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單活性基活性染料在蠶絲織物的染色性能研究

來源:印染在線 發(fā)布時間:2010年04月28日
王海峰 楊靜新 張瑞萍(南通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇 南通 226007)活性染料在印染行業(yè)中已經(jīng)有著幾十年的應(yīng)用歷史,主要用于纖維素纖維的染色和印花,對真絲織物的染色起步較晚,應(yīng)用還不是很成熟。目前染色和印花絲產(chǎn)品絕大多數(shù)使用酸性和直接染料,其濕處理牢度較差。而活性染料是唯一的一類能與蠶絲纖維以共價鍵結(jié)合的反應(yīng)性染料,其共價鍵的鍵能遠(yuǎn)大于氫鍵、范德華力,因而應(yīng)用活性染料染色有望從根本上解決蠶絲織物的水洗牢度問題。本文重點研究蠶絲絲素與乙烯砜型和一氯均三嗪型活性染料的鍵合性能,優(yōu)化活性染料染蠶絲的染色工藝。1實驗1.1試驗材料及藥品 材料:真絲02雙縐,漂白全棉細(xì)布 藥品:活性艷藍(lán)K-GR等各類活性染料、平平加O 、209洗滌劑均為工業(yè)級,元明粉、NaHCO3、Na2CO3為分析純,緩沖溶液[1]自制。 儀器與設(shè)備:THZ-82恒溫振蕩器 ; 722S分光光度計; SF600 PLUS計算機測色配色儀; PB-N天平;PHS-3C精密pH計 ;電子織物強力機 YG(B)026D-250型;BGY9802A D65光源;耐摩擦色牢度試驗機1.2染色方法1.2.1染色工藝 各取1g經(jīng)過預(yù)處理的真絲02雙縐和全棉細(xì)布試樣進(jìn)行染色試驗。pH值為4.0、6.0、7.0的染液在染色前先用緩沖溶液進(jìn)行調(diào)節(jié);pH為8.5、10.0的染液則在固著時加入NaHCO3、Na2CO3調(diào)節(jié)。同時配置不同pH值的5份原液,以用于上染率的測試,并在同一水浴鍋中按照以下工藝進(jìn)行平行處理。用pH計測定染色前后各染液的pH值,比較pH值的變化。1.2.2染色配方/(g•L-1) 染料/%(o.w.f) 2Na2SO4 50 平平加O 0.5 碳酸氫鈉 5(或按試驗條件調(diào)節(jié)pH) 浴比1: 501.2.3工藝流程

<
意:1)在酸性和中性條件下染色時,緩沖溶液和染料同時加入; 2)由于是平行反應(yīng),為保證染色時間相同,在50℃、70℃染色時,在達(dá)到溫度后分別多染15和30分鐘。1.2.4后處理氨 水 1.5 g/L 凈洗劑 1 g/L 溫 度 90℃ 時 間 5 min;1.3測試方法1.3.1上染率測定 應(yīng)用UV-2102 型 Unic紫外—可見光分光光度儀,分別測定染色前染液的吸光度A0和染色后殘液的吸光度At,根據(jù)下式(1)計算染料的上染率:上染率 =(A0 –At)/A0* 100 % (1)1.3.2固著率測定[2] 應(yīng)用SF600型Datacolor 電子測色配色儀,分別測定皂煮前后染色織物的表面顏色深度(K/S)b和(K/S)a值,根據(jù)下式(2)計算染料的固著率:固著率 = (K/S)a / ( K/S)b* 100 % (2)1.3.3總固著效率測定總固著效率 = 上染率 *固著率 (3)1.3.4摩擦牢度測定按GB/T3920-1997測定1.3.5耐洗牢度測定 按GB/T3921.1-1997測定2結(jié)果與討論2.1一氯均三嗪型活性染料對蠶絲染色性能的研究 對一氯均三嗪型活性染料進(jìn)行染色試驗,活性藍(lán)K-GR對蠶絲和棉纖維的染色結(jié)果如表1所示。 分析表1數(shù)據(jù),可以看出:pH值對棉的影響比蠶絲大得多。 在酸性條件下,一氯均三嗪活性染料在棉上的上染率、固著率較低,而在蠶絲上上染率可達(dá)80%以上;在堿性條件下,蠶絲的固著率可達(dá)75%以上。對蠶絲織物而言,在pH4-10之間,均有較高的上染率,而棉上染率、固著率均較低,堿性條件下稍好于酸性。由于一氯均三嗪型活性染料的活性較弱,反應(yīng)需在堿性較強、溫度較高(pH10、90℃左右)的介質(zhì)條件下方可有較好的染色效果。 1 活性藍(lán)KGR對蠶絲和棉的染色數(shù)據(jù)
后處理

pH值

E(%)

F(%)

T(%)

70℃

4

98.0 / 27.1

11.9 / 19.6

11.7 / 5.3

6

83.9

21.9

18.4

7

81.6 / 23.4

21.1 / 14.0

17.2 / 3.3

8.5

82.4

35.7

29.4

10

80.9 / 29.3

52.4 / 23.7

42.4 / 6.9

90℃

4

98.7 / 37.1

18.9 / 9.0

18.7 / 3.3

6

91.8

33.6

30.8

7

84.2 / 30.6

39.3 / 11.1

33.1 / 3.4

8.5

88.4

79.4

70.2

10

80.9 / 31.2

86.8 / 44.6

70.3 / 13.9

注:1、數(shù)據(jù)表示-()/()=蠶絲/棉2、由于50℃條件下上染率、固著率較低,故未列出數(shù)據(jù)。 究其原因,可從蠶絲與活性染料鍵合反應(yīng)機理方面分析[3]: 由于蠶絲纖維大分子上的支鏈以及主鏈分子兩端含有自由的酸性基團(tuán)(如-COOH)和堿性基團(tuán)(如-NH2),使蛋白質(zhì)分子既像酸又像堿一樣能電離,因此蠶絲纖維具備兩性性質(zhì)。 蠶絲纖維在等電狀態(tài)時,纖維除呈現(xiàn)完全不電離的形式, 主要是分子中羧基和氨基同時離解和接受質(zhì)子的形式存在,此時纖維本身表現(xiàn)中性。 活性染料在酸性條件下(等電點以下)與蠶絲結(jié)合如下圖所示: 在酸性浴中,帶有陰電荷的活性染料可與蠶絲纖維以離子鍵發(fā)生結(jié)合,這是酸性浴中活性染料上染蠶絲纖維的主要原因。在酸性條件下仍有氨基與蠶絲纖維的共價反應(yīng),但蠶絲纖維上的氨基含量很低(0.2摩 爾 / 千 克)[4],故酸性條件下的共價鍵合有限。 在堿性浴中染色,主要是蠶絲纖維上的氨基和羥基氧負(fù)離子與染料分子
中活性基團(tuán)的親核取代(或加成)反應(yīng),以共價鍵結(jié)合。堿劑的加入有利于蠶絲纖維-NH2的存在和蠶絲纖維-OH電離成氧負(fù)離子,從而有利于染料與纖維以共價鍵結(jié)合。 而纖維分子結(jié)構(gòu)相對較單一,反應(yīng)性基團(tuán)只有羥基,且羥基須在堿性條件下才能離子化和活性染料發(fā)生共價結(jié)合,故在酸性條件下很難上染。2.2乙烯砜型活性染料對蠶絲織物的染色性能研究把活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲的染色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為pH與上染率的關(guān)系曲線,見圖1:圖1 活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲上染率與pH的關(guān)系 從圖1可知:從pH為4-10時,均有較高的上染率。pH=6時,50℃、70℃染色的上染率較pH=4時降低,這可能是由于染色pH高于蠶絲的等電點,離子鍵大大削弱,而此時的共價鍵比例也不高,故表現(xiàn)為纖維上染率降低[5]。90℃時, pH=10時上染率反而低于pH=8.5,這可能是由于在高pH值、高溫度條件下染料的水解所致[6]。 由圖2可以看出,活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲時,隨著pH值的升高,染料的固著率逐漸提高。隨著pH值的增大,蠶絲纖維除了氨基以外,其它反應(yīng)性基團(tuán)如羥基也參與共價鍵合,染料的共價固著增加;且隨著溫度提高,纖維不斷膨化產(chǎn)生孔道,染料隨之?dāng)U散進(jìn)入纖維內(nèi)部,使得固著率進(jìn)一步提高。圖2活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲固著率與pH的關(guān)系圖3 活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲總固著效率與pH的關(guān)系 由圖3可以清楚地看出,活性艷藍(lán)KN-R染蠶絲時,在50—70℃,pH9附近有較高的總固著率??偣讨适巧先韭屎凸讨实某朔e,是兩種趨勢的綜合,因為上染有一個平衡的過程。2.3織物的物理性能測試 為了研究染色后織物的物理性能的變化,對KN-R染蠶絲織物進(jìn)行如下性能測試。2.3.1斷裂強力的測試對斷裂強力的測試結(jié)果如下: 2 染色后織物的斷裂強度

溫度

原坯

50℃

70℃

90℃

pH值

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

斷裂強度/N

335

329

349

326

338

304

332

325

319

335

350

309

319

通過對染色后的織物進(jìn)行斷裂強度的測試并和原坯進(jìn)行比較,可發(fā)現(xiàn)整個染色過程對織物并沒有太大的損傷,甚至有比原坯大的強力出現(xiàn),可能是經(jīng)處理后的織物變得平整,織物中紗線中缺陷減少,使得同時受力,斷強變大的緣故。2.3.2 耐洗牢度測試 對耐洗牢度測試結(jié)果如下:

表3 織物耐洗牢度測試等級

溫度

50℃

70℃

90℃

PH值

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

等級

4-5

4-5

4-5

4

4-5

5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

對沾色牢度,在棉上大都有5級,在蠶絲上為4-5級。 對沾色情況的測試可認(rèn)為:經(jīng)皂煮后的染色織物有較良好的耐洗牢度,均在4級以上,說明活性染料與蠶絲纖維以共價鍵結(jié)合得較牢固。2.3.3摩擦牢度測試

表4 蠶絲在最佳染色條件下耐耐摩擦牢度測試等級

染料

活性艷藍(lán)KN-R

科華素艷橙3R

等級

干摩

4-5

4-5

濕摩

3-4

3-4

由上表可知:乙烯砜型活性染料染蠶絲纖維,干摩達(dá)到4級以上、濕摩達(dá)到3級以上,此類活性染料對蠶絲染色有較好的耐摩擦牢度,有利于蠶絲纖維色牢度的提高。3結(jié)論3.1不論在酸性還是堿性條件下,蠶絲纖維均可與活性染料在較寬的pH值范圍內(nèi)發(fā)生共價鍵合,而棉纖維只能在堿性較強時才能與活性染料鍵合。這主要是由于蠶絲纖維和棉纖維在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)上的差別引起的。3.2蠶絲纖維在弱堿性條件下的總固著效率高于在弱酸性條件下的總固著效率。這是由于在酸性條件下,蠶絲纖維主要由氨基參與反應(yīng),而在堿性條件下,蠶絲纖維上的氨基和羥基均參與反應(yīng)。3.3不論是一氯均三嗪型還是乙烯砜型活性染料均能對蠶絲纖維染色。一氯均三嗪型活性染料的活性較低,需在較強的條件下(T=80~90℃、pH=9.5~10)方可有較高的固著率;而乙烯砜型活性染料是一類染蠶絲優(yōu)良的活性染料,在中溫(70℃左右)和弱堿(pH為9左右)條件下具有較高的上染率、固著率及總固著效率。

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