大豆蛋白/酪素蛋白/聚乙烯醇共混纖維的酸性染料勻染染色

曹機(jī)良，曹 毅，邊亞敏，郭雪健

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，鄭州450007)

雙蛋白纖維由大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維及聚乙烯醇共混而成[1]，它集聚了大豆蛋白纖維和牛奶蛋白纖維的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又減弱了大豆蛋白纖維白度低、黃度高的缺陷，且雙蛋白纖維可與其他纖維混紡或交織，得到的面料深受歡迎，作為一種具有資源和性能優(yōu)勢(shì)的新型再生蛋白質(zhì)纖維，在家紡、服飾和假發(fā)等領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O大的發(fā)展前景。

前人的研究結(jié)果[2－3]和本課題組前期研究結(jié)果表明，弱酸性染料和中性染料可用于雙蛋白纖維的染色，同時(shí)發(fā)現(xiàn)雙蛋白纖維的氨基含量高于同一規(guī)格的大豆蛋白纖維，用弱酸性或中性染料染色雙蛋白纖維時(shí)，染料在纖維上的吸附速率較快，易出現(xiàn)染色不勻。針對(duì)這一突出的問(wèn)題，本課題組采用不同類(lèi)型的緩染劑添加到染浴中，探討了不同類(lèi)型緩染劑對(duì)染色性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:1.50 dtex雙蛋白纖維散纖維(河南濮陽(yáng)天元蛋白纖維有限公司);弱酸性深藍(lán)5R(市售);合成單寧(拓納化學(xué))，平平加O(工業(yè)品)，β-環(huán)糊精(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);氯化鈉、醋酸、醋酸鈉(化學(xué)純，市售)。

儀器:TU-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器);Color-Eye 7000A測(cè)色儀(美國(guó)X-rite公司)。

1.2 染色方法

染色處方:酸性深藍(lán)5R 1%，氯化鈉10g/L，勻染劑xg/L，醋酸和醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)染液pH 5，浴比1︰40。40℃入染，以2℃/min的速度升溫至90℃，不同時(shí)間取點(diǎn)測(cè)定染色殘液吸光度。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 上染百分率的測(cè)定

染色溶液在TU-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定其吸光度，按下式計(jì)算上染率E:

式中:A0、A1分別為染色原液、染色殘液的吸光度。

1.3.2 顏色特征值

試樣的表觀色深 K/S值和L、a、b、C、H 值在Color-Eye 7000A測(cè)色儀上測(cè)定，采用D65光源和10°視角，每個(gè)試驗(yàn)測(cè)量4次，取平均值。

1.3.3 織物染色勻染性

在織物上任意取10個(gè)點(diǎn)，測(cè)定其K/S值(測(cè)試條件同 1.3.2)，K/S 值的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr的計(jì)算公式為:

標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr數(shù)值越小，表示勻染性越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成單寧的影響

2.1.1 合成單寧的緩染作用

圖1為染浴中添加不同質(zhì)量濃度合成單寧時(shí)，合成單寧質(zhì)量濃度對(duì)酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。由圖1可知，不加合成單寧時(shí)，40℃入染，升溫至50℃的5 min染色時(shí)間內(nèi)上染百分率超過(guò)50%;在20min的時(shí)間內(nèi)當(dāng)染色溫度升至80℃時(shí)，染料的上染百分率達(dá)到90%以上，這時(shí)染料在纖維上達(dá)到染色平衡。這說(shuō)明酸性深藍(lán)5R在雙蛋白纖維上的初染速率極快，極易出現(xiàn)染色不勻的現(xiàn)象。這是因?yàn)楸驹囼?yàn)中用到的是散纖維，且雙蛋白纖維氨基含量較多;又由于酸性深藍(lán)5R含有兩個(gè)磺酸基，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故染料對(duì)纖維的親和力較高，染料磺酸基易與纖維氨基形成離子鍵結(jié)合，且染料與纖維之間還存在較強(qiáng)的氫鍵和范德華力結(jié)合。

圖1 合成單寧濃度對(duì)雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.1 The influences ofsynthetic tannin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

加入0.3g/L合成單寧后，酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維的初染速率大為降低，升溫至50℃時(shí)上染百分率降至20%以下，下降了近30%，達(dá)到染色平衡的時(shí)間也由20min延長(zhǎng)至30 min左右，染料的最終上染率稍有降低，但并不顯著，對(duì)最終染色結(jié)果影響不大。這是因?yàn)楹铣蓡螌幨欠枷慊撬猁}化合物[4-6]，在染色的初始階段，合成單寧的磺酸基負(fù)離子可與纖維的氨基結(jié)合，且合成單寧與纖維也可以氫鍵和范德華力結(jié)合，但隨著染色的進(jìn)行，染色溫度逐漸升高，由于酸性深藍(lán)5R對(duì)雙蛋白纖維的親和力高于合成單寧，故吸附在纖維上的合成單寧逐漸從纖維上解析下來(lái)重新回到染浴中，而此時(shí)染料從染浴中吸附到纖維上。

由圖1可知，繼續(xù)增加合成單寧質(zhì)量濃度，加入0.5g/L和1.0g/L合成單寧后，酸性深藍(lán)5R在雙蛋白纖維上的初染率進(jìn)一步降低，達(dá)到染色平衡的時(shí)間延長(zhǎng)至45min以上，且隨著合成單寧質(zhì)量濃度的增加，染料的最終上染率隨之降低，但即使加入1.0g/L合成單寧后，最終上染率仍保持在90%以上。最終上染率的下降與合成單寧有直接關(guān)系，因?yàn)槿旧^(guò)程中吸附到雙蛋白纖維的合成單寧并不能完全從纖維上解吸進(jìn)入染液，還有少量合成單寧占據(jù)纖維的“染座”，導(dǎo)致纖維的最終上染量降低。

由此說(shuō)明，合成單寧可作為雙蛋白纖維酸性深藍(lán)5R染色勻染劑，加入少量合成單寧可顯著降低染料的初染率，雖然最終上染量有所下降，但降低程度不大，在一定的合成單寧質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，不會(huì)影響纖維的顏色深度。

2.1.2 合成單寧的勻染作用

表1為合成單寧質(zhì)量濃度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值的影響。由表1可知，隨著合成單寧質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值逐漸降低。說(shuō)明隨著合成單寧質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的勻染性逐漸提高。由表1還可知，合成單寧質(zhì)量濃度達(dá)到0.5g/L后，標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值的減小趨勢(shì)變緩。

表1 合成單寧質(zhì)量濃度對(duì)染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.1 The influence ofsynthetic tannin on Sr value of double protein fibers

2.2 平平加O的影響

2.2.1 平平加O的緩染作用

圖2為染浴中添加不同質(zhì)量濃度平平加O時(shí)，平平加O質(zhì)量濃度對(duì)酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。平平加O是高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物，屬于非離子型表面活性劑，當(dāng)染浴中加入平平加O后，由于平平加O是一種親染料型勻染劑，其對(duì)染料的親和力大于染料對(duì)纖維的親和力，與酸性深藍(lán)5R可通過(guò)疏水鍵、氫鍵等形成聚集體，該聚集體對(duì)纖維的親和力相對(duì)較低，但在高溫條件下染料可從此聚集體中分離出來(lái)而上染纖維，從而達(dá)到延緩染料上染纖維時(shí)間的目的。由圖2可知，染浴中加入0.02g/L平平加O后，酸性深藍(lán)5R上染雙蛋白纖維的初染率較對(duì)照樣大為降低，染色達(dá)到平衡的時(shí)間也由原來(lái)的20 min延長(zhǎng)至45 min，且此時(shí)染料的最終上染率稍有下降。當(dāng)染浴中加入0.1、0.2g/L 和0.5g/L 平平加O 時(shí)，酸性深藍(lán)5R 上染雙蛋白纖維的初染率繼續(xù)下降，但此時(shí)染料的最終上染率下降明顯，分別降至86%、76%和62%以下，嚴(yán)重影響了染色織物的顏色深度。這是因?yàn)殡S著平平加O質(zhì)量濃度的增加，平平加O與酸性深藍(lán)5R形成的聚集體越多，高溫條件下一部分染料未能從聚集體中分離出來(lái)而上染纖維，故導(dǎo)致染料的最終上染率隨著平平加O質(zhì)量濃度的增加而降低。

圖2 平平加O質(zhì)量濃度對(duì)雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.2 The influences of Peregal O on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可見(jiàn)，平平加O可作為酸性深藍(lán)5R雙蛋白纖維染色勻染劑，但需要嚴(yán)格控制平平加O的質(zhì)量濃度，否則將導(dǎo)致染色織物的顏色變淺。

2.2.2 平平加O的勻染作用

表2為平平加O質(zhì)量濃度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值的影響。由表2可知，隨著平平加O質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值逐漸降低。說(shuō)明平平加O的加入，有利于染色雙蛋白纖維勻染性的提高，尤其是當(dāng)平平加O質(zhì)量濃度高于0.1g/L時(shí)，染色雙蛋白纖維的勻染性提高顯著。但從圖2也可看出，當(dāng)平平加O質(zhì)量濃度高于0.1g/L時(shí)，其最終的上染率降低明顯。

表2 平平加O質(zhì)量濃度對(duì)染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.2 The influence of Peregal O on Sr value of double protein fibers

2.3 β-環(huán)糊精的影響

2.3.1 β-環(huán)糊精的緩染作用

圖3為染浴中添加不同質(zhì)量濃度β-環(huán)糊精時(shí)，β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度對(duì)酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。由圖3可知，加入0.3g/Lβ-環(huán)糊精后，酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維的初染率有所下降，但下降程度不如合成單寧和平平加O，不過(guò)此時(shí)染料的最終上染量與對(duì)照樣接近;加入0.5g/L和1.0g/Lβ-環(huán)糊精后，酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維的初染率有所下降，但此時(shí)染料的最終上染量也降低明顯。

圖3 β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度對(duì)雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.3 The influences ofβ-cyclodextrin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可見(jiàn)，β-環(huán)糊精對(duì)酸性深藍(lán)5R染色雙蛋白纖維的緩染作用不是非常明顯，且質(zhì)量濃度較多時(shí)會(huì)造成染料最終上染率的下降。

2.3.2 β-環(huán)糊精的勻染作用

表3為β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值的影響。由表3可知，隨著β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值稍有降低。說(shuō)明β-環(huán)糊精的加入，對(duì)染色雙蛋白纖維勻染性的提高不是非常明顯，即使β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度為1.0g/L時(shí)，染色雙蛋白纖維的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr值也高達(dá)0.954 3。

表3 β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度對(duì)染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.3 The influence of β-cyclodextrin on Sr value of double protein fibers

2.4 染色織物的顏色特征值

表4為不同助劑質(zhì)量濃度條件下染色雙蛋白纖維的顏色特征值。由表4可知，隨著助劑質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的K/S值均有所降低，且降低程度與其最終上染率的趨勢(shì)基本一致;染色雙蛋白纖維的明度L值、飽和度C值均有所增加，而紅綠指數(shù)a值、黃藍(lán)指數(shù)b值和色相角H值稍有降低。總體看來(lái)，助劑的加入除了影響染色雙蛋白纖維的表觀顏色深淺K/S值外，對(duì)其顏色特征值L、a、b、C、H的影響不大。

表4 染色雙蛋白纖維的顏色特征值Tab.4 The color value of double protein fibers

3 結(jié)論

1)合成單寧是雙蛋白纖維弱酸性深藍(lán)5R染色較為理想的勻染劑，加入少量即可顯著降低染料的初染速率，且對(duì)最終上染量影響較小，加入0.5g/L時(shí)染色纖維的勻染性提高明顯。

2)平平加O對(duì)雙蛋白纖維弱酸性深藍(lán)5R染色有明顯的緩染作用，但少量即可顯著降低最終上染量，需要嚴(yán)格控制其質(zhì)量濃度，但較低質(zhì)量濃度時(shí)其勻染性提高不顯著。

3)β-環(huán)糊精對(duì)雙蛋白纖維弱酸性深藍(lán)5R染色有一定的緩染和勻染作用，但效果不是非常顯著，且隨著其質(zhì)量濃度的增加最終上染量也會(huì)降低。

4)隨著助劑質(zhì)量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的K/S值均有不同程度的降低，且顏色特征值L、a、b、C、H也有一定的變化，但總體看來(lái)助劑的加入對(duì)顏色特征值的影響不是很大。

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