改性瓜爾豆膠在棉織物活性染料印花中的應用研究

王先成 王莉莉 沈一峰 段保屹

摘要：采用一氯均三嗪型活性基改性劑（T1S2）對瓜爾豆膠（GG）進行改性處理，制備得到改性瓜爾豆膠（TSGG）。將TSGG用作活性染料印花糊料，測試其成糊性、耐化學品穩定性和抱水性，并與GG和海藻酸鈉（SA）相對比，探討其在棉織物上的印花效果。結果表明：TSGG具有較好的成糊性、耐化學品穩定性和抱水性。與GG相比，TSGG的透網量、表面得色量和滲透性分別提高63.7%、48.7%、33.8%。TSGG在棉織物上的印花效果接近SA，可以印制得色均勻的大塊面花型和輪廓清晰的精細花型，且織物手感較柔軟。

關鍵詞：改性瓜爾豆膠；一氯均三嗪型活性基；印花糊料；活性染料

中圖分類號：TS195.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）06-0066-05

Research on Application of Modified Guar Gum inCotton Fabric Reactive Dye Printing

WANG Xiancheng1a， WANG Lili1b， SHEN Yifeng1b， DUAN Baoyi2

（1a.College of Materials and Textiles； 1b.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Materials

and Manufacturing Technology， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China； 2.Pingxiang

Entryexit Inspection and Quarantine Bureau， Pingxiang 532600， China）

Abstract：Guar gum （GG） was modified by a monochlorotriazine active group （T1S2） to gain modified guar gum （TSGG）. TSGG was used as the printing gum of reactive dyes. The thickening， chemical stability and waterholding ability were studied. In comparison with GG and sodium alginate （SA）， the printing effects of printed cotton fabric were investigated. The results show that TSGG has excellent thickening， chemical resistance and waterholding ability. Compared with GG， the paste addon， color yield and penetration increase by 63.7%， 48.7%， 33.8%， respectively. The printing effect of TSGG used as thickener on cotton printing is close to those of SA. Evenly colored large patterns and fine pattern with clear outlines as well as the soft handle could be obtained by TSGG.

Key words：modified guar gum； monochlorotriazine active group； printing paste； reactive dyes

瓜爾豆膠是從一種豆科植物的胚乳中提取出來的天然多糖，其主要成分是半乳甘露聚糖。主鏈由甘露糖通過β1，4糖苷鍵連接而成，半乳糖則通過α1，6糖苷鍵鏈接在主鏈上，通常半乳糖與甘露糖的摩爾比為1∶1.5～1∶2。瓜爾豆膠的水溶性較好，可以迅速水化成半透明狀粘稠液體，在低質量分數下便呈現很高的粘度（1%水溶液粘度可達4～5 Pa·s），為天然種子膠中粘度最高者[1]。此外，瓜爾豆膠在溫度不高于90 ℃和pH3～11內，都能保持其自身的穩定，是一種性能優良的天然增稠劑。然而，瓜爾豆膠分子結構中含有大量活潑羥基，一方面易與活性染料產生共價鍵結合，影響印花織物的表面色光；另一方面與棉纖維間存在弱結合力，汽蒸烘干后漿膜硬韌而難以洗除，影響印花織物的手感[2]。因此，將瓜爾豆膠用于活性染料印花，需要對其進行改性處理[3]。

目前對于瓜爾豆膠的改性，糊料研究者多采用醚化法，用羧甲基、甲基或羥丙基來封閉瓜爾豆膠分子結構中的活潑羥基，用于活性染料印花糊料[34]。然而，這種改性方法，反應條件劇烈，易造成大量瓜爾豆膠分子主鏈斷裂，使其水溶液的粘度急劇降低，影響其成糊性；而且這是一種隨機非均相取代，易造成瓜爾豆膠分子結構中的部分活潑羥基未被取代，還會與活性染料反應，使得印花織物表面色澤萎暗、手感較差[57]。

本文創新性地采用選擇性高、活性強的一氯均三嗪型活性基改性劑（T1S2）對瓜爾豆膠（GG）進行改性處理，研究改性瓜爾豆膠（TSGG）在棉織物活性染料印花上的應用性能，探尋其作為活性染料印花糊料的內在潛力。

1實驗部分

1.1材料和儀器

材料：純棉府綢（平方米質量：125 g/m2，經密133根/10 cm，緯密72根/10 cm）

藥品：碳酸氫鈉，無水碳酸鈉均為分析純；瓜豆爾膠（GG），海藻酸鈉（SA），雅格素紅P4B，尿素，防染鹽S均為工業純，一氯均三嗪型活性劑改性劑（T1S2）實驗室自制。

儀器：MCR52型旋轉流變儀（奧地利Anton Paar公司），Mini MDF/767型磁棒印花機（奧地利Zimmer公司），DHE65102型萬能汽蒸焙烘機（瑞士Mathis公司），DHE型高溫汽蒸烘機（瑞士Mathis公司），SF600X型測色配色儀（美國Datecolor公司）；Phabro Meter織物風格儀（紹興市元茂機電設備有限公司），Y571L型摩擦色牢度儀（萊州電子儀器有限公司），BS200S型電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）。

1.2改性瓜爾豆膠的制備方法

準確稱取GG（GG和T1S2摩爾比為1∶1）加入到盛有一定體積蒸餾水的三口燒瓶中，攪拌使其完全溶解，升溫至90 ℃，緩慢滴加T1S2改性劑溶液，充分攪拌15 min后，逐滴加入碳酸鈉溶液（總溶液中碳酸鈉濃度為1.2 g/L），反應1 h，取出反應液冷卻至室溫，加入無水乙醇，充分攪拌2 min，靜置，待沉淀充分析出，過濾，重復用無水乙醇洗滌沉淀三次后，60 ℃條件下干燥24 h，研磨成粉，得到改性瓜耳豆膠（TSGG），反應如圖1所示。

1.3活性染料印花方法

1.3.1印花原糊的制備

以配制質量分數1%的原糊為例：稱取1 g糊料放入燒杯中，加入99 mL的蒸餾水，攪拌一定時間成均一、無任何顆粒狀的糊狀體系。靜置過夜，使其充分膨化，即制得質量分數1%的原糊。

1.3.2色漿的制備

準確稱取色漿配方需要水的質量，然后加入尿素、防染鹽S和染料，充分攪拌至分散均勻，臨用前加入NaHCO3攪拌至完全溶解，最后加入原糊，充分攪拌，靜置待用。色漿處方：雅格素紅P4B 2%，尿素5%，防染鹽S 1%，碳酸氫鈉1%，原糊70%。

1.3.3印花工藝流程

調制色漿→磁棒印花（磁棒直徑10 mm，磁力3檔，車速6檔，印花網版150目）→烘干（80 ℃，3 min）→汽蒸（102 ℃，10 min）→水洗→皂煮（皂片3 g/L，純堿2 g/L，95 ℃，10 min，浴比1∶50）→水洗→烘干。

1.4性能測試

1.4.1成糊性

配制一系列不同質量分數的原糊，使用旋轉流變儀MCR52測試原糊粘度。選用直徑50 mm的椎板體系，設定溫度（25±1）℃，固定剪切速率10 s-1，掃描20個點。計算得到的平均值，即為原糊的粘度值，做成成糊曲線（表觀粘度糊料質量分數曲線）。

2結果與討論

2.1原糊基本性能

2.1.1成糊性

在印花行業，糊料的成糊性能反映了糊料的用量，往往是決定其是否被采用的要素之一。若成糊性太低，印花成本將會大量上升，相反，印花成本將會降低許多；故成糊性能對于一種糊料是至關重要的。TSGG，GG和SA的成糊性，如圖2所示。

從圖2可以看出，3種糊料的粘度均隨其含固量增大而增大。經過改性后，TSGG成糊性下降，這是由于在改性過程中GG長時間處于高溫堿性條件，使得其大分子鏈變得較為柔順，分子間作用力減弱，部分分子鏈斷裂，致使成糊性能下降。但TSGG仍能保持較好的成糊性能，與SA接近。

2.1.2化學品相容性

化學品相容性是衡量原糊性能的重要指標，活性染料印花色漿中的助劑，會與原糊發生反應而對原糊的粘度產生一定的影響，從而導致糊料流變性能的改變，進而影響印花效果。在不同化學試劑濃度下，TSGG原糊的粘度變化率如表1所示。

2-2.22

5-9.34注：一般而言，粘度變化率在±15%以內，原糊的耐化學品穩定性較好。

由表1中可知，TSGG在低濃度助劑時，具有較好的化學穩定性；當助劑濃度較高時，改性瓜爾豆膠TSGG對尿素與碳酸氫鈉的穩定性較差，對防染鹽S和染料的穩定性較好。總體來說，TSGG原糊化學品相容性較好。

2.1.3抱水性

抱水性的好壞是決定印制織物花紋輪廓清晰度的要素之一，在汽蒸過程中，印花花紋邊緣與蒸汽充分接觸，吸收水分較多，若糊料的抱水性太差，將會導致水分子能夠在糊料中自由運動，染料將會隨自由水運動到花紋輪廓之外，導致滲化，使得花紋清晰度下降。不同糊料的抱水性如圖3所示。

由圖3對比發現TSGG的抱水性能比GG、SA都好，GG最差。經過改性后的TSGG的抱水性能有明顯提高，可能是由于TSGG分子中引入親水磺酸基團后，水合能力增強，使糊料分子間的自由水變少，抱水性能力提高。

2.2糊料的應用性能

2.2.1透網性

隨著印花產品的高檔化，高目數的篩網已經逐步被應用，篩網目數越大，印制的輪廓清晰度越高，但色漿通過網孔就越難。原糊的透網性好壞直接影響到印花織物的表觀得色量和花紋輪廓清晰度。不同糊料的透網性如圖4所示。

從圖4可以看到，TSGG透網量比GG有較大改善，提升了63.7%，與SA接近。這可能是GG經改性之后，引入新的親水性基團，使糊料的流動性提高，彈性降低，流變性能得到改善，提高了色漿通過網孔，轉移到印花織物上，故TSGG透網量有明顯提升。

2.2.2表觀得色量及滲透率

印花織物得色量情況是評估印制效果的一項很重要的指標，織物表觀得色量主要取決于色漿的透網量和原糊滲透性，在相同透網量下，滲透性好的表觀得色量小，滲透性小的表觀得色量高。采用雅格素紅P4B對棉織物印花，織物表面得色量和滲透率如圖5所示。

由圖5知，相比GG，TSGG印制織物在表觀得色量和滲透率都有較大程度的提高，分別提高了48.7%和33.8%。相比SA，在相近的透網量下，TSGG的表觀得色量較SA提高17.4%，滲透率接近SA。這可能是改性過程中，GG分子中引入帶負電的磺酸根離子，與活性染料相斥，降低了染料與TSGG與糊料發生反應，得色量提高；同時引入的磺酸根離子增強糊料的流動性，使TSGG流變性能更加優異，更加有利于色漿轉移到織物上，因此織物能夠獲得較好的得色，且易于滲透到織物纖維內部。

2.2.3得色不勻度

印花織物如果存在色花或色差將影響織物的整體風格，因此得色不勻度是評價印花織物的重要指標之一。得色不勻度是通過織物正面K/S值得離散度計算而得到的結果，不同糊料印制織物的得色不勻度如圖6所示。

從圖6中可知，GG色澤均勻性較差，印花后織物能看到明顯的色點，經改性之后的TSGG在織物上看不出色點，色澤得色勻性好，和SA相近。改性后TSGG流動性得到提高且與染料反應性降低，有利于印花色漿均勻的透過印花網版。

2.2.4花型輪廓清晰度

花型的清晰度和糊料的抱水性以及粘度有密切關系。抱水性越好，在汽蒸中越不易滲化，花紋越精細。不同糊料印制花紋的輪廓清晰度如表2所示。

由表2可知，由于經過改性后TSGG的抱水性得到明顯提高，在印制圖案的輪廓清晰度明顯優于SA，且線條均勻性好。而GG透網性較差，色漿不易均勻透過網孔，故線條不勻度較大，印制的精細圖案會發生缺經斷緯的現象，故不能用于印制精細花型。

2.2.5手感

織物手感評價通常是通過織物的硬挺度、柔軟度和光滑度3個指標綜合考慮。其中柔軟度和光滑度越大，硬挺度越小，織物的手感越好；相反，織物的手感越差。不同糊料的印制織物手感如表3所示。

由表3可知，與原布相比，印花織物的手感都偏硬，TSGG的手感較GG柔軟，接近SA。這可能是在汽蒸過程中糊料和染料發生反應沉積在織物上或糊料與纖維發生反應導致手感變差，TSGG中引入了磺酸根負離子，減少糊料與織物之前的氫鍵，同時與織物的斥力使織物上的糊料脫去。

3結論

經過與GG、SA各項性能比較，TSGG具有作為活性染料印花糊料的優良性能。相比GG，TSGG成糊性有所下降，抱水性明顯提高；透網量提高了63.7%，表觀得色量提高48.7%且滲透率也提高了33.8%，色澤均勻性以及輪廓清晰度也得到提高，手感較柔軟。相比SA，TSGG成糊性與海藻酸鈉接近，抱水性與輪廓清晰度都比SA好，更適合印制精細花型；透網量與SA接近，表觀得色量較SA提高17.4%，滲透率、得色均勻性也接近；輪廓清晰度較好，手感較柔軟。

參考文獻：

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（責任編輯：張會巍）