随着棉纤维染色用活性染料的不断普及，伴随它们的使用所产生的环境问题已经引起人们极大的关注。由于棉纤维对大多数活性染料有中等亲和力，正常情况下，上染需要大量[40-100 g/l]氯化钠或硫酸钠这样的电解质。即便如此，某些染料的染浴上染率和固色率依然低达50%，因此，废水里含有大量的染料与盐分，造成严重的环境问题。 业已发现，在染色前对棉纤维进行预处理是一种简单而有效的方法，能够改善染料与纤维的亲合力，并可以避免在染浴中加盐。以前的许多研究表明，适用的有效化合物品种很多，所有这些都涉及棉纤维的化学改性。非活性预处理，包括一些对纤维素有亲和力的聚合物，往往在染色过程中被解吸出来，抑制了染料的吸收或使之沉淀。最新的研究已经确定了靠非化学机理附着在棉纤维上的聚合季铵化合物、胺或酰胺的价值。尽管在棉纤维无盐染色中，用非活性聚合物取得了令人鼓舞的结果，但是在染料选择和合理用量方面依然还有问题。 本项研究把聚乙烯胺氯化物（PVAmHCl；1）作为物理改性剂进行研究。PVAmHCl的特性范围很宽，被用于催化、螯合、液相色谱、废水处理、油料回收、聚合染料等许多方面。并已经具体用在造纸和生物医药研究等多种用途中，。 -（CH2-CH-）n-（CH......... 之所以对PVAmHCl有兴趣，是因为其存在大量的阳离子位点（+NH3Cl-）。在棉纤维用活性染料无盐染色时，PVAmHCl分子内涉及伯胺基团的亲核位点特别有价值。随着pH值的增加，分子中+NH3Cl-基团的比例在减少，而NH2基团在增加。 本项研究的目的是要确定用PVAmHCl对棉纤维进行预处理时，其在改进活性染料的可染性和染料吸收的均匀性方面的有效性。同时也想确定其对染色纤维的染色牢度有无影响。 实验 ◇

材料 为进行本项研究，从Testfabrics Inc.上海公司购买了已经过漂白、退浆、丝光处理的纯棉面料（150 g/m2）。从上海染料公司购买了六种活性染料，并且是按来样状况使用。详见表1所列，由于在染料索引数据库中没有查到CI活性红195的结构，因此在此没有它的结构。其他试剂和溶剂均为分析纯度等级。 PVAmHCl的胺化程度为52.2%（结构1中的x），它是用改性霍夫曼降解聚丙烯酰胺合成的。 ◇ 预处理 用轧-焙染色法对棉纤维进行PVAmHCl预处理。在大多数情况下，把5 g/l的PVAmHCl浸轧在棉布上，使纤维吸液率达到80%。用磷酸二氢钾（7.00 g/l）和氢氧化钠（1.39 g/l）作为缓冲剂，使预处理液的pH值维持在7。用两次浸染（每次3分钟）和两次面轧进行浸轧。棉布样品预先在室温下干燥并在100℃的快速焙烘机里焙烘10分钟。 ◇ 染色步骤 按照20：1的浴比进行尽染。用PVAmHCl预处理的棉纤维在20℃下染色30分钟。用10 g/l碳酸钠固色40分钟。固色温度按常规染色要求（即染料1和2，45℃；染料4和5，65℃；染料3和6，90℃）。未经处理的棉纤维按照染料制造商推荐步骤进行常规染色，即先用无水硫酸钠（60 g/l）染色，再用10 g/l碳酸钠固色。大部分实验是用CI活性红2（1号染料）进行的，因为它有很强的活性，而且棉纤维上染需要的温度比较低。 染色后，从染浴里取出布品，然后依次用冷水、热水和冷水漂洗。收集漂洗水，测量染浴吸收量。将染好的布品放在2 g/l阴离子洗涤剂LS（上海染料公司）的溶液里煮15分钟直到其不再掉色，然后进行漂洗。再次收集漂洗水，测量染液吸收量。允许布品在空气中吹干。 ◇ 测量 染色前与染色后，在染

浴中取样，并用HP 8453 紫外可见分光光度计测定上染率（E），见式1： E% = （A0 - A1）/A0 x 100 （1） 式中，A0是初始染浴的上染率，A1是染色过程完成后染浴的上染率。 用式（2）计算染料活性 （R）：- A1）x 100 （2） 式中A2是用HP 8453 紫外可见分光皂洗后的皂浴吸收量进行比较。 见式3。 F% = E x R （3） 应当指出，所有吸收量都是用相同的液体量进行测量的。 ◇ 横断面的显微镜检验 用LKB-V超薄切片机制备横断面1微米厚的经过预处理的棉布染色样。用BX51光学显微镜（日本Olympus）获得放大400倍的横断面图像。 ◇ 染色牢度试验 按照国标GB/T 3921-97用S-1002双浴染色试验装置（英国Roaches国际有限公司）测试染色耐洗牢度。按照国标GB/T 3920-97用Y（B）571-II耐摩擦色牢度测试器测试耐摩擦色牢度。 结果与讨论 ◇ 预处理中焙烘的影响 由于PVAmHCl的分子量很大，所以在中性条件下，靠离子和范德华力以及氢键的高度键合，PVAmHCl会大量直接上染到棉纤维上。尽管如此，假如要染色均匀，就需要用浸轧-风干-焙烘步骤将聚合物均匀地附着在棉纤维上。聚合物是热固型的，它不会解吸进入染浴里。表2比较了用浸轧-风干-焙烘步骤在100℃下处理过10分钟的棉布与只用浸轧和风干染色的面料的上染率。 *）PVAmHCl浓度 5 g/l；焙烘时间10分钟用5 g/l的PVAmHCl，只用浸轧和风干染色的面料的上染率为33.7%，远远低于用浸轧-风干-焙烘步骤达到的51.9%。使用10 g/l的PVAmHCl时，只用浸轧和风干染色的面料的上染率更低，只有29.5%，而用浸轧

-风干-焙烘步骤的染料吸收率增加到53.2%。其原因是：只用浸轧和风干染色工艺时，PVAmHCl没有牢牢地结合到棉纤维上，存在游离的聚合物，某些染料成絮凝状。PVAmHCl的浓度越高，浸轧液体里存在的 PVAmHCl的量越多，染料的絮凝就越严重，因此，染料吸收越少。而采用浸轧-风干-焙烘方法可以使PVAmHCl的应用更均匀，所以染色也很均匀。 以前认为预处理中的焙烘温度会有很大影响。但是根据表3的数据，焙烘温度对可染性影响微乎其微。这可能是因为采用的染色温度比较低（20℃）的缘故。为此，在后来的实验中选用100℃作为预处理的焙烘温度。 *）PVAmHCl浓度 5 g/l；焙烘时间10分钟 ◇ PVAmHCl浓度的影响 研究了在2.5至20 g/l浓度范围内，PVAmHCl浓度对CI活性红2的可染性的影响。表4为研究结果。当PVAmHCl浓度低于10 g/l时，增大PVAmHCl浓度可以改善染料的吸收。当PVAmHCl浓度等于10 g/l时，染料吸收率达到其最高值53.2%，相当于常规染色的上染率（52.8%）。在更高浓度下（15 g/l和20 g/l），吸收量减少。据推测，大概是由于棉纤维上浸轧过量的PVAmHCl时，削弱了纤维与某些阳离子聚合物之间的键合，而且在阳离子型PVAmHCl 内还存在反斥力。这导致染浴中出现游离的聚合物，它们阻碍染料的吸收，并可能使它发生絮凝。 由表4可见，因为有PVAmHCl提供的伯胺基团，在经过预处理的棉纤维上的染料活性比在未经处理的棉纤维上的染料活性大。未经处理的棉纤维无盐染色的染料吸收率为27.2%，常规有盐染色棉纤维的上染率为46.8%，相比之下，经过预处理的棉纤维的固色率高达50.5%。由此可以确认，预处理确实能使棉纤维无盐染色的效用。 染色性能的研究 为研究在无盐的情况

下，CI活性红2在预处理的棉纤维上的吸附形式，采用了各种染料浓度的染色工艺，并与常规染色进行比较。根据各种染料浓度下上染率的百分数得出的吸收等温线，以及根据纤维上吸附的染料浓度（Dt）和留在染浴里的染料量（Ds）进行计算来研究棉纤维的染料吸附量。 结果表明，棉纤维用活性染料常规染色时，其遵循弗罗因德利希型分配机理。而预处理过的棉纤维曲线在特定位点呈现朗缪尔型吸附，通过标绘Dt和Ds的倒数值加以确认，并得出直线关系。 在预处理的棉纤维无盐染色时，在PVAmHCl上的阳离子+NH3Cl-位点与染料的二磺酸盐阴离子之间的离子吸引有助于活性染料的吸附，造成朗格缪尔型吸附。CI活性红2在棉纤维上这种典型的朗格缪尔型吸附证实了应用浸轧-风干-焙烘工艺时，棉纤维用PVAmHCl预处理是有效的。 在本项研究中，棉纤维是用5 g/l的PVAmHCl进行预处理的。上染率与固色率结果（表5）表明，在这样的预处理水平下，染料活性增强了。这是因为在碱性固色阶段有伯胺基团的存在，改善了固色程度。 目测检验确认此方法得到良好的染色均匀度。与常规尽染相比，无盐染色方法更有效，染料得到更合理的应用。为改进CI活性红195的固色率，可以开发适宜的预处理条件。 ◇ 显微镜分析 用显微镜分析评价了用5 g/l的PVAmHCl预处理的棉布染色后的横断面，结果表明纤维单元内部已经染色，说明活性染料已经渗透进入纤维的中心。 ◇ 染色牢度特性 测定了用5 g/l的PVAmHCl预处理的棉布染色的染色牢度（表6和7）。与常规染色相比，所有无盐染色样品的耐洗牢度极佳，确认PVAmHCl的染料固色是有效的。与常规染色相比，色摩擦牢度也很好。 结论：与活性染料常规有盐染色性能进行比较，棉布用5 g/l的pH 7 的PVAmHCl预处理时，结果表明大多数活性染料无盐染色的活性和固色都改善了。PVAmHCl的应用非常简单，用浸轧-风

干-焙烘方法进行预处理就很容易达到均匀的染色。用PVAmHCl预处理的棉布上得到典型的朗格缪尔型吸附，并且确认在较低浓度下相当有效。通过横断面检验，表明活性染料已经彻底渗透进纤维里。在预处理的棉布上的染色显示极佳的耐洗牢度和良好的色摩擦牢度。在排出废水中的残余染料量显著减少，表明PVAmHCl在棉布预处理中有着很大的商业价值。