不同分子量殼聚糖及其季銨鹽改性亞麻織物染色性能的研究

周青青，周子涵，吳　偉，姜會(huì)鈺*，楊　鋒（. 武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院, 湖北 武漢 43000；. 武漢大學(xué) 附屬中學(xué)，湖北 武漢 43007）

不同分子量殼聚糖及其季銨鹽改性亞麻織物染色性能的研究

周青青1，周子涵2，吳偉1，姜會(huì)鈺*1，楊鋒1
（1. 武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院, 湖北 武漢 430200；2. 武漢大學(xué) 附屬中學(xué)，湖北 武漢 430072）

使用不同分子量的殼聚糖及其季銨鹽對(duì)亞麻織物進(jìn)行改性，并用低溫、中溫、高溫活性染料進(jìn)行染色，與未改性加鹽染色對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用低分子量殼聚糖及其季銨鹽改性后的亞麻織物白度均有所下降，利用三種染料進(jìn)行染色，染色性能均有不同程度的提高，且季銨鹽改性后的提升效果更為顯著，經(jīng)過改性后的織物染色后干濕摩擦牢度大多提升1級(jí)。

亞麻織物；殼聚糖；殼聚糖季銨鹽；改性；染色

甲殼素存在于甲殼類動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物的外骨骼中，將其脫乙酰化后就成為殼聚糖[1, 2]。殼聚糖因其價(jià)格低廉、無毒無害、生物可降解、成膜性好以及結(jié)構(gòu)中含有活潑的氨基，被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)[3]。在紡織工業(yè)中，殼聚糖由于分子量大、水溶性差而被限制了廣泛應(yīng)用[4, 5]。亞麻纖維具有吸濕透氣、手感自然、穿著舒適、抗菌防臭、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)[6-8]，但由于微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的特點(diǎn)[9, 10]，亞麻纖維在染色過程中，存在上染率低、色牢度差、色光暗淡等問題[11]。

本文使用不同分子量殼聚糖及其季銨鹽對(duì)亞麻織物進(jìn)行改性，觀察改性前后亞麻織物白度的變化，探究改性前后亞麻織物低溫、中溫、高溫活性染料染色性能及色牢度的變化。

1　試驗(yàn)

1.1儀器與材料

織物純亞麻半漂平紋織物

染化料殼聚糖及其季銨鹽（自制），甘氨酸鹽酸鹽（自制），C.I.活性黃4、C.I.活性藍(lán)21、C.I.活性橙5（市售），硫酸鈉（分析純），碳酸鈉（分析純）

殼聚糖及其季銨鹽分子量及編號(hào)如表1所示：

表1　不同分子量殼聚糖及其季銨鹽

1.2亞麻織物改性處方與工藝

表2　不同分子量殼聚糖/殼聚糖季銨鹽改性處方

*殼聚糖需用甘氨酸鹽酸鹽水溶液溶解，殼聚糖季銨鹽改性時(shí)不需加入甘氨酸鹽酸鹽水溶液。浸軋（二浸二軋，每次浸30min，軋余率80%~90%）→ 烘干（100℃，5 min）

1.3活性染料染色處方及工藝

（1）染色處方[6]

表3　改性及未改性亞麻纖維活性染料染色處方

（2）染色工藝曲線

圖1　改性及未改性亞麻織物活性染料染色工藝曲線（注：無鹽染色省去加硫酸鈉一步）

（3）皂洗處方及工藝

表4　活性染料染色后皂洗處方及工藝

1.4測試方法

1.4.1白度的測定

使用WSB-3A型智能式數(shù)字白度計(jì)測量經(jīng)過殼聚糖及其季銨鹽處理前后亞麻織物的白度，測量三次取平均值。

1.4.2上染率和固色率的測定

織物染色完畢后，取出織物，測定染色殘液分別在各自染料的最大吸收波長下的吸光度，并由測得的各自染料吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算染色殘液中染料的質(zhì)量m。則上染率E的計(jì)算公式如下：

其中：m0為染色原液中染料的質(zhì)量。

織物染色完畢后水洗、皂洗、水洗、烘干。將過程中兩次水洗和一次皂洗的殘液收集裝入250 mL容量瓶中，定容，在各自染料的最大吸收波長下測定其吸光度，并由測得的各自染料吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算洗滌殘液中染料的質(zhì)量m1。按以下公式計(jì)算固色率F：

式中：m為染色殘液中染料的質(zhì)量；m0為染色原液中染料的質(zhì)量。

1.4.3干濕摩擦牢度的測定

參照GB/T 3920-1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y試。

2　結(jié)果與討論

2.1白度分析

改性后亞麻織物的白度情況如圖2所示，可以看出，經(jīng)過殼聚糖及其季銨鹽處理后的亞麻織物白度下降很大，這是因?yàn)樽灾频牡头肿恿繗ぞ厶菫榈S色，其季銨鹽為棕黃色，導(dǎo)致亞麻織物在處理后白度下降，對(duì)染色后色光的影響不大。

圖2　改性亞麻織物的白度（注：F代表亞麻（Flax），C代表CTS，H代表HTCC）

2.2染色效果分析

本實(shí)驗(yàn)中使用未改性亞麻織物加入20 g/L、40 g/L、60 g/L硫酸鈉染色和殼聚糖及其季銨鹽改性后的亞麻織物直接染色進(jìn)行對(duì)比，觀察改性后織物活性染料上染率和固色率能達(dá)到加鹽染色的水平。

2.2.1低溫活性染料染色效果分析

圖3顯示了亞麻織物經(jīng)改性后，使用低溫活性染料染色后測得的上染率和固色率，與之對(duì)比的三條虛線分別為加入20g/L、40g/L、60g/L硫酸鈉的未改性亞麻織物的染色情況?？梢钥闯?，亞麻織物經(jīng)改性后進(jìn)行染色，上染率能達(dá)到68-75%，處于加入40g/L鹽染色水平左右，這是由于殼聚糖被質(zhì)子化的氨基與亞麻織物結(jié)合，會(huì)減少纖維所帶的負(fù)電荷，能夠更好的提升染料對(duì)纖維的親和力[12]；而且亞麻織物低分子量殼聚糖改性后更利于染料上染，這是因?yàn)闅ぞ厶欠肿恿吭酱?，其分子結(jié)構(gòu)越大，不利于進(jìn)入亞麻織物內(nèi)部，同時(shí)染料分子會(huì)先和殼聚糖大分子結(jié)合，停留在纖維表面；殼聚糖分子量降低后，和殼聚糖結(jié)合的染料分子隨著殼聚糖向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，分子量越低，染料隨著殼聚糖分子進(jìn)入纖維的量越多，從而染色效果越好，但分子量過低，上染率和固色率都會(huì)降低，原因一是過低分子量的殼聚糖，分子結(jié)構(gòu)小，表面的-NH2相對(duì)密度小，降低織物表面負(fù)電性能力變差，織物和染料之間的靜電斥力增大，使得染料上染織物的能力降低，二是分子量過低的殼聚糖在染色過程中會(huì)脫落[12, 13]，這也就是CTS04上染率下降的原因；HTCC處理后織物的上染率趨勢與CTS相同，有略微的提升，并大多超過40g/L加鹽染色水平，原因是季銨化的殼聚糖分子結(jié)構(gòu)上引入大量的-NH3+，降低亞麻纖維負(fù)電性能力加強(qiáng)。

低溫活性染料染色的固色率趨勢與上染率相同，CTS處理后的固色率處于40g/L~60 g/L加鹽染色水平之間，而HTCC處理后的固色率能夠大于60 g/L加鹽染色水平。這說明使用殼聚糖能夠?qū)喡槿旧鸬焦躺淖饔茫壹句@鹽的固色效果比單純殼聚糖質(zhì)子化效果更好。

圖3　改性亞麻織物低溫活性染料染色的上染率和固色率

2.2.2中溫活性染料染色效果分析

圖4顯示了亞麻織物經(jīng)改性后，使用中溫活性染料染色后測得的染色情況，可以看出，CTS改性亞麻織物中溫活性染料染色效果的提高沒有低溫活性染料染色那么明顯，而且，只有CTS01改性后的亞麻織物的染色效果比原始分子量改性后的好，這是因?yàn)槿旧珳囟忍岣?，分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子量較低的殼聚糖在染色過程中也會(huì)脫落，導(dǎo)致上染率提高的效果不明顯[13]。HTCC改性后織物的中溫染料上染率趨勢跟CTS改性后的相同，但上染率有大幅度的提升，這可能是由于殼聚糖季銨鹽與纖維間的靜電引力更強(qiáng)，使得織物表面的所帶的正電性更強(qiáng)，從而染料更易上染。HTCC改性后織物的中溫染料上染率處于60g/L加鹽染色水平。

改性后織物中溫活性染料染色的固色率的趨勢與上染率一致，殼聚糖季銨鹽的固色效果特別明顯，均超過60g/L加鹽染色水平。

圖4　改性亞麻織物中溫活性染料染色的上染率和固色率

2.2.3高溫活性染料染色效果分析

圖5顯示了亞麻織物經(jīng)改性后，使用高溫活性染料染色后測得的上染率和固色率，從中看到，無論是殼聚糖還是殼聚糖季銨鹽，將亞麻織物處理后，上染率隨著處理的殼聚糖的分子量的降低呈遞減的趨勢，這與上述中溫活性染料染色的情況一致，只是當(dāng)溫度升高到90℃，低分子量殼聚糖都會(huì)有部分脫落，且分子量越低，脫落的越多，從而染色效果越差。然而，雖然這個(gè)趨勢也存在于HTCC改性的亞麻染色的上染率，但是影響較小，上染率都能接近60g/L加鹽染色水平。

改性后織物染色的固色率的趨勢與上染率大致相同，只是CTS00改性后的亞麻織物固色率很低，這跟大分子阻隔染料與高溫染色易使染料脫附有很大關(guān)系。而季銨鹽處理后的亞麻織物高溫染料染色的固色率效果很好，能大于60g/L加鹽染色水平。

圖5　改性亞麻織物高溫活性染料染色的上染率和固色率

2.2.4染色后干濕摩擦牢度分析

選取使用低溫活性染料（C.I.活性黃4）染色后的試樣，使用干濕摩擦牢度分析儀測試，并比對(duì)灰色樣卡進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，經(jīng)過不同分子量殼聚糖及其季銨鹽整理后，除了原始分子量改性后的織物，其它使用低溫活性染料染色后的干濕摩擦牢度均能提升1級(jí)，說明殼聚糖起到了固色的效果。而原始分子量的殼聚糖由于分子量太大，在纖維表面形成一張膜，阻隔了染料進(jìn)入纖維內(nèi)部，在摩擦?xí)r容易掉色，致使牢度不高[14]。

表5　殼聚糖及其季銨鹽改性前后亞麻織物C.I.活性黃4染色的色牢度

3　結(jié)論

（1）殼聚糖及其季銨鹽改性后的亞麻織物，白度均有所下降；三種染料的染色性能均有不同程度的提高，提高的程度與染色溫度和殼聚糖的分子量有關(guān)，且殼聚糖季銨鹽改性后的織物染色效果提高得更為顯著。

（2）經(jīng)過改性后的織物染色后干濕摩擦牢度大多提升1級(jí)。

（3）使用低分子量殼聚糖及其季銨鹽改性后的亞麻織物完全可以進(jìn)行無鹽染色，可以達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。

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Research of Dyeing Properties on the Modified Flax Fabric by Different Molecular Weight Chitosan and Its Quaternary Ammonium Salt

ZHOU Qing-qing1, ZHOU Zhi-han2, WU Wei1, JIANG Hui-yu1, YANG Feng1
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China; 2. Middle School of Affiliated to Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China)

Flax fabric was modified by different molecular weight chitosan and its quaternary ammonium salt and dyed with low-temperature, medium-temperature and high-temperature reactive dyes. The results showed that the whiteness of the modified fabric decreased. Comparing with the untreated flax fabric, the dyeing properties of the modified flax fabric improved, especially the fabric modified by chitosan quaternary ammonium salt. The dry and wet rubbing fastness of the modified fabric increased one level.

flax fabric; chitosan; chitosan quaternary ammonium salt; modification; dyeing

TS195

A

2095－414X(2015)06－0010－06

姜會(huì)鈺（1975-），男，副教授，博士，研究方向：生物質(zhì)纖維及其清潔染整加工.