周露露

（長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，吉林長春 130000）

活性染料是棉織物染色最常用的染料，但活性染料染色染料利用率低，無機(jī)鹽用量大，廢水排放量大、處理困難，存在危害生態(tài)環(huán)境等問題［1-3］。活性染料大多為陰離子染料，棉織物纖維在染浴中帶負(fù)電荷，與活性染料之間存在排斥力。為增加染料與纖維的相互作用，提高染料利用率，有必要對(duì)棉織物纖維進(jìn)行改性［4-5］。傳統(tǒng)染色工藝通常需要使用大量無機(jī)鹽抑制棉織物纖維表面的負(fù)電荷聚集，減少棉織物纖維與活性染料的排斥力，從而提高染料的上染率和固色率。重鹽的染料廢水會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，必須對(duì)染色后的廢水進(jìn)行脫鹽處理，導(dǎo)致染色成本增加［6-7］。棉織物陽離子化是近年來研究最廣泛的改性方法之一，在棉織物纖維中引入陽離子基團(tuán)可以顯著提升活性染料與棉織物的結(jié)合力，實(shí)現(xiàn)低鹽或無鹽染色，減少或不用無機(jī)鹽，減少染料的洗滌次數(shù)，降低水和能源的消耗［8-9，5］。由于大多數(shù)用于棉織物纖維陽離子改性的化合物都對(duì)環(huán)境有害，本研究擬用含多種氨基酸的大豆殼提取物作為棉織物陽離子改性劑，以活性紅HE3B 對(duì)改性后的棉織物進(jìn)行染色，并研究陽離子改性對(duì)棉織物染色性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：大豆殼，半漂白平紋純棉織物（140 g/m2），染料活性紅HE3B，鹽酸（廣州化學(xué)試劑廠），氫氧化鈉（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司），氯化鈉（天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司），碳酸鈉（成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司），醋酸、檸檬酸（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：HH-6D 型數(shù)顯恒溫電熱水浴鍋（上海皓莊儀器有限公司），NR-24P 染色小樣機(jī)（亞博紡織機(jī)械有限公司），Nicolet 670N 型傅里葉紅外光譜儀（美國尼高儀器公司），Spectrometer VIS-723 型紫外-可見分光光度計(jì)（上海儀電儀器有限公司），SW-8A 型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（青島山紡儀器有限公司），Y571W型紡織品摩擦色牢度儀（寧波紡織儀器廠），Colour Eye 3100型計(jì)算配色系統(tǒng)（美國X-Rite 公司）。

1.2 棉織物陽離子改性

將磨碎的大豆殼加入6%的鹽酸中溶解，滴加0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液pH 為6.0，過濾，得到大豆殼萃取氨基酸溶液。在100%濕法吸附條件下，利用大豆殼萃取氨基酸溶液對(duì)漂白棉織物進(jìn)行陽離子改性，擠壓（擠壓輥壓力為500 kPa）完成后100 ℃干燥5 min，然后120 ℃固化5 min，得到大豆殼提取物陽離子改性棉織物。

1.3 染色工藝

配制7%的活性紅HE3B 溶液，升溫至60 ℃，將棉織物浸漬其中（浴比1∶20），升溫至90 ℃恒溫染色30 min，取出，清洗，熨平后自然晾干。未改性棉織物無鹽染色、大豆殼氨基酸陽離子改性棉織物無鹽染色分別記為1#、2#，常規(guī)染色棉織物記為3#。

1.4 測(cè)試

顏色特征值：將染色后的棉織物置于（20±2）℃、相對(duì)濕度（65±3）%的環(huán)境下平衡24 h，測(cè)定L*、a*、b*、c*及K/S值。K/S值越小，織物顏色越淺，反之亦然。

上染率：用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定染色前后染料溶液的吸光度，計(jì)算上染率=（1-A1/A0）×100%，其中，A0、A1分別表示染色前后染料溶液的吸光度。

固色率：皂洗前后染色棉織物的K/S值之比，計(jì)算式如下：

其中，（K/S）a表示皂洗前的色強(qiáng)度，（K/S）b表示皂洗后的色強(qiáng)度。

色牢度：耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取?、耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取愤M(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR 表征

圖1a 中，3 000～3 600 cm-1處較寬的吸收峰源于纖維素分子中—OH 的伸縮振動(dòng)，2 895～2 910 cm-1處的吸收峰源于—CH2—的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，1 425 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)—CH2—的對(duì)稱彎曲振動(dòng)。除纖維素分子的特征峰外，圖1b 在1 648、2 345 cm-1處還存在新的吸收峰，其中1 648 cm-1處的吸收峰表明有含氮化合物存在；2 345 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)—CH2—的伸縮振動(dòng)。另外，改性棉織物的FTIR 光譜強(qiáng)度更高，這可能是由于在高溫和酸性催化劑作用下，用大豆殼提取物對(duì)棉織物纖維進(jìn)行處理形成了含有游離—NH2基團(tuán)的酯鍵—COO-，在酸的作用下，陽離子化在棉織物中形成了

圖1 棉織物改性前后的FTIR 譜圖

2.2 染色特征值

由表1 可知，陽離子改性棉織物染色后的K/S值最高，比常規(guī)染色棉織物更高，未改性棉織物染色的K/S值最低。大豆殼提取物處理后的織物K/S值增大，說明織物吸收的染料量增多。由表1 還可知，與常規(guī)染色棉織物相比，陽離子改性棉織物在L*、a*、b*、c*值上沒有顯著差異。

表1 棉織物改性前后的染色特征值

2.3 改性對(duì)棉織物染色效果的影響

2.3.1 上染率

由表2 可知，陽離子改性棉織物活性染料無鹽染色的上染率［11］最高，比未改性棉織物和常規(guī)染色棉織物分別提高了53.81 個(gè)百分點(diǎn)和3.46 個(gè)百分點(diǎn)，表明陽離子改性棉織物的染料利用率最高，染色后溶液的色度最低，殘留染料最少，也表明大豆殼提取物氨基酸溶液處理可用于棉織物無鹽染色。因?yàn)槊蘅椢锉砻娴恼姾稍黾?，在無鹽染色工藝中，活性染料與改性棉織物纖維之間的吸引力主要取決于帶負(fù)電荷的活性染料和通過酯鍵與棉織物纖維結(jié)合的缺電子氨基之間的吸引力。

表2 棉織物改性前后的上染率

2.3.2 固色率

由表3 可知，改性棉織物的固色率達(dá)到90.81%，比未改性棉織物和常規(guī)染色棉織物分別提升了28.59個(gè)百分點(diǎn)和2.45個(gè)百分點(diǎn)。在染色過程中加入堿可以促進(jìn)活性染料與纖維中的水反應(yīng)，因此常規(guī)染色棉織物的固色率遠(yuǎn)高于未改性棉織物，大豆殼氨基酸陽離子改性可以屏蔽棉織物纖維表面的負(fù)電荷，從而使活性染料在無鹽條件下也能明顯地耗盡和固定。

表3 棉織物改性前后的固色率

2.3.3 色牢度

棉織物改性前后的色牢度見表4。

表4 棉織物改性前后的色牢度

由表4 可知，改性棉織物染色的耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度、耐皂洗色牢度均未大幅降低，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 物理性能

由表5 可知，改性棉織物無鹽染色的抗張強(qiáng)度略低于常規(guī)染色棉織物，可能是由于棉織物纖維在固化過程中熱降解。改性棉織物無鹽染色與常規(guī)染色棉織物的撕裂強(qiáng)度基本一致，可能是由于陽離子反應(yīng)物通過分子交聯(lián)使分子間氫鍵減小的趨勢(shì)變小，氨基酸陽離子化對(duì)棉織物纖維的撕裂強(qiáng)度影響不顯著。通常氨基酸陽離子化發(fā)生在棉織物纖維素的羧甲基上，不會(huì)破壞分子間氫鍵。改性棉織物無鹽染色的抗彎剛度略高于常規(guī)染色棉織物，表明改性棉織物無鹽染色比常規(guī)染色棉織物略硬。改性棉織物無鹽染色的折皺回復(fù)角明顯提高，可能是由于棉纖維素分子間存在大豆殼氨基酸的交聯(lián)，阻礙了纖維的滑移并穩(wěn)定了纖維素的結(jié)構(gòu)。

表5 棉織物改性前后的物理性能

2.3.5 出水負(fù)荷

由表6 可知，與常規(guī)染色相比，改性棉織物無鹽染色后出水的BOD、COD 和TDS 分別降低約32.6%、24.1%和76.9%，出水質(zhì)量高于常規(guī)染色，染料廢水的處理成本降低。陽離子改性棉織物無鹽染色的出水負(fù)荷比常規(guī)染色低，一方面是由于在染色過程中未加入鹽堿，另一方面是由于氨基酸陽離子化可以保證染料的固色性。另外，由于未固定和水解的染料更少，在染色過程中對(duì)水的需求量更小，也大大節(jié)省了工藝成本。

表6 出水水質(zhì)對(duì)比

3 結(jié)論

以大豆殼提取物為陽離子改性劑對(duì)棉織物進(jìn)行陽離子改性處理，并用活性紅HE3B 染料對(duì)陽離子改性棉織物進(jìn)行無鹽染色。相比常規(guī)染色，大豆殼提取物陽離子改性棉織物無鹽染色的K/S值更高，物理性能無明顯降低，各項(xiàng)色牢度指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，染色出水的COD、BOD 和TDS 更低。該染色工藝可在不降低染色性能的情況下實(shí)現(xiàn)降低鹽堿用量的目的。