活性染料對(duì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(duì)牛奶蛋白纖維進(jìn)行染色,討論了染液pH值、染色溫度、染色時(shí)間、堿劑和元明粉用量對(duì)上染百分率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,X型、中溫型、K型活性染料對(duì)牛奶蛋白纖維的最佳染色工藝為:染液pH值4~5,染色時(shí)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(jí)提高到4級(jí),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(diǎn)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(yíng)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(tuán),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(duì)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(shí)驗(yàn)部分
1·1 材料及藥品
1 實(shí)驗(yàn)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(lán)X-BR;日本住友活性黃Y3Rr,活性紅R3BJ,活性藍(lán)BBRr;活性紅K-2G,活性黃K-GR,活性藍(lán)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(cè)試
1·3·1 上染百分率
1·3 性能測(cè)試
1·3·1 上染百分率
用紫外分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)處分別測(cè)定染色前后染浴的吸光度,計(jì)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(cè)試
1·3·2 皂洗牢度測(cè)試
配制5 g/L肥皂液,浴比1∶50,40℃,洗30 min,用色牢度灰卡進(jìn)行評(píng)級(jí)。
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(huì)發(fā)生部分溶解。磷酸三鈉對(duì)牛奶蛋白纖維的影響也較大,在濃度低、溫度高時(shí)纖維會(huì)發(fā)黃;濃度高、溫度高時(shí),纖維發(fā)黃更加嚴(yán)重。碳酸鈉及小蘇打?qū)w維的影響相對(duì)小些。
由表1各組實(shí)驗(yàn)可知:牛奶蛋白纖維的耐酸性很好,而耐堿性較差。
2·1·2 對(duì)上染百分率的影響
2·1·2 對(duì)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(jìn)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(duì)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(shí),牛奶蛋白纖維所含的氨基正離子數(shù)目增加,通過(guò)庫(kù)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(shí)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(shí),染液中大量殘余H+與染料陰離子結(jié)合,使染料所帶負(fù)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(duì)染料上染百分率的影響結(jié)果見(jiàn)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?yàn)榕Ｄ痰鞍桌w維皮層結(jié)構(gòu)緊密,微隙小,染料難以通過(guò)。低溫染色時(shí),染料分子很難通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入到纖維皮層;較高的染色溫度可以促進(jìn)牛奶蛋白纖維表面皮層軟化膨潤(rùn),促進(jìn)活性染料的吸附、滲透與擴(kuò)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(duì)應(yīng)。中溫型活性染料R3BJ在60℃時(shí)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(dá)到90℃時(shí),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(shí),纖維有一個(gè)大的分解峰。因此,為減少纖維的損傷,K型活性染料對(duì)牛奶蛋白纖維的染色溫度以控制在90℃為佳.
2·3 時(shí)間的影響
按上面討論的每種類型染料的最佳工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn),染色時(shí)間對(duì)上染百分率的影響結(jié)果見(jiàn)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(dá)到上染平衡。上染時(shí)間超過(guò)60 min之后,上染百分率基本不再升高,而長(zhǎng)時(shí)間的染色會(huì)對(duì)纖維造成損傷,故最佳染色時(shí)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(kāi)始時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shuō)明鹽在染色中有緩染作用。因?yàn)槿玖蠈?duì)牛奶蛋白纖維的初染率很高,容易染花,因此染色時(shí)可加入元明粉來(lái)提高勻染效果,但元明粉的用量需要控制,因?yàn)辂}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(méi)有加元明粉的情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5
由表5可看出,這些染料的染色情況與前面實(shí)驗(yàn)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(lái)看,在沒(méi)有堿固色的情況下,活性染料對(duì)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(duì)活性染料的情況,選擇堿性較弱的小蘇打和碳酸鈉分別對(duì)染料進(jìn)行固色。染色工藝如下:染色pH值4~5、時(shí)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(jiàn)表6、7。
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實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),染色30 min后,直接往染色殘液中加入小蘇打會(huì)有大量氣泡放出,這是因?yàn)樾√K打與染浴中的酸發(fā)生了反應(yīng),所以采用方法2進(jìn)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(duì)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?yàn)榧尤雺A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(guò)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(qiáng),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(lái)的染料又重新與纖維發(fā)生反應(yīng),以共價(jià)鍵的形式結(jié)合。經(jīng)過(guò)固色后,染色的皂洗牢度普遍提高半級(jí)。
由于X型染料的染色效果較差,因此在碳酸鈉固色實(shí)驗(yàn)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(lái)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(qiáng)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(lái),因?yàn)榍懊娴膶?shí)驗(yàn)已證實(shí)纖維在高溫時(shí)耐堿性較差,且王偉華等人的熱分析結(jié)果也說(shuō)明該纖維不耐高溫。另外,實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),K型染料在90℃加入碳酸鈉固色時(shí),染液變得混濁,很多染料從纖維上解離下來(lái),而羊毛染色時(shí)無(wú)此現(xiàn)象。
2·7 染色透染性
為了了解活性染料對(duì)牛奶蛋白纖維的染色透染性,用哈氏切片器對(duì)活性紅K-2G染色后的纖維進(jìn)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(shí),染液pH值、染色溫度、堿劑和元明粉等用量對(duì)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(shí)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(shí),加入元明粉起緩染作用,染色皂洗牢度在3級(jí)左右。若加堿固色,牢度會(huì)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。
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