殼聚糖/陽離子改性劑改性棉活性染料無鹽染色研究

曹曉紅

(三明醫學科技職業學院，福建 三明，365000)

1 引言

棉纖維是一種非常重要的紡織原料，其最常用的染料是活性染料。雖然活性染料具有色澤鮮艷、濕色牢度好等優點，但陰離子活性染料上染棉纖維時，由于受纖維表面負電荷的靜電斥力影響，吸附能力弱，因此為了提高染料的吸附上染，活性染料染棉時必須加入大量的無機鹽電解質(氯化鈉或硫酸鈉)，以減弱染料與纖維之間的靜電斥力，增強染料的吸附上染能力，提高平衡上染百分率。通常鹽用量由染料結構和染色深度而定，一般為20 g/L～80 g/L[1]。鹽的大量使用，不僅造成了含有大量鹽的染色殘液污水，導致嚴重的環境污染，而且浪費鹽資源，增加成本[2]。長期以來，人們一直在探索活性染料無鹽染色方法，其中對棉纖維陽離子化改性處理是實現活性染料低鹽或無鹽染色的一條有效途徑。本研究采用具有良好生物相容性、無毒性的殼聚糖與環保型陽離子試劑K共同對棉織物改性，然后探究其無鹽條件下活性染料染色工藝。

2 實驗

2.1 實驗材料 試劑及儀器

2.1.1實驗材料

經煮練、漂白、絲光的純棉織物(27.8 tex×27.8 tex，452.5根/10 cm×236.0根/10 cm)。

2.1.2試劑

殼聚糖、陽離子改性劑K、無水碳酸鈉、冰醋酸、元明粉、活性藍X-GM、活性紅K-2G、活性藍M-2GE、活性紅M-8B、活性黃M-7G。

2.1.3實驗儀器

TD電子天平、AS-24型常溫小樣機、101-2型電熱恒溫鼓風干燥箱、X-RITE型分光測試儀、Y571B型摩擦牢度儀、YG611M型日曬氣候牢度儀。

2.2 實驗方法

2.2.1殼聚糖母液的制備

殼聚糖必須先溶解，才能被纖維吸附，而不同分子量、不同乙酰度的殼聚糖的溶解度不同。室溫下，本研究所用殼聚糖在1 %的醋酸溶液中，最大溶解度約為5 g/L，故配制5 g/L的殼聚糖溶液為母液。

2.2.2棉織物改性工藝及染色工藝

棉織物改性工藝流程及工藝條件：配制改性液→升溫至所需溫度加入棉織物→在水浴恒溫振蕩器浸漬規定時間(振蕩頻率：往復速度60次/min)→取出棉織物水洗至中性→活性染料染色。

棉織物改性工藝：配制改性液：量取規定的殼聚糖或陽離子試劑，加入規定量水，攪拌均勻，待用；改性工藝處方：殼聚糖：0～1 %(o.w.f.)，陽離子改性劑K：0～9 %(o.w.f.)；改性工藝條件：溫度：50℃～90℃，時間：20～50 min，pH值：4～12，浴比：20∶1。

活性染料染色工藝：染色處方：活性染料：1.5%(o.w.f.)，元明粉：20 g/L(改性織物染色時不加)，純堿：15 g/L，浴比：20∶1。染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

皂洗工藝：皂液組成：中性洗滌劑3 g/L，皂煮工藝條件：95℃～98℃處理10 min。

2.3 測試方法

染色K/S值測試：染色樣布在X-RITE型分光測試儀上測試K/S值，采用D65光源，試樣折疊四層。

固色率測試：在X-RITE型分光測試儀上測試皂煮前染色樣布K/S值和皂煮后染色樣布K/S值，固色率用皂煮后K/S值與皂煮前K/S值比值表示。

耐摩擦牢度測試：按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試。

耐皂洗色牢度測試：按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試。

耐氣候色牢度測試：按GB/T 8430—1998《紡織品 色牢度試驗 耐人造氣候色牢度：氙弧》測試。

3 實驗結果與討論

3.1 改性劑改性棉pH值的確定

分別準確量取7%(o.w.f.)的陽離子改性劑K，浴比20∶1，配制好改性液，并按要求調節改性液pH值，棉織物于60℃浸漬改性30 min，水洗后，用活性染料染色。測試其K/S值，結果見圖2。

由圖2可知，陽離子改性劑K改性的棉織物在pH值6～10范圍內都有較高的染色深度(K/S值)，pH值為10時達到最高。

圖2 改性液pH值對改性劑改性棉的K/S值的影響

殼聚糖需溶解在1 %～2 %的醋酸溶液中，然后對棉織物進行改性。因此陽離子改性劑K與殼聚糖聯合用于改性棉時，改性液的pH值選擇為6。

3.2 改性劑改性棉溫度的確定

分別準確量取7%(o.w.f.)陽離子改性劑K和0.5%(o.w.f.)的殼聚糖配制成改性液，調節改性液pH為6，棉織物在不同的溫度下浸漬改性液30 min，水洗后染色，結果見圖3。

由圖3可知，隨改性溫度的提高，各改性劑改性棉織物的K/S值都增大，但當改性溫度大于80℃時，改性棉的K/S值減小。這可能是由于溫度升高，提高了改性劑在棉織物上的吸附速率，增強了改性效果，從而增大改性棉織物的K/S值；繼續升高改性溫度，染色K/S值下降，可見殼聚糖和陽離子改性劑K適宜在80℃下對棉改性。

圖3 改性劑改性溫度對改性棉K/S值的影響

3.3 殼聚糖與陽離子試劑K聯合改性工藝條件的確定

3.3.1殼聚糖及陽離子試劑K用量的確定

取0～9 %(o.w.f.)的陽離子試劑K與0.5 %(o.w.f.)殼聚糖配制成改性液，于80℃處理棉織物30 min，然后染色，測K/S值，結果見圖4。

圖4 陽離子試劑K用量對改性棉K/S值的影響

由圖4可知，陽離子試劑K用量為1 %(o.w.f.)時，染色K/S值最高。這可能是隨著陽離子試劑K濃度的增大，殼聚糖與陽離子試劑K相互聚集，導致改性劑難以被棉纖維吸附及滲透到纖維內部，造成改性后染色K/S值下降。

再取0～1%(o.w.f.)的殼聚糖與1%(o.w.f.)的陽離子試劑K配制成改性液，于80℃處理棉織物30 min，然后染色，測K/S值，結果見圖5。由圖5可知，殼聚糖用量為0.05%(o.w.f.)時，染色K/S值最高。

圖5 殼聚糖用量對改性棉K/S值的影響

由圖4和圖5可知，0.05%(o.w.f.)殼聚糖和1%(o.w.f.)陽離子改性劑K聯合對棉改性，染后可獲得較高的K/S值。可見，殼聚糖與陽離子試劑K聯合改性棉有很好的協同增效作用。

3.3.2殼聚糖及陽離子試劑K聯合改性時間的確定

取0.05%(o.w.f.)的殼聚糖和1%(o.w.f.)的陽離子試劑K配制成改性液，于80℃浸漬改性20 min～50 min，水洗至中性，然后染色，測K/S值，結果見圖6。

圖6 改性時間對改性棉染色K/S值的影響

由圖6可知，隨著改性時間的延長，有利于改性劑吸附并擴散進入棉纖維內，提高改性效果，從而提高染料的吸附量，但改性時間過長，可能會使部分改性劑從棉纖維上解吸，導致染料的上染率降低。由此確定改性時間為30 min～40 min。

3.4 改性棉與未改性棉的染色性能比較

取5塊3 g棉織物用0.05% (o.w.f.)殼聚糖和1%(o.w.f.)陽離子試劑K配制成的改性液于80℃處理30 min后，分別用活性紅M-8B、活性黃M-7G、活性藍M-2GE、活性紅K-2G、活性藍X-GM 5種染料染色，并與傳統有鹽染色比較固色率、K/S值及染色牢度，結果見表1。

從表1知，改性后的棉織物使用上述5種活性染料染色，固色率及染色深度(K/S值)與未改性織物不加鹽染色及加鹽染色相比均有顯著提高。從而可知，改性棉織物能實現活性染料無鹽染色，且染料利用率高于傳統加鹽染色工藝，也就是說，染色達到同一深度，染料用量明顯減少，并且改性后織物的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度也略有提高，但改性棉織物的耐氣候色牢度顯著降低，其原因有待于進一步研究。

表1 改性棉與未改性棉的固色率與色牢度比較

4 結語

經殼聚糖和陽離子試劑K聯合改性后的棉織物，用活性染料無鹽染色，其染色固色率及染色深度(K/S值)可以達到甚至超過傳統有鹽染色的效果。研究確定的最佳改性工藝為：殼聚糖0.05%(o.w.f.)，陽離子試劑K 1%(o.w.f.)，pH為6，80℃下處理 30 min～40 min，浴比20∶1。

棉織物經改性后使用活性染料無鹽染色，其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均較傳統有鹽染色略有提高，但耐氣候色牢度顯著降低。