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稀土在植物染料染色中的媒染應用研究

來源:印染在線 發(fā)布時間:2009年08月13日

在科技日益發(fā)展、物質生活不斷豐富的今天,人們對衣、食、住、行的要求不斷提高.人們追求衣著美觀舒適,更注重保健功能.合成染料一方面對皮膚有刺激性,引起皮膚病變;另一方面在生產過程中對環(huán)境產生大量污染[1].因此,天然染料以其獨特的無毒、無害、無污染而倍受關注.歐洲、北美、東南亞、日本等地區(qū)和國家先后對天然植物染料進行研究和開發(fā),并取得了一定成果[3-4].本研究分析了植物染料的結構,將其制成染液并對苧麻織物進行染色,對稀土的媒染機理也進行了深入地研究.

1實驗部分1.1材料1.1.1織物苧麻平布21s×21s(半成品)1.1.2藥品 氫氧化鈉,檸檬酸,醋酸,混合氯化稀土,富鑭氯化稀土,乳化劑,土耳其紅油,各類金屬鹽,無水乙醇(95%),蘇木,檳榔,黃蓮,梔子.1.1.3分析儀器 分析天平,721型分光光度計,酸度計,WSF顏色測試系統(tǒng),恒溫電熱水浴鍋,萃取分離器,皂洗牢度儀,Y571-B型摩擦牢度儀,電動小軋車,乳化攪拌器.1.2色素提取1.2.1乙醇浸漬法提取染液 準確稱?。担埃缰参锶玖希瑩v碎放入密閉容器中,倒入250ml95%的乙醇,浸漬24h后將浸液倒出,再倒入同樣量的乙醇浸漬6h,重復2次后,將收集的浸漬液混合過濾濃縮至50ml為止.1.2.2水煮法提取染液 準確稱取150g植物染料,搗碎放入燒杯中,加入800ml水,浸漬24h后煮沸濃縮至100ml液體時倒出,重復2次,將收集的浸漬液混合過濾后濃縮至50ml為止.本實驗采用水煮法.1.3染色 染色時染液以提取物為純染液計,用量為10%,另用稀土-檸檬酸絡合物作媒染劑,按直接染料染色方法進行常規(guī)染色.1.3.1預媒法染色 將潤濕的織物放入含媒染劑的溶液中處理20min后取出,再投入含天然植物染液的染浴中沸染30~60min,取出后處理,測試各項指標.1.3.2同浴法染色 將潤濕的織物放入含媒染劑和天然植物染

液的染浴中沸染30~60min,取出后處理,測試各項指標.1.3.3后預媒法染色 將潤濕的織物放入含天然植物染液的染浴中沸染30min,然后降溫至70℃,加入媒染劑再升溫至沸,染色30min,取出后處理,測試各項指標.

2結果與討論2.1媒染劑與生態(tài)加工 植物染料的應用已有悠久的歷史,但大多數植物染料對纖維的親和力低,必須借助媒染劑才能固著在纖維上,完成對織物的染色[2].在傳統(tǒng)的媒染工藝中,常用的媒染劑大多為重金屬離子,如銅、鐵、鉻、鋁等,隨著合成染料中的部分品種受到禁用,紡織品中的重金屬離子含量也受到限制.為此,選用新的媒染劑取代傳統(tǒng)的重金屬離子,已是目前發(fā)展的紡織品生態(tài)加工的重要內容,因此,在植物染料的染色工藝中,選用無污染、用量低的稀土氯化物作為植物染料對苧麻纖維染色的媒染劑,既可滿足生產綠色環(huán)保紡織品所需要的牢度要求,又可避免傳統(tǒng)媒染劑對環(huán)境所帶來的污染,由此可見,采用稀土氯化物在植物染料染色中作為媒染劑應用具有較大的實際價值.2.2媒染原理 用稀土元素作為媒染劑對織物進行媒染染色是植物染料-稀土-織物三者形成穩(wěn)定絡合物的過程.稀土離子起絡合作用,它作為中心離子與作為配位體的帶負電的染料陰離子絡合[3].稀土離子的電子結構為(n-1)d1nS2,可以失去3個電子,原子半徑比其他過渡元素大.在其周圍可容納較多的配位體,配位數多為6,具有形成絡合物的強烈傾向.稀土離子通過靜電引力與有機配位體形成配位鍵,而稀土離子與含羧基的檸檬酸形成的絡合物中,顯示部分共價特性,起著多價配位作用.稀土與植物染料形成的絡合物的穩(wěn)定性大致與檸檬酸相同.另從食鹽與稀土的對比實驗中發(fā)現,稀土除具有較強的絡合配位作用外,還具有類電解質作用,并與食鹽的促染存在加和性.當在植物染料染色過程中加入稀土化合物后,由于稀土離子的電子性質使其產生“類電解質”作用而迅速降低纖維表面的Ze

ta電位,進而靠近纖維表面被纖維表面吸附,形成吸引力更強的“新染座”.纖維素纖維經前處理后,其表面具有10×10-10~48×10-10m大小不等的空穴,而稀土離子的半徑僅在2×10-10m以下,故可優(yōu)先于植物染料分子進入纖維的非晶區(qū)甚至結晶區(qū)邊緣,并借助締合水分子的進入導致纖維膨化溶脹.再借助其中心離子的絡合作用,與植物染料分子所含有的氨基、羥基、羧基、磺酸基等配位體以及纖維素大分子所含羥基形成復雜的多元絡合,從而獲得植物染料染色牢度的提高.進一步的研究認為稀土離子與植物染料所形成的多元絡合體系之間的相互合作,使絡合物共軛體系兩端含孤對電子基團離解而產生絡合體系之間的電子飄移,導致染料與稀土離子的絡合物產生超靈敏躍遷作用,從而改變了染料的特征吸收光譜,使植物染料在染色體系中能夠抗擊溶液pH波動而產生的色光變化,保持其染色織物色光的相對穩(wěn)定,因此,在植物染料染色中,選用稀土作媒染劑,植物染料-稀土-纖維之間相互作用形成了穩(wěn)定的三元或多元絡合物,從而獲得較好的上染效果.2.3媒染方法選擇 由表1可見,采用后媒染色法效果最好,得色最深,上染率最高,故本研究采用后媒染色法.2.4染料提取液最大吸收波長 由表2可見,提取色素方法不同,所得染料提取液的最大吸收波長不同,即色素的色光不同,這是因為色素成分在水與乙醇中的溶解度不同所致.2.5最佳染色條件2.5.1溫度、時間對上染率的影響 由圖1、圖2、圖3和圖4可見,升高反應溫度,染料的溶解度增加,纖維膨脹加劇,染料在苧麻織物上的色澤加深,上染率高.蘇木、檳榔、黃蓮、梔子在90℃時上染率較高.90℃時,上染時間超過60min后,上染率幾乎不改變.因此,選擇反應溫度90℃、上染時間60min為宜.2.5.2pH值上染率的影響 由圖5可見,pH值對蘇木、檳榔影響較大,而對黃蓮、梔子
影響較?。K木、檳榔、黃蓮、梔子染色的最佳pH值分別為7、8、8、7.2.5.3稀土用量對上染率的影響 由圖6可見,稀土加入后能提高染料的上染率.這是因為稀土離子的外圍電子特殊構形使得它極易與含孤對電子的基團形成絡合物,在上染時形成植物染料-稀土-纖維的絡合結構,從而增加了染料的上染率,但是,當稀土濃度達到一個定值以上時,上染率基本保持不變,可見植物-稀土-纖維之間的結合由一定的絡合比,因而可達到一個飽和值.實驗證明,蘇木、檳榔、黃蓮、梔子的最佳稀土用量分別為0.5、0.8、0.4、1.0g/L.2.6染色織物牢度測試2.6.1pH對稀土媒染織物色光穩(wěn)定性的影響 由表3可見,蘇木、檳榔、黃蓮、梔子的稀土染色織物對pH值有較高的色光穩(wěn)定性,這對拓展稀土媒染劑在植物染料染色中的應用有十分重要的意義.2.6.2染色織物對皂洗的穩(wěn)定性 表4可見,加入稀土后,能提高織物染料的染色牢度,尤其以梔子加入稀土后染色牢度提高最大.

3結論3.1植物染料的色素提取即可用水煮法,也可用乙醇萃取法.3.2用稀土作為媒染劑,能提高染料的上染率,改善染色牢度.3.3苧麻一次性上染率較差,故采用多次媒染方式3.4本研究對棉、真絲、毛進行了實驗,植物染料同樣可用于這類纖維織物的染色.3.5用稀土作為天然植物染料的媒染劑,在綠色產品的開發(fā)應用中有廣闊的市場.


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