新型天然棕色素在羊毛织物上的染色性能研究

摘要：新型天然棕色素是蘑菇产业的一种副产物。本文研究了其在羊毛织物上的染色性能。该色素在水中呈深棕色，最大吸收波长λmax为256 nm。在pH值为 3，染色温度95 ℃，染色时间80 min，不添加任何助剂的情况下，其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可达到 4 ～ 5 级，耐日晒色牢度可达 3 级。新型天然棕色素在纺织行业的应用不仅成本低廉，而且生产过程清洁。

关键词：棕色蘑菇；色素；染色；羊毛织物

中图分类号：TS193.6 文献标志码：A

Research on Dyeing Performance of a Natural Brown Pigment on Wool Fabric

Abstract： The pigment of Agaricus brunnescens Peck is a by-product in mushroom industry. The dyeing performance of the pigment on wool fabric was studied. The pigment was deep brown and its λmax was 256 nm in water. Under the optimum condition（pH value 3， 95 ℃ for 80 min without any other agent）， the color fastness to washing and rubbing could reach 4 ～ 5 class， and the light fastness also could reach 3 class. The results showed that utilization of the pigment in textile industry would be ecologically sound and economically advantageous.

Key words： Agaricus brunnescens Peck； pigment； dyeing； wool fabric

魍撤闹品染色需要消耗大量染料和各种助剂等化学品，对环境有较大的影响。研究开发对环境无害、可持续发展的染料是提升印染行业环境效益的重要手段，其中，天然染料的开发受到越来越多的关注。

天然染料主要包括植物染料、动物染料和微生物染料。与合成染料相比，天然染料无毒、易降解，因此更具有可持续性。其中，微生物基染料特别是从真菌中获得色素的发展较快。迄今为止，子囊菌霉菌是这些真菌色素的主要来源，主要包括红曲色素、血红丝膜菌色素、青霉菌色素。这些色素被用于棉、羊毛/丝绸和聚酯/尼龙的染色研究，在纺织品染色方面极具潜力。然而，这些色素在染色牢度方面尚存在一些缺陷（甚至使用媒染剂之后），亟需解决。

最近，一些木、草腐生的大型食用真菌产生的功能性色素显示出应用潜力。如来源于绿杯盘菌、小孢绿杯盘菌、小柱孢属菌和柱顶孢霉等，这些色素可以与纤维素材料发生强的相互作用，并对紫外光和水稳定，即便在没有媒染剂的条件下也容易与底物结合。

棕色蘑菇（Agaricus brunnescens Peck）属于担子菌纲，伞菌目，蘑菇科，蘑菇属，是草腐生双孢菇的一种变种。如图 1 所示，由于其伞盖上呈现棕黑色，故将其命名为棕色蘑菇。其色素（图 2）是加工棕色蘑菇的一种副产物，其用途尚未开发。

棕色蘑菇色素的分子结构尚未被清楚地解析，目前认为真菌棕黑色素的分子结构如图 3 所示，其中含有大量的羧基和氨基等亲水基团。据此推测其对蛋白质纤维具有直接上染和媒染性能，该色素与金属离子发生配位络合反应，媒染后织物具有较高的色深值及染色牢度，因各种媒染剂与染料形成络合物的性质不同，可获得不同色泽的染色织物。

棕色蘑菇色素作为一种新型的天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，纺织品染色方面的相关研究未见报道。本文探讨该色素对羊毛织物的染色性能。

1 实验部分

1.1 原料和设备

棕色蘑菇子实体粉末，天津农学院食用菌研究中心提供；纯羊毛织物，克重210 g/m2。

1.2 新型色素的提取

水提取法：按照水与色素比为6∶1（V/W），水浴100 ℃提取30 min，7 000 r/min离心10 min，取上清液备用，残渣用同样方法再提取一次。溶剂提取法：分别用80%乙醇和无水乙醇为提取剂，水浴温度保持80 ℃，其它程序同水提法。

1.3 色素对羊毛织物染色

将羊毛织物裁剪成11 cm× 5 cm的长方形（重约 1 g），预先用蒸馏水润湿20 min。

色素用量实验：提取液与水比例1∶1（V/V），浴比1∶30，升温至95 ℃，保温60 min，染色结束后水洗 3次，皂洗。

（1）预媒染色：用 4 g/L的硫酸亚铁或 4 g/L的硫酸铜在浴比1∶30、温度80 ℃下分别处理羊毛织物45 min。

（2）同浴媒染：1%（o.w.f）重铬酸钾、4%（o.w.f）硫酸铵。

1.3.1 pH值对染色的影响

提取原液，浴比1∶30。用 1 mol/L 的NaOH 和 1 mol/L的HCl调节染浴pH值 1 ～ 8，升温至95 ℃，保温60 min，染色结束后水洗 3 次，皂洗。

1.3.2 温度和时间对染色的影响

提取原液，浴比1∶30，用 1 mol/L的NaOH 和 1 mol/L的HCl调节染浴pH值至 3。分别升温至40、60、80和95 ℃，保温120 min，每隔10 min取出一块织物，染色结束后水洗 3次，皂洗。

1.3.3 助剂对染色结果的影响

提取原液，浴比1∶30，用 1 mol/L的NaOH 和 1 mol/L的HCl调节染浴pH值至3。分别添加JFC-E 2 mL/L、元明粉4 g/L、NaCl 4 g/L以及不添加助剂为对照，升温至95 ℃，保温60 min，染色结束后水洗 3 次，皂洗。

1.3.4 皂洗工艺

中性皂片 2 g/L，浴比1∶30，升温至90 ℃，保温10 min，皂洗结束后水洗 3 次。

1.4 测试

新型色素的光谱特性：采用美国PerkinElmer的紫外-可见-红外分光光度（LAMBDA750）测试。

织物性能测试：取染色后的织物的正反面各 4 个点，用电脑测色仪进行测试，选用D65 10°光源、9 mm孔径进行测色。选定400 ～ 700 nm波长范围下的K/S总值为实验所用K/S值。

耐水色牢度：参照GB/T 5713―1997；耐皂洗色牢度：参照GB/T 3921―2008；耐汗渍（酸汗、碱汗）：GB/T 3922―1995；水萃取pH测定：GB/T 7573―2009；耐摩擦（干摩、湿摩）色牢度：GB/T 3920―2008；耐日晒色牢度：参照GB/T 8427―2008。

2 结果与讨论

2.1 新型色素的光谱性质

从分子结构可知，新型天然色素中富含亲水性基团羟基、羧基和氨基。因此，其在乙醇溶液和水溶液中均具有良好的溶解性（图 4）。在水溶液呈现深棕色，在乙醇溶液中颜色会随着乙醇浓度增加而逐渐变浅，在无水乙醇溶液中变为浅黄色。

新型色素的紫外光谱如图 5 所示，采用不同溶剂提取的色素最大吸收峰均出现在紫外区（可见光区均无吸收），而且最大吸收峰非常接近。水提取的色素最大吸收峰λmax256 nm，80%乙醇溶液提取的色素最大吸收峰λmax为255 nm，无水乙醇提取的色素最大吸收峰λmax为262 nm，由于乙醇对色素会产生浅色效应，所以吸光度会出现下降。由于水提液色素染色较深，成本较低，故染色研究均采用水提取液。

2.2 新型色素对羊毛染色工艺的研究

2.2.1 染色方法对染色的影响

以羊毛织物为染色对象，使用水提取色素分别采用直接染色、预媒和同浴媒染等 3 种方法染色，染色后羊毛织物的色泽表征如表 1 所示。

由表 1 可知，色素对羊毛直接染色时，染色织物K/S值较低，仅为8.91，这可能是由于色素中能与蛋白质直接相结合的基团较少。采用媒染剂染色后织物的K/S值明显增大，但织物的色光受到了明显的影响。采用FeSO4作为预媒染剂，织物的色光偏黄；采用CuSO4作为预媒染剂，织物色光偏蓝色。采用同浴媒染法织物的K/S值最大达到26.99，织物的色光偏绿色。采用媒染法染色后，织物表面色深明显增大，但色光发生了一定程度的偏移，说明该色素耐金属离子稳定性较差。

从图 6 可以看出，pH值对K/S值的影响非常显著，pH值在 1 ～ 2 之间时，K/S值随着pH值的增大而增大；pH值在 2 以上时，K/S值随着pH值的增大而减小并逐渐趋于平衡；pH值为 2 时，K/S值达到最大值68.96。

皂洗后，残液中浮色较少，说明该色素适合在强酸性浴中进行染色，且该色素与羊毛亲和力高，结合较牢固。但过高的酸性将对羊毛织物产生破坏作用，综合考虑，选择后续染色在pH值为 3 的条件下进行。

2.2.3 染色温度和时间对染色的影响（图 7）

图 7 显示，随着温度的升高，上染速率增快，达到染色平衡所用的时间越短。由于羊毛纤维表面的鳞片层在温度比较低时溶胀度比较小，染色温度低于60 ℃时，K/S值也较低。在染色时间为80 ～ 120 min时，K/S值上升变缓并且幅度变化不大，推测色素与织物之间处于吸附和解吸附的动态平衡状态。综上，色素上染羊毛以95℃、80 min为宜。

2.2.4 助剂对染色的影响

JFC-E是聚氧乙烯醚类的非离子型表面活性剂，其疏水部分能与色素的疏水部分相结合从而产生色素、助剂分子之间的聚集，起到缓染作用，因此可作为匀染剂。

由表 3 可知，对比空白试验，添加助剂后染色K/S值均略有降低，添加元明粉后降低程度最明显。由于前期试验得出色素适合在强酸性浴中染色，元明粉对于不同类型的酸性染料所起的作用不相同，对于强酸性染料具有缓染作用。但助剂对于染色织物的色光几乎无影响。因此，助剂的添加并不能提高新型色素染色的K/S值。

2.2.5 色牢度测试（表 4）

从表 4 可看出，在染色不采用任何助剂的情况下，新型天然色素的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度都可以达到 4 ～5 级，耐日晒色牢度可以达到 3 级，具有较好的应用效果。

3 结论

新型棕色蘑菇天然色素可用水、乙醇及乙醇水溶液进行提取。但该色素在水中的颜色最深，水提液的最大吸收波长λmax为256 nm。羊毛染色实验证明：该新型天然色素可以在不添加任何助剂的情况下进行羊毛织物染色，在染色pH值为 3，温度95 ℃，染色时间80 min的条件下，其耐摩擦和耐皂洗色牢度均可达到4 ～ 5 级，耐日晒色牢度可达 3 级。这种色素不仅成本低廉，而且染色过程可实现清洁生产，因此其在纺织行业具有广阔的应用前景。

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