有機鹽復配促進棉織物活性染色*

2022-12-22 12:47:14吳文勝黃鴻發馮曉琳李順華李志偉

廣州化工 2022年21期

吳文勝，高翔，黃鴻發，馮曉琳，李順華，李志偉，閆鵬

(肇慶學院環境與化學工程學院，廣東肇慶 526061)

活性染料俗稱反應性染料，1956年首先出現在英國的一類新型水溶性染料，其分子中具有能和蛋白質纖維中氨基和纖維素中的羥基發生反應的基團，在染色過程中可以和纖維發生化學反應，生成新物質——“纖維-染料”化合物。經過數十年的迅速發展，活性染料以色澤鮮艷，價廉易得而著稱[1]，現已發展成為我國棉織物染料中極為重要的染料。染料行業最大的缺點是污染大、廢水排放量大，資源消耗大，對環境嚴重不利[2]。活性染料由于自身結構的原因導致最致命的問題就是利用率較低，在傳統活性染料染色工藝中，為了提高上染率，通常選擇添加中性無機鹽[3-5]。加入無機鹽，可使染液的正離子強度提高，使染液中染料的活度和親和力提高，增強陰離子型染料從染液向纖維的擴散作用[6]。由于加入大量的中性無機鹽，產生的廢水會對環境有嚴重的破壞。無機鹽含量高的廢水直接排放會使江湖水鹽化，農田鹽堿化，打破生態平衡，使農作物產量下降[7]。綜合近幾年活性染料棉織物染色工藝的研究，發現利用有機鹽來替代無機鹽促進染色是一個重要的發展方向[8-11]。本研究采用環境友好的的檸檬酸鉀與甲酸鈉兩種有機鹽來替代傳統的無機鹽，并利用兩種有機鹽的復配來探討最佳復配比例，達到協同促染的目的。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：純棉織物、活性紅F2B、活性元青B133。

試劑：氯化鈉(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；無水碳酸鈉(分析純)，天津市光復發展有限公司；檸檬酸鉀(分析純)，上海試劑一廠；甲酸鈉(分析純)，天津市大茂化學試劑廠；皂洗劑，蘇州捷盛新材料科技有限公司。

儀器：UV2600型紫外可見分光光度計，日本島津公司；高溫小樣機，佛山市順德區陸錦精密機械制造有限公司；Scout SE型電子天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司；Y571型摩擦色牢度試驗儀，萊州元茂儀器有限公司；東宏DOHO型標準光源對色箱；Y902型汗漬牢度烘箱，常州德普紡織科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 染色前處理

(1)工藝處方

NaCO3:1 g·L-1;

雙氧水:1 g·L-1;

浴比:1:10。

(2)工藝流程

按上述配方配制好前處理液，將棉織物完全浸入其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至60 ℃，保溫10 min至前處理完成，取出棉織物用冷水洗至中性。

1.2.2 棉織物染色工藝

(1)傳統染色

①工藝處方

活性染料/%:1 omf;

NaCl:30 g·L-1;

NaCO3:10 g·L-1;

浴比:1:15。

②工藝流程

稱好一定量的氯化鈉和碳酸堿，加入到配好的染液中，將經過前處理的棉織物完全浸入到其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至60 ℃，保溫60 min至染色完成，取出棉織物用冷水洗至中性。

(2)有機鹽復配染色

①工藝處方

活性染料/%：1 omf;

有機復配鹽：30、60、90、120 g·L-1;

NaCO3:10 g·L-1;

浴比:1:15。

②工藝流程：同上(1)傳統染色

1.2.3 皂洗工藝

(1)皂洗處方

皂洗劑：2 g·L-1；

純堿：1 g·L-1;

浴比:1:15。

(2)工藝流程

按上述處方配制好皂洗液，將染色后用冷水洗后的棉織物完全能浸入其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至90 ℃，保溫15 min至皂洗完成，取出棉織物用烘箱烘干。

1.3 檢測

1.3.1 上染率的測定

使用UV2600型紫外可見分光光度計，分別在活性紅F2B的最大吸收波長處測取染料染色前后的吸光度，上染百分率 E按式(1)計算。

(1)

式中：A0，A1分別為染色前、后染液的吸光度。

1.3.2 固色率的測定

固色率F的測定按式(2)測定：

(2)

式中：A2為皂洗廢液的吸光度。

1.3.3 色牢度的測定

參考以下國標進行試驗測定耐摩擦色牢度、耐汗漬牢度、耐皂洗色牢度：GB/T 3920-1997《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》GB/T 3922-1995《紡織品色牢度試驗耐汗漬色牢度》GB/T 3921.1-1997《紡織品色牢度試驗耐洗色牢度》[12]。

2 結果與討論

2.1 有機復配鹽對活性紅F2B促染棉織物效果的影響

表1研究了檸檬酸鉀和甲酸鈉在不同比例復配時，分別以復配鹽質量濃度為30 g/L、60 g/L、90 g/L、120 g/L促染活性紅F2B染棉織物的上染率和固色率，其中原液的吸光度為5.117。

表1 不同濃度和復配比下有機復配鹽促染棉織物的上染率和固色率

分析表1數據發現當有機復配鹽的質量濃度從30 g/L上升至120 g/L時，活性紅F2B對棉織物促染的效果變化明顯，其上染率和固色率均顯著上升。

在不同質量濃度和不同復配比例的有機復配鹽條件下，對活性紅F2B促染棉織物的上染率進行研究，結果見圖1。

圖1 不同濃度和比例有機復配鹽促染棉織物的上染率變化曲線

分析圖1可以發現在某一特定復配比例下，檸檬酸鉀和甲酸鈉復配會產生協同作用，且有機復配鹽的質量濃度不同時，產生協同作用的最佳復配比也不同。

當30 g/L、60 g/L、90 g/L的檸檬酸鉀和甲酸酸鈉復配鹽以6:4的比例復配時的促染作用均優于單一組分的檸檬酸鉀和甲酸鈉；120 g/L的復配鹽以8:2的比例復配時產生的促染作用優于單一組分的檸檬酸鉀和甲酸鈉。

圖2是不同質量濃度的有機復配鹽在不同復配比例情況下促染活性紅F2B上染棉織物的固色率變化曲線。分析圖2發現，隨著有機鹽復配鹽的質量濃度的增加，活性紅F2B上染棉織物的固色率明顯上升。

圖2 不同濃度和比例有機復配鹽促染棉織物的固色率變化曲線

2.2 氯化鈉對活性紅F2B促染棉織物效果的影響

研究了氯化鈉在不同質量濃度下促染活性紅F2B上染棉織物的促染效果，并計算其上染率和固色率，見表2。

表2 不同質量濃度的氯化鈉促染棉織物的上染率和固色率

表2表明，隨著氯化鈉質量濃度的上升，活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率有明顯的增加。此外，由圖1、圖2和圖3對比可以發現，在染色工藝相同的條件下，質量濃度相同的的情況下，有機復配鹽的促染效果優于傳統的無機鹽氯化鈉。

圖3 氯化鈉的濃度對活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率的影響

2.3 有機復配鹽和無機鹽對活性紅F2B上染棉織物色牢度的影響

續表3

對比表3和表4，結果表明，在質量濃度相同的情況下，有機復配鹽促染活性紅F2B上染棉織物染色的摩擦色牢度、耐洗牢度、耐堿牢度以及耐水牢度取得的效果均與氯化鈉的效果相當，可達到國家標準。故使用有機復配鹽促染，不會降低活性染料的染色牢度。在最佳復配比下，有機復配鹽促活性紅F2B上染棉織物的色牢度還優于無機鹽。

表3 有機復配鹽促活性紅F2B上染棉織物的色牢度

表4 氯化鈉促活性紅F2B上染棉織物色牢度

2.4 正交實驗

由以上實驗可知，同樣的質量濃度下，有機復配鹽(檸檬酸鉀和甲酸鈉)在染色過程中的促染效果能達到與傳統染色過程中所使用的無機鹽氯化鈉相當甚至更好的效果。考慮到影響染色效果的因素較多，例如溫度、時間、堿用量、浴比等，因此在以上實驗結果得到的基礎上，選擇在有機鹽質量濃度為30 g/L下的最佳復配比例，即檸檬酸鉀和甲酸鈉的質量比為6:4，進行正交實驗，以上染率作為指標，期望取得有機復配鹽促活性紅F2B上染棉織物的最佳工藝條件。

用活性紅F2B對棉織物染色，按染色溫度(A)、時間(B)、堿用量(C)浴比(D)4個因素，設計正交試驗L9(43)，結果如表5所示。

表5 相關因素及水平

續表6

分析表6結果可得，影響上染率的四個因素，溫度、時間、堿用量、浴比。影響大小依次為：溫度>堿用量>時間>浴比。由正交試驗結果可得，活性紅F2B上染棉織物的最佳染色工藝為A2C2B1D3，即溫度60 ℃，堿用量為15 g/L，染色時間50 min浴比1:20。在此最佳復配染色工藝下，復配鹽的促染效果最優，且優于傳統無機鹽的促染效果。但由于溫度太高，分子運動劇烈，不益于活性染料分子附著在棉纖維上，故當溫度高達70 ℃時，上染率明顯低于50 ℃、60 ℃。