陽離子改性棉織物的染色性能

丁夢陽， 管永華， 王海峰

(南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

陽離子改性棉織物的染色性能

丁夢陽， 管永華， 王海峰

(南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

針對陽離子改性棉織物在無鹽染色過程中初染率較高，易造成染色不勻的問題，研究不同緩染劑對陽離子改性棉織物染色性能的影響。采用不同類型的表面活性劑作為緩染劑，并與陰-非離子型表面活性劑CE-1進行比較，在染料用量為6%(o.w.f)的條件下，通過測定染料初染率(3 min)和上染率(30 min)，討論不同類型表面活性劑的緩染機制及緩染效果。結果表明：與其他類型的表面活性劑相比，采用陰-非離子型表面活性劑CE-1作為緩染劑能夠有效降低初染率(3 min)，且上染率(30 min)的降低較小。當CE-1質量濃度為0.8 g/L時，初染率(3 min)為22.5%，降低18.2%；上染率(30 min)為60.8%，降低僅為10.6%。

陽離子改性； 棉織物； 活性染料； 緩染劑

活性染料色譜寬廣、色澤鮮艷、性能優異[1]。在染色過程中可與纖維素纖維形成共價交聯，色牢度高，因此被廣泛應用于棉織物染色[2]。然而，活性染料的上染率和固色率低，且在傳統染色工藝中需加入大量無機鹽來降低染料與纖維之間的靜電斥力，提高染料上染率，增加了活性染料染色廢水的處理難度[3]。

通過對棉纖維進行陽離子改性，使陽離子化合物固著在纖維素纖維上，可有效提高活性染料的利用率[4-5]，且在染色過程中可不用或者少用無機鹽，真正意義上實現無鹽染色[6]。但是，陽離子改性棉纖維采用陰離子活性染料染色，在不加中性電解質的條件下，初染率高，易造成染色不勻，這也是制約該項技術產業化的關鍵原因。

活性染料上染陽離子改性棉纖維屬于Langmuir型的定位吸附[7]，因此，本文通過不同類型的表面活性劑等助劑緩染，有效地降低其初染率，以期為陽離子改性染色工業化提供理論參考。

1 試驗部分

1.1 藥品與儀器

材料：純棉平紋漂白織物(150 g/m2)。

藥品：平平加O、骨膠、二甲胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺(工業級，南通斯恩特紡織科技有限公司提供)，氫氧化鈉(分析純，汕頭市西隴化工廠有限公司)，十二烷基硫酸鈉(分析純，上海潤捷化學試劑有限公司)，活性紅3BS(工業級，南通曙光染織有限公司提供)，陰-非離子表面活性劑CE-1(自制)。

儀器：EL303電子天平、GKC數顯智能型恒溫水浴鍋、JJ-1精密定時電動攪拌器、DHG-9076A電熱恒溫鼓風干燥機、V-1200可見分光光度計、JSM25610掃描電子顯微鏡、FT-IR-7600傅里葉變換紅外光譜儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 棉織物的改性

采用浸漬法對經漂白后的棉織物進行陽離子改性處理，改性工作液的浴比為1∶20，改性劑用量為9%(o.w.f)，氫氧化鈉的質量濃度為8 g/L，在60 ℃條件下浸漬50 min。處理完畢后取出棉織物，用冷水沖洗晾干備用[8]。改性原理如圖1所示。

圖1 棉纖維陽離子改性原理

1.2.2 改性棉織物染色工藝

工藝處方：染料用量為6%(o.w.f)； 浴比為1∶30。

工藝流程：將計量后的緩染劑加入染液中，升溫至60 ℃入染，保溫染色，取出水洗，烘干。

1.2.3 上染率測試方法

采用V-1200型可見光分光光度計在最大吸收波長處測定染色前后染液的吸光度，按下式計算上染率[9]：

式中：A0為染色前母液稀釋m倍后的吸光度；A1染色后殘液稀釋n倍后的吸光度。

1.2.4 上染速率曲線繪制

準確稱取1.0 g全棉漂白織物，按1.2.1工藝進行改性。改性后水洗晾干備用。配制染色工作液，活性紅3BS用量為6%(o.w.f)，浴比為1∶30。測定染色工作液的吸光度，將改性好的棉織物分別投入各染浴中進行染色，每隔一定時間間隔依次取出各試樣。測定各組染色殘液的吸光度，計算每組的上染率，繪制上染速率曲線。

1.2.5 纖維表面形貌觀察

將固色前后的染色試樣分別經過鍍金處理，再利用 JSM25610 掃描電子顯微鏡進行纖維表面形態觀察。

1.2.6 結構表征

采用FT-IR-7600型傅里葉紅外光譜儀測試，KBr涂膜法制樣。

2 結果與討論

2.1 陽離子改性劑的表征及改性織物的形貌

采用二甲胺和環氧氯丙烷為原料，以二乙烯三胺為交聯劑合成了陽離子改性劑DETA，其紅外譜圖如圖2所示。可以看出，922 cm-1處為季銨鹽的特征吸收峰，證明了季銨鹽基團的存在。

圖2 陽離子改性劑DETA紅外譜圖

采用陽離子改性劑對棉織物進行陽離子改性，改性后棉纖維表面形貌如圖3所示。可以看出，改性后在棉纖維表面形成了一個吸附層。

圖3 改性前后棉織物的掃描電鏡照片(×1 000)

2.2 水溶性聚合物對上染性能的影響

2.2.1 水溶性聚合物對初染率的影響

在染液中加入不同濃度的水溶性聚合物，研究骨膠質量濃度對初染率的影響，結果如圖4所示。

圖4 骨膠質量濃度對初染率的影響

從圖4可知，隨著骨膠質量濃度的增加，染料初染率(3 min)逐漸降低，當骨膠質量濃度為10 g/L時，染料初染率(3 min)為26.6%，與未加骨膠相比，初染率(3 min)降低14.1%。這可能是因為在染液中加入骨膠可增加染液的黏度，從而提高擴散邊界層的厚度，延長染料分子在擴散邊界層中向纖維表面擴散的時間，進而使初染率降低。

2.2.2 水溶性聚合物對上染率的影響

在染液中加入不同濃度的水溶性聚合物，研究骨膠質量濃度對上染率(30 min)的影響，結果如圖5所示。

圖5 骨膠質量濃度對上染率(30 min)的影響

從圖5可知，隨著骨膠質量濃度的增加，染料上染率(30 min)逐漸降低，當骨膠質量濃度為10 g/L時，上染率(30 min)僅為45.6%，與未加骨膠相比，上染率(30 min)降低25.8%。這可能是因為隨著骨膠濃度的增加，染液黏度過大，從而導致染料無法向纖維表面擴散，染料上染率(30 min)降低。

2.3 陰離子表面活性劑對上染性能的影響2.3.1 陰離子表面活性劑對初染率的影響

在染液中加入不同濃度的陰離子表面活性劑，研究十二烷基硫酸鈉對初染率的影響，結果如圖6所示。

圖6 十二烷基硫酸鈉質量濃度對初染率的影響

從圖6可知，隨著十二烷基硫酸鈉質量濃度的增加，染料初染率(3 min)逐漸降低，當十二烷基硫酸鈉質量濃度為0.8 g/L時，初染率(3 min)為21.7%，與未加十二烷基硫酸鈉相比，初染率(3 min)降低19%。這可能是因為十二烷基硫酸鈉與染料陰離子一樣都是負電性，但是十二烷基硫酸鈉的分子相對染料分子要小，在纖維內的擴散速率快于染料陰離子，所以能夠優先占據染座(陽離子改性棉纖維在水中表面帶有正電荷，即為染座，與染料陰離子形成定位吸附)。但染料分子與棉纖維的親和力大于十二烷基硫酸鈉，最終染料分子能夠取代十二烷基硫酸鈉陰離子，與染座結合，從而降低了染料的初染率。

2.3.2 陰離子表面活性劑對上染率的影響

在染液中加入不同濃度的陰離子表面活性劑，研究十二烷基硫酸鈉對染料上染率(30 min)的影響，結果如圖7所示。

圖7 十二烷基硫酸鈉質量濃度 對上染率(30 min)的影響

從圖7可知，隨著十二烷基硫酸鈉質濃度的增加，染料上染率(30 min)逐漸降低，當十二烷基硫酸鈉質量濃度為0.8 g/L時，上染率(30 min)僅為48.2%，與未加十二烷基硫酸鈉相比，上染率(30 min)降低23.2%。這可能是因為隨十二烷基硫酸鈉質量濃度的增加，其占據大量染座，從而導致染料上染率(30 min)降低。

2.4 非離子表面活性劑對上染性能的影響

2.4.1 非離子表面活性劑對初染率的影響

在染液中加入不同濃度的非離子表面活性劑，研究平平加O對初染料上染率的影響，結果如圖8所示。

圖8 平平加O質量濃度對初染率的影響

從圖8可知，隨著平平加O質量濃度的增加，染料初染率(3 min)逐漸降低，當平平加O質量濃度為1 g/L時，初染率(3 min)為27.8%，與未加平平加O相比，初染率(3 min)降低12.9%。這可能是因為當達到臨界膠束濃度后，平平加O在染液中形成膠束，染料進入膠束中，在染色過程中，染料再緩慢從膠束中釋放出來上染纖維，從而降低了染料上染纖維的速率。

2.4.2 非離子表面活性劑對上染率的影響

在染液中加入不同濃度的非離子表面活性劑，研究平平加O對上染率(30 min)的影響，結果如圖9所示。

圖9 平平加O質量濃度對上染率(30 min)的影響

從圖9可知，隨著平平加O質量濃度的增加，染料上染率(30 min)逐漸降低，當平平加O質量濃度為1 g/L時，染料上染率(30 min)僅為49.1%，上染率(30 min)降低22.3%。這可能是因為隨著膠束濃度的增加，過多染料進入膠束中，無法上染纖維上，從而導致上染率(30 min)下降。2.5 陰-非離子表面活性劑對上染性能的影響

自制陰-非離子型表面活性劑CE-1[10]的紅外譜圖如圖10所示。采用該助劑對陽離子改性棉纖維進行上染性能研究。

圖10 CE-1的紅外譜圖

圖10中1 608 cm-1處為羧基的特征吸收峰，1 110 cm-1處為C—O—C的特征吸收峰，證明了產物為脂肪族聚氧乙烯醚羧酸鹽，3 342 cm-1處為O—H鍵的伸縮振動峰，說明產物中有部分原料殘留。

2.5.1 陰-非離子表面活性劑對初染率的影響

在染液中加入不同濃度的陰-非離子型表面活性劑，研究CE-1對初染率的影響，結果如圖11所示。

圖11 CE-1質量濃度對初染率的影響

從圖11可知，隨著CE-1質量濃度的增加，染料初染率(3 min)逐漸降低，當CE-1質量濃度為0.8 g/L時，初染率(3 min)為22.5%，與未加CE-1相比，初染率(3 min)降低18.2%。這可能是因為CE-1主要通過2方面來影響染料對纖維的上染速率。其一是與十二烷基硫酸鈉相同的竟染制理，緩染劑CE-1分子在染液中也是負電性的；其二是與平平加O相同的膠束拖拽作用機制，在染液中緩染劑CE-1也能形成膠束，使得染料的上染速率降低，從而降低初染率(3 min)。

2.5.2 陰-非離子表面活性劑對上染率的影響

在染液中加入不同濃度的陰-非離子型表面活性劑，研究CE-1對染料上染率(30 min)的影響，結果如圖12所示。

圖12 CE-1質量濃度對上染率(30 min)的影響

從圖12可知，隨著CE-1質量濃度的增加，染料上染率(30 min)逐漸降低，當CE-1質量濃度為0.8 g/L時，染料上染率(30 min)達到60.8%，與未加CE-1相比，上染率(30 min)僅降低10.6%。這可能是因為CE-1為弱酸鹽表面活性劑，與纖維結合力相對較弱，易于從纖維上脫去，從而對上染率(30 min)影響較小。

3 結 論

1)通過觀察試樣改性前后的表面結構可知，經改性處理后纖維表面明顯吸附、包裹了陽離子改性劑DETA，從而使染色性能得以改善。

2)通過對非離子表面活性劑進行陰離子改性，自制了一種陰-非離子型表面活性劑CE-1。與不同類型的表面活性劑相比，以染料初染率(3 min)和上染率(30 min)為分析對象，當CE-1的質量濃度為0.8 g/L時，初染率(3 min)為22.5%，上染率(30 min)為60.8%。與未加CE-1相比，初染率(3 min)降低18.2%，上染率(30 min)僅降低10.6%。

FZXB

[1] 章杰. 纖維素纖維用活性染料技術進展[J]. 紡織導報，2007(4)：26-31. ZHANG Jie. Technology development of reactive dyes for dyeing cellulosic fiber[J].China Textile Leader, 2007(4):26-31.

[2] 王剛，王海峰，管永華,等. 陽離子固色劑DETA的應用性能[J]. 印染, 2014,40(22)：15-19. WANG Gang, WANG Haifeng, GUAN Yonghua, et al. Application performance of cationic fixing agent DETA[J]. China Dyeing & Finishing, 2014,40(22):15-19.

[3] 孟春麗，許志忠，呂英智,等. 改性棉織物的清潔染色工藝[J]. 紡織學報,2006,27(9):90-93. MENG Chunli, XU Zhizhong, Lü Yingzhi, et al. Clean dyeing process of modified cotton fabric[J]. Journal of Textile Research, 2006,27(9):90-93.

[4] 周嵐，邵建中，柴麗琴. 天然染料在改性棉織物上的染色性能[J]. 天津工業大學學報,2009,28(1):43-48.

ZHOU Lan, SHAO Jianzhong, CHAI Liqin. Dyeing performances of natural dyes on modified cotton fabrics[J]. Journal of Tianjin Polytechnic University, 2009,28(1):43-48.

[5] 柴麗琴，邵建中，周嵐. 棉纖維的非反應型改性及其在天然染料染色中的應用[J]. 紡織學報,2010,31(8):86-91. CHAI Liqin, SHAO Jianzhong, ZHOU Lan. Nonreactive modification on cotton and its application in natural dyeing[J]. Journal of Textile Research, 2010,31(8):86-91.

[6] CHAIYAPAT Pisuntomsug, NAMTAYA Yanumet, EDGAR A O, et al. Surface modification to improve dyeing of cotton fabric with a cationic dye[J]. Coloration Technology, 2002, 118:64-68.

[7] 張峰，陳宇岳，張德鎖,等. HBP-NH2改性棉織物活性染料無鹽染色[J]. 印染, 2007,33(17):1-4. ZHANG Feng, CHEN Yuyue, ZHANG Desuo, et al. Salt-free reactive dyeing of cotton fabric modified with HBP-NH2agent[J]. China Dyeing & Finishing, 2007,33(17):1-4.

[8] 紀俊玲，余飛飛，潘秋星,等. 陽離子改性棉織物的染色性能[J].印染，2009,35(5):14-17. JI Junling, YU Feifei, PAN Qiuxing, et al. Dyeing behaviors of cationic modified cotton fabric[J]. China Dyeing & Finishing, 2009,35(5):14-17.

[9] 趙濤. 染整工藝學教程: 二[M].北京:中國紡織出版社，2005:29-34. ZHAO Tao. Dyeing and Finishing Technology Tutorial: Ⅱ[M]. Beijing:China Textile & Apparel Press, 2005:29-34.

[10] 蔣健. 白色長鏈脂肪醇醚羧酸鹽的合成研究[J].江蘇農業科學，2010(2):324-326. JIANG Jian. Study on synthesis of white long-chain polyoxyethylene aliphatic alcohol ether carboxylate[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2010(2):324-326.

Dyeing properties of cationic modified cotton fabrics

DING Mengyang, GUAN Yonghua, WANG Haifeng

(CollegeofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China)

During cationic cotton fabric salt-free dyeing process, the high initial dyeing rate could easily lead to uneven dyeing, influence of surfactants on dyeing properties of cationic modified cotton fabrics was studied. Different types of surfactants were used as retarding agents, and compared with the anionic-nonionic surfactant CE-1. By calculating the initial dyeing rate(3 min) and the dyeing rate(30 min), the retarding mechanism and retarding effect of different types of surfactant were mainly discussed under the condition of 6%(o.w.f) dyes. The result shows that compared with other types of surfactants, the initial dyeing rate is reduced effectively with anionic-nonionic surfactant CE-1, and the reduction of dyeing rate(30 min) is less. When the mass concentration of CE-1 is 0.8 g/L, the dyeing rate (3 min) is 22.5%,decreased by 18.2% and the dyeing rate (30 min) is 60.8%, decreased by 10.6%.

cationic modification; cotton fabric; reactive dye; retarding agent

10.13475/j.fzxb.20150700606

2015-07-02

2016-05-26

江蘇省高校自然科學研究項目(14KJD540002)

丁夢陽(1990—)，男，碩士生。研究方向為有機硅類產品的開發與應用及紡織品染色。王海峰，通信作者，E-mail：wang.hf@ntu.edu.cn。

TS 193.8

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