活性染料对牛奶蛋白纤维的染色性能研究 【学术类】 2008-12-03

                  活性染料对牛奶蛋白纤维的染色性能研究
   

马 晶 张建英 张建波 朱平
    (1.青岛大学纤维新材料及现代纺织国家重点实验室培育基地,山东青岛 266071;2.太原理工大学轻纺美院,山西太原 030024)
    摘要:采用活性染料对牛奶蛋白纤维进行染色,讨论了染液pH值、染色温度、染色时间、碱剂和元明粉用量对上染百分率的影响。实验结果表明,X型、中温型、K型活性染料对牛奶蛋白纤维的最佳染色工艺为:染液pH值4~5,染色时间60 min,染色温度分别为40、90、60℃,小苏打10~20 g/L。加入碱剂固色,皂洗牢度可由3~4级提高到4级,小苏打的固色效果比碳酸钠好。
    关键词:活性染料;牛奶蛋白纤维;染色性能;上染百分率
    中图分类号:TS193·5 文献标识码:A 文章编号:1003-1456(2008)07-0015-05
    牛奶蛋白纤维是一种再生的乳酪蛋白纤维。集天然纤维(棉、麻、毛、蚕丝)和化学纤维的优点于一体,具有羊绒般柔软的手感,真丝般滑爽的质感,人造丝般亮丽的光泽,加上自身含有多种人体所需的氨基酸蛋白质和保湿因子,表现出亲肤、养肤、吸湿、透气、营养保健的功能。
    牛奶蛋白纤维中含有羟基、氨基、羧基等极性基团,可采用活性染料色。而活性染料又分为X型、中温型、K型,本文就不同类型的活性染料染色工艺参数对牛奶蛋白纤维染色性能的影响做较为系统的分析和探讨。
    1 实验部分
    1·1 材料及药品
    材料:牛奶蛋白纤维,山西恒天纺织新纤维科技有限公司。
    药品:活性红X-3R,活性黄X-R,活性蓝X-BR;日本住友活性黄Y3Rr,活性红R3BJ,活性蓝BBRr;活性红K-2G,活性黄K-GR,活性蓝K-4G;毛用活性染料;硫酸、碳酸钠、小苏打(均为化学纯),醋酸、氢氧化钠、磷酸三钠、元明粉(均为分析纯)。
    1·2 方法
    耐酸碱性:配制50 mL不同浓度的硫酸、碳酸钠、小苏打、氢氧化钠、磷酸三钠溶液,按浴比1∶50加入牛奶蛋白纤维,在不同温度条件下,浸入1 h,观
    察现象。
    染色工艺:染料用量2%(owf),浴比1∶50。用醋酸或硫酸调节染浴至一定的pH值,室温入染,采用水浴锅升温至40~100℃,染色30~70 min。
    1·3 性能测试
    1·3·1 上染百分率
    用紫外分光光度计在最大吸收波长处分别测定染色前后染浴的吸光度,计算上染百分率。上染百分率(%)=(1-A1/A0)*100式中:A0———原液吸光度;A1———染色后残液的吸光度。
    1·3·2 皂洗牢度测试
    配制5 g/L肥皂液,浴比1∶50,40℃,洗30 min,用色牢度灰卡进行评级。
    2 结果与讨论
    2·1 pH值的影响
    2·1·1 牛奶蛋白纤维的耐酸碱性
    为了确定适合牛奶蛋白纤维染色的pH值范围,首先探讨牛奶蛋白纤维的耐酸、耐碱性。结果如表1所示。
    从表1可知,牛奶蛋白纤维在氢氧化钠溶液中很容易变色,且随浓度的增加,颜色不断加深,从黄色到橙红色,在100℃、70 g/L氢氧化钠溶液中,牛奶蛋白纤维会发生部分溶解。磷酸三钠对牛奶蛋白纤维的影响也较大,在浓度低、温度高时纤维会发黄;浓度高、温度高时,纤维发黄更加严重。碳酸钠及小苏打对纤维的影响相对小些。
    由表1各组实验可知:牛奶蛋白纤维的耐酸性很好,而耐碱性较差。
    2·1·2 对上染百分率的影响
    由于牛奶蛋白纤维耐酸性很好,因此选定染色pH值范围为2~7进行研究。染色工艺:X型染料常温染色60 min;日本住友染料40℃入染,60℃保温,染色60 min。K型染料室温入染,90℃染色60 min。pH值对各类活性染料(X型、中温型、K型)上染牛奶蛋白纤维的影响如表2所示。
    由表2可看出,在pH值2~5范围内,上染百分率随染浴pH值升高而增加,在pH值4~7范围内,随染浴pH值降低而增加。牛奶蛋白纤维中含有一定量的蛋白质组分,具有与羊毛、蚕丝类似的化学性质,因此,在pH值4~7范围内,当溶液中氢离子数目增加时,牛奶蛋白纤维所含的氨基正离子数目增加,通过库仑力结合的染料数量就增加。但当pH值降低至4,此时上染百分率反而随pH值降低而减少,这可能是由于pH值小于4时,染液中大量残余H+与染料阴离子结合,使染料所带负电荷数减少,屏蔽了部分染料的上染,导致上染百分率有所下降。因此,染液pH值控制在4~5为宜。
    2·2 温度的影响
    按照上面讨论的各染料最佳pH值,室温入染,从室温到100℃升温,染色60 min。不同染色温度对染料上染百分率的影响结果见表3
    由表3可看出,3种染料随温度升高,上染百分率均提高。这是因为牛奶蛋白纤维皮层结构紧密,微隙小,染料难以通过。低温染色时,染料分子很难通过扩散进入到纤维皮层;较高的染色温度可以促进牛奶蛋白纤维表面皮层软化膨润,促进活性染料的吸附、渗透与扩散,提高染料的上染率。X型活性染料在40℃后随温度升高上染百分率增大幅度较小,因此选择40℃比较合适,这与染料的性质相对应。中温型活性染料R3BJ在60℃时上染百分率已很高,温度继续升高上染百分率有较小幅度的提高,考虑到染料的性质和节省能源,选择60℃为佳。随着染色温度升高,K型活性染料上染百分率逐步提高。当温度达到90℃时,上染百分率已较高,继续升高温度,上染百分率虽有提高,但幅度不大。王伟华等人曾用差示扫描量热器分析牛奶蛋白纤维发现:在92·70℃时,纤维有一个大的分解峰。因此,为减少纤维的损伤,K型活性染料对牛奶蛋白纤维的染色温度以控制在90℃为佳。
    2·3 时间的影响
    按上面讨论的每种类型染料的最佳工艺进行实验,染色时间对上染百分率的影响结果见表4。
    由表4可看出,各类染料很容易上染牛奶蛋白纤维,上染速率较快,染色40 min已基本达到上染平衡。上染时间超过60 min之后,上染百分率基本不再升高,而长时间的染色会对纤维造成损伤,故最佳染色时间确定为60 min。
    2·4 盐的影响
    纤维室温入染,染色开始时加入元明粉,按照活性红R3BJ、活性红K-2G的最佳染色工艺染色,实验结果见图1、2。
    由图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,说明盐在染色中有缓染作用。因为染料对牛奶蛋白纤维的初染率很高,容易染花,因此染色时可加入元明粉来提高匀染效果,但元明粉的用量需要控制,因为盐的用量增加,染料的最高上染百分率也随之下降。
    2·5 其他染料的染色效果
    为了了解其他活性染料的染色情况,按照不同类型染料的最佳工艺,在没有加元明粉的情况下实验结果见表5
    由表5可看出,这些染料的染色情况与前面实验结果是一致的,X型染料上染百分率很低,中温型日本住友染料、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较高,在70%以上。从皂洗牢度来看,在没有碱固色的情况下,活性染料对牛奶蛋白纤维的染色牢度不是很好。
    2·6 碱剂的影响
    尽管牛奶蛋白纤维耐碱性较差,但针对活性染料的情况,选择碱性较弱的小苏打和碳酸钠分别对染料进行固色。染色工艺如下:染色pH值4~5、时间30 min、固色30 min。其中:X型染料常温染色,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,直接往染色残液里加小苏打或碳酸钠固色;
    方法2:先用氢氧化钠溶液(0·003 g/L, pH值11)调染色残液pH值至中性,再加碱固色30 min。结果见表6、7。
    实验中发现,染色30 min后,直接往染色残液中加入小苏打会有大量气泡放出,这是因为小苏打与染浴中的酸发生了反应,所以采用方法2进行固色,而且方法2的上染百分率要高些,这主要是碱剂用量相对增加的缘故。
    从表6可看出,加入小苏打后,各染料的上染百分率均下降,可能是因为加入碱剂后染液的pH值增大到中性或碱性,使牛奶蛋白纤维上通过离子键结合的部分染料发生水解,又重新解吸到染浴中。小苏打的用量增加,碱性增强,上染百分率也有所增加,但增加幅度不大,这可能是解析下来的染料又重新与纤维发生反应,以共价键的形式结合。经过固色后,染色的皂洗牢度普遍提高半级。
    由于X型染料的染色效果较差,因此在碳酸钠固色实验中,主要讨论其他2种类型活性染料的染色情况。从表7数据来看,中温型染料固色结果比K型染料好;表6与表7数据相比,碳酸钠比小苏打固色的上染百分率要低。这可能是由于纤维不耐碱引起的,K型染料固色温度高,在碱性较强的情况下,有可能使纤维内部变得更加疏松,染料更易解吸下来,因为前面的实验已证实纤维在高温时耐碱性较差,且王伟华等人的热分析结果也说明该纤维不耐高温。另外,实验中还发现,K型染料在90℃加入碳酸钠固色时,染液变得混浊,很多染料从纤维上解离下来,而羊毛染色时无此现象。
    2·7 染色透染性
    为了了解活性染料对牛奶蛋白纤维的染色透染性,用哈氏切片器对活性红K-2G染色后的纤维进行切片,在显微镜(JNOEC XS-212-103)下观察其横截面,总体上看,透染性比较好。
    3 结论
    ①牛奶蛋白纤维采用活性染料染色时,染液pH值、染色温度、碱剂和元明粉等用量对纤维染色性能有很大影响。
    ②X型、中温型、K型活性染料染牛奶蛋白纤维的最佳染色工艺:染液pH值4~5,染色时间60 min,染色温度分别为40,60,90℃。
    ③活性染料染牛奶蛋白纤维时,加入元明粉起缓染作用,染色皂洗牢度在3级左右。若加碱固色,牢度会有所提高,但上染百分率减少幅度较大。
    ④小苏打固色效果比碳酸钠要好。
    参考文献:
    [ 1 ] 黄俊鹏,刘长伴.一种新型环保纺织材料:牛奶蛋白纤维[J].新纺织,2005(9):18-20.
    [ 2 ] 郑宁,程隆棣.牛奶蛋白纤维的特性、应用和定性检测[J].上海纺织科技,2006,34(6),57-58.
    [ 3 ] 沈加加,陈维国,王俊芬. Lanaset染料在牛奶蛋白纤维上的染色性能[J].印染,2007(6):18-19.
    [ 4 ] 王伟华,陆维民,董建华,等.牛奶纤维的特性、应用和成分检测[J].中国纤检,2004,22 (6),25-27.

来源：中华印染网