活性染料對牛奶蛋白纖維的染色性能研究
2008/12/3 14:19:36 編輯：Yanchao馬晶 張建英 張建波 朱平
(1.青島大學(xué)纖維新材料及現(xiàn)代紡織國家重點實驗室培育基地,山東青島 266071;2.太原理工大學(xué)輕紡美院,山西太原 030024)
摘要:采用活性染料對牛奶蛋白纖維進行染色,討論了染液pH值、染色溫度、染色時間、堿劑和元明粉用量對上染百分率的影響。實驗結(jié)果表明,X型、中溫型、K型活性染料對牛奶蛋白纖維的最佳染色工藝為:染液pH值4~5,染色時間60 min,染色溫度分別為40、90、60℃,小蘇打10~20 g/L。加入堿劑固色,皂洗牢度可由3~4級提高到4級,小蘇打的固色效果比碳酸鈉好。
牛奶蛋白纖維是一種再生的乳酪蛋白纖維。集天然纖維(棉、麻、毛、蠶絲)和化學(xué)纖維的優(yōu)點于一體,具有羊絨般柔軟的手感,真絲般滑爽的質(zhì)感,人造絲般亮麗的光澤,加上自身含有多種人體所需的氨基酸蛋白質(zhì)和保濕因子,表現(xiàn)出親膚、養(yǎng)膚、吸濕、透氣、營養(yǎng)保健的功能。
牛奶蛋白纖維中含有羥基、氨基、羧基等極性基團,可采用活性染料色。而活性染料又分為X型、中溫型、K型,本文就不同類型的活性染料染色工藝參數(shù)對牛奶蛋白纖維染色性能的影響做較為系統(tǒng)的分析和探討。
1 實驗部分
1·1 材料及藥品
1 實驗部分
1·1 材料及藥品
材料:牛奶蛋白纖維,山西恒天紡織新纖維科技有限公司。
藥品:活性紅X-3R,活性黃X-R,活性藍X-BR;日本住友活性黃Y3Rr,活性紅R3BJ,活性藍BBRr;活性紅K-2G,活性黃K-GR,活性藍K-4G;毛用活性染料;硫酸、碳酸鈉、小蘇打(均為化學(xué)純),醋酸、氫氧化鈉、磷酸三鈉、元明粉(均為分析純)。
1·2 方法
耐酸堿性:配制50 mL不同濃度的硫酸、碳酸鈉、小蘇打、氫氧化鈉、磷酸三鈉溶液,按浴比1∶50加入牛奶蛋白纖維,在不同溫度條件下,浸入1 h,觀察現(xiàn)象。
1·2 方法
耐酸堿性:配制50 mL不同濃度的硫酸、碳酸鈉、小蘇打、氫氧化鈉、磷酸三鈉溶液,按浴比1∶50加入牛奶蛋白纖維,在不同溫度條件下,浸入1 h,觀察現(xiàn)象。
染色工藝:染料用量2%(owf),浴比1∶50。用醋酸或硫酸調(diào)節(jié)染浴至一定的pH值,室溫入染,采用水浴鍋升溫至40~100℃,染色30~70 min。
1·3 性能測試
1·3·1 上染百分率
1·3 性能測試
1·3·1 上染百分率
用紫外分光光度計在最大吸收波長處分別測定染色前后染浴的吸光度,計算上染百分率。上染百分率(%)=(1-A1/A0)×100式中:A0———原液吸光度;A1———染色后殘液的吸光度。
1·3·2 皂洗牢度測試
1·3·2 皂洗牢度測試
配制5 g/L肥皂液,浴比1∶50,40℃,洗30 min,用色牢度灰卡進行評級。
2 結(jié)果與討論
2·1 pH值的影響
2·1·1 牛奶蛋白纖維的耐酸堿性
2 結(jié)果與討論
2·1 pH值的影響
2·1·1 牛奶蛋白纖維的耐酸堿性
為了確定適合牛奶蛋白纖維染色的pH值范圍,首先探討牛奶蛋白纖維的耐酸、耐堿性。結(jié)果如表1所示。
從表1可知,牛奶蛋白纖維在氫氧化鈉溶液中很容易變色,且隨濃度的增加,顏色不斷加深,從黃色到橙紅色,在100℃、70 g/L氫氧化鈉溶液中,牛奶蛋白纖維會發(fā)生部分溶解。磷酸三鈉對牛奶蛋白纖維的影響也較大,在濃度低、溫度高時纖維會發(fā)黃;濃度高、溫度高時,纖維發(fā)黃更加嚴重。碳酸鈉及小蘇打?qū)w維的影響相對小些。
由表1各組實驗可知:牛奶蛋白纖維的耐酸性很好,而耐堿性較差。
2·1·2 對上染百分率的影響
2·1·2 對上染百分率的影響
由于牛奶蛋白纖維耐酸性很好,因此選定染色pH值范圍為2~7進行研究。染色工藝:X型染料常溫染色60 min;日本住友染料40℃入染,60℃保溫,染色60 min。K型染料室溫入染,90℃染色60 min。pH值對各類活性染料(X型、中溫型、K型)上染牛奶蛋白纖維的影響如表2所示。
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由表2可看出,在pH值2~5范圍內(nèi),上染百分率隨染浴pH值升高而增加,在pH值4~7范圍內(nèi),隨染浴pH值降低而增加。牛奶蛋白纖維中含有一定量的蛋白質(zhì)組分,具有與羊毛、蠶絲類似的化學(xué)性質(zhì),因此,在pH值4~7范圍內(nèi),當(dāng)溶液中氫離子數(shù)目增加時,牛奶蛋白纖維所含的氨基正離子數(shù)目增加,通過庫侖力結(jié)合的染料數(shù)量就增加。但當(dāng)pH值降低至4,此時上染百分率反而隨pH值降低而減少,這可能是由于pH值小于4時,染液中大量殘余H+與染料陰離子結(jié)合,使染料所帶負電荷數(shù)減少,屏蔽了部分染料的上染,導(dǎo)致上染百分率有所下降。因此,染液pH值控制在4~5為宜。
2·2 溫度的影響
按照上面討論的各染料最佳pH值,室溫入染,從室溫到100℃升溫,染色60 min。不同染色溫度對染料上染百分率的影響結(jié)果見表3
由表3可看出,3種染料隨溫度升高,上染百分率均提高。這是因為牛奶蛋白纖維皮層結(jié)構(gòu)緊密,微隙小,染料難以通過。低溫染色時,染料分子很難通過擴散進入到纖維皮層;較高的染色溫度可以促進牛奶蛋白纖維表面皮層軟化膨潤,促進活性染料的吸附、滲透與擴散,提高染料的上染率。X型活性染料在40℃后隨溫度升高上染百分率增大幅度較小,因此選擇40℃比較合適,這與染料的性質(zhì)相對應(yīng)。中溫型活性染料R3BJ在60℃時上染百分率已很高,溫度繼續(xù)升高上染百分率有較小幅度的提高,考慮到染料的性質(zhì)和節(jié)省能源,選擇60℃為佳。隨著染色溫度升高,K型活性染料上染百分率逐步提高。當(dāng)溫度達到90℃時,上染百分率已較高,繼續(xù)升高溫度,上染百分率雖有提高,但幅度不大。王偉華等人曾用差示掃描量熱器分析牛奶蛋白纖維發(fā)現(xiàn):在92·70℃時,纖維有一個大的分解峰。因此,為減少纖維的損傷,K型活性染料對牛奶蛋白纖維的染色溫度以控制在90℃為佳.
2·3 時間的影響
按上面討論的每種類型染料的最佳工藝進行實驗,染色時間對上染百分率的影響結(jié)果見表4.
由表4可看出,各類染料很容易上染牛奶蛋白纖維,上染速率較快,染色40 min已基本達到上染平衡。上染時間超過60 min之后,上染百分率基本不再升高,而長時間的染色會對纖維造成損傷,故最佳染色時間確定為60 min。
2·4 鹽的影響
2·4 鹽的影響
纖維室溫入染,染色開始時加入元明粉,按照活性紅R3BJ、活性紅K-2G的最佳染色工藝染色,
實驗結(jié)果見圖1、2。
由圖1、2可知,加入元明粉后,染料的最高上染百分率、初染率均下降,說明鹽在染色中有緩染作用。因為染料對牛奶蛋白纖維的初染率很高,容易染花,因此染色時可加入元明粉來提高勻染效果,但元明粉的用量需要控制,因為鹽的用量增加,染料的最高上染百分率也隨之下降。
2·5 其他染料的染色效果
為了了解其他活性染料的染色情況,按照不同類型染料的最佳工藝,在沒有加元明粉的情況下實驗結(jié)果見表5
由表5可看出,這些染料的染色情況與前面實驗結(jié)果是一致的,X型染料上染百分率很低,中溫型日本住友染料、K型染料的上染百分率都很高,毛用活性染料的上染百分率也較高,在70%以上。從皂洗牢度來看,在沒有堿固色的情況下,活性染料對牛奶蛋白纖維的染色牢度不是很好。
2·6 堿劑的影響
盡管牛奶蛋白纖維耐堿性較差,但針對活性染料的情況,選擇堿性較弱的小蘇打和碳酸鈉分別對染料進行固色。染色工藝如下:染色pH值4~5、時間30 min、固色30 min。其中:X型染料常溫染色,40℃固色;日本住友染料60℃染色、固色;K型染料90℃染色、固色。
固色方法1:染色30 min后,直接往染色殘液里加小蘇打或碳酸鈉固色;
方法2:先用氫氧化鈉溶液(0·003 g/L, pH值11)調(diào)染色殘液pH值至中性,再加堿固色30 min。結(jié)果見表6、7。
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實驗中發(fā)現(xiàn),染色30 min后,直接往染色殘液中加入小蘇打會有大量氣泡放出,這是因為小蘇打與染浴中的酸發(fā)生了反應(yīng),所以采用方法2進行固色,而且方法2的上染百分率要高些,這主要是堿劑用量相對增加的緣故。
從表6可看出,加入小蘇打后,各染料的上染百分率均下降,可能是因為加入堿劑后染液的pH值增大到中性或堿性,使牛奶蛋白纖維上通過離子鍵結(jié)合的部分染料發(fā)生水解,又重新解吸到染浴中。小蘇打的用量增加,堿性增強,上染百分率也有所增加,但增加幅度不大,這可能是解析下來的染料又重新與纖維發(fā)生反應(yīng),以共價鍵的形式結(jié)合。經(jīng)過固色后,染色的皂洗牢度普遍提高半級。
由于X型染料的染色效果較差,因此在碳酸鈉固色實驗中,主要討論其他2種類型活性染料的染色情況。從表7數(shù)據(jù)來看,中溫型染料固色結(jié)果比K型染料好;表6與表7數(shù)據(jù)相比,碳酸鈉比小蘇打固色的上染百分率要低。這可能是由于纖維不耐堿引起的,K型染料固色溫度高,在堿性較強的情況下,有可能使纖維內(nèi)部變得更加疏松,染料更易解吸下來,因為前面的實驗已證實纖維在高溫時耐堿性較差,且王偉華等人的熱分析結(jié)果也說明該纖維不耐高溫。另外,實驗中還發(fā)現(xiàn),K型染料在90℃加入碳酸鈉固色時,染液變得混濁,很多染料從纖維上解離下來,而羊毛染色時無此現(xiàn)象。
2·7 染色透染性
為了了解活性染料對牛奶蛋白纖維的染色透染性,用哈氏切片器對活性紅K-2G染色后的纖維進行切片,在顯微鏡(JNOEC XS-212-103)下觀察其橫截面,總體上看,透染性比較好。
3 結(jié)論
① 牛奶蛋白纖維采用活性染料染色時,染液pH值、染色溫度、堿劑和元明粉等用量對纖維染色性能有很大影響。
② X型、中溫型、K型活性染料染牛奶蛋白纖維的最佳染色工藝:染液pH值4~5,染色時間60 min,染色溫度分別為40,60,90℃。
③ 活性染料染牛奶蛋白纖維時,加入元明粉起緩染作用,染色皂洗牢度在3級左右。若加堿固色,牢度會有所提高,但上染百分率減少幅度較大。
④ 小蘇打固色效果比碳酸鈉要好。
參考文獻:
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