紫草色素的稳定性及在羊毛上的染色性能

紫草色素的稳定性及在羊毛上的染色性能
余志成;杨斌;周秋宝
【摘要】用无水乙醇提取紫草色素,并对其稳定性以及在羊毛上的染色性能进行了研究分析.实验结果表明:紫草色素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性;较高的染色温度、弱酸性条件有利于紫草色素在羊毛纤维上获得较高的得色率;媒染剂的加入使织物呈现不同的颜色特征值,具有氧化性或还原性的媒染剂如Cr6+、Sn2+、Fe2+会破坏紫草色素的结构,使织物的色光发生变化.
【期刊名称】《毛纺科技》
【年(卷),期】2003(000)002
【总页数】3页(P14-16)
【关键词】紫草色素;稳定性;染色性能;羊毛织物
【作者】余志成;杨斌;周秋宝
【作者单位】浙江工程学院,浙江,杭州,310012;浙江工程学院,浙江,杭州,310012;浙江工程学院,浙江,杭州,310012
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
一 14 一品$会4司总2003 卑’ 2 期紫草色素的稳定性及在羊毛上的染色性能余志成，杨斌，周秋宝（浙江工程学院，浙江杭州 310012) 摘要：用无水乙醇提取紫草色素，并对其稳定性以及在羊毛上的染色性能进行了研究分析。

实验结果表明：紫草色素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性；较高的染色温度、弱酸性条件
有利于紫草色素在羊毛纤维上获得较高的得色率；媒染剂的加入使织物呈现不同
的颜色特征值，具有氧化性或还原性的媒染剂如er"· 、Sn2• 、Fe2•会破坏紫草
色素的结构，使织物的色光发生变化。

关键词：紫草色素；稳定性；染色性能：
羊毛织物中图分类号： TS193.62文献标t只码：A紫草为紫草科多年生草本植物，外表暗紫色，断面紫红色，花期为 5 ～ 6 月，是一种名贵的中草药［！）。

李时珍曰：“此草花紫根紫，可以染紫”，它也是古代染紫色的重要染料。

紫草色素
色泽鲜艳，无毒、无味，是食品、饮料、化妆品等理想的着色剂［2），也是纺织品理想的着色染料［”。

本文对紫草色素的稳定性及其在羊毛上的染色性能进行了研究分析。

1实验部分 1.1实验材料与药品实验材料：羊毛织物实验药品：紫草根（市售）、乙醇（化学纯）、冰醋酸、氢氧化铀、重错酸仰、硫酸铜、硫酸镰、氯化亚锡、硫酸亚铁、硫酸铝押。

1.2实验方法①紫草的提取：用 UV - 2102PC 型紫外一可见光分光光度计测试光密度 E 。

工艺流程：紫草根－’捣碎→浸渍于
乙醇溶液→过滤→减压蒸榴→ 紫草提取液。

②织物颜色特征值、试样红外光谱、
织物皂洗牢度、摩擦牢度、耐光色牢度等分别采用 Datacolor收稿日期：2002- 09- 21基金项目：浙江省教委资助项目。

作者简介：余志成（ 1964 - ），男，
副教授，浙江工程学院材料与纺织学院，主要从事纺织品染整新技术的研究和开发。

文章编号： l003-1456 (2003 )02-0014-03 SF600 型测色配色仪、 PK - 6000 型红外光谱仪、SW- 8 型耐洗色牢度仪、 Y571 型摩擦牢度仪、Y581型耐晒色牢度仪等进行测试。

2 实验结果与讨论2.1 紫草色素的提取及表征紫草色素的主要成分为紫草醋，不溶于水，但能溶于有机榕剂，结构见图 1 。

OHO／～人 C鸣。

寸寸/ 飞J人~CHCH2CH-C"OHOORCH, R:H 为紫草素： R= COCH3 为乙酸紫草素
图 1 紫草色素的主要结构本文以无水乙醇为溶剂对紫草进行提取，考虑到紫草酿
类物质在80 ℃以上会分解，故采用减压蒸锢将其浓缩。

紫草中色素的含量比较高，需进行多次重复提取，从图 2 实验结果可知，紫草进行第 2 次提取时仍有较
高的光密度，但第 3 次提取时光密度已较低，故实验时重复提取 2 次取平均值
c0.70.60.5坦国 0.4啻 0.3 "0.2。

1 0提取~数／＇／＇）（.图2提取次数对光密度的影晌一14品$会4司总2003卑’ 2 期余志成，杨斌，周秋宝（浙江工程学院，浙江杭州 310012) 要：用无水乙醇提取紫草色素，并对其稳定性以及在羊毛
上的染色性能进行了研究分析。

实验结果表明：紫草色素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性；较高的染色温度、弱酸性条件有利于紫草色素在羊毛纤维上获得较高的得色率；媒染剂的加入使织物呈现不同的颜色特征值，具有氧化性或还原性的媒染剂如er"· 、Sn2• 、Fe2•会破坏紫草色素的结构，使织物的色光发生变化。

关
键词：紫草色素；稳定性；染色性能：羊毛织物中图分类号： TS193.62紫草为紫草科多年生草本植物，外表暗紫色，断面紫红色，花期为 5 ～ 6 月，是一种名贵
的中草药［！）。

李时珍曰：“此草花紫根紫，可以染紫”，它也是古代染紫色的重要染料。

紫草色素色泽鲜艳，无毒、无味，是食品、饮料、化妆品等理想的着色剂［2），也是纺织品理想的着色染料［”。

本文对紫草色素的稳定性及其在羊毛上的染色性能进行了研究分析。

1 实验部分1.1 实验材料与药品实验药品：紫草根（市售）、乙醇（化学纯）、冰醋酸、氢氧化铀、重错酸仰、硫酸铜、硫酸镰、氯化亚锡、硫酸亚铁、硫酸铝押。

1.2 实验方法①紫草的提取：用 UV - 2102PC 型
紫外一可见光分光光度计测试光密度 E 。

工艺流程：紫草根－’捣碎→浸渍于乙
醇溶液→过滤→减压蒸榴→紫草提取液。

②织物颜色特征值、试样红外光谱、织物皂洗牢度、摩擦牢度、耐光色牢度等分别采用 Datacolor收稿日期：2002- 09-
21 基金项目：浙江省教委资助项目。

作者简介：余志成（ 1964 - ），男，副教授，浙江工程学院材料文章编号： l003-1456 (2003 )02-0014-03 SW-8型耐洗
色牢度仪、 Y571 型摩擦牢度仪、OHO ／～人C鸣OR CH, 图1紫草色素的主要结构本文以无水乙醇为溶剂对紫草进行提取，考虑到紫草酿类物质在80 ℃以上会分解，故采用减压蒸锢将其浓缩。

紫草中色素的含量比较高，需进行多次重复提取，
从图 2 实验结果可知，紫草进行第 2 次提取时仍有较高的光密度，但第 3 次提取时光密度已较低，故实验时重复提取 2 次取平均值 c0.7 0.6 0.5 坦国0.4 啻
0.3"0.2 。

0 提取~数／＇／＇）（.2003 年’ 2 期A>彷.；4.tt 图 3 为紫草色素
的红外光谱图。

在 1 737, 1 598cml 处可见酿攒基的 2 个吸收峰；在 3 536, 3 386cml 处可见酷程基 2 个吸收峰。

100心。

巳 50 ,-..波长／cm·1图 3 紫草色素的红外光谱图2.2 紫草色素的稳定性2.2.1 紫草色素的热稳定性从表 l 可以看到，紫草色素对温度具有良好的稳定性，即使在95 ℃加热 60 min ，其光密度的变化也不是太大。

表 1 加热温度对紫草色素光密度的影晌温度／℃405060708090最
大吸收波长（λmu) 530530530530530530 光密度（ E)
0.4500.4460.4380.4300.4150.400 注：紫草色素处理条件为恒温加热 60 min。

2.2.2 紫草色素的酸碱稳定性从表 2 可以看到，当 pH 值在酸性至中性范围内，
紫草色素的最大吸收波长为 530 nm ，溶液呈现鲜艳的红色；随着 pH 值的提高，紫草色素的最大吸收波长逐渐发生改变，由 530 nm 增加到 570 nm ，溶液的颜色分别呈现出蓝紫色、蓝色。

这主要是因为紫草酿中酣起基在碱性条件下离解的
缘故，同时溶液的光密度也随之缓慢增加。

表2 溶液 pH 值对紫草色素光密度的变化pH 值4.2 6.17.08.910.812.9最大吸收波长（λmu )530530530550570570 0.5680.5400.550锐lO 0.6140.622溶液的颜色组色红色紫红色蓝紫色蓝色蓝色注：紫草色素处理条件为30 ℃，60 min。

2.2.3 紫草色素对双氧水的稳定性从表
3 可以看到，当双氧水浓度在一定的范围内，紫草色素具有良好的稳定性。

表3
双氧水浓度对紫草色素光密度的影晌4 H202/(g·V1)染液光密度（ E) 0.28
0.280.2750.2750.2650.255注：紫草色素处理条件为70 ℃，60 min。

2.3 染色
工艺对颜色特征值的影响2.3.1 染色 pH 值的影响从表 4 可以看到，随着染色 pH 值的提高，羊毛织物的亮度 L 曾增加， i 逐渐下降，而扩不断增加，羊毛织物的颜色分别由紫红色逐渐变成蓝紫色、蓝色（λma，由 530 nm 570nm ）。

同时
随着 pH值的增加，紫草色素与羊毛织物的直接性下降，表现为羊毛织物的 KIS
值出现明显的下降。

而且随着 pH 值的提高，羊毛纤维表面鳞片层被破坏，手感变得粗糙。

因此，综合各方面考虑，紫草染色的 pH 值应控制在弱酸性条件。

表
4 染色 pH 值对颜色特征值的影晌pH 值 L 幡αb 餐 H且is-'mu4.2 29.534.45-
2.55330.146.93 530 6.130.244.682.99 326.456.175308.9 31.745.11-
3.93322.41
4.7855010.8 30.513.75- 9.6427
5.303.32 570
12.936.841.0811.73275.303.31 注：染色工艺条件为紫草 x＇，毛，80 ℃，60 mm。

2.3.2染色温度的影响从表 5 可以看到，随着染色温度的提高，紫草色素在羊毛织物上的上染率增加。

从织物的颜色特征值来看，亮度 L 铃呈现下降之势，
旷始终为正值，表明主色调为红色；但随着温度的提高， b 樨由正值变为负值，说明织物的色光逐渐由黄光向蓝光转移。

羊毛织物的最大吸收波长保持不变。

表
5染色温度对颜色特征值的影晌染色温度L'αb 怜 HK!S／℃
6050.7612.672.5411.491.8970 35.1914.401.907.564.7780 29.534.45-
2.55330.146.9390 21.0410.76-0.94354.9012.87注：染色工艺条件为紫草 x9毛，pH 值 4.2,60 mmo 2.
3.3分散剂的影响λm"520530530530 由于紫草酷的榕解度非常小，在水溶液中基本呈悬浮状态。

所以紫革的染色类似于分散染料，染浴中加入分散剂有利于紫草色素溶液的稳定，有利于紫草色素在洛液中的分散。

选用
市售的4种分散剂进行染色实验，发现加入分散剂后，紫草色素的上染率有所提高，实验结果见表 60为紫草色素的红外光谱图。

在 1 737, 1 598cml 处可见酿攒基的 2 个吸收峰；在 3 536, 386cml 处可见酷程基 2 个吸收峰。

100 心。

巳50,-..紫草色素的红外光谱图从表l可以看到，紫草色素对温度具有良好表加热温度对紫草色素光密度的影晌40 50 60 70 80 90 最大吸收波长（λmu) 530530530530530530 0.4500.4460.4380.4300.4150.400 从表 2 可以看到，当pH 值在酸性至中性范围内，紫草色素的最大吸收波长为 530 nm ，溶液呈现鲜艳
的红色；随着 pH 值的提高，紫草色素的最大吸收波长逐渐发生改变，由 530 nm 增加到 570nm ，溶液的颜色分别呈现出蓝紫色、蓝色。

这主要是因为紫草酿中酣起基在碱性条件下离解的缘故，同时溶液的光密度也随之缓慢增加。

溶液pH值对紫草色素光密度的变化4.26.1 7.0 8.9 10.8 12.9 最大吸收波长
（λmu )530530530550570570 0.568 0.540 0.55 0锐lO0.614 0.622 溶液的颜色从表3 可以看到，当双氧水浓度在一定的范围内，紫草色素具有良好的稳定性。

H202/(g·V1) 染液光密度（ E)0.28 0.275 0.265 0.255 注：紫草色素处理条件为
70 ℃，60 min。

从表 4 可以看到，随着染色 pH 值的提高，羊毛织物的亮度 L
曾增加， i 逐渐下降，而扩不断增加，羊毛织物的颜色分别由紫红色逐渐变成蓝紫色、蓝色（λma，由 530 nm 570nm ）。

同时随着值的增加，紫草色素与羊毛
织物的直接性下降，表现为羊毛织物的 KIS 值出现明显的下降。

而且随着 pH 值
的提高，羊毛纤维表面鳞片层被破坏，手感变得粗糙。

因此，综合各方面考虑，紫草染色的 pH 值应控制在弱酸性条件。

染色值对颜色特征值的影晌值L幡α b餐
H 且is -'mu 4.2 29.53 4.45 -2.55 330.14 6.93 30.24 4.68 2.99 326.45 6.17
31.74 5.11 -3.93 322.41 4.78 550 30.51 3.75 9.64 275.30 3.32 36.84 1.08 11.73 3.31 2.3.2 染色温度的影响从表 5 可以看到，随着染色温度的提高，紫草色素在羊毛织物上的上染率增加。

从织物的颜色特征值来看，亮度 L 铃呈现下降之势，旷始终为正值，表明主色调为红色；但随着温度的提高， b 樨由正值变为负值，说明织物的色光逐渐由黄光向蓝光转移。

羊毛织物的最大吸收波长保持不变。

L' 怜K!S ／℃ 50.76 12.67 2.54 11.49 1.89 35.19 14.40 1.90 7.56 4.77 21.04 10.76 -0.94 354.90 12.87 注：染色工艺条件为紫草 x9毛， pH 值 4.2,60 mmo 2.3.3 分散剂的影响λm" 520 由于紫草酷的榕解度非常小，在水溶液中基本呈悬
浮状态。

所以紫革的染色类似于分散染料，染浴中加入分散剂有利于紫草色素溶液
的稳定，有利于紫草色素在洛液中的分散。

选用市售的种分散剂进行染色实验，发现加入分散剂后，紫草色素的上染率有所提高，实验结果见表 6016
一.h馆.,j!J.t支2003 年， 2 期表 6 分做剂对颜色特征值的影晌分散剂I• 2• 3 稽4•AE ‘ 62.55 63.85 64.54 65.31 KIS 6.86 7.24 7.62λm皿注：不加分散剂时，AE"61.14,K/S 值 6.17, Amu530 run。

2.4媒染剂对颜色特征值的影响选用不同的媒染剂对紫草色素进行媒染处理，实验结果见表 7 。

可以看到，不同的媒染剂由于其外层电子结构排列不同，与紫草色素形成的络合物也不一样，因而在织物上呈现不同的颜色特征值。

如紫草色素经Cu2• 、 Al3 ＋、 Ni2 ＋处理后，由于与金属离子之间发生了络合反应，使其最大吸收波长发生转移，由原来的 530 nm 分别增加到 600,560,580nm。

cr6· 是一种强氧化剂，在实验条件下将紫草色素氧化分解成其他物质，因而其最大吸收波长在可见光范围内消失，但其 KIS 、6.E 仍有较大的数值。

Sn2• 、Fe2• 是一种还原剂，在实验温度下，也能将紫草色素还原分解，在可见光范围内也找不到其最大吸收波长。

由于Cr6" , Cu2· 、Ni2•等金属离子对人体有一定的危害，因此，宜选择对人体元害的绿色媒染剂如稀土，这值得进→ 步研究。

表 7 媒染剂对颜色特征值的影晌媒染剂 L 譬ab.c·H'E ‘KIS,\mu不加-61 35-1.04-16.84-8.8715.2263.1512.05530 Cu2' -62.14-l.16-17.48-9.8714.4764.5713.07“)() Sn'• -57.15-0.96-8.68-
8.67l.0557.8113.20400 All+-64.815.00-18.88-6.14-18.54-67.6916.49560
Fe2'- 64.330.60-14.58-12.29-7.8765.9613.71400 c,••-65.122.05-8.16-7.61-3.5965.6618.99400 Ni2+- 63.691.60- 17.95-8.96-15.6366.1915.05580 2.5 紫草色素在羊毛上的色牢度经紫草色素染色后的羊毛织物染色牢度见表，可以看到紫草色素的水洗牢度、摩擦牢度经媒染剂处理后有所提高，这是因为金属媒染剂与紫草色素形成络合物之故。

表 8 羊毛织物经紫草色素染色后的色牢度级摩擦牢度金属离子水洗牢度日晒牢度干湿无媒染剂2 向3 2 42 ~ 32Sn2' 42 ~ 32AJ3•
42-32 Fe2' 42 ” 32Cr°' 42-32 Ni'' 42 ~ 323结论①紫草色素具有－定的耐热性、耐氧化性和耐酸碱稳定性。

②紫草色素对羊毛织物具有良好的染色性能，其最佳pH 值为 4 左右。

分散剂的加入，能提高紫草色素的染色性能。

③金属媒染剂与
羊毛纤维络合，使织物获得不同的颜色特征值。

同时媒染剂的加入，有助于各项染色牢度的提高。

参考文献： [ll田雨林，同殿利，紫革的开发及经济价值［ J二
中国林副特产，2αJ0,54(3）：“－[2 ]宋廷生发展中国特色的天然化妆品［ Jl.日
用化学工业，”。

，（ 6) :29 - 34.[ 3]周秋宝，余志成，陈莹．紫草染料对真丝织物的染色性能研究［ J］.丝绸，2002, (5) :22 - 24.Stability of shikoninand itsperformanceof dyeingon woolfabricsYUZhi-cheng, YANGBin, ZHOUQit
山ao (ZheJiang Institute of Science and Technology,Hangzhou
310012,China) Abstract: In this paper 由e shikoninis H让acted withethanol.It’ s st ability andperformanceof dyeing onthewoolfabricsare studied and analyzed.Theresults of the experiment indicate that shikonin h 剧创rly goodheat-stability and weak-acid-resistant.TheK/S valueonthewoolfabricsdepends onthehighertempera阳re andweak-acid conditions.Woolfabricswillget different color characterizationvaluewithdifferentmetalion.Somemetalionsuch 田 Cr6' ,
Sn2',Fe2'will d四吨e thestructure of the shikonin and leadtochanging of
the color onthewool fabrics.Key words: shikonin;stability; dyeing behavior; woolfabrics 16.h馆.,j!J.t支6分做剂对颜色特征值的影晌稽4• AE ‘ 7 .62 λm
皿选用不同的媒染剂对紫草色素进行媒染处理，实验结果见表 7 。

可以看到，不
同的媒染剂由于其外层电子结构排列不同，与紫草色素形成的络合物也不一样，因而在织物上呈现不同的颜色特征值。

如紫草色素经Cu2• 、 Al3 ＋、 Ni2 ＋处理后，由于与金属离子之间发生了络合反应，使其最大吸收波长发生转移，由原来的
530 nm 分别增加到600,560,580nm。

cr6· 是一种强氧化剂，在实验条件下将紫草色素氧化分解成其他物质，因而其最大吸收波长在可见光范围内消失，但其KIS 、 6.E仍有较大的数值。

Sn2• 、Fe2• 是一种还原剂，在实验温度下，也能将紫草色素还原分解，在可见光范围内也找不到其最大吸收波长。

由于 Cr6" , Cu2· 、Ni2•等金属离子对人体有一定的危害，因此，宜选择对人体元害的绿色媒染剂如稀土，这值得进→步研究。

7媒染剂对颜色特征值的影晌媒染剂譬a b.c· H' E‘ ,\mu 不加-61 35-1.04-16.84-8.8715.2263.1512.05530 -62.14-l.16-17.48-9.8714.4764.5713.07“)() -57.15-0.96-8.68-8.67l.0557.8113.20400 All+ -64.81 5.00 -18.88-6.14-18.54-67.6916.49560 64.33 0.60 -14.58-12.29-
7.8765.9613.71400 c,•• -65.12 2.05 -8.16-7.61-3.5965.6618.99400 Ni2+ 63.69 1.60 17.95 -8.96-15.6366.1915.05580 ，可以看到紫草色素的水洗牢度、摩擦牢度经媒染剂处理后有所提高，这是因为金属媒染剂与紫草色素形成络合物之故。

羊毛织物经紫草色素染色后的色牢度级干湿无媒染剂向~Sn2' AJ3• 2-
3 ”Cr°' ②紫草色素对羊毛织物具有良好的染色性能，其最佳 pH 值为
4 左右。

分散剂的加入，能提高紫草色素的染色性能。

③金属媒染剂与羊毛纤维络合，使织物获得不同的颜色特征值。

同时媒染剂的加入，有助于各项染色牢度的提高。

参考文献：[ l 田雨林，同殿利，紫革的开发及经济价值［ J二中国林副特2 ] 宋廷生发展中国特色的天然化妆品［ Jl.日用化学工业，”。

，（ 6) :29 - 34.[ 3] 周秋宝，余志成，陈莹．紫草染料对真丝织物的染色性能研Stability of shikoninand itsperformanceof dyeingon woolfabrics YUZhi-cheng, YANGBin, ZHOUQit 山ao(ZheJiang Institute of Science and Technology,Hangzhou
310012,China) Abstract: In this paper 由e shikoninis H让acted withethanol.It’ s stability andperformanceof dyeing onthewoolfabricsare studied and analyzed.The results of the experiment indicate that shikonin h
剧创rly goodheat-stability and weak-acid-resistant.TheK/S valueonthewoolfabricsdepends onthehigher tempera阳re andweak-acid conditions.Woolfabricswillget different color characterizationvaluewithdifferentmetalion.Somemetalionsuch 田 Cr6' , Sn2', Fe2'will d四吨e thestructure of the shikonin and leadtochanging of the color onthewool fabrics.Key words: shikonin;stability; dyeing behavior; woolfabrics
【文献来源】https:///academic-journal-cn_wool-textile-journal_thesis/020*********.html
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