基于芬頓法的羊絨無染料顯色研究

韓 雪, 崔 永 珠, 魏 春 艷, 王 曉

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

0 引 言

羊絨是生長在山羊外表皮層、掩在山羊粗毛根部的一層薄薄的細(xì)絨,是稀有的特種動物纖維[1]。羊絨具有優(yōu)良的品是和特性,由于羊絨是一根根細(xì)而彎曲的纖維,對外界冷空氣的隔絕性好,同時由于羊絨較羊毛更為輕柔、細(xì)膩、韌性好,因此被人們所喜愛[2]。羊絨屬于蛋白質(zhì)纖維,通常采用酸性染料進(jìn)行染色,具有色澤鮮艷、色譜齊全等優(yōu)點(diǎn),但同時色牢度較差、上染率不高、污水排放量大,不符合當(dāng)今節(jié)能減排的政策要求。本實驗利用無染料顯色技術(shù),利用羊絨纖維自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合化學(xué)反應(yīng),最終達(dá)到無染料顯色的目的。在芬頓試劑處理羊絨鱗片的基礎(chǔ)上,在較低溫度、較短時間內(nèi)達(dá)到良好的顯色效果,對節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境有一定的意義。

1 芬頓試劑前處理及無染料顯色機(jī)理

1.1 芬頓試劑前處理

羊絨纖維外層有細(xì)小而緊密的鱗片,利用芬頓試劑(H2O2和Fe2+所配成的混合溶液),通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將鱗片氧化分解,達(dá)到脆化去除鱗片的目的[3]。

1.2 無染料顯色機(jī)理

和羊毛一樣,羊絨纖維內(nèi)蛋白質(zhì)中含有一定的色氨酸,在濃酸的條件下,與苯甲醛的衍生物進(jìn)行反應(yīng),由此在纖維上生成有色物質(zhì)。不同結(jié)構(gòu)的苯甲醛衍生物,其顯色反應(yīng)的顏色也不同[4]。

2 材料與方法

2.1 材料與儀器

2.1.1 主要材料和試劑

羊絨編織物,本溪永祥羊絨有限公司。

十二烷基硫酸鈉,硫酸亞鐵,35%的過氧化氫,螯合劑(EDTA),對羥基苯甲醛,濃硝酸。

2.1.2 主要儀器

電腦分光測色儀,色牢度摩擦儀,耐水洗色牢度檢測儀,電腦織物強(qiáng)力試驗儀。

2.2 方 法

2.2.1 羊絨芬頓前處理

稱取一定重量的羊絨織物,在十二烷基硫酸鈉質(zhì)量濃度為0.5 g/L、溫度50 ℃、浴比1∶40的條件下處理20 min,水洗、烘干；然后在硫酸亞鐵質(zhì)量濃度為0.5 g/L、溫度30 ℃、浴比1∶40、pH為3的條件下處理30 min,水洗、烘干；在過氧化氫質(zhì)量濃度為50 g/L、溫度60 ℃、浴比1∶40 的條件下處理50 min,水洗、烘干；最后用螯合劑質(zhì)量濃度為1 g/L、溫度70 ℃ 、浴比1∶40、pH為4的條件下處理10 min,水洗,烘干。

2.2.2 無染料顯色工藝

采用浸漬后整理法處理,將經(jīng)過芬頓試劑處理的羊絨布樣與未經(jīng)過芬頓試劑處理的羊絨布樣按照浴比1∶40放入溶解完全的對羥基苯甲醛溶液中,待浸漬完全后,在對羥基苯甲醛溶液中加入一定量的濃硝酸進(jìn)行顯色反應(yīng)。

2.3 性能檢測

2.3.1 色差檢驗

通過分光光度儀測定顯色后布樣的色度a*,b*；確定彩度差Δa, Δb和綜合總色差ΔE。

2.3.2 顯色勻染性、色牢度及斷裂強(qiáng)力檢測

在顯色織物上,任意取出10個點(diǎn),測定其色差ΔE,算出10個點(diǎn)的平均值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計算各點(diǎn)ΔE。偏差越小,織物的勻染性越好。色牢度及斷裂強(qiáng)力檢測執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 對基苯甲醛溶液的體積分?jǐn)?shù)對羊絨織物色差的影響

分別用體積分?jǐn)?shù)0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的對羥基苯甲醛溶液處理羊絨織物,以色差ΔE為縱坐標(biāo)作曲線,結(jié)果如圖1所示。

圖1 苯甲醛體積分?jǐn)?shù)對ΔE的影響

Fig.1 Effect ofp-hydroxy benzaldehyde concentration on ΔE

由圖1可以看出,隨著對羥基苯甲醛體積分?jǐn)?shù)的增加,芬頓處理與未芬頓處理的羊絨織物顯色后ΔE都增加；當(dāng)對羥基苯甲醛體積分?jǐn)?shù)增加到2.0%時,再提高苯甲醛體積分?jǐn)?shù),其ΔE增加不明顯。由圖1可以看到,經(jīng)過芬頓處理的羊絨織物在其他處理條件相同的情況下,比未經(jīng)過芬頓處理的羊絨織物的ΔE大,在苯甲醛體積分?jǐn)?shù)為2.0%時經(jīng)芬頓處理后的羊絨ΔE與未處理相比增加了4.78%,說明經(jīng)過芬頓處理后羊絨纖維表面的鱗片脆化在顯色過程中起到了促進(jìn)作用。綜合考慮,本實驗采用的對羥基苯甲醛體積分?jǐn)?shù)為2.0%。

3.2 濃硝酸體積分?jǐn)?shù)對羊絨織物色差的影響

分別用體積分?jǐn)?shù)0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的濃硝酸處理羊絨織物,以色差ΔE為縱坐標(biāo)作曲線,結(jié)果如圖2所示。

圖2 濃硝酸體積分?jǐn)?shù)對ΔE的影響

由圖2可以看出,隨著濃硝酸體積分?jǐn)?shù)的增加,羊絨織物所顯色的ΔE增加較快；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增加到2.0%時,芬頓處理與未經(jīng)芬頓處理的羊絨織物顯色都趨于極值,這是因為羊絨纖維中的活性反應(yīng)基團(tuán)已反應(yīng)完全,再增加酸的體積分?jǐn)?shù)不會對顏色增深有很大的改變。濃硝酸體積分?jǐn)?shù)過大,會使羊絨纖維強(qiáng)力下降,所以本實驗采用的濃硝酸體積分?jǐn)?shù)為2.0%。

3.3 反應(yīng)溫度對羊絨織物色差的影響

分別在50、60、70、80、90 ℃的反應(yīng)溫度下處理羊絨織物,以色差ΔE為縱坐標(biāo)作曲線,結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對ΔE的影響

由圖3可以看出羊絨織物的ΔE在50～80 ℃ 增加較快,顏色加深明顯,繼續(xù)升高溫度對織物的ΔE影響不大,說明織物顏色趨于平衡。這是因為隨著反應(yīng)溫度的升高,溶液中反應(yīng)物質(zhì)的動能增加,分子運(yùn)動逐漸加劇,促進(jìn)顯色反應(yīng)的進(jìn)行,使得最終織物ΔE變大,顏色加深。同時,溫度的升高使得羊絨纖維的非結(jié)晶區(qū)膨脹,有利于顯色反應(yīng)的進(jìn)行。

考慮較高的溫度會使羊絨的多肽鏈氧化裂解,強(qiáng)力下降,同時也考慮生產(chǎn)成本,本實驗采用80 ℃為反應(yīng)溫度。

3.4 反應(yīng)時間對羊絨織物色差的影響

反應(yīng)時間分別為10、20、30、40、50 min處理羊絨織物,以色差ΔE為縱坐標(biāo)作曲線,結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對ΔE的影響

由圖4可以看出隨著反應(yīng)時間的增加,羊絨織物的ΔE在40 min之前增加顯著,繼續(xù)延長反應(yīng)時間ΔE增加不明顯。這是由于隨著時間的增加,顯色反應(yīng)的物質(zhì)在逐漸減少,顯色反應(yīng)在一定時間內(nèi)反應(yīng)完全,這時再延長反應(yīng)時間不會對織物的顏色起到較大的改變。

3.5 性能測試

由表1可以看出,經(jīng)芬頓處理過的羊絨織物勻然性和斷裂強(qiáng)力等性能均有所提高,色牢度等均符合國家檢測標(biāo)準(zhǔn)。

表1 無染料顯色性能測試

4 結(jié) 論

芬頓法處理羊絨織物無染料顯色的最佳工藝為:對羥基苯甲醛體積分?jǐn)?shù)為2.0%,濃硝酸的體積分?jǐn)?shù)為2.0%,處理溫度為80 ℃,反應(yīng)時間為40 min,浴比為1∶40。

經(jīng)過芬頓處理后的羊絨織物在相同的條件下與未經(jīng)芬頓處理的羊絨織物相比,ΔE明顯增加。芬頓處理后的羊絨織物的斷裂強(qiáng)力由于鱗片的脆化和去除與未處理相比有所降低,但是不影響服用性能。

[1] 李紀(jì)標(biāo),史永紅. 河北山羊絨纖維結(jié)構(gòu)及氨基酸組成的研究[J]. 電子纖維學(xué)報, 1998, 17(4):335-336.

[2] 王艷萍,曾維斌,張力,等. 藏羚羊與其他羊種被毛纖維氨基酸含量的比較分析研究[J]. 中國飼料, 2010(1):39-41.

[3] 任森芳,劉文晶,崔永珠,等. 芬頓試劑法對羊毛織物防氈縮及染色性能的影響[J]. 毛紡科技, 2010, 38(3):7-11.

[4] 堂ノ脇靖已. 新しぃ動物繊維加工技術(shù)[J]. 繊維機(jī)械學(xué)會誌, 2006, 59(2):119-124.

[5] 魯衛(wèi)斌. 羊絨織物的加工及其服用性能[J]. 中國纖檢, 2011(6):84-86.

[6] 李志剛. 羊絨制品染整工藝發(fā)展新思路[J]. 紡織導(dǎo)報, 2005(6):22-25.