高 　 源，　李 　 紅，　姜 凱 燊

( 大連工業(yè)大學 紡織與材料工程學院, 遼寧 大連　116034 )

0　引　言

棉織物是應用最廣泛的服用面料之一。天然染料相比化學染料有較多優(yōu)勢。但是天然染料對棉纖維上染率低，色牢度差。廢棄的禽類羽毛含有豐富的蛋白，將蛋白提取出并負載到棉織物上使其帶有蛋白織物的特征基團，實現(xiàn)天然染料上染棉織物。

萘醌類化合物具有抗紫外線、殺菌、抗癌等功能，因此成為研究的新亮點[1]。目前國內外多利用萘醌型天然染料上染蛋白質、滌綸等纖維，并且多用重金屬媒染劑且染色效果較差[2]。目前，未見將羽毛蛋白改性棉織物用于萘醌型天然染料染色的研究。本實驗使用的染料是一種重要的天然萘醌類染料，富含于指甲草中，發(fā)色基團為2-羥基-1，4-萘醌[3]。通過羽毛蛋白提取物對棉織物進行改性，以期在提高該染料對棉織物染色性能的同時實現(xiàn)廢物回收利用和防止重金屬污染。

1　實　驗

1.1　材料及儀器

材料：純棉漂白織物，廢棄禽類羽毛，交聯(lián)劑EH，上海天壇助劑有限公司；鹽酸、亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、萘醌型天然染料等，分析純。

儀器：SW-12A耐洗色牢度試驗機，Color-Eye 7000A測色配色儀，6400分光光度計，Y571B摩擦色牢度儀，Nexus 870傅里葉變頻紅外光譜儀。

1.2　方　法

1.2.1羽毛蛋白的提取

在羽毛質量與氫氧化鈉質量比12.5∶1、浴比1∶15、80 ℃下處理2 h，對溶液進行過濾并中和再離心沉淀得到提取物[4]。

1.2.2棉織物的改性

10～20 g/L交聯(lián)劑與2 g/L氫氧化鈉溶液以質量比1∶1混合，加入0.1%～0.5%提取物得到改性液，將2 g棉織物置于500 mL改性液中，于40～80 ℃處理20～100 min并水洗，晾干。

1.2.3改性棉織物的染色

染色條件：染料用量5%，pH 6，浴比1∶30，溫度70 ℃，染色60 min。

1.3　結果鑒定

采用溴化鉀壓片法，對羽毛蛋白改性前后的棉織物進行紅外光譜分析。按文獻[5]方法測定各組織物染色后的表觀得色深度(K/S)。采用染色殘液法[6]測定空白染液與染色殘液的吸光度。耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997 紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度測定；耐洗色牢度按GB/T 3921—2008 紡織品色牢度試驗耐洗色牢度測定。

2　結果與討論

2.1　羽毛蛋白對棉織物的改性機理

羽毛蛋白提取物結構中含有許多氨基、羧基等極性基團和極性鍵，交聯(lián)劑EH中含有的環(huán)氧基在堿性條件下可與蛋白提取物上的多種基團以及棉纖維上的羥基反應，從而使蛋白質負載到棉纖維上[7]。

2.2　染色機理

纖維素纖維經(jīng)改性之后，未和交聯(lián)劑反應的蛋白分子鏈上的氨基在酸性染液中帶正電荷，與帶負電荷的萘醌型陰離子染料之間產(chǎn)生電荷引力，形成離子鍵，因此萘醌染料和蛋白改性纖維素纖維之間的結合力除了氫鍵、范德華力之外，還形成了結合力較強的離子鍵。

2.3　紅外光譜分析

由圖1可以看出，1 236 cm-1處振動峰消失，808 cm-1處出現(xiàn)新振動峰，這是交聯(lián)劑與纖維素分子反應生成的C—O—C。1 552 cm-1處是酰胺的特征吸收峰，是交聯(lián)劑與蛋白中氨基反應生成C—N的振動峰，1 650 cm-1處是酰胺譜帶中—CO— 振動峰。由此推測羽毛蛋白分子接枝到棉纖維上。

圖1　改性前后棉纖維的紅外光譜

2.4　改性工藝

2.4.1羽毛蛋白質量分數(shù)對織物表觀得色深度的影響

當交聯(lián)劑質量濃度20 g/L、改性溫度70 ℃、改性時間60 min時，織物K/S變化如圖2所示，因此選擇羽毛蛋白的質量分數(shù)為0.4%。

2.4.2交聯(lián)劑質量濃度對織物表觀得色深度的影響

當羽毛蛋白質量分數(shù)0.4%、改性溫度70 ℃、改性時間60 min時，織物K/S變化如圖3所示，因此交聯(lián)劑的最佳質量濃度為20 g/L。

2.4.3改性溫度對織物表觀得色深度的影響

當羽毛蛋白質量分數(shù)0.4%、交聯(lián)劑質量濃度20 g/L、改性時間60 min時，織物K/S如圖4所示，因此改性溫度選擇70 ℃。

圖2　羽毛蛋白質量分數(shù)對K/S的影響

圖3　交聯(lián)劑質量濃度對K/S的影響

圖4　改性溫度對K/S的影響

2.4.4改性時間對織物表觀得色深度的影響

當羽毛蛋白質量分數(shù)0.4%、交聯(lián)劑質量濃度20 g/L，改性溫度70 ℃時，織物K/S變化如圖5所示，因此交聯(lián)改性時間選擇 60 min。

圖5　改性時間對K/S的影響

2.5　染色性能

在最優(yōu)改性條件下對棉織物進行染色，得到染品K/S與上染率分別為4.68和46%，未改性染品K/S與上染率分別為1.24和19%。由表1可知，經(jīng)羽毛蛋白改性后的棉織物比未改性的織物色牢度有了明顯提高。

表1　改性前后織物的染色性能Tab.1　Fastness properties before and after modification

3　結　論

紅外光譜測試結果表明，經(jīng)廢棄羽毛提取的蛋白通過交聯(lián)劑負載到了棉織物上。棉織物的最優(yōu)改性工藝為蛋白質量分數(shù)0.4%，交聯(lián)劑質量濃度20 g/L，改性溫度70 ℃，改性時間60 min。

蛋白改性后的棉織物對萘醌型天然染料的染色性能得到提升，K/S從1.24提高到4.86，上染率從19%提升到46%。改性后染品的耐洗牢度均在4級以上，干摩擦牢度達到了4～5級。

參考文獻:

[1] 姜洪芳,孫鋼,張莉，等.鳳仙花葉片提取物及萘醌類物質抑菌活性研究[J].中國野生植物資源,2016,35(6):24-26.

[2] 董杰,董超萍,夏建明.改性棉織物的核桃皮植物染料染色[J].印染,2014,40(3):24-27.

[3] 郝洪順,楊陽,秦磊,等.用海娜花天然染料為敏化劑制備納米TiO2太陽能電池[J].人工晶體學報,2014,43(1):116-121.

[4] 陳忱,何雄飛,曾潤穎.羽毛角蛋白提取工藝及應用研究現(xiàn)狀[J].生物學雜志,2015,32(4):73-76.

[5] ALEBEID O K, ZHAO T, SEEDAHMED A I. Dyeing and functional finishing of cotton fabric using Henna extract and TiO2nano-sol[J]. Fibers and Polymers, 2015, 16(6): 1303-1311.

[6] 喻勝飛,劉元,李賢軍,等.活性藍染料結構與楊木單板染色性能的關系[J].中南林業(yè)科技大學學報,2015,35(2):114-118.

[7] 劉元軍,趙曉明,梁騰隆.陽離子生物蛋白衍生物固色劑的合成及應用[J].印染助劑,2016,33(3):18-23.