酶活为380u/g的漆酶粉末溶解于pH＝5的醋酸-醋酸盐缓冲液中，得到65mL染液后投入1.3g未改性棉织物，50℃振荡反应4h后取出，洗净晾干即得到茶色素染色未改性棉织物。
性能检测：
将上述实施例染色得到的织物剪成试样在温度为20℃，湿度为65％的恒温恒湿箱平衡24h，对染色棉织物进行测试，如下：
染色深度K/S值测试，用Premier 8400型测色配色仪进行测试，采用D65光源和10°视角，评价茶色素漆酶促染蛋白改性棉织物的L*值、a*值、b*值及K/S值，测量四次，在误差范围小于0.5的情况下取平均值。
耐摩擦色牢度参照GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》。
耐皂洗色牢度参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》。
耐日晒色牢度参照GB/T 8427-2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》。
抗菌性能测试参照GB/T 20944—2008《纺织品抗菌性能评价：第三部分振荡法》。使用金黄色葡萄球菌作为革兰氏阳性菌，大肠杆菌作为革兰氏阴性菌。
测试结果如表1～表4所示。
表1棉织物染色效果
| 序号 | K/S值 | L* | a* | b* |
| 实施例1 | 5.5943 | 56.09 | 9.87 | 23.68 |
| 实施例2 | 5.4140 | 56.95 | 9.88 | 23.66 |
| 实施例3 | 5.4278 | 56.09 | 9.87 | 23.28 |
| 对比例1 | 1.0808 | 78.30 | 6.79 | 17.04 |
| 对比例2 | 3.0473 | 62.46 | 8.91 | 18.12 |
表2染色棉织物的染色牢度
表3染色棉织物的防紫外线性能
| T<sub>UVA</sub>/％ | T<sub>UVB</sub>/％ | 防护系数 | |
| 实施例1 | 2.36 | 1.44 | 50<sup>+</sup> |
| 实施例2 | 2.45 | 1.52 | 50<sup>+</sup> |
| 实施例3 | 2.38 | 1.45 | 50<sup>+</sup> |
| 对比例1 | 3.31 | 2.50 | 40<sup>+</sup> |
| 对比例2 | 3.15 | 2.08 | 40<sup>+</sup> |
表4染色棉织物的抗菌性能
| 大肠杆菌抑菌率/％ | 金黄色葡萄球菌抑菌率/％ | |
| 实施例1 | 93.18 | 89.55 |
| 实施例2 | 92.34 | 87.36 |
| 实施例3 | 92.19 | 87.60 |
| 对比例1 | 90.22 | 85.86 |
| 对比例2 | 91.62 | 88.68 |
结合表1～表4所示：
1、本发明的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，采用棉织物蛋白改性——漆酶催化——茶色素染色体系，先通过对棉纤维进行蛋白改性，提高棉织物对茶色素的吸附性能，再通过漆酶催化茶色素发生氧化聚合反应生成有色化合物，用于棉织物的染色，没有添加额外的化学助剂，是一种新颖的绿色环保的植物染料染色方法。
2、本发明的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，与常规茶色素染色，以及未改性下的漆酶催化茶色素染色体系相比，具有更好的上染率和染色牢度，以及抗菌性能。
Claims (8)
1.一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）棉织物的蛋白改性：
配制一定浓度明胶溶液，在40～60℃的恒温水浴锅中充分溶解后，放置于超声波细胞粉碎仪中处理，超声功率400~600 W，超声时间1~10min，制得蛋白改性整理液；将棉织物浸渍在蛋白改性整理液中，浴比为1:30~1:50，恒温振荡摇床温度为50~60℃，转速120~150rpm，反应45~60min，取出改性棉织物洗净，室温下晾干；
（2）染色
将茶色素和漆酶粉末溶解于醋酸-醋酸盐缓冲液中，投入蛋白改性棉织物，浴比为1:30~1:50，40～60℃下连续振荡反应4~5h后取出，洗净晾干即得到蛋白改性后漆酶催化茶色素染色棉织物。
2.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤(1)中，明胶蛋白溶液浓度为10g/L~30g/L。
3.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述棉织物为用去离子水洗净并已平衡干燥的机织布或针织布。
4.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述茶色素为茶多酚，纯度为98%，主要成分为儿茶素。
5.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述醋酸-醋酸盐缓冲液为pH=5的醋酸-醋酸盐缓冲液。
6.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述漆酶为工业级固体粉末态，用量为30-50g/L，酶活380u/g。
7.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中，所述棉织物洗净，洗涤条件为室温下用去离子水充分漂洗，至去离子水澄清无色无杂质，室温下晾干，时间24h。
8.根据权利要求1所述的一种茶色素染色蛋白改性棉织物的方法，其特征在于：步骤（2）中，染液染色完成后回收实现二次利用，具体如下：染液通过沸水煮使漆酶灭活后置于4 ℃冰箱，静置沉淀 24 h，离心后分别用去离子水和甲醇洗涤分离反应生成的有色化合物和未反应的漆酶及酚类物质，洗涤后的液体进行冷冻干燥得到有色化合物，保存待用。
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