活性染料對(duì)海洋生物活性纖維染色性能的研究

孫少晨，張 維

(天津工業(yè)大學(xué), 天津 300387)

活性染料對(duì)海洋生物活性纖維染色性能的研究

孫少晨，張 維

(天津工業(yè)大學(xué),天津300387)

本實(shí)驗(yàn)選取具有雙活性基團(tuán)的FN型、LS型、B型活性染料對(duì)其進(jìn)行染色，通過(guò)測(cè)量殘液吸光度來(lái)測(cè)定染料的上染率及固色率，確定選擇上染率較高的B型活性染料上染海洋生物活性纖維。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究了鹽量、堿劑及堿量對(duì)活性染料上染海洋生物活性纖維的上染速率的影響，最終得出B型活性染料染色的最佳工藝。

海洋生物活性纖維； 活性染料；上染率； 固色率；最佳工藝

1 前言

天然生物高分子材料的性能獨(dú)特，對(duì)環(huán)境友好，是當(dāng)今新材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。海藻酸纖維比較硬脆，強(qiáng)力較低，影響了其在紡織品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。使其與大分子共混改性可顯著改善這一缺陷[1]。海洋生物活性纖維是將1%～8%海藻酸溶液在纖維素磺酸酯化過(guò)程中均勻加入粘膠中，經(jīng)混合、研磨制成紡絲液進(jìn)行濕法紡絲，在特定的酸浴條件和工藝條件下可紡出粘膠活性海藻長(zhǎng)絲和短纖維產(chǎn)品。纖維橫截面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，軸線方向有不規(guī)則結(jié)晶，有利于有效成分在纖維和皮膚間的轉(zhuǎn)移[2]。此纖維具有海藻纖維抗菌性、高吸濕性、高透氣性、可降解吸收性以及生物相容性等特殊功能，同時(shí)兼具纖維素纖維的性能特點(diǎn)[3]，可以用在襯衣、家用紡織品、床墊等，制成的織物具有抗菌潤(rùn)顏、消炎止癢、美容抗衰老的保健作用[4]。海洋生物活性纖維作為醫(yī)用紗布、繃帶和敷料已產(chǎn)業(yè)化，如Steriseal的SorbsanTU(高M(jìn)海藻酸鈣纖維)、Kendall的Curasorb1M(海藻酸鈣、鈉纖維)、Brothier的AlgosterilTM(高G海藻酸鈣纖維)，但其它方面的應(yīng)用還鮮有報(bào)道，尤其是國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有關(guān)于海洋生物活性纖維染色性能方面的研究，這在某種程度上制約了它的應(yīng)用及發(fā)展[5]。海洋生物活性纖維結(jié)合了海藻纖維和粘膠纖維各自的優(yōu)點(diǎn)，并且在某些性能方面較兩種單一纖維都有明顯提高。所以，針對(duì)海洋生物活性纖維的特點(diǎn)，篩選出合適的染料，對(duì)于開(kāi)發(fā)海洋生物活性纖維紡織品具有深刻意義。為了提高上染率，活性染料染色時(shí)需加入大量鹽，但這樣會(huì)增加污水處理成本[6]。因此本實(shí)驗(yàn)選擇對(duì)纖維親和力高的雙活性基活性染料，降低生產(chǎn)中的鹽用量，以提高上染率和固色率，減少環(huán)境污染。

2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

2.1實(shí)驗(yàn)材料

對(duì)纖維進(jìn)行染色性能的研究，實(shí)驗(yàn)材料如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)材料

2.2實(shí)驗(yàn)選用染料及化學(xué)品

2.2.1實(shí)驗(yàn)選用染料(見(jiàn)表2)

2.2.2其他化學(xué)品(見(jiàn)表3)

2.3實(shí)驗(yàn)儀器

對(duì)纖維進(jìn)行染色性能研究，所需主要實(shí)驗(yàn)儀器如表4所示。

表2 實(shí)驗(yàn)染料

表3 其他主要化學(xué)品

表4 實(shí)驗(yàn)儀器

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

應(yīng)用汽巴克隆FN及LS型活性染料、B型活性染料對(duì)海洋生物活性纖維進(jìn)行染色，采用殘液法測(cè)出染后殘液的吸光度，根椐公式計(jì)算出上染百分率以及固色率，將染料在纖維上不同上染、固色時(shí)間的上染百分率對(duì)時(shí)間作圖，即得到上染速率曲線，從而得出染料在海洋生物活性纖維上的上染性能。比較各染料在纖維上的上染性能，選出更適合海洋生物活性纖維的染料，為確定染色工藝提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3.1.1染色處方

染料(o.w.f.) 1%

促染劑(無(wú)水硫酸鈉) 40 g/L

固色劑(碳酸鈉) 10 g/L

浴比 100∶1

3.1.2工藝曲線

3.2測(cè)定方法

3.2.1最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定方法

7個(gè)燒杯進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，取4號(hào)燒杯中的殘液為標(biāo)準(zhǔn)液，按10倍數(shù)稀釋后注入比色皿中，在分光光度計(jì)上測(cè)定450～650 nm波長(zhǎng)處的一系列相應(yīng)吸光度。用坐標(biāo)紙以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，繪制其光譜吸收曲線。在吸收光譜曲線上查出最大吸收所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，即最大吸收波長(zhǎng)λmax[7]。

3.2.2上染率的測(cè)定方法

按所制定的處方配制相應(yīng)的染液A及相同的空白染液B，同時(shí)稱量纖維及染化料，放入同一水浴中。B染浴不加試樣，但其操作均按A染浴規(guī)定[7]。

將纖維經(jīng)染色后，用分光光度計(jì)測(cè)定其殘液中與空白染液中的吸光度Ai、A0，從而求出上染百分率。

上染率=(1-Ai/A0)×100%

式中：Ai—染色殘液的吸光度；A0—空白染液的吸光度

3.2.3固色率的測(cè)定方法

在取出纖維后測(cè)量殘液體積，并配制同體積的皂液和水各一份，將纖維放在皂洗液中沸煮(皂粉2 g/L,)15 min后取出，放在水中清洗。充分洗凈后拿出纖維并將殘液A、皂洗液和水混合(有些需再次稀釋)，在其最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度A2。相應(yīng)的空白液B也加入同體積的皂洗液和水，測(cè)定其吸光度為A[7]。則：

固色率=(1-A2/AI)×100%

式中：A2—皂洗水洗后殘液的吸光度；AI—皂洗水洗后空白的吸光度。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1汽巴克隆FN型活性染料染色數(shù)據(jù)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖1可知，汽巴克隆FN型三種活性染料的上染速率曲線形狀相似，隨著上染時(shí)間的延長(zhǎng)染料在纖維上的上染百分率不斷增加。在染色達(dá)到70 min后，染料在纖維上的上染率已趨于平緩；加堿之前，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，曲線有小幅度的提高，加堿之后，染料在纖維上的上染率增加得較為明顯。此種染料在海洋生物活性纖維上的最高上染率為80.45%，其中，紅色染料的最高上染率只有34.12%，與藍(lán)色的80.45%和黃色的78.4%有很大差距。

圖1 FN型活性染料上染速率曲線

4.2汽巴克隆LS型活性染料染色數(shù)據(jù)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖2可知，汽巴克隆LS型三種活性染料的上染速率曲線形狀相似，隨著上染時(shí)間的延長(zhǎng)染料在纖維上的上染百分率不斷增加，但上染率相差較大。上染到45 min后，三種染料在纖維上的上染率均有較大程度的提高。染色經(jīng)過(guò)60 min時(shí)，藍(lán)色和紅色染料的上染率曲線已經(jīng)趨于平緩。加堿之后，染色速率增加得較為明顯。此種染料在海洋生物活性纖維上的最高上染率為74.29%。其中，黃色染料的初染率及上染率都較低，不利于拼色的進(jìn)行。

圖2 LS型活性染料上染率曲線

4.3萬(wàn)得B型活性染料染色數(shù)據(jù)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖3可知，B型三種活性染料的上染速率曲線形狀相似，隨著上染時(shí)間的延長(zhǎng)染料在纖維上的上染百分率不斷增加。上染30 min后，三種染料在纖維上的上染率都得到很大程度的提高。75 min左右，染料已經(jīng)在纖維上取得各自較好的上染率。B型活性染料的促染效果很明顯且三原色的上染率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)都有很大的變化，最終都在45%以上。此種染料在海洋生物活性纖維上的最高上染率為81.82%,其中黃色染料的上染率較其他兩種顏色低一些。

圖3 B型活性染料的上染率曲線

4.4三種活性染料的固色率比較

通過(guò)平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出三種不同活性染料的固色率，見(jiàn)表5。

由表5數(shù)據(jù)可以看出，汽巴克隆FN型及B型活性染料的上染率較高且平均固色率相近，都可以用來(lái)對(duì)海洋生物活性纖維進(jìn)行染色。FN型染料具有高固色率、高勻染性、易洗滌性和優(yōu)異牢度，對(duì)于工藝條件變化的敏感性小等優(yōu)點(diǎn)[8]，能夠獲得較高的上染率和固色率，這主要與其具有一氟均三嗪和乙烯砜型雙活性基有關(guān)。但黃色染料的上染率較低，并且三原色染料的促染效果都不明顯。LS型活性染料對(duì)于海洋生物活性纖維來(lái)說(shuō)，染色溫度較高，且工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程不易控制，對(duì)纖維的手感及功能性破壞較大，且其三原色的上染率較固色率的平均值有很大偏差。FN型和LS型活性染料屬于進(jìn)口染料，其成本相對(duì)較高。B型活性染料具有雙活性基團(tuán)，分子中含有一氯均三嗪和硫酸乙烯砜?jī)煞N不同類型的基團(tuán)，它同時(shí)兼?zhèn)鋬煞N活性基團(tuán)的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了與纖維的反應(yīng)活性，因而固色率有很大的提高，其屬國(guó)產(chǎn)染料，染色成本低，三原色的上染率相近。因此綜合上染率及固色率實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇B-EXFH/D活性深紅進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定用B型活性染料對(duì)海洋生物活性纖維染色的最佳工藝。

表5 三種活性染料的固色率

4.5正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由初步實(shí)驗(yàn)可知，固色劑種類及用量，促染劑用量對(duì)染色影響較大，因此選擇三因素(固色劑種類、固色劑用量、促染劑NaSO4用量)二水平的正交實(shí)驗(yàn)測(cè)定染料的上染率及固色率，分析各因素對(duì)上染結(jié)果的影響，如表6所示。

正交表L4(23)，其數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 上染率及固色率因子水平表

表7 上染率和固色率正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：KE1、KE2、RE表示：各因素各水平對(duì)上染率的影響；KF1、KF2、RF表示：各因素各水平對(duì)固色率的影響

實(shí)驗(yàn)分析：極差值RE與RF數(shù)值越大，表明各因素各水平對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越大。由表7中的極差值RE可以看出：REA(1.25%)< REB(1.55%)

由表7中的極差值RF可以看出：RFB(0.25%)< RFA(1.55%)

綜合正交實(shí)驗(yàn)中RE、RF的數(shù)值與上染率和固色率結(jié)果，固色劑種類選擇NaHCO3，促染劑用量選擇35 g/L，固色劑用量對(duì)上染率與固色率影響均較大，因此選擇獲得較高數(shù)據(jù)結(jié)果的12 g/L，即可得出B型活性染料上染海洋生物活性纖維的最佳工藝：染料用量1%(o.w.f)，溫度70℃，促染劑用量35 g/L，上染時(shí)間40 min，固色時(shí)間60 min，NaHCO312 g/L。

5 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用三類帶有不同活性基團(tuán)的雙活性基染料對(duì)海洋生物活性纖維進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)和分析得出如下結(jié)論：

(1)在汽巴克隆 LS型、FN型和萬(wàn)得B型三類染料中，B型活性染料在海洋生物活性纖維上的染色性能最佳，其中B型活性深紅固色率達(dá)79.09%；

(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了鹽量、堿劑及堿量對(duì)活性染料上染海洋生物活性纖維的上染速率的影響，最終得出B型活性染料這三種影響因素的最佳工藝為：染料用量為1%(o.w.f.)時(shí)，溫度70℃、促染劑用量35 g/L、NaHCO312 g/L、上染時(shí)間40 min、固色時(shí)間60 min。該最佳工藝可為企業(yè)提供一定的技術(shù)支持，為研究工作者進(jìn)一步研究提供粗淺的理論基礎(chǔ)和理論依據(jù)；

(3)海洋生物活性纖維是一種新型纖維，基于其某些化學(xué)性能和粘膠纖維相似，今后可以從兩種纖維的染色性能對(duì)比上出發(fā)，比較兩種纖維用同一種染料上染的差別，以便得到更適合上染海洋生物活性纖維的染料及染色工藝。

[1] 郭肖青，朱平，王新.海藻纖維的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J]．染整技術(shù)，2006，28(7)：1—4.

[2] 展義臻，朱平，董朝紅，郭肖青.海藻酸共混纖維的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 染整技術(shù)，2006，12(28)：8—10.

[3] 秦益民.海藻酸纖維在醫(yī)用敷料中的應(yīng)用[J].合成纖維，2003，32(4): 11—13.

[4] 張瑞文，王惠平，溫寶英.粘膠活性海藻纖維及其生產(chǎn)方法[P]：中國(guó)專利. 200310110168X, 2003—11—11.

[5] 邢聲遠(yuǎn).化工產(chǎn)品手冊(cè)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[6] 鄭成輝.活性染料染色過(guò)程中影響因素的控制[J].染料與染色，2005，12(6)：22—25.

[7] 陳英.染整工藝實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2004.

[8] 曾軍英，汪瀾，雷彩虹.FN型活性染料的低鹽染色工藝[J].印染，2004，(4)：20—22.

DyeingPropertyofReactiveDyesforViscose-seacellFibers

SunShaochen，ZhangWei

(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387，China)

FN type, LS type and B type reactive dyes which have dual-active groups, were selected for dyeing in this paper. The rates of uptake and fixation were determined by measuring the absorbance of the residuary dye. The volume of salt volume, alkaline agent and alkali effected on the rate of reactive dyeing viscose-seacell fiber were studied by orthogonal experiments，and eventually the best dyeing process was reached.

viscose-seacell fiber; reactive dyes; rate of uptake; rate of fixation; the optimum dyeing process

TS193.63+2

A

1009-3028(2012)03-0009-05

2012-04-16

孫少晨(1990—)，男，天津人，學(xué)士。