蚕丝的活性染料染色性能研究

目前蚕丝织物的染色印花主要应用酸性染料,其湿处理牢度往往达不到要求。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蚕丝织物,有望从根本上解决水洗牢度问题。本课题主要研究不同温度和pH值条件下,蚕丝纤维与乙烯砜型和一氯均三嗪型活性染料的键合性能,比较这两类活性染料在蚕丝和棉纤维上键合性能的差异性,优化这两类活性染料染蚕丝的工艺条件。限于文章篇幅,文中仅对乙烯砜型活性染料进行讨论。

     1　试验
     1.1　材料、药品及仪器
     材料　真丝02双绉,漂白全棉细布

     药品　活性艳蓝KN R、科华素艳橙3R、活性艳蓝K GR等各类染料;平平加O、209洗涤剂、元明粉(均为工业品),NaHCO3、Na2CO3(均为分析纯);缓冲溶液[1](自制)。

     主要仪器与设备　THZ 82恒温振荡器、PHS 3C精密pH计、722S分光光度计、SF600PLUS电子测色配色仪、YG(B)026D 250型电子织物强力机和耐摩擦色牢度仪。

     1.2　测试方法(1)上染率E　表示上染到纤维上的染料(包括与纤维键合和未键合的染料)占投入到染浴中染料总量的百分率。由测定染色前后染液的吸光度计算:E=(A0-At)×100/A0

     式中:A0―――原液吸光度;At―――残液吸光度。

     (2)固着率F　表示与纤维键合的染料占上染到纤维上的染料总量的百分率。将染色后的织物一半用于皂煮,一半烘干。将皂煮后的织物洗净烘干后,应用SF600型Datacolor电子测色配色仪,测定皂煮前后染色织物的K/S值,按下式计算:

     F=(K/S)皂煮后×100/(K/S)皂煮前

     (3)总固着效率T　表示与纤维键合的染料占投入到染浴中的染料总量的百分率:
     T=EF/100

     1.3　染色方法
     1.3.1　染色工艺

     各取1g经过预处理的02双绉和棉织物布样进行染色。pH值为4、6、7的染液在染色前先用缓冲溶液进行调节;pH值为8.5、10的染液则在固色时加入NaHCO3、Na2CO3调节。同时,配制不同pH值的5份原液,以用于上染率的测定,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。

     1.3.2　染液配方/(g?L-1)

     染料/%(owf)　　　　2

     平平加O　　　　　　0.5

     元明粉40

     碳酸氢钠5(或按试验条件调节pH)

     浴比1∶50

     1.3.3　工艺流程

     染色总时间为120min

     

     2　结果与讨论

     2.1　活性染料与蚕丝的反应性能及与棉的差别
     采用活性艳蓝KN R在不同温度和pH值下染色蚕丝和棉织物,它们的上染率、固着率以及总固着效率见表1。

     

     由表1知,pH值对活性染料染棉上染率的影响较大。只有在碱性条件下活性染料在棉上才有较高的上染率;对蚕丝染色而言,在pH值4～10范围内,活性染料均有较高的上染率。活性染料在蚕丝上的总固着效率高于棉,意味着染料在蚕丝上的利用率较高。通过测定染色前后染液pH值,发现染色前后pH值并未显著改变。

     2.2　活性染料与蚕丝的最佳反应条件分析

     2.2.1　活性艳蓝KN R在蚕丝上的上染率

     活性艳蓝KN R染蚕丝时,在90℃、pH值=7的条件下上染率最高。

     (1)蚕丝的等电点在pH值3.5～5.2[2],pH值=4的染色条件处于蚕丝的等电点。此时,活性染料主要以离子键、氢键、范德华力上染蚕丝纤维,共价键结合的比例较小。90℃染色由于温度较高,染料的分子热运动相对较快,使得解吸速率相对较快,从而使得90℃时的上染率相对50℃和70℃时低。

     (2)在pH值=6时,50℃、70℃染色的上染率较pH=4时低。这可能是由于染色pH值高于蚕丝的等电点,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[3]。90℃染色的情况则不然。由于染色温度较高,染料的反应活性较大,共价键结合的比例大大增加。染料的固着打破了吸附平衡,使吸附继续进行,使纤维的上染率显著增加。

     (3)pH值=7～9,50℃、70℃时,上染率随着pH值升高而增加,这是由于共价键的比例增加。但90℃染色,在pH值=10时,上染率反而低于pH值=8.5。这主要是在高pH值和高温条件下,染料发生水解[4,5]。
     2.2.2　活性艳蓝KN R在蚕丝上的固着率

     活性艳蓝KN R染蚕丝,在pH值=10时,50℃和70℃染色的固着率均达最高值,而且固着率均随pH值增加而逐步增加。这是因为随着pH值的增大,活性染料与蚕丝纤维的共价结合增加。随着染色温度升高,纤维膨化增加,同时染料与纤维的反应速率增加,故70℃染色的固着率高于50℃。值得注意的是,90℃染色,在pH值=10时的固着率低于50℃和70℃,这主要是由于染料的水解加剧。总体而言,70℃染色在中性至弱碱性范围,乙烯砜型染料在蚕丝纤维上有稳定且较高的固着率。

     2.2.3　活性艳蓝KN R在蚕丝织物上的总固着效率

     活性艳蓝KN R染蚕丝时,在50℃、pH=10时总固着效率最高,但50℃染色的总固着效率随pH值变化而有显著变化,在实际生产中容易由于pH值控制上的偏差而导致染色稳定性差。70℃染色,在较宽的pH值范围(中性至弱碱性)均有较高的总固着效率。90℃染色的总固着效率及其稳定性均不及70℃染色。总固着效率是上染率和固着率的乘积,是两种趋势的综合,体现吸附和反应两方面综合影响的结果。

     结合分析试验所用的6只染料(3只乙烯砜型染料,3只一氯均三嗪型染料),归纳如下:

     活性染料染蚕丝和棉的性能有很大差异,这是由于蚕丝蛋白纤维与棉纤维素纤维结构差异而致。棉纤维上能与活性染料发生共价结合的只有-OH,而-OH只有在碱性条件下电离成为-O-,故棉纤维只能在碱性条件下与活性染料有较好的反应;而蚕丝蛋白纤维结构中除了有-OH(包括酚羟基和醇羟基)外,还有各种-NH2(主链或侧链上)。在酸性条件下,-NH2与活性染料发生反应,在碱性条件下-OH与-NH2均可与活性染料反应,故蚕丝纤维无论在酸性介质还是碱性介质中,均与活性染料有一定程度的反应。

     蚕丝纤维在不同的pH值条件下与活性染料的反应不同,其主要原因在于在不同的pH值下,蚕丝蛋白纤维中参与反应的基团不同。

     2.3　织物的物理性能测试

     2.3.1　断裂强力的测试

     

     通过对染色织物断裂强力的测试,并与原样进行比较发现,整个染色过程对蚕丝织物的强力无明显损伤。弱酸性和中性介质中染色的织物强力,较碱性介质染色织物的强力略高。

     2.3.2　耐洗色牢度(沾色性)测试

     

     由沾色牢度可见,经皂煮后的活性染料染色织物有优良的耐洗色牢度(均在4级以上),表明活性染料与蚕丝纤维的共价键结合牢固。

     3　结论

     3.1　由于蚕丝纤维和棉纤维在化学结构和物理结构上的差别,导致与活性染料的键合性能的差异。棉纤维只能在碱性条件下与活性染料成键,而蚕丝纤维则能在较宽的pH值范围内与活性染料成键结合。

     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,蚕丝纤维主要是-NH2参与反应,而在碱性条件下蚕丝纤维上的-NH2和-OH均参与反应。

     3.3　乙烯砜型活性染料是一类染蚕丝的优良的活性染料,在中温(70℃左右)和弱碱(pH=8.5左右)条件下具有高固着率和高稳定性,且染色织物的强力基本无损伤。根据试验,一氯均三嗪型染料的活性较低,需在较强的条件下(90℃、pH值=9.5～10)方可有较高的固着率。