李建明，趙曉明，趙家琪

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

滌棉混紡織物的陽離子改性工藝研究

李建明，趙曉明，趙家琪

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

利用陽離子改性劑對(duì)滌棉混紡織物改性，目的在于解決滌棉混紡織物傳統(tǒng)活性染料染色時(shí)，染料利用率低，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題。研究重點(diǎn)探討陽離子改性助劑的改性工藝。結(jié)果表明，優(yōu)選出陽離子助劑對(duì)滌棉混紡織物改性的最優(yōu)改性工藝條件為：溫度50℃，浴比30:1用15%(o.w.f.)的陽離子助劑處理滌棉混紡織物10 min后，加入4g/L的氫氧化鈉，再處理50min，最后充分水洗，直至布面呈中性。在染料濃度相同時(shí)，改性織物的上染百分率及固色率明顯高于未改性織物。

滌棉混紡織物 陽離子改性劑 改性 活性染料

0 前言

染料活性基團(tuán)的反應(yīng)活性增強(qiáng)，染料固色速率加快，纖維中染料的活度af較小，提高了染料向纖維內(nèi)部滲透的濃度梯度，使染料易于上染纖維[1-4]。但固色速率加快的同時(shí)，染料水解速率也增大，染料利用率降低。活性染料與纖維的染色是一種化學(xué)反應(yīng)，是纖維與染料之間的共價(jià)結(jié)合[5-8]。這種共價(jià)結(jié)合的形式，根據(jù)不同活性基團(tuán)，可以用兩種形式來解釋，一種是親核取代反應(yīng)，另一種是親核加成反應(yīng)[9-14]。

為了減少或消除染料與纖維分子負(fù)電荷間的斥力，近年來還開發(fā)了陽離子活性染料[15-19]。通過在傳統(tǒng)的活性染料的基礎(chǔ)上，用陽離子型的水溶性基團(tuán)取代原來染料中的陰離子型水溶性基團(tuán)，如用季銨鹽取代染料中的磺酸基團(tuán)[20-23]。目前多以一氯均三嗪和乙烯砜活性基的活性染料為基礎(chǔ)，含有多活性基活性染料，可以實(shí)現(xiàn)在低鹽的中性條件下染色。但此類染料與纖維之間的作用力太大，容易造成染色不勻[24-28]。本課題是用自制的陽離子改性劑對(duì)滌棉混紡織物進(jìn)行改性，使纖維表面帶有大量正電荷，主要提高染料上染率、固色率、染色深度等效果，同時(shí)提高染料利用率。本研究重點(diǎn)考查改性后織物染色性能的變化，用以評(píng)價(jià)改性效果，為尋找新資源提供了一條新途徑，符合清潔生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源綜合利用這一可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代生產(chǎn)理念，具有實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)主要藥品(見表1)

表1 實(shí)驗(yàn)主要藥品

1.1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器(見下頁表2)

表2 實(shí)驗(yàn)主要儀器

1．2 工藝流程

織物交聯(lián)劑陽離子改性劑預(yù)處理→加堿交聯(lián)→充分水洗→活性染料染色→后處理

1．3 工藝方法及條件

1.3.1 陽離子改性工藝

表3 陽離子改性工藝

滌棉混紡織物：1g 浴比：30∶1

該工藝采用一浴兩步法(如圖1)：

圖1 改性工藝

1.3.2 改性滌棉混紡織物染色工藝

(1)染色處方(見表4)

表4 改性滌棉混紡織物染色處方

(2)染色升溫工藝曲線(見圖2)

圖2 改性滌棉混紡織物染色工藝

1.3.3 染色工藝

(1)染色處方(見表5)

表5 滌棉混紡織物常規(guī)染色處方

(2)染色升溫工藝曲線(見圖3)

圖3 染色工藝

1．4 測(cè)試指標(biāo)

1.4.1 上染百分率

用722型光柵分光光度計(jì)分別測(cè)定染色前、后染液在最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度值，按下列公式計(jì)算上染百分率：

上染百分率/% =(1-nAi/mA0)×100 (1)

其中：Ai為染色殘液稀釋n倍的吸光度；

A0為染色原液稀釋m倍的吸光度。

1.4.2 固色率

2 結(jié)果與討論

2.1 NaOH用量的優(yōu)選

按照1.3.1中的工藝，用15%(o.w.f.)的陽離子助劑織物改性，在40℃下處理10min后加入不同用量的NaOH，再繼續(xù)處理20min。改性后，按照1.3.2中的工藝對(duì)改性織物進(jìn)行染色，染色結(jié)果見下頁圖4：

圖4 NaOH用量對(duì)染色效果的影響

從圖4中可以看出，當(dāng)NaOH用量為4g/L時(shí)，上染百分率與固色率最高。NaOH用量為0～2g/L時(shí)，上染百分率與固色率上升幅度大，說明NaOH在改性中起催化作用，它能促進(jìn)改性劑與纖維素纖維反應(yīng)，是重要的反應(yīng)條件。滌棉混紡織物需要在堿性條件下改性，其原因?yàn)椋簤A性條件下纖維所帶負(fù)電荷增多，有利于陽離子改性劑WLS的吸附，并且利于改性劑環(huán)氧基開環(huán)與滌棉混紡纖維發(fā)生親核取代反應(yīng)，從而吸附和反應(yīng)的量要比中性條件高得多。在較低濃度范圍內(nèi)，改性效果隨著NaOH用量而顯著提高。但是超過一定值時(shí)，用量繼續(xù)增加，改性效果提高不明顯，有的反而有所降低，如圖NaOH用量范圍為6g/L～12g/L時(shí)，染色性能下降。原因是堿性太強(qiáng)，改性劑水解速率增大，導(dǎo)致改性效果降低。所以NaOH在織物改性過程中的用量選定為4g/L。

2.2 改性時(shí)間的優(yōu)選

按照2.3.1中的工藝用15%(o.w.f.)的陽離子助劑對(duì)滌棉混紡織物改性，固定溫度40℃，NaOH 4g/L， WLS處理5min～30min，加堿處理10min～60min。改性后，按照1.3.2工藝進(jìn)行染色，測(cè)定上染百分率及固色率，結(jié)果見表6：

表6 不同處理時(shí)間對(duì)染色效果的影響

表6為陽離子助劑處理滌棉混紡織物5min～30min，再用4g/L NaOH處理10min～60min之后滌棉混紡織物染色的上染百分率和固色率。由圖上可以看出，當(dāng)WLS處理5min，再用NaOH處理50min后，滌棉混紡織物的上染百分率和固色率均最高，故確定處理時(shí)間為WLS預(yù)處理10min，再用NaOH 4g/L處理50min。

2.3 改性溫度的優(yōu)選

按照1.3.1中的工藝陽離子助劑用量為15%(o.w.f.)，選取不同溫度處理10min后加入NaOH 4g/L再處理50min。處理后的織物按1.3.2中工藝進(jìn)行染色，結(jié)果見圖5：

圖5 改性處理溫度對(duì)染色效果的影響

從圖5中可以看出，隨著改性溫度的升高，改性滌棉混紡織物染色上染百分率及固色率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)溫度低于50℃時(shí)，隨著溫度的上升上染率增加較快，表明改性反應(yīng)需要一定的溫度；當(dāng)溫度為50℃時(shí)，上染率接近80%；而溫度為60℃時(shí)，上染率、固色率又有所下降；當(dāng)改性溫度超過60℃時(shí)，上染百分率和固色率又有所上升，基本與50℃持平，在這種情況下，考慮到節(jié)能方面，則選擇50℃進(jìn)行改性較為合適。因此滌棉混紡織物改性溫度最終選定為50℃。

2．4 改性效果評(píng)定

改變?nèi)玖嫌昧?1%～6%，o.w.f.)，按照1.3.2工藝對(duì)改性滌棉混紡織物染色，按照1.3.3工藝對(duì)未改性織物進(jìn)行染色，分別測(cè)定染色織物的上染百分率及固色率，結(jié)果見圖6：

圖6 染料用量對(duì)染色效果的影響

從圖6可以看出，在染料濃度相同時(shí)，改性織物的上染百分率及固色率明顯高于未改性織物。另外，無論改性織物還是未改性織物，在染料用量為2%(o.w.f.)時(shí)，染色效果最好，當(dāng)增大染料用量時(shí)，上染百分率及固色率明顯下降。這是由兩個(gè)原因造成的：染料用量增加，染料分子會(huì)聚集而體積變大，難以進(jìn)入纖維內(nèi)部，從而上染率會(huì)降低；二、纖維內(nèi)部空隙是一定的，當(dāng)染料用量達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)達(dá)到飽和，故不再上染纖維，造成上染率降低。由此還可以得出結(jié)論，當(dāng)染料用量為2%(o.w.f.)時(shí)，滌棉混紡織物染色效果最佳，尤其染淺淡色效果更佳。

3 結(jié)論

優(yōu)選出陽離子助劑對(duì)滌棉混紡織物改性的最優(yōu)改性工藝條件為：溫度50℃、浴比30:1，用15%(o.w.f.)的陽離子助劑處理滌棉混紡織物10 min后，加入4g/L的氫氧化鈉，再處理50min，最后充分水洗，直至布面呈中性。在染料濃度相同時(shí)，改性織物的上染百分率及固色率明顯高于未改性織物。另外，無論改性織物還是未改性織物，在染料用量為2%(o.w.f.)時(shí)，染色效果最好，當(dāng)增大染料用量時(shí)，上染百分率及固色率明顯下降。

[1] 曹機(jī)良,孟春麗,王振杰.改性棉織物無鹽染色和抗紫外一浴整理[J].印染助劑,2017(4):41-45.

[2] 趙亞楠,朱元昭,吳笑顏.活性染料對(duì)棉、麻、黏膠織物的染色差異性研究[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2017(2):131-135.

[3] 李蓉,劉洋,劉穎,等.漢麻纖維的陽離子改性及其染色性能和抗菌性能研究[J].化工新型材料,2017(4):242-244.

[4] 丁夢(mèng)陽,管永華,王海峰.陽離子改性棉織物的染色性能[J].紡織學(xué)報(bào),2016(9):84-89.

[5] 楊柳,曹機(jī)良,安剛,等.陰離子改性棉織物天然色素黃連素染色工藝[J].上海紡織科技,2016(7):24-27.

[6] 劉群,丁斌,關(guān)昶,等.活性染料對(duì)殼聚糖改性腈綸的染色與動(dòng)力學(xué)研究[J].毛紡科技,2016(5):41-44.

[7] 郭映雪,李衛(wèi)斌,趙曉明.改性平紋粘膠織物軋烘焙染色工藝條件的探討[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2016(2):77-79.

[8] 劉元軍,王雪燕,趙后陽,等.棉織物陽離子化改性/雙氧水漂白一浴工藝[J].印染,2011(13):5-8.

[9] 劉元軍,王雪燕,孫偉.WLS在棉織物活性染料浸軋染色中的應(yīng)用[J].印染助劑,2011(6):39-42.

[10] 劉元軍,王雪燕.WLS助劑改性棉織物活性染料的軋烘蒸和軋蒸短流程工藝[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào),2011(2):138-143.

[11] 朱凱棋,楊杏,李美真.陽離子改性對(duì)棉織物涂料染色的影響[J].染整技術(shù),2016(3):19-21+47.

[12] 陳榮圻.活性染料染色牢度對(duì)策和固色劑的發(fā)展(三)[J].印染,2016(4):46-50.

[13] 陳榮圻.活性染料染色牢度對(duì)策和固色劑的發(fā)展(二)[J].印染,2016(3):51-54.

[14] 徐華鳳,趙曉麗,王雪燕.蛋白類防沾助劑在活性染料染色棉織物上的應(yīng)用[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2016(1):66-69.

[15] 劉元軍,趙曉明,拓曉,等.蛋白助劑在針織牛仔布固色中的應(yīng)用[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2016(1):42-45.

[16] 陳榮圻.活性染料染色牢度對(duì)策和固色劑的發(fā)展(一)[J].印染,2016(2):49-52.

[17] 范云麗,徐華鳳,王雪燕.活性染料無鹽和低鹽染色研究進(jìn)展[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2016(2):143-147.

[18] 王雪燕.活性染料技術(shù)的研究進(jìn)展[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2016(4):97-104.

[19] 劉元軍,王雪燕,孫偉.改性棉織物活性染料無鹽染色效果評(píng)價(jià)[J].針織工業(yè),2011(10):25-27.

[20] 陳鎮(zhèn),田波,翦育林,鄒志仁.純棉織物低堿活性染料染色性能探討[J].染料與染色,2015(2):22-25.

[21] 劉元軍,趙曉明,王雪燕.陽離子羽毛蛋白助劑對(duì)棉纖維吸附機(jī)理的研究[J].印染助劑,2015(2):24-28.

[22] 劉元軍,王雪燕,韓超,等.WLS助劑改性的棉紗線硫化染料浸染染色工藝研究[J].染整技術(shù),2014(6):17-21.

[23] 劉元軍,王雪燕,王鳳榮.自制陽離子助劑WLS-20的改性和固色效果[J].針織工業(yè),2013(9):55-58.

[24] 劉元軍,王雪燕,單麗媛,等.陽離子改性劑WLS應(yīng)用于棉紗線硫化染料染色[J].針織工業(yè),2013(2):52-56.

[25] 劉元軍,王雪燕,宋秉政.WLS和WLS-20改性的棉織物染色效果評(píng)價(jià)[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào),2012(5):576-580.

[26] 劉元軍,王雪燕,馮容.WLS浸助軋劑染在色棉中織的物應(yīng)硫用化染料[J].印染助劑,2012(9):43-45.

[27] 劉元軍,王雪燕,徐睿.WLS助劑改性的棉織物硫化染料軋染染色工藝研究[J].染整技術(shù),2012(6):16-19.

[28] 劉元軍,王雪燕,張璟.WLS助劑改性的棉織物活性染料浸軋無鹽染色工藝研究[J].染整技術(shù),2011(9):4-8.

2017-06-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51206122)、天津應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(13JCQNJC03000)、2017年天津工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

趙曉明(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

TS190.92+4

A

1008-5580(2017)04-0026-04