CN114753164A - 动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料及其制备方法。本发明通过高温水溶液从胭脂虫中提取红色色素，制得含胭脂虫红色色素溶液，将含胭脂虫红色色素溶液、多酚氧化酶溶液、纤维素酶溶液和H2O2溶液等配制染色液，将二氧化锰、莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，将染色后的莱赛尔面料灭酶，然后自来水冲洗、烘干得到红色莱赛尔面料。本发明通过选取纤维素酶和多酚氧化酶分别激活纤维素和红色色素，实现纤维素和红色色素的接枝聚合反应。本发明的染色条件温和，对环境污染小；染色后的红色莱赛尔面料具有较高的K/S值，皂洗牢度和干摩擦牢度等级均较高。
Description
技术领域
本发明属于面料的制备技术领域，具体涉及动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料及其制备方法。
背景技术
目前，纺织品染整用的几乎都是合成染料，随着地球石油资源的消耗，合成染料的原料问题已暴露出来，并且合成染料不易生物降解，容易导致废水污染。随着人们生活水平的提高，越来越多的人关注环保问题，也更加关注自身的健康。天然染料色泽柔和、无毒无害、可生物降解与环境相容性好。相比合成染料，天然染料的主要优势是从动物或植物中提取的有色物质，几乎没有经过化学处理，对人体危害小；与生态环境有很好的相容性，对环境污染少。
胭脂虫红又称胭脂红酸、洋红酸，是从寄生在仙人掌上的雌性胭脂虫体内提取的一种天然色素，被视作最安全的天然色素，常用于食品、化妆品、药品及纺织品等领域。在20世纪，我国引种印榕仙人掌，之后才引进胭脂虫。我国对胭脂虫红色素的研究还处在起步阶段，目前的研究主要集中在胭脂虫的生物学、生态学、人工繁殖技术、胭脂虫红色素的提取以及检测等方面。国际市场上生产胭脂虫红的国家主要是秘鲁、墨西哥等南美洲国家，每年生产的胭脂虫红全部出口到欧美及日本、韩国等国家，产品供不应求。
莱赛尔纤维被称为绿色纤维，其性能稳定优良，主要原料为天然植物纤维，原料无毒无害易于获取，在性能上超越了人工合成纤维与天然纤维，整个生产过程都不会产生污染与有毒化学反应。同时，莱赛尔纤维作为一种面向世界的全新纺织材料，其手感佳，容易染色，舒适度高，不易掉色，而且还绿色环保，相较于传统人工纤维会在制造过程中产生大量废气与有害气体的负面影响，莱赛尔纤维在这一方面上占据了优势，如今已经成为许多欧美国家的主流纺织材料。文献调研和市场调查发现，当前莱赛尔主要是以化学合成染料进行染色，而使用天然动物染料对其进行染色的研究鲜有报道，亟待研究与开发。
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，而动物染料胭脂虫的红色色素比较稳定，反应活性差，其不易与莱赛尔面料结合；在印染助剂的辅助作用下，动物染料胭脂虫可用于莱赛尔面料的染色。在印染助剂辅助下胭脂虫色素对莱赛尔面料的染色工艺会造成环境污染和资源的大量消耗；另外，该染色工艺制得的莱赛尔面料的染色牢度较低，耐水洗、耐气候色牢度低。针对现有技术中存在的上述弊端，本发明的目的在于提供动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料及其制备方法。
本发明的目的在于提供动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料，该面料具有较高的K/S值，其耐皂洗变色牢度和耐干摩擦色牢度均较优。
本发明的目的在于提供动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料，该面料可由如下制备方法制得：通过高温水溶液从胭脂虫中提取红色色素，制得含胭脂虫红色色素溶液，配制多酚氧化酶溶液和纤维素酶溶液，将含胭脂虫红色色素溶液、多酚氧化酶溶液、纤维素酶溶液和H2O2溶液等配制染色液，将二氧化锰、莱赛尔面料和染色液放入染色机进行染色，将染色后的莱赛尔面料灭酶，然后冷水洗、烘干得到红色莱赛尔面料。
本发明的另一目的在于提供动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，具体方法包括如下步骤：
(1)含胭脂虫红色色素溶液的制备：选取胭脂虫干体，清水清洗以去除其中的杂质；用石油醚煮沸回流6～8h，料液比为1∶4～6(g/mL)；然后用乙醇煮沸回流6～ 8h，料液比1∶4～6(g/mL)，干燥后作为原料备用；称取原料放入锥形瓶中，加入蒸馏水提取剂，料液比1∶5～7(g/mL)；然后置于80～90℃下提取3～5h，提取结束后过滤，制得含胭脂虫红色色素溶液，备用。
(2)酶溶液的配制：多酚氧化酶溶液的配制：将多酚氧化酶溶于pH为6.3～6.7 的磷酸盐缓冲溶液，制得20～30mg/mL多酚氧化酶溶液；纤维素酶溶液的配制：将纤维素酶溶于pH值为4.6～5.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，制得20～30mg/mL纤维素酶溶液；
优选地，所述磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取磷酸二氢钾0.6～0.7g，加0.08～0.12mol/L氢氧化钠溶液15～16mL，用水稀释至80～120mL，即得；
优选地，所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法为：取醋酸钠5.0～6.0g，加水40～60mL 溶解，用冰醋酸调节pH值至4.6～5.0，再加水稀释至80～120mL，即得。
(3)染色液的配制：将含胭脂虫红色色素溶液、多酚氧化酶溶液、纤维素酶溶液、 8～12wt％H2O2水溶液加入蒸馏水，搅拌混合制得染色液，用28～32wt％NaOH碱液调控染色液的pH值为6～7；
优选地，所述含胭脂虫红色色素溶液(mL)、多酚氧化酶溶液(mL)、纤维素酶溶液(mL)、8～12wt％H2O2水溶液(mL)和蒸馏水(mL)的用量比为：1∶(0.1～0.3)∶(0.1～0.3)∶(0.5～0.7)∶(50～70)。
(4)染色：将MnO2、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30～40分钟，染色温度为30～50℃，染色完成后取出莱赛尔面料，即可；
优选地，所述MnO2的用量(g)为染色液的用量(mL)比为：0.01％～0.03％。
(5)后处理：染色后的莱赛尔面料于沸水灭酶15～30min，将灭酶后的莱赛尔面料用自来水冲洗2～4次、烘干得到红色莱赛尔面料。
本发明的染色机理分析：
在染色过程中，H2O2在MnO2作催化剂的条件下，不断缓慢产生氧气，其反应方程式如下所示。
多酚氧化酶(PPO)是一种对酚类化合物有特异性的酶，在氧气的存在下它会将胭脂虫色素催化氧化成具有活性自由基的胭脂虫色素，其反应示意如下：
纤维素酶是一个多组分酶系，包括多种水解酶成员，一般分为以下3类：(a)内切葡聚糖酶，此类酶在纤维素分子内部的非结晶区水解β-1，4糖苷键，将长链纤维素分子截成短链，生成大量小分子纤维素；(b)外切葡聚糖酶，这类酶作用于多糖链末端，水解β-1，4糖苷键，每次由非还原末端切下一个纤维二糖分子，故亦称纤维二糖水解酶；(c)β- 葡萄糖苷酶，这类酶可使纤维二糖水解为葡萄糖分子。由此可见，在纤维素酶的作用下，莱赛尔的主要成分纤维素的相关化学键(如：β-1，4糖苷键)缓慢断裂。
纤维素酶在分解纤维素的过程中，纤维素的化学键在断裂时，遇到具有活性自由基的胭脂虫色素，此时，具有活性自由基的胭脂虫色素进攻刚刚断裂的纤维素化学键基团，两者发生化学反应，从而实现胭脂虫色素接枝在纤维素上。
本发明具有如下显著优点：
(1)针对莱赛尔纤维反应活性低的特点，本发明选取纤维素酶来激活莱赛尔纤维的反应活性，在此过程中，本发明适当地选用低剂量的纤维素酶，这样，既实现了激活莱赛尔纤维的反应活性，又不损伤纤维素本身的分子结构。
(2)针对胭脂虫的红色色素结构稳定和反应活性低的特点，本发明选取多酚氧化酶来激活红色色素的反应活性，使其生成具有反应活性自由基的醌类化合物。
(3)针对胭脂虫的红色色素与莱赛尔面料中纤维素反应活性差的缺点，本申请的发明人意外地发现，通过选取纤维素酶和多酚氧化酶分别激活纤维素和红色色素，生成具有反应活性的纤维素和红色色素，从而实现了纤维素和红色色素的接枝聚合反应。
(4)本发明制备的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料比市场采购的红色莱赛尔面料的K/S值略大，其耐皂洗变色牢度和耐干摩擦色牢度的等级略高于市场采购的红色莱赛尔面料。
(5)针对化学染料染色对环境污染大，资源消耗大的弊端，本发明采用纤维素酶和多酚氧化酶染色，染色条件温和，对环境污染小。
具体实施方式
以下所述实施例和对比例详细说明了本发明。
主要原料来源：多酚氧化酶(870U/mg)购于Worthington生物科技发展有限公司，纤维素酶(40U/mg)购于上海源叶生物科技有限公司。
实施例1
动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，具体方法包括如下步骤：
(1)含胭脂虫红色色素溶液的制备：选取胭脂虫干体，清水清洗以去除其中的杂质；用石油醚煮沸回流7h，料液比为1∶5(g/mL)；然后用乙醇煮沸回流7h，料液比 1∶5(g/mL)，干燥后作为原料备用；称取10g原料放入锥形瓶中，加入蒸馏水提取剂，料液比1∶6(g/mL)；然后置于85℃下提取4h，提取结束后过滤，制得含胭脂虫红色色素溶液，备用。
(2)酶溶液的配制：多酚氧化酶溶液的配制：将多酚氧化酶溶于pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液，制得25mg/mL多酚氧化酶溶液；纤维素酶溶液的配制：将纤维素酶溶于pH值为4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液，制得25mg/mL纤维素酶溶液；所述磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取磷酸二氢钾0.68g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液15.2mL，用水稀释至 100mL，即得；所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法为：取醋酸钠5.4g，加水50mL使溶解，用冰醋酸调节pH值至4.8，再加水稀释至100mL，即得。
(3)染色液的配制：将1mL含胭脂虫红色色素溶液、0.2mL多酚氧化酶溶液、0.2mL纤维素酶溶液、0.6mL10wt％H2O2水溶液加入60mL蒸馏水，搅拌混合制得染色液，用 30wt％NaOH碱液调控染色液的pH值为6.5。
(4)染色：将0.02g MnO2、莱赛尔面料和100mL染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶25，染色时间为35分钟，染色温度为40℃，染色完成后取出莱赛尔面料，即可。
(5)后处理：染色后的莱赛尔面料于沸水灭酶25min，将灭酶后的莱赛尔面料用自来水冲洗3次、烘干得到红色莱赛尔面料。
实施例2
动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，具体方法包括如下步骤：
(1)含胭脂虫红色色素溶液的制备：选取胭脂虫干体，清水清洗以去除其中的杂质；用石油醚煮沸回流6h，料液比为1∶4(g/mL)；然后用乙醇煮沸回流6h，料液比 1∶4(g/mL)，干燥后作为原料备用；称取10g原料放入锥形瓶中，加入蒸馏水提取剂，料液比1∶5(g/mL)；然后置于85℃下提取3h，提取结束后过滤，制得含胭脂虫红色色素溶液，备用。
(2)酶溶液的配制：多酚氧化酶溶液的配制：将多酚氧化酶溶于pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液，制得20mg/mL多酚氧化酶溶液；纤维素酶溶液的配制：将纤维素酶溶于 pH值为4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液，制得20mg/mL纤维素酶溶液；所述磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取磷酸二氢钾0.68g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液15.2mL，用水稀释至 100mL，即得；所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法为：取醋酸钠5.4g，加水50mL使溶解，用冰醋酸调节pH值至4.8，再加水稀释至100mL，即得。
(3)染色液的配制：将1mL含胭脂虫红色色素溶液、0.1mL多酚氧化酶溶液、0.1mL纤维素酶溶液、0.5mL10wt％H2O2水溶液加入60mL蒸馏水，搅拌混合制得染色液，用 30wt％NaOH碱液调控染色液的pH值为6.0。
(4)染色：将0.01g MnO2、莱赛尔面料和100mL染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶20，染色时间为35分钟，染色温度为40℃，染色完成后取出莱赛尔面料，即可。
(5)后处理：染色后的莱赛尔面料于沸水灭酶15min，将灭酶后的莱赛尔面料用自来水冲洗2次、烘干得到红色莱赛尔面料。
实施例3
动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，具体方法包括如下步骤：
(1)含胭脂虫红色色素溶液的制备：选取胭脂虫干体，清水清洗以去除其中的杂质；用石油醚煮沸回流8h，料液比为1∶6(g/mL)；然后用乙醇煮沸回流8h，料液比1∶6(g/mL)，干燥后作为原料备用；称取10g原料放入锥形瓶中，加入蒸馏水提取剂，料液比1∶7(g/mL)；然后置于90℃下提取5h，提取结束后过滤，制得含胭脂虫红色色素溶液，备用。
(2)酶溶液的配制：多酚氧化酶溶液的配制：将多酚氧化酶溶于pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液，制得30mg/mL多酚氧化酶溶液；纤维素酶溶液的配制：将纤维素酶溶于 pH值为4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液，制得30mg/mL纤维素酶溶液；所述磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取磷酸二氢钾0.68g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液15.2mL，用水稀释至 100mL，即得；所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法为：取醋酸钠5.4g，加水50mL使溶解，用冰醋酸调节pH值至4.8，再加水稀释至100mL，即得。
(3)染色液的配制：将1mL含胭脂虫红色色素溶液、0.3mL多酚氧化酶溶液、0.3mL纤维素酶溶液、0.7mL10wt％H2O2水溶液加入60mL蒸馏水，搅拌混合制得染色液，用 30wt％NaOH碱液调控染色液的pH值为7.0。
(4)染色：将0.03g MnO2、莱赛尔面料和100mL染色液放入染色机进行染色，浴比为1∶30，染色时间为35分钟，染色温度为40℃，染色完成后取出莱赛尔面料，即可。
(5)后处理：染色后的莱赛尔面料于沸水灭酶30min，将灭酶后的莱赛尔面料用自来水冲洗4次、烘干得到红色莱赛尔面料。
对比例1
以实施例1作为对比，在本对比例中，在步骤(2)中只掺加多酚氧化酶溶液，不加纤维素酶溶液，其它制备方法按实施例1实施。
对比例2
以实施例1作为对比，在本对比例中，在步骤(2)中只掺加纤维素酶溶液，不加多酚氧化酶溶液，其它制备方法按实施例1实施。
性能评价：
对上述实施例1～3、对比例1～2得到的红色莱赛尔面料和市场采购的红色莱赛尔面料进行性能评价，市场采购的红色莱赛尔面料购于江苏华业纺织有限公司。K/S值采用电脑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
| 样品 | K/S值 | 耐皂洗变色牢度/级 | 耐干摩擦色牢度/级 |
| 实施例1 | 13.29 | 5 | 5 |
| 实施例2 | 13.18 | 5 | 4-5 |
| 实施例3 | 13.57 | 5 | 5 |
| 对比例1 | 4.26 | 3 | 3 |
| 对比例2 | 4.58 | 3 | 3 |
| 市场采购 | 10.78 | 4-5 | 4-5 |
从表1可以看出，与对比例1～2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；此外，本发明制备的红色莱赛尔面料的K/S值略高于市场采购的红色莱赛尔面料。
Claims (10)
1.动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)染色液的配制：将含胭脂虫红色色素溶液、多酚氧化酶溶液、纤维素酶溶液、8～12wt％H2O2水溶液加入蒸馏水，搅拌混合制得染色液，用28～32wt％NaOH碱液调控染色液的pH值为6～7；
(2)染色：将MnO2、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30～40分钟，染色温度为30～50℃，染色完成后取出莱赛尔面料，即可；
(3)后处理：染色后的莱赛尔面料于沸水灭酶，将灭酶后的莱赛尔面料用自来水冲洗2～4次、烘干得到红色莱赛尔面料。
2.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含胭脂虫红色色素溶液的制备方法为：选取胭脂虫干体，清水清洗以去除其中的杂质；用石油醚煮沸回流6～8h，料液比为1g∶(4～6)mL；然后用乙醇煮沸回流6～8h，料液比1g∶(4～6)mL，干燥后作为原料备用；称取原料放入锥形瓶中，加入蒸馏水，料液比1g∶(5～7)mL；然后置于80～90℃下提取3～5h，提取结束后过滤，制得含胭脂虫红色色素溶液，备用。
3.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中多酚氧化酶溶液的配制方法为：将多酚氧化酶溶于pH为6.3～6.7的磷酸盐缓冲溶液，制得20～30mg/mL多酚氧化酶溶液。
4.根据权利要求3所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取磷酸二氢钾0.6～0.7g，加0.08～0.12mol/L氢氧化钠溶液15～16mL，用水稀释至80～120mL，即得。
5.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纤维素酶溶液的配制方法为：将纤维素酶溶于pH值为4.6～5.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，制得20～30mg/mL纤维素酶溶液。
6.根据权利要求5所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法为：取醋酸钠5.0～6.0g，加水40～60mL溶解，用冰醋酸调节pH值至4.6～5.0，再加水稀释至80～120mL，即得。
7.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含胭脂虫红色色素溶液、多酚氧化酶溶液、纤维素酶溶液、8～12wt％H2O2水溶液和蒸馏水的用量比为1mL∶(0.1～0.3)mL∶(0.1～0.3)mL∶(0.5～0.7)mL∶(50～70)mL。
8.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中MnO2的用量占染色液的用量比为0.01％～0.03％(g/mL)。
9.根据权利要求1所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中灭酶的时间为15～30min。
10.动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的动物染料胭脂虫染色制得的红色莱赛尔面料的制备方法制备而成。
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