摘 要：印染廢水污染是制約紡織行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸之一，在開發(fā)新溶劑的同時(shí)實(shí)現(xiàn)織物高效加工改性是驅(qū)動(dòng)紡織業(yè)升級轉(zhuǎn)型的有效路徑。以甜菜堿（Bet）乳酸（LA）低共熔溶劑為真絲織物改性反應(yīng)的溶劑兼反應(yīng)原料，對真絲織物進(jìn)行季銨化改性，對比考察了傳統(tǒng)加熱和微波加熱方式對酰胺化反應(yīng)效率的影響，并對改性樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和染色性能等進(jìn)行分析。結(jié)果表明：微波加熱反應(yīng)效率高，僅需15 s便可實(shí)現(xiàn)真絲織物季銨化改性；改性后纖維表面粗糙度輕微增加，結(jié)晶度由71.57%升至78.57%，拉伸斷裂強(qiáng)度提升2.8%；織物表面電荷從-26.35 mV增加到5.57 mV，使織物上染率提高58倍，最佳染色工藝條件下KS值由0.08提升至4.07，透氣和吸濕性變化不明顯。該研究結(jié)果可為真絲織物改性和低共熔溶劑組分多功能應(yīng)用提供新的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：真絲織物；低共熔溶劑；微波加熱；季銨鹽改性；染色性能

中圖分類號：TS146

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）03-0061-12

收稿日期：20230630

網(wǎng)絡(luò)出版日期：20231025

基金項(xiàng)目：浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2121069-J）；浙江省“高層次人才特殊支持計(jì)劃”杰出人才項(xiàng)目（2021R51003）；浙江省分析測試項(xiàng)目（LGC22E030006）；浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（QJRZ2110）

作者簡介：謝家靈（2000—），男，四川瀘州人，主要從事天然高分子改性方面的研究。

通信作者：付飛亞，E-mail：fufar@163.com

傳統(tǒng)紡織染整技術(shù)主要采用濕法工藝，在各個(gè)環(huán)節(jié)均會消耗大量水資源并產(chǎn)生大量廢水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前紡織行業(yè)年取水量約30億m3，居工業(yè)行業(yè)前4位，廢水排放量、化學(xué)需氧量（CODCr）和氨氮排放量在全國工業(yè)中均居第2位［1］。因此，需要研究環(huán)保高效改性的新途徑，從而推動(dòng)紡織行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級。

近年來，所報(bào)道的織物加工改性技術(shù)包括紫外線輻射、等離子體處理、溶劑法等。如Jiang等［2］使用紫外輻射纖維表面進(jìn)行誘導(dǎo)接枝，改性后接枝織物的KS值由0.3提高至4.7，摩擦和耐洗牢度均在4級以上。Patino等［3］使用等離子體技術(shù)將纖維表面陽離子功能化，使織物KS值提升14%。溶劑法主要使用離子液體（Ionic liquids，ILs）對織物進(jìn)行加工改性，與傳統(tǒng)溶劑相比，ILs具有低熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強(qiáng)、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)［4］，可應(yīng)用于織物預(yù)處理、染色和功能化等［5］。如梁姣姣等［6］使用陽離子型離子液體對聚丙烯纖維進(jìn)行共混改性，染料直接將紫51的上染率從0提升至17%。但以上方法在成本控制、工藝復(fù)雜性和染色效果等方面仍有待改善［7］。

低共熔溶劑（Deep eutectic solvents，DES）是由氫鍵供體（Hydrogen bond donors，HBD）和氫鍵受體（Hydrogen bond acceptor，HBA）形成的共晶混合物，其熔點(diǎn)低于溶劑各組分的熔點(diǎn)［8］。DES被認(rèn)為是一種新型的ILs，不但具有ILs的可設(shè)計(jì)性、優(yōu)異的溶解力、良好的催化性能和熱穩(wěn)定性等，還表現(xiàn)出其他ILs所不具備的價(jià)格低廉、合成工藝簡單、可生物降解等特點(diǎn)。目前，DES已展現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。如Meindl等［9］將DES（氯化膽堿-乙酸）作為極性溶劑在微波輔助下進(jìn)行高效率、低成本木質(zhì)素萃?。籗irvi［10］使用DES（鹽酸胍-無水磷酸）作為綠色溶劑對木質(zhì)纖維素材料預(yù)處理制備高性能納米纖維素；Alhassan等［11］使用氯化膽堿-對甲苯磺酸作為新型催化劑，提升生物原油產(chǎn)率。在已報(bào)道的研究工作中，DES常用作溶劑或助溶劑［12］。然而，DES組分中的功能性尚未被足夠重視，極少將DES同時(shí)用作反應(yīng)溶劑和反應(yīng)物［13］。

本文將甜菜堿（Bet）乳酸（LA）構(gòu)成的DES同時(shí)作為溶劑和反應(yīng)物，對比研究傳統(tǒng)烘箱加熱和微波加熱兩種方式對改性反應(yīng)效率的影響規(guī)律。通過SEM、XRD、XPS、FTIR、Zeta電位等手段表征改性真絲織物的形貌和結(jié)構(gòu)，分析改性織物的染色性能，并探究改性織物的最佳染色工藝，為印染行業(yè)的綠色發(fā)展提供新方法和科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

真絲織物（14 gm2，真絲斜紋綢，杭州萬事利絲綢數(shù)碼印花有限公司），一水甜菜堿（C5H11NO2·H2O，99%，阿拉丁化學(xué)試劑有限公司），DL-乳酸（C3H6O3，AR，85%～90%，麥克林試劑公司），十二烷基磺酸鈉（C12H25NaO3S，98%，阿拉丁化學(xué)試劑有限公司），乙醇（CH3CH2OH，≥99.5%，阿拉丁化學(xué)試劑有限公司），固色劑JF-2112（嘉善江南紡織材料股份有限公司），活性紅2（C19H10Cl2N6Na2O7S2，麥克林試劑公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 空白真絲織物的清洗

先將未處理的真絲織物（5 cm×5 cm，10片）浸泡在500 mL的十二烷基磺酸鈉溶液中（0.5%）超聲30 min，同時(shí)用去離子水（200 mL）清洗3次，再浸泡在98%乙醇溶液中（200 mL）超聲30 min，再用去離子水清洗（200 mL，3次）除去乙醇，最后在"80 ℃"的烘箱里烘干1 h得到空白真絲織物（Silk fiber，SF），密封備用。

1.2.2 DES的制備

低共熔溶劑（Deep eutectic solvents，DES）通過加熱甜菜堿和乳酸的混合物制得，甜菜堿和乳酸的質(zhì)量比是1∶5，加熱溫度為80 ℃，直至白色懸濁液變?yōu)榈S色透明液體。

1.2.3 微波加熱和烘箱加熱輔助改性真絲織物制備

為方便理解，在這里將微波加熱輔助改性真絲織物命名為SF-DES-M-x（x=5， 10， 15， 20， 25），烘箱加熱輔助改性真絲織物命名為SF-DES-O-x（x=5， 10， 15， 20， 25）。取清洗后的SF（5 cm×5 cm，10片）按照重量比1∶100浸入DES溶液中10 min，控制改性織物增重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%±2%，5片在微波爐（700 W，2450 MHz）內(nèi)分別加熱5、10、15、20 s"和25 s。另外5片在120 ℃條件下的烘箱內(nèi)分別加熱5、10、15、20 min和25 min。然后用去離子水清洗（100 mL，3次）以除去未反應(yīng)的DES溶液，最后在80 ℃條件下烘干得到改性樣品。制備流程如圖1所示，改性機(jī)理如圖2中過程（a）所示。

1.2.4 改性真絲織物染色工藝的探究

將真絲織物按1∶100的浴比浸入0.8%（o.w.f）含活性紅2的染液中（染液中固色劑JF-2112質(zhì)量濃度為0～5 gL），在溫度20～100 ℃條件下染色20～100 min。染色機(jī)理如圖2中過程（b）所示。

1.3 基本測試

采用掃描電子顯微鏡（SEMUltra 55，Zeiss，德國）對SF，SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的表面形貌進(jìn)行觀察分析。采用衰減全反射-傅里葉紅外光譜（FTIRTENSOR II，Broch，德國）分析不同樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)，掃面范圍為400～4000 cm-1，掃描次數(shù)64次。采用X射線電光子能譜（XPSAXSS，德國）分析樣品表面化學(xué)成分。采用二維X射線衍射儀（XRDD8 Discover，德國）研究樣品晶體結(jié)構(gòu)，掃描速率5 （°）min，掃描范圍5°～45°。采用固體表面Zeta電位儀（DLSSURPASS，奧地利）分析SF、SF-DES-O-x"和SF-DES-M-x表面Zeta電位，測試pH范圍為3～10。采用紫外-可見紅外光譜儀（UH4100，日本）測量染料吸收率，掃描范圍420～700 nm。采用熱重分析儀（TGSDTA851，美國）分析熱穩(wěn)定性，測試溫度范圍30～800 ℃，升溫速率為10 ℃min，空氣氣氛。采用通用材料試驗(yàn)機(jī)（Instron 5943，美國）測試SF、SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的機(jī)械拉伸性能。

1.4 織物表面接枝的甜菜堿量的測試

將真絲織物（5 cm×5 cm）浸在30 mL甲基橙溶液中并浸泡10 min，移除織物后，檢測此刻甲基橙溶液在460 nm處的紫外分光光度計(jì)的峰值。重復(fù)3次此吸附實(shí)驗(yàn)過程，在每次織物移除后檢測甲基橙溶液的吸光度，按式（1）計(jì)算織物上甜菜堿接枝量［14］：

m=C×VM（1）

式中：m表示接枝到織物上的甜菜堿量，mmolg；C表示吸附實(shí)驗(yàn)后的甲基橙的濃度減少量，mmolL；V表示測試中所用的甲基橙的體積，L；M表示此實(shí)驗(yàn)過程中所使用織物的總質(zhì)量，g。

1.5 KS值測試

使用SF600 PLUS型計(jì)算機(jī)測色配色儀在光源D65下分別測試SF、SF-DES-O-x和SF-DES-M-x樣品的3個(gè)不同位點(diǎn)的KS值，取均值。

1.6 染色性能測試

使用浸漬法染色，首先用去離子水為參照液，在比色皿中注入預(yù)先配置好的活性紅2染液，在波長為420～700 nm范圍內(nèi)用紫外-可見近紅外光譜儀（UV-vis）U-4100H掃描出對應(yīng)的吸光度曲線。經(jīng)過顯示的吸光度與掃描的波長，得到染料的最大吸收波長λmax。然后分別將不同真絲織物在25 ℃下浸入染料中攪拌10 min完成上染，對不同真絲織物染色前染液、染色后殘液取樣，并測量吸光度，按式（2）計(jì)算真絲織物樣品的上染率：

X%=1－A1A0×100（2）

式中：X表示上染率，%；A0表示染色原液的吸光度；A1表示染色后殘液的吸光度。每組樣品均重復(fù)測3次，取平均值。

1.7 水氣透過率測試

采用ASTME-96法進(jìn)行水氣透過率實(shí)驗(yàn)，對改性前后的真絲織物進(jìn)行水氣透過率測試。在直徑15 mm試管中裝入蒸餾水，使水面離試管口約"3 mm，再將SF或不同改性的SF樣品封住試管口，用橡皮筋拴緊。記錄24 h前后試管中水質(zhì)量的變化。按式（3）計(jì)算不同真絲織物的透氣性：

T=m0－maπ·r2（3）

式中：T表示透氣率為每天每平方米的真絲織物表面透出去水的質(zhì)量，g（m2·d）；m0和ma分別表示測試前后試管內(nèi)水的質(zhì)量，g；r表示試管的內(nèi)壁半徑，m。每組樣品重復(fù)測試3次，取平均值。

1.8 吸濕性測試

將SF和不同改性SF樣品（3 cm×3 cm）浸沒在去離子水中，懸掛10 min，后取出并擠出待測樣品上多余的水分直到不滴水，參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 21665.1—2008《吸濕速干性的評定》，織物的吸濕性按式（4）計(jì)算真絲織物樣品的：

W%=wa－w0w0×100（4）

式中：w0表示真絲織物的起始質(zhì)量，g；wa表示真絲織物的最終質(zhì)量，g；W表示織物的吸濕率，%。

2 結(jié)果與討論

2.1 DES改性織物的結(jié)構(gòu)分析

圖3為SF、SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的SEM圖像，圖3中a所示SF纖維表面光滑、均勻。在低分辨圖像（圖3中a1―k1）中，改性真絲織物與SF無明顯差別。而通過對比高分辨圖像（圖3中a2―k2）發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)初始階段（0～15 min和0～15 s），改性織物纖維表面粗糙程度與反應(yīng)時(shí)間成正比，其中SF-DES-O-15和SF-DES-M-15改性織物的表面粗糙程度比較明顯，后者粗糙程度更大，這是甜菜堿與織物反應(yīng)破壞了蠶絲之間的氫鍵導(dǎo)致表面微纖形成。上述結(jié)果證明兩種改性方法在改性過程均不會顯著影響織物表面形貌和結(jié)構(gòu)。

圖4為SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的ATR-FTIR光譜圖。如圖4（a）和圖4（c）所示，SF-DES-O-x和SF-DES-M-x在1650 cm-1處出現(xiàn)CONH新特征峰，其應(yīng)該由甜菜堿與真絲織物發(fā)生酰胺化反應(yīng)后生成。在1733 cm-1和1475 cm-1處出現(xiàn)新的特征峰，分別對應(yīng)甜菜堿分子中的CO和CH3N+基團(tuán)［15］。同時(shí)，從圖4（b）和4（d）的局部放大圖發(fā)現(xiàn)，SF-DES-O-x和SF-DES-M-x樣品1650 cm-1和1475 cm-1處的峰強(qiáng)最高。上述結(jié)果表明，兩種處理方法均可以使甜菜堿分子通過酰胺化反應(yīng)到真絲織物表面，烘箱法和微波法處理時(shí)間分別為15 min和15 s時(shí)反應(yīng)程度最高。

圖5（a）和5（b）分別為浸泡過SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的甲基橙溶液的UV-vis譜圖。SF-DES-O-15和SF-DES-M-15在465 nm處吸光度最低，與前面的ATR-FTIR結(jié)果一致。甲基橙溶液的UV-vis譜圖和465 nm處甲基橙濃度的線性關(guān)系如圖6所示。根據(jù)圖6（a）甲基橙標(biāo)準(zhǔn)曲線并按照式（1）計(jì)算反應(yīng)到真絲織物上甜菜堿接枝量，結(jié)果表明，SF-DES-M-x改性織物最高甜菜堿接枝量（10.05 mmolkg）大于SF-DES-O-x改性織物最高甜菜堿接枝量（8.471 mmolkg）。這是由于傳統(tǒng)烘箱法加熱，熱量從外到內(nèi)擴(kuò)散；而微波穿透力強(qiáng)，在樣品內(nèi)部產(chǎn)生熱量，樣品的核心通常保持在比表面更高的溫度，使改性過程更快速、均勻和有效的完成［16］。上述結(jié)果表明，在真絲織物改性過程中，微波法比烘箱法反應(yīng)效率更高。

通過XPS譜圖可分析元素組成和不同組分之間的界面作用。圖7（a）―（c）中SF的C 1s的3個(gè)信號峰分別出現(xiàn)在287.38 eV（CO）、285.28 eV（CN）和283.68 eV（CC）處，SF-DES-O-15和SF-DES-M-15的C 1s的3個(gè)信號峰出現(xiàn)在28738 eV（CO）、28574 eV（CN）和28368 eV（CC）。與SF相比，改性樣品CN特征峰發(fā)生了偏移，并且峰面積都增大，且SF-DES-M-15峰面積最大，這是由引入的甜菜堿分子含有較多CN導(dǎo)致的。

圖7（d）―（f）中，SF、SF-DES-O-15和SF-DES-M-15三者均在399.28 eV結(jié)合能處出現(xiàn)了CONH的信號峰，后兩者在結(jié)合能402.08 eV處出現(xiàn)了

CH3N+的信號峰，且SF-DES-M-15的峰高于SF-DES-O-15，XPS分析與前文結(jié)果一致。

圖8為改性樣品的XRD圖。如圖8所示，所有樣品2θ在20.25°和9.55°處均出現(xiàn)了明顯的特征衍射峰，分別歸屬于絲素蛋白Silk-Ⅱ和Silk-Ⅰ［17］。根據(jù)XRD結(jié)果計(jì)算樣品結(jié)晶度，SF結(jié)晶度為7157%，SF-DES-O-x和SF-DES-M-x結(jié)晶度范圍分別為71.28%～72.32%和71.27%～78.57%，所有樣品中SF-DES-M-15的結(jié)晶度最高，相較于SF，結(jié)晶度從71.57%升至78.57%。這是由于微波輻射能量較大，一定程度破壞了非晶區(qū)，且反應(yīng)程度越大，結(jié)晶度越高［18］。

圖9為SF-DES-O-x（a）和SF-DES-M-x（b）的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。SF的拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率分別為57.31 MPa和25.36%，SF-DES-O-x織物的拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率分別為49.11～57.99 MPa和22.86%～24.29%，相對前者力學(xué)性能有一定程度下降。SF-DES-M-x織物的拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率分別為53.86～58.91 MPa和21.91%～31.83%，隨處理時(shí)間增加拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其中SF-DES-M-15改性織物的拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率達(dá)到最大，分別為58.91 MPa和31.54%，與SF相比，拉伸斷裂強(qiáng)度2.8%，SF-DES-M-x力學(xué)性能增加主要與其結(jié)晶度增加有關(guān)［19］。圖9（c）為SF、SF-DES-O-15和SF-DES-M-15樣品的熱穩(wěn)定性分析，所有樣品在低于100 ℃時(shí)均有失重峰，歸因于織物中結(jié)合水的蒸發(fā)。在200～700 ℃出現(xiàn)失重階段，且最大分解速率出現(xiàn)在300 ℃左右，這是由于絲素蛋白分子間主鏈和側(cè)鏈同時(shí)分解引起的，各樣品的TGA曲線變化基本一致，表明改性前后樣品的熱穩(wěn)定性變化不大。

圖10為SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的Zeta電位圖。SF電位為-26.35 mV，SF-DES-O-x和SF-DES-M-x的電位均增加，其中SF-DES-M-15表面電位最大，與SF相比，表面電位從-26.35 mV增加到557 mV。電位增加是由于反應(yīng)引入的甜菜堿為季銨鹽類，取代度越大，表面正電荷越多。上述結(jié)果表明DES改性可促使真絲織物表面電荷增加。

圖11為浸泡過SF-DES-O-x和SF-DES-M-x樣品后活性染料溶液的UV-vis光譜圖。染色前，活性紅2染料在516 nm和540 nm處有兩個(gè)特征吸收峰，染色后除SF外所有樣品在這兩處的特征吸收峰均有下降，其中SF-DES-O-15和SF-DES-M-15最為明顯且后者下降程度更大，吸收峰的下降是因?yàn)榭椢锉砻嬲姾稍黾?，吸附了更多的陰離子活性染料［20］。

通過測試染色殘液的吸光度可計(jì)算可得到織物樣品的上染率，如表1所示，SF的上染率僅為1.37%，改性樣品在15 min和15 s上染率達(dá)到最大，分別為67.03%和79.53%，與SF相比，上染率分別提高49倍和58倍。綜上，經(jīng)改性后SF-DES-O-15和SF-DES-M-15樣品表面Zeta電位最高，上染率最大，因此選擇這兩個(gè)樣品做下一步的染色工藝探究。

2.2 改性真絲織物的染色工藝分析

2.2.1 Na2CO3質(zhì)量濃度對KS值的影響

由圖12（a）可知，隨著Na2CO3用量增加，織物的KS值呈先上升后下降的趨勢，在質(zhì)量濃度為2 gL時(shí)KS值達(dá)到最大，此時(shí)SF-DES-O-15的KS值為0.93，SF-DES-M-15的KS值為1.28。KS的增加是因?yàn)镹a2CO3降低了染料在水中的溶解度，促進(jìn)染料與纖維之間的結(jié)合，提高染料上染速度，進(jìn)而增加織物的上染率［21］。而隨著濃度增大，溶液堿性增大，改性織物表面正電位呈下降趨勢，吸附陰離子活性染料能力下降。

2.2.2 染色溫度對KS值的影響

由圖12（b）可知，隨染色溫度的升高，織物KS值呈先上升后下降的趨勢，在50 ℃時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)SF-DES-O-15和SF-DES-M-15的KS值分別為2.86和3.15。溫度升高，纖維結(jié)構(gòu)膨脹，同時(shí)染料分子運(yùn)動(dòng)更加活躍，遷移增快，染料能更好地吸附并擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，加速了染料與真絲織物的結(jié)合，染色效果提高。溫度繼續(xù)升高，過高溫度可能引起染料分子與纖維表面所形成的共價(jià)鍵水解，造成KS值降低。

2.2.3 染色時(shí)間對KS值的影響

由圖12（c）可知，隨著染色時(shí)間增加，染色KS值逐漸增大，SF-DES-O-15樣品的染色KS值從0.08提升到2.75，SF-DES-M-15樣品的染色KS值從0.08提升到4.07，在80 min時(shí)達(dá)到最大值并保持平衡。綜上所述，得到改性織物最優(yōu)的染色工藝：Na2CO3質(zhì)量濃度2 gL，染色溫度50 ℃，染色時(shí)間80 min。

2.3 DES改性織物服用性能分析

圖13為SF-DES-O-15和SF-DES-M-15樣品在最佳染色工藝KS值、透氣性和吸濕性。SF-DES-M-15的染色KS值最大，達(dá)到4.07。同時(shí)，測試表明，相比于SF（267.53 g（m2·d）），SF-DES-O-15（277.22 g（m2·d））和SF-DES-M-15（299.48 g（m2·d））的透氣性沒有明顯變化。另外，SF、SF-DES-O-15和SF-DES-M-15吸濕率依次為268.37%、32486%和335.12%，吸濕性提高應(yīng)該由引入的甜菜堿具有較強(qiáng)吸濕性所導(dǎo)致的。

3 結(jié) 論

本文使用DES同時(shí)作為反應(yīng)載體和反應(yīng)物對真絲織物進(jìn)行改性，建立了一種新的真絲織物非水溶劑改性和印染方法，有利于印染行業(yè)的綠色發(fā)展，具體結(jié)論如下：

a）DES能同時(shí)作為反應(yīng)溶劑和反應(yīng)原料，將甜菜堿分子成功反應(yīng)到真絲織物表面，微波加熱相對傳統(tǒng)烘箱加熱效率明顯更高，僅15 s反應(yīng)程

度便十分明顯。

b）改性對織物表面形貌影響較小，結(jié)晶結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度有一定影響，其中SF-DES-M-15樣品結(jié)晶度由71.57%升至78.57%，拉伸斷裂強(qiáng)度提升28%；同時(shí)，表面電荷由-26.35 mV提升到5.57 mV；

c）改性后真絲織物的上染率由1.37%提升至79.53%，提升58倍。在最佳染色工藝下，染色KS值由0.08提升到4.07，且改性織物仍保持良好的吸濕性和透氣性。

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Study on silk fabrics modified with reactive deep eutectic solvents and their dyeing properties

XIE Jialing1， YANG Sheng1， FU Feiya1， MA Tingfang2， XU Zhaomei2， LIU Xiangdong1

（1.School of Materials Science amp; Engineering， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China;

2.Hangzhou Wensli Silk Digital Printing Co.， Ltd.， Hangzhou 310020， China）

Abstract：

Dyeing wastewater pollution is one of the important bottlenecks that restrict the sustainable development of the textile industry. Promoting the development of green solvents and achieving efficient modification are an important pathway for the green transformation of the textile industry. Deep eutectic solvents （DES） have low cost， easy preparation， and good biodegradability， making them promising in extraction and catalysis fields， but there is limited attention to the functional application of DES components. In this study， a low eutectic solvent composed of betaine （Bet） and lactic acid （LA） was used as both the reaction solvent and reactant for the modification of silk fabrics. The effects of traditional heating and microwave heating on the reaction efficiency were compared， and the morphology， structure， and dyeing properties of the obtained samples were analyzed. The results showed that microwave heating significantly improved the reaction efficiency， and the modified fabric obtained in 15 seconds exhibited characteristic peaks of CO and CH3N+ groups at 1，733 cm-1 and 1，475 cm-1 in the ATR-FTIR spectrum， as well as a new-CONH-peak at 1，650 cm-1. The XPS wide scan spectrum showed a shift and increased area of the CN peak， as well as the appearance of the CH3N+ group signal peak， confirming the successful introduction of betaine from the DES into the silk fabric. The modified fabric showed a slight increase in surface roughness， an increase in crystallinity from 71.57% to 78.57%， and a 2.8% improvement in tensile strength. The surface charge of the fabric increased from -26.35 mV to 5.57 mV， resulting in a 58-fold increase in dye uptake on the fabric， with the dyeing KS value increasing from 0.075 to 4.071. The optimal dyeing process was determined as follows： Na2CO3 concentration of 2 gL， dyeing temperature of 50 ℃， and dyeing time of 80 minutes. Furthermore， the study demonstrated that the breathability of the modified fabric remained relatively unchanged， while the moisture absorption increased from 268.37% to 335.12%. This study provides a new scientific basis for the modification of silk fabrics and the multifunctional application of low eutectic solvent components.

Keywords：

silk fabric; deep eutectic solvent; microwave heating; quaternary ammonium salt modification; dyeing performance