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单活性基活性染料在蚕丝织物的染色性能研究

来源:印染在线 发布时间:2010年04月28日
王海峰 杨静新 张瑞萍(南通大学化学化工学院,江苏 南通 226007)活性染料在印染行业中已经有着几十年的应用历史,主要用于纤维素纤维的染色和印花,对真丝织物的染色起步较晚,应用还不是很成熟。目前染色和印花丝产品绝大多数使用酸性和直接染料,其湿处理牢度较差。而活性染料是唯一的一类能与蚕丝纤维以共价键结合的反应性染料,其共价键的键能远大于氢键、范德华力,因而应用活性染料染色有望从根本上解决蚕丝织物的水洗牢度问题。本文重点研究蚕丝丝素与乙烯砜型和一氯均三嗪型活性染料的键合性能,优化活性染料染蚕丝的染色工艺。1实验1.1试验材料及药品 材料:真丝02双绉,漂白全棉细布 药品:活性艳蓝K-GR等各类活性染料、平平加O 、209洗涤剂均为工业级,元明粉、NaHCO3、Na2CO3为分析纯,缓冲溶液[1]自制。 仪器与设备:THZ-82恒温振荡器 ; 722S分光光度计; SF600 PLUS计算机测色配色仪; PB-N天平;PHS-3C精密pH计 ;电子织物强力机 YG(B)026D-250型;BGY9802A D65光源;耐摩擦色牢度试验机1.2染色方法1.2.1染色工艺 各取1g经过预处理的真丝02双绉和全棉细布试样进行染色试验。pH值为4.0、6.0、7.0的染液在染色前先用缓冲溶液进行调节;pH为8.5、10.0的染液则在固着时加入NaHCO3、Na2CO3调节。同时配置不同pH值的5份原液,以用于上染率的测试,并在同一水浴锅中按照以下工艺进行平行处理。用pH计测定染色前后各染液的pH值,比较pH值的变化。1.2.2染色配方/(g•L-1) 染料/%(o.w.f) 2Na2SO4 50 平平加O 0.5 碳酸氢钠 5(或按试验条件调节pH) 浴比1: 501.2.3工艺流程

<
意:1)在酸性和中性条件下染色时,缓冲溶液和染料同时加入; 2)由于是平行反应,为保证染色时间相同,在50℃、70℃染色时,在达到温度后分别多染15和30分钟。1.2.4后处理氨 水 1.5 g/L 净洗剂 1 g/L 温 度 90℃ 时 间 5 min;1.3测试方法1.3.1上染率测定 应用UV-2102 型 Unic紫外—可见光分光光度仪,分别测定染色前染液的吸光度A0和染色后残液的吸光度At,根据下式(1)计算染料的上染率:上染率 =(A0 –At)/A0* 100 % (1)1.3.2固着率测定[2] 应用SF600型Datacolor 电子测色配色仪,分别测定皂煮前后染色织物的表面颜色深度(K/S)b和(K/S)a值,根据下式(2)计算染料的固着率:固着率 = (K/S)a / ( K/S)b* 100 % (2)1.3.3总固着效率测定总固着效率 = 上染率 *固着率 (3)1.3.4摩擦牢度测定按GB/T3920-1997测定1.3.5耐洗牢度测定 按GB/T3921.1-1997测定2结果与讨论2.1一氯均三嗪型活性染料对蚕丝染色性能的研究 对一氯均三嗪型活性染料进行染色试验,活性蓝K-GR对蚕丝和棉纤维的染色结果如表1所示。 分析表1数据,可以看出:pH值对棉的影响比蚕丝大得多。 在酸性条件下,一氯均三嗪活性染料在棉上的上染率、固着率较低,而在蚕丝上上染率可达80%以上;在碱性条件下,蚕丝的固着率可达75%以上。对蚕丝织物而言,在pH4-10之间,均有较高的上染率,而棉上染率、固着率均较低,碱性条件下稍好于酸性。由于一氯均三嗪型活性染料的活性较弱,反应需在碱性较强、温度较高(pH10、90℃左右)的介质条件下方可有较好的染色效果。 1 活性蓝KGR对蚕丝和棉的染色数据
后处理

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、数据表示-()/()=蚕丝/棉2、由于50℃条件下上染率、固着率较低,故未列出数据。 究其原因,可从蚕丝与活性染料键合反应机理方面分析[3]: 由于蚕丝纤维大分子上的支链以及主链分子两端含有自由的酸性基团(如-COOH)和碱性基团(如-NH2),使蛋白质分子既像酸又像碱一样能电离,因此蚕丝纤维具备两性性质。 蚕丝纤维在等电状态时,纤维除呈现完全不电离的形式, 主要是分子中羧基和氨基同时离解和接受质子的形式存在,此时纤维本身表现中性。 活性染料在酸性条件下(等电点以下)与蚕丝结合如下图所示: 在酸性浴中,带有阴电荷的活性染料可与蚕丝纤维以离子键发生结合,这是酸性浴中活性染料上染蚕丝纤维的主要原因。在酸性条件下仍有氨基与蚕丝纤维的共价反应,但蚕丝纤维上的氨基含量很低(0.2摩 尔 / 千 克)[4],故酸性条件下的共价键合有限。 在碱性浴中染色,主要是蚕丝纤维上的氨基和羟基氧负离子与染料分子
中活性基团的亲核取代(或加成)反应,以共价键结合。碱剂的加入有利于蚕丝纤维-NH2的存在和蚕丝纤维-OH电离成氧负离子,从而有利于染料与纤维以共价键结合。 而纤维分子结构相对较单一,反应性基团只有羟基,且羟基须在碱性条件下才能离子化和活性染料发生共价结合,故在酸性条件下很难上染。2.2乙烯砜型活性染料对蚕丝织物的染色性能研究把活性艳蓝KN-R染蚕丝的染色数据转化为pH与上染率的关系曲线,见图1:图1 活性艳蓝KN-R染蚕丝上染率与pH的关系 从图1可知:从pH为4-10时,均有较高的上染率。pH=6时,50℃、70℃染色的上染率较pH=4时降低,这可能是由于染色pH高于蚕丝的等电点,离子键大大削弱,而此时的共价键比例也不高,故表现为纤维上染率降低[5]。90℃时, pH=10时上染率反而低于pH=8.5,这可能是由于在高pH值、高温度条件下染料的水解所致[6]。 由图2可以看出,活性艳蓝KN-R染蚕丝时,随着pH值的升高,染料的固着率逐渐提高。随着pH值的增大,蚕丝纤维除了氨基以外,其它反应性基团如羟基也参与共价键合,染料的共价固着增加;且随着温度提高,纤维不断膨化产生孔道,染料随之扩散进入纤维内部,使得固着率进一步提高。图2活性艳蓝KN-R染蚕丝固着率与pH的关系图3 活性艳蓝KN-R染蚕丝总固着效率与pH的关系 由图3可以清楚地看出,活性艳蓝KN-R染蚕丝时,在50—70℃,pH9附近有较高的总固着率。总固着率是上染率和固着率的乘积,是两种趋势的综合,因为上染有一个平衡的过程。2.3织物的物理性能测试 为了研究染色后织物的物理性能的变化,对KN-R染蚕丝织物进行如下性能测试。2.3.1断裂强力的测试对断裂强力的测试结果如下: 2 染色后织物的断裂强度

温度

原坯

50℃

70℃

90℃

pH值

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

断裂强度/N

335

329

349

326

338

304

332

325

319

335

350

309

319

通过对染色后的织物进行断裂强度的测试并和原坯进行比较,可发现整个染色过程对织物并没有太大的损伤,甚至有比原坯大的强力出现,可能是经处理后的织物变得平整,织物中纱线中缺陷减少,使得同时受力,断强变大的缘故。2.3.2 耐洗牢度测试 对耐洗牢度测试结果如下:

表3 织物耐洗牢度测试等级

温度

50℃

70℃

90℃

PH值

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

4

7

8.5

10

等级

4-5

4-5

4-5

4

4-5

5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

对沾色牢度,在棉上大都有5级,在蚕丝上为4-5级。 对沾色情况的测试可认为:经皂煮后的染色织物有较良好的耐洗牢度,均在4级以上,说明活性染料与蚕丝纤维以共价键结合得较牢固。2.3.3摩擦牢度测试

表4 蚕丝在最佳染色条件下耐耐摩擦牢度测试等级

染料

活性艳蓝KN-R

科华素艳橙3R

等级

干摩

4-5

4-5

湿摩

3-4

3-4

由上表可知:乙烯砜型活性染料染蚕丝纤维,干摩达到4级以上、湿摩达到3级以上,此类活性染料对蚕丝染色有较好的耐摩擦牢度,有利于蚕丝纤维色牢度的提高。3结论3.1不论在酸性还是碱性条件下,蚕丝纤维均可与活性染料在较宽的pH值范围内发生共价键合,而棉纤维只能在碱性较强时才能与活性染料键合。这主要是由于蚕丝纤维和棉纤维在化学结构和物理结构上的差别引起的。3.2蚕丝纤维在弱碱性条件下的总固着效率高于在弱酸性条件下的总固着效率。这是由于在酸性条件下,蚕丝纤维主要由氨基参与反应,而在碱性条件下,蚕丝纤维上的氨基和羟基均参与反应。3.3不论是一氯均三嗪型还是乙烯砜型活性染料均能对蚕丝纤维染色。一氯均三嗪型活性染料的活性较低,需在较强的条件下(T=80~90℃、pH=9.5~10)方可有较高的固着率;而乙烯砜型活性染料是一类染蚕丝优良的活性染料,在中温(70℃左右)和弱碱(pH为9左右)条件下具有较高的上染率、固着率及总固着效率。

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