CN118286106A - 一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法，包括：将毛发加入染浴中，于20~60℃浸泡0.5~4h；所述染浴为木质素或木质素衍生物的水溶液，所述染浴由缓冲溶液调节pH为3~9。所述染毛发方法还可进一步包括媒染的步骤，具体为：将毛发用金属离子进行媒染，之后水洗、干燥。以木质素及其衍生物作为毛发染料，能与毛发反应连接，以金属离子作为媒染剂可以有效避免毛发染色褪色，可有效提高色牢度。本发明提供木质素及其衍生物对毛发染色的方法，简单易行，染色条件温和，染色效果好、颜色丰富。具有绿色环保、色牢度好等优点。

Description

一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法

技术领域

本发明属于染料及毛发染色领域，具体涉及一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法。

背景技术

现今随着染色需求的增加，越来越多的人注意到合成染色剂的不良影响，因此对于更加安全环保的染色剂的需求也不断增加。通常染发剂根据洗涤牢度的不同分成三类：暂时性、半永久性和永久性。其中永久性染发剂在商业中应用最为广泛。

永久性染发剂是合成的氧化型染发剂，通常在过氧化氢作为氧化剂的情况下使用，小的初级中间体和成色剂通过氧化反应在毛发皮质中产生颜色，虽然永久性染发剂具有染色性能强以及色调丰富等优点，但是永久性染发剂也被报道出存在过敏、致癌等健康风险，因此可以吸附在毛干的角质层和皮质的某些部分以产生颜色的暂时性、半永久性的天然染料成为了更多数人的选择。

天然染料提取于植物的不同部位，通常有低刺激性、低过敏性、可持续性等优点。在1856年发明第一种合成苯胺染料淡紫色之前，不同的植物提取物和草药制剂，如毛兰素、桦树皮、姜黄和藏红花，都曾被用于染发。对于大多数天然植物染发剂，染发有两种机制：直接染色和媒染。简而言之，毛发染色过程可分为两个步骤：（1）染料分子从染浴中扩散到角质毛发纤维；（2）在辅助金属离子的帮助下，染料分子中的羧基或羟基与发角蛋白中的氨基/巯基之间形成化学键。目前大多数染色剂都是膏状染发剂，大多数会造成严重的毛发损伤，使毛发失去原有的圆筒和强度，并且随着时间的增加需要重复染色，增加了时间和经济成本，而液体染发剂可以配置成洗发水使用，相对更为安全，因此，开发一种能使天然染料与毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）形成牢固连接并且节能环保的新型染色方法，对染整行业的发展具有积极意义。

木质素是仅次于纤维素含量的第二大天然高分子聚合物，全球每年产量约5000万吨，但利用率极低，全球仅有2%的木质素被制备成商业化产品，其中大多数制浆黑液被排放到了河流中，浪费资源、污染环境。随着石油和煤炭等一次性资源的日益枯竭和价格上涨，环境污染及资源短缺等问题更加严峻。木质素作为天然的可再生资源，它的开发、研究和利用越来越值得重视。木质素是一种芳香族生物聚合物，含有大量酚类亚基，包括非甲氧基化、单甲氧基化和二甲氧基化苯丙素（分别称为对羟基苯基(H)、愈创木基(G)和紫丁香基(S)）。木质素分子中含有的多酚结构与高分子材料中酚醛结构相似，可以代替部分原料开发新的功能材料。所以回收木质素，不但可以降低环境污染，同时减少石油能源的使用，还能够创造价值。因此，木质素材料功能化利用受到化学、材料、环境等领域工作者的关注。因为木质素产量丰富，价格低廉，常被用于填料、水泥添加剂、印染工业分散剂等。

人类或动物的毛发由最外层的鳞片层、中间的皮质层和内层的髓质层组成，其染色需要通过鳞片层作用在皮质层上，此外，由于毛发中含有大量不溶于水的角蛋白，与亲水性的丝胶蛋白相比，不仅染色难度大，并且毛发的应用场景对颜色的丰富性提出了更高的要求。

发明内容

在先前的研究中，申请人提出了一种Fe(III)诱导形成木质素涂层用于丝绸织物染色的方案（Ying M, Qinfu L, Shanshan L[J]. Dyeing of Silk through Iron Ion-Induced Formation of Hydrophobic Lignin Coatings, Journal of Natural Fibers,2022,19(16):13624-13639），Fe(III)主要通过与酚羟基的配位键和与羧基的离子键与木质素多位点结合，染色得到的丝绸织物样品在表面润湿性和色牢度方面均表现优异。然而，尽管尝试了Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺多种离子，染色得到的丝绸织物样品的外观颜色区别较小，颜色不够丰富。

基于上述问题，本发明一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法，不仅成功实现了对于毛发的染色、避免毛发褪色、提高色牢度，且能够通过对金属离子的选择实现不同颜色的染色效果，方法简单、染色条件温和、染色效果好、颜色丰富。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法，包括如下步骤：

（1）将毛发加入染浴中，于20~60℃浸泡0.5~4h；所述染浴为木质素或木质素衍生物的水溶液，所述染浴由缓冲溶液调节pH为3~9。

优选的，所述染毛发方法还包括媒染的步骤，所述媒染步骤为：

（2）将毛发用金属离子进行媒染，之后水洗、干燥。

优选的，步骤（1）中所述染浴中木质素或木质素衍生物的浓度为1~40g/L，最优选在40 g/L。

最优选的，步骤（1）中所述染浴的pH为4.5。

最优选的，步骤（1）中所述的浸泡的温度为30℃。

最优选的，步骤（1）中所述的浸泡的时间为2h。

优选的，步骤（1）中所述的缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液或乙酸-乙酸钠缓冲液，最优选为乙酸-乙酸钠缓冲液。

优选的，步骤（2）中所述的金属离子包括但不限于Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺或Al³⁺，最优选为Fe³⁺。

优选的，步骤（2）中所述媒染的条件为：浓度为1g/L，浴比为1:20~1:100，pH值为3~9，温度为20~60℃，时间为0.5~4h。最优选的温度为30℃。最优选的时间为2h。最优选的pH为4.5。

优选的，步骤（2）中所述媒染为前媒染、同媒染或后媒染，最优选的为后媒染。

优选的，所述水选自蒸馏水、纯净水、去离子水中的任意一种，最优选去离子水。

优选的，所述染毛发方法中，所述毛发包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）或人类的毛发等所有由角蛋白组成的物质。

多数天然染料对纤维没有亲和性，它们大多没有水溶性基团；木质素及其衍生物具有大量络合配位结构，可以借助金属离子在纤维上着色。木质素及其衍生物用于直接染色时，在染料及毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）纤维间形成共价键的结合方式，使染料成为纤维大分子中的一部分，从而在毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）上着色。用金属离子做金属离子时，主要是金属离子作为中心离子，在染料和纤维之间起一个桥梁的作用，与染料及纤维上的配位基相配合，形成配合物。金属离子做为染色时的金属离子，染料与金属离子形成配合，会改变染料发色体系电子跃迁的能级间隔，从而改变染料的颜色和染色牢度。经过金属离子媒染后的染色毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）与直接染色毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）比较，色牢度有所提高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明首次公开了利用木质素、对毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）进行染色，与以报道的将其作为染料分散剂不同，本发明第一次将其作为染料在毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）染整领域中进行应用，拓宽了木质素及其木质素衍生物应用范围：

（2）本发明利用木质素作为染料的直接来源，产量较大、价格低廉。且不产生有毒有害物质，对环境污染小，染色过程中染料可通过共价键、离子键及范德华力等多种方式与毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）纤维结合，对提高毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）的染色深度和染色牢度有很大的作用。

（3）本发明探索出木质素对毛发（包括不限于羊毛（绒）、羽毛（绒）等所有由角蛋白组成的物质）的最佳染色工艺，该工艺具有设备要求较低、条件温和、简便易行等优点，适合大规模生产。

（4）本发明不仅成功实现了对于毛发的染色、避免毛发褪色、提高色牢度，且能够通过对金属离子的选择实现不同颜色的染色效果，方法简单、染色条件温和、染色效果好、颜色丰富。

附图说明

图1为实施例1使用的不同浓度的木质素溶液染色后的效果，从左到右依次用水、1g/L木质素、10g/L木质素、40g/L木质素染色后的效果。

图2为实施例2使用的溶液及染色后的效果，从左到右依次是用水、40g/L木质素、1g/L FeCl₃、1g/L Al₂（SO₄）₃、1g/L CuSO₄、1g/L ZnCl₂、1g/L CaCl₂溶液及染色毛发后的效果。

图3为实施例2中相同条件下对毛发和蚕丝染色效果的对比图，从左到右依次是用水、40g/L木质素、1g/L FeCl₃、1g/L Al₂（SO₄）₃、1g/L CuSO₄、1g/L ZnCl₂、1g/L CaCl₂溶液，第二行为对应溶液染色毛发后的效果，第三行为对应溶液染色蚕丝后的效果。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1：不同浓度木质素对毛发的影响实验。

按照下述方法配制染色液，以便考察在不同的木质素浓度下对毛发的染色情况：分别配制1g/L、10g/L、40g/L的木质素染浴，用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液调节 pH=4.5，将毛发放入以1：100浴比放入染浴，30℃下进行浸泡2h。结果表明当木质素浓度为40 g/L，染色效果较好。

实施例2：一种木质素-金属离子染色毛发的染色工艺，过程如下：

将毛发置于溶于木质素的水溶液中，木质素的水溶液浓度为40g/L，浴比为1:100，乙酸-乙酸钠缓冲液调节pH=4.5，温度为30℃，浸泡时间为2h，然后取出毛发，静置晾干，采用后媒染工艺，将静置晾干后的毛发分别置于水以及含有Cu²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Fe³⁺金属离子的媒染液中，媒染液的浓度为1 g/L，浴比为1:100，温度为30℃，媒染时间为2h，然后取出毛发，水洗后静置晾干。

作为对比，取蚕丝，以与实施例2相同的方法进行染色，相同条件下染色得到的蚕丝和毛发的颜色对比如图3所示。

从图3中可以看出，本发明的方法可以通过改变金属离子的种类实现对毛发进行不同颜色的染色，色彩丰富，方法简便、染色效果好。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种基于木质素及其衍生物的染毛发方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将毛发加入染浴中，于20~60℃浸泡0.5~4h；所述染浴为木质素或木质素衍生物的水溶液，所述染浴由缓冲溶液调节pH为3~9；优选的，所述毛发为由角蛋白组成的物质，最优选为羊毛、羊毛绒、羽毛、羽毛绒或人类的毛发。

2.根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，所述染毛发方法还包括媒染的步骤，所述媒染步骤为：

（2）将毛发用金属离子进行媒染，之后水洗、干燥。

3. 根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，所述染浴中木质素或木质素衍生物的浓度为1~40g/L，最优选在40 g/L。

4.根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，步骤（1）中所述染浴的pH为4.5。

5.根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，步骤（1）中所述的浸泡的温度为30℃。

6.根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，步骤（1）中所述的浸泡的时间为2h。

7.根据权利要求1所述的染毛发方法，其特征在于，步骤（1）中所述的缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液或乙酸-乙酸钠缓冲液，最优选为乙酸-乙酸钠缓冲液。

8.根据权利要求2所述的染毛发方法，其特征在于，所述的金属离子为Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺或Al³⁺。

9.根据权利要求2所述的染毛发方法，其特征在于，所述媒染的条件为：浓度为1g/L，浴比为1:20~1:100，pH值为3~9，温度为20~60℃，时间为0.5~4h；最优选的温度为30℃；最优选的时间为2h；最优选的pH为4.5。

10.根据权利要求2所述的染毛发方法，其特征在于，所述媒染为前媒染、同媒染或后媒染，最优选的为后媒染。