论文总字数：13883字

摘 要

紫胶红作为可以食用的天然色素，对蛋白质纤维的染色具有独特的优势，但其色相与色牢度又会在很大程度上受到媒染剂的影响和制约。本课题从分子层面出发，模拟并证实媒染剂在紫胶红天然染料染色丝绸中的作用，判断未加入媒染剂时，紫胶上染蚕丝主要依靠氢键作用，加入媒染剂后，紫胶上染蚕丝主要依靠配位作用。染料-金属-纤维的结合方式比染料-纤维的结合方式更为稳定，加入媒染剂提高了紫胶的上染率和改善了染色效果，金属媒染剂的应用可改善紫胶红天然染料使用局限性。

关键词：分子模拟 紫胶红 蛋白质纤维 媒染剂

The role of mordants in dyeing silk with Lac dyes

Abstract

As an edible natural pigment, lac red has unique advantages in the dyeing of protein fibers, but its hue and color fastness are largely affected and restricted by mordant. This project starts from the molecular level, simulates and confirms the role of mordant in dyeing silk with lac red natural dye, and determines that when mordant is not added, silk dyeing on lac mainly relies on hydrogen bonding, while silk dyeing on lac mainly relies on coordination. The combination mode of dye-metal-fiber is more stable than that of dye-fiber. The addition of mordant improves the dyeing rate and dyeing effect of lac, and the application of metal mordant can improve the limitation of lac red natural dye.

Key Words: Molecular simulation technology; Lac; Protein fiber; Mordants

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 概述 1

1.1 天然染料紫胶红概述 1

1.1.1 天然染料的发展 1

1.1.2 紫胶红色素的性质 1

1.2 媒染剂概述 2

1.2.1 媒染染色法 2

1.2.2 媒染染色的特点 2

1.2.3 媒染剂的研究现状 3

1.3 丝绸概述 3

1.4 量子化学研究概述 3

1.4.1 密度泛函理论 3

1.4.2 Gaussian软件的简介 4

1.5 模型化学概述 4

1.5.1 模型化学简介 4

1.5.2 分子模拟技术在紫胶红色素与纤维染色中的应用 4

1.6 课题研究背景和意义 4

1.7 课题研究方法和内容 5

第二章 分子模拟研究 6

2.1 模拟主体 6

2.2 计算方法 6

2.3 模拟计算流程 6

第三章 结果与分析 7

3.1 单体模拟计算 7

3.2 紫胶红与蚕丝纤维相互作用理论研究 9

3.2.1 紫胶红-乙氨酸 9

3.2.2 紫胶红-丙氨酸 12

3.2.3 紫胶红-丝氨酸 14

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 概述

1.1 天然染料紫胶红概述

1.1.1 天然染料的发展

上个世纪以来，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对纺织产品的要求不仅在于注重实用性、美观性和耐用性，而且同时开始注重纺织产品的安全和环保性能。大量研究表明，多种化学染料能够产生致癌物质，因此使用天然、无毒染料能有效降低致癌物质对人体的潜在危害。与此同时，化学染料的生产制造及应用对环境的污染越来越严重，某些污染性严重的染料已被限制使用，如酸性媒介染料，因染色时需要采用重铬酸盐类媒染剂，染色废水有毒对环境污染严重，被其他种类染料所替代。而天然植物染料具有无毒、无害、良好的生物降解性、对环境友好的优势，某些还兼有抗菌、防紫外线功能，满足了人们对安全性、环保性的需求，因此从19世纪中叶开始化学染料逐渐取代天然染料之后，如今天然染料又逐渐受到人们的青睐^[1]。

用天然染料染色丝绸在我国已经有悠久的历史。大部分天然染料结构都类似于酸性媒染染料，在媒染剂的存在下，染色皂洗牢度能达到丝绸染色标准。已经用于丝绸的天然染料有：栀子、姜黄、天然棕、高粱红、辣椒茶黄、紫胶、桑葚、胭脂红等。这些染料直接染色后的皂洗牢度都在3级以上，使用铁、铝等无害金属媒染后，皂洗牢度会有不同程度的提高^[7]。

天然染料按应用可以分为直接型、媒染型、还原型、阳离子型、酸性和分散型。大部分天然染料分子结构中有羰基和多个酚羟基，这些基团可以与含有不同金属离子的媒染剂络合，因此大部分天然染料是媒染型染料。

在天然染料中由于色素成分的不确定因素多，使其色相丰富，而化学染料不能与之相比，染色得到的织物具有自然、质朴、雅致的效果。而真丝织物具有珍珠一般的光泽，手感柔软、质地柔顺细腻，有较高的空隙率、丰满而蓬松，发色鲜明，具有良好的悬垂性和抗皱性，本身属于高档服装面料^[2]。真丝由蛋白质纤维组成，与人体有极好的生物相容性，除用作高档礼服外，绝大部用于内衣、睡衣等贴身衣物，因此，其对染料的要求更高，使用天然染料对丝绸进行染色具有良好的应用前景^[2]。

1.1.2 紫胶红色素的性质

从植物中提取的天然食用色素较多，从动物、微生物中可提取的色素相对较少，而从昆虫中提取食用色素就更为稀少。紫胶红色素又称紫胶色酸，是一种蒽醌衍生物，由紫胶

色酸A、B、C、D、E等5种不同结构的蒽醌类羧酸混合组成，其中紫胶色酸A占85%，其他组分含量相对较少^[3]，其主要结构为本课题研究对象，如图1-1所示。紫胶红色素是紫胶虫的新陈代谢产物，其成分主要存在于紫胶虫体内，因溶于水而可以通过水洗加工被提取。

图1-1 紫胶基础结构

紫胶红色素产品为鲜红色或紫红色粉末，溶解度不高，微溶于水、乙醇和丙二酵。20℃时，在水中的溶解度为0.0335%、在95%乙醇中的溶解度为0.916%，其在水中的溶解度随着纯度的提高而降低。紫胶红色素色调呈橙红至紫红，其色调对环境pH的变化十分敏感，pH值小于4.0时，呈橙黄色；pH值为4.0~5.0时，呈鲜红色；pH值大于6.0时，呈紫红色；当强碱pH值大于12时褪色。在酸性条件下，紫胶红的光稳定性和热稳定性良好，但在碱性条件下紫胶红所受影响很大。对维生素C稳定，几乎不褪色。易受金属离子影响，应尽量避免与金属离子特别是铁离子接触，铁离子含量在6~10μg/g以上，就能使紫胶红色素变黑。紫胶红着色性能随pH变化而变化，在酸性条件下着色性能较好，越接近中性着色性越差。紫胶红是我国允许用于食品添加剂的天然色素，最适用于不含蛋白质、淀粉的饮料、糕点面类、糖果及果冻类等。其理化性质稳定，是一种优良着色剂，可应用于食品、化妆品、医药及纺织品^[3]。

1.2 媒染剂概述

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