牛奶蛋白纖維與棉纖維的同色性染色工藝研究

趙呈建， 許志忠， 郭龍賓

(河南工程學(xué)院 a. 教務(wù)處；b. 材料與化學(xué)工程學(xué)院，鄭州451191)

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牛奶蛋白纖維與棉纖維的同色性染色工藝研究

趙呈建a， 許志忠b， 郭龍賓b

(河南工程學(xué)院 a. 教務(wù)處；b. 材料與化學(xué)工程學(xué)院，鄭州451191)

采用B型活性染料對(duì)牛奶蛋白纖維和棉纖維進(jìn)行同浴染色，研究碳酸鈉、氯化鈉、染色溫度和防染劑處理對(duì)牛奶蛋白纖維與棉纖維色差ΔE的影響，并測(cè)試染色纖維的色牢度。結(jié)果表明：在活性染料2%(o.w.f)時(shí)，浴比1︰50、碳酸鈉20 g/L、氯化鈉40 g/L、染色溫度60 ℃保溫50 min的工藝條件下對(duì)牛奶蛋白纖維(經(jīng)防染劑處理)和棉纖維進(jìn)行同浴染色，能得到較好的同色性，染色纖維的耐洗牢度和耐干摩擦均≥4級(jí)，耐濕摩擦牢度均≥3～4級(jí)。

牛奶蛋白纖維；棉纖維；活性染料；同浴染色；同色性

牛奶蛋白纖維是一種新型再生蛋白質(zhì)纖維，是集天然纖維與合成纖維優(yōu)點(diǎn)于一身的紡織新原料，既具有合成纖維強(qiáng)度高、收縮小、防霉和防蛀的性能，又具有天然纖維柔軟、吸濕、透氣、染色好、色牢度強(qiáng)和無靜電等優(yōu)點(diǎn)，其光澤和導(dǎo)濕性能更為其他纖維無法比擬[1-3]。另外，牛奶蛋白纖維又含有17種人體必需的氨基酸，親膚性好，具有良好的保健性，是用酪蛋白制造的工業(yè)化纖維[4-5]。但牛奶蛋白纖維干、濕熱性和耐化學(xué)穩(wěn)定性差，應(yīng)用時(shí)需與其他纖維進(jìn)行混紡[6-7]。據(jù)報(bào)道，牛奶蛋白纖維與棉纖維混紡制成的產(chǎn)品可提高織物的親膚性和柔軟性，增加懸垂性和織物光澤，并且保持棉纖維的吸濕、透氣、保暖等特點(diǎn)，提高產(chǎn)品檔次[8]。

牛奶蛋白纖維中含有羥基、氨基、羧基等極性基團(tuán)，可采用活性、酸性、中性、直接、陽離子、毛用活性染料及分散染料染色[9]。本試驗(yàn)選取B型三原色活性染料對(duì)牛奶蛋白/棉纖維進(jìn)行同浴染色，研究染色條件對(duì)同色性的影響，以期為牛奶蛋白/棉纖維混紡織物的染整加工工藝的開發(fā)提供一定的借鑒。

1　試　驗(yàn)

1.1材料和儀器

材料：牛奶蛋白纖維(上海正家牛奶絲有限公司)，棉纖維(泉州金棉纖維制品有限公司)，活性紅B-3BF、活性黃B-4RFN、活性深藍(lán)B-2GLN(工業(yè)級(jí)，泰興市錦雞染料有限公司)，無水碳酸鈉、氯化鈉(分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)，酸性防染劑(自制)，皂洗劑LTS(工業(yè)用，拓納貿(mào)易上海有限公司)。

儀器：RC-Z2400染色機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，JA2003N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，CE7000A測(cè)色配色儀(美國Greta Macbeth)，M571B耐摩擦牢度測(cè)試儀、SW-12A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州方圓儀器有限公司)，GB 251—1995沾色灰色樣卡、GB 250—1995褪色灰色樣卡(上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所)。

1.2方法

染色配方：活性染料相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸鈉xg/L，氯化鈉yg/L。

工藝流程：纖維各半→染色(40℃×30 min)→固色(60 ℃×50 min)→熱水洗(60 ℃×5 min，2遍)→皂洗(80～90 ℃×10 min)→熱水洗(60 ℃×5 min，2遍)→冷水洗→烘干(纖維分開水皂洗)。

工藝曲線：

皂洗配方：皂洗劑LTS 2 g/L，浴比1︰30，80～90 ℃皂洗10 min。

1.3性能測(cè)試

1.3.1表面色差ΔE的測(cè)試

顏色特征值：試樣的色差ΔE在Color-Eye 7000A測(cè)色儀上測(cè)定，采用D65光源和10°觀察角。

1.3.2色牢度的測(cè)定

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》進(jìn)行測(cè)定。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與分析

2.1碳酸鈉質(zhì)量濃度的影響

雖然牛奶蛋白纖維耐堿性較差，但針對(duì)活性染料的情況，選擇堿性較弱的碳酸鈉對(duì)染料進(jìn)行固色。B型活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，氯化鈉30 g/L，不同碳酸鈉質(zhì)量濃度下，按1.2節(jié)工藝對(duì)棉和牛奶蛋白纖維染色。染色結(jié)果是牛奶蛋白纖維K/S值較大，測(cè)試染色后纖維的色差如表1所示。由表1可知，隨著碳酸鈉質(zhì)量濃度的增加，染色纖維的色差先逐漸減小后又稍微增加，這說明在碳酸鈉質(zhì)量濃度為20 g/L前后，可能棉纖維上的—OH和牛奶纖維上的—OH、—NH3、—SH反應(yīng)性基團(tuán)，在染液pH值發(fā)生變化時(shí)，與染料反應(yīng)的程度也發(fā)生了變化。其原因比較復(fù)雜尚需進(jìn)一步研究。比較3只染料對(duì)碳酸鈉的敏感性發(fā)現(xiàn)，活性深藍(lán)B-2GLN的色差減小得較快，活性黃B-4RFN的次之，活性紅B-3BF的較慢。當(dāng)碳酸鈉質(zhì)量濃度增加至20 g/L時(shí)，兩種纖維之間的色差ΔE<5，認(rèn)為兩種纖維同色[10-11]，且考慮到碳酸鈉對(duì)牛奶蛋白纖維和活性染料的水解作用，實(shí)際染色過程中碳酸鈉質(zhì)量濃度可取20 g/L。

表1　碳酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)棉和牛奶纖維色差的影響

2.2氯化鈉質(zhì)量濃度的影響

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸鈉20 g/L，不同氯化鈉質(zhì)量濃度下，按1.2節(jié)工藝對(duì)牛奶蛋白和棉纖維染色，測(cè)試染色后纖維的色差如表2所示。由表2可知，隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加，染色纖維的色差逐漸減小。這說明氯化鈉對(duì)棉纖維的促染作用要比牛奶蛋白纖維的大，對(duì)棉纖維表面的Zeta電位降低的多。比較氯化鈉對(duì)3只染料的促染作用發(fā)現(xiàn)，活性紅B-3BF和活性深藍(lán)B-2GLN的色差減小得較快，且色差數(shù)值很接近，活性黃B-4RFN的減小得較慢。當(dāng)氯化鈉質(zhì)量濃度達(dá)到40 g/L后，色差ΔE基本穩(wěn)定，且ΔE接近5，但質(zhì)量濃度過高會(huì)導(dǎo)致染料聚集，易造成染色不勻現(xiàn)象，加重后處理的負(fù)擔(dān)，實(shí)際應(yīng)用中可選取氯化鈉質(zhì)量濃度為40 g/L。

表2　氯化鈉質(zhì)量濃度對(duì)棉和牛奶纖維色差的影響

2.3染色溫度的影響

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸鈉20 g/L、氯化鈉40 g/L，不同染色溫度條件下，按1.2節(jié)工藝對(duì)棉和牛奶蛋白纖維染色，測(cè)試染色后纖維的色差如表3所示。由表3可知，隨著溫度的增加，染色纖維的色差先逐漸減小后又略微增加，這說明溫度在70℃前后對(duì)棉和牛奶蛋白纖維染色的影響是不一樣的，這可能與染料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，B型活性染料具有乙烯砜和一氯均三嗪異雙活性基，乙烯砜硫酸酯發(fā)生消去反應(yīng)生成的乙烯砜基不穩(wěn)定，高溫條件下與兩種纖維結(jié)合能力下降程度有所不同造成的。比較溫度對(duì)3只染料的作用發(fā)現(xiàn)，活性黃B-4RFN的色差減小得較快，活性深藍(lán)B-2GLN的次之，活性紅B-3BF減小得較慢。當(dāng)染色溫度在60℃后，色差ΔE基本穩(wěn)定，且ΔE<5，但溫度過高會(huì)導(dǎo)致牛奶蛋白纖維損傷，實(shí)際應(yīng)用中可選取溫度為60℃。

表3　染色溫度對(duì)棉和牛奶纖維色差的影響

2.4防染劑對(duì)染色同色性的影響

牛奶蛋白纖維的染色深度高于棉纖維，導(dǎo)致兩種纖維間同色性較差。本試驗(yàn)選用弱酸性防染劑對(duì)牛奶蛋白纖維預(yù)處理，再進(jìn)行染色。防染劑的防染作用是由于其陰離子能首先與牛奶蛋白纖維大分子上的氨基發(fā)生離子鍵結(jié)合，延緩了染料與氨基的反應(yīng)，可以減少兩種纖維的上染差異，從而降低色差。處理的條件為防染劑0.8 g/L，浴比1︰50，溫度60℃，時(shí)間20 min，再采用B型活性染料按1.2節(jié)工藝對(duì)牛奶蛋白纖維(經(jīng)處理)和棉纖維進(jìn)行同浴染色，活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸鈉20 g/L、氯化鈉40 g/L，測(cè)試染色后纖維的色差，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，3只染料的色差ΔE均在3左右，與表3中不經(jīng)防染劑對(duì)牛奶蛋白纖維進(jìn)行預(yù)處理的色差ΔE相比，與溫度為70℃的色差也接近在3左右，經(jīng)防染劑預(yù)處理可以使染色溫度降到60℃，主要是考慮到溫度升高，堿性條件下會(huì)對(duì)蛋白纖維造成損傷，損傷的程度有待進(jìn)一步研究測(cè)定。

2.5染色牢度分析

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸鈉20 g/L、氯化鈉40 g/L，按1.2節(jié)工藝對(duì)棉和經(jīng)防染劑進(jìn)行預(yù)處理的牛奶蛋白纖維染色，染色纖維的色差ΔE和色牢度性能見表4。由表4可以看出，染色后纖維色差較小，耐洗牢度和耐干摩擦牢度均≥4級(jí)，耐濕摩擦牢度≥3～4級(jí)。

表4　染色纖維的色差ΔE和色牢度性能

3　結(jié)　論

1)使用B型活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，對(duì)經(jīng)防染劑進(jìn)行預(yù)處理的牛奶蛋白和棉纖維同浴染色，較佳工藝條件為碳酸鈉20 g/L、氯化鈉40 g/L、染色溫度60 ℃、保溫50 min，此時(shí)纖維可獲得較好的同色性，色差ΔE在3左右。

2)在弱堿性條件下，B型活性染料染色牛奶蛋白纖維得色量大于棉纖維，使用弱酸性防染劑可減小兩者之間色差，處理的條件為防染劑0.8 g/L，浴比1︰50，溫度60℃，時(shí)間20min。

3)較佳工藝條件下染色纖維色差較小，色牢度較好，耐洗牢度和耐干摩擦牢度≥4級(jí)，耐濕摩擦牢度≥3～4級(jí)。

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The union dyeing technique of milk protein fiber and cotton fiber

ZHAO Chengjiana, XU Zhizhongb, GUO Longbinb

(a. Teaching Affairs Department; b. College of Materials and Chemical Engineering, Henan Institute of Engineering,Zhengzhou 451191, China)

In this paper, the B type reactive dyes are used to dye milk protein fiber and cotton fiber in one bath, the effects such as sodiumcarbonate, sodium chloride, dyeing temperature and resisting agent treatment on ΔE, and the color fastness of dyed fibers were tested. The results indicated that the milk protein fiber (treated with resisting agent) and cotton fiber obtained good union dyeing performance when they were dyed with 2%(o.w.f) of reactive dyes, bath ratio at 1︰50, 20 g/L of sodiumcarbonate, 40 g/L of sodium chloride, at 60 ℃ for 50 min. The soaping fastness and dry rubbing fastness of the dyed fibers is not lower than 4 grade, and wet rubbing fastnesses for both fibers is not lower than 3～4 grade.

milk protein fiber; cotton fiber; reactive dyes; one-bath dyeing; union dyeing performance

2015-10-19;

2016-04-13

河南工程學(xué)院輕化工程技術(shù)研究中心建設(shè)項(xiàng)目(GCZX2013003)

趙呈建(1961-)男，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)學(xué)及在紡織染整中的應(yīng)用。通信作者：許志忠，教授，xzz708@163.com。

TS193.862

A

1001-7003(2016)05-0029-04引用頁碼: 051105