稀土作為蒲黃改性腈綸同浴媒染色媒染劑的研究

李田田，喬自陽，黃鴻宇，李永賀，孟春麗，曹機良

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

稀土作為蒲黃改性腈綸同浴媒染色媒染劑的研究

李田田，喬自陽，黃鴻宇，李永賀，孟春麗，曹機良

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

采用三乙烯四胺對腈綸進行改性，對改性后的腈綸用蒲黃色素染色，用稀土氯化鑭、氯化鈰作為媒染劑，探討了染色溫度、pH值、時間、媒染劑和蒲黃用量對改性腈綸染色性能的影響，測試了染色腈綸的K/S值及耐洗性能.結(jié)果表明，當(dāng)蒲黃用量為5%owf、媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L、pH值為4時，溫度為90～98 ℃的條件下較適合蒲黃對改性腈綸的染色，而且稀土作為媒染劑對染色改性腈綸色光的影響較小，耐洗性有所提高.

天然染料；蒲黃；媒染；稀土；腈綸

隨著生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高，天然環(huán)保材料逐漸引起了人們的關(guān)注.天然染料無毒無害、無污染、易降解，主要用于天然纖維染色，一般需要使用媒染劑或其他處理方法[1-3].為提高天然染料的染色效果，常用金屬離子為媒染劑進行染色，但對環(huán)境有一定污染[4-6].近年來，也有少量研究將天然染料用于合成纖維染色，獲得了較好的結(jié)果.腈綸纖維的性能與羊毛極其相似，有“人造羊毛”之稱，具有色澤艷麗、耐光、抗菌、不怕蟲蛀等優(yōu)點，而且腈綸在內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)上呈不規(guī)則螺旋構(gòu)象，沒有嚴(yán)格的結(jié)晶區(qū)，只有高序排列和低序排列之分，這使腈綸具有較好的熱彈性[7].

目前，腈綸改性通常采用鹽酸羥胺、三乙烯四胺等改性劑，通過改性使腈綸的氰基與改性劑反應(yīng)，改性腈綸接枝上氨基后，其親水性、抗靜電性及對陰離子染料的染色性能增強.蒲黃的價格較為便宜，可作為天然染料，但當(dāng)前對其研究較少.稀土作為天然染料染色媒染劑的優(yōu)點之一是對天然染料本身的色光影響較小，保持了天然染料染色織物本身較為鮮艷的顏色.鑒于此，本課題對腈綸纖維用三乙烯四胺進行改性，提高其親水性及抗靜電性能，再用天然染料蒲黃對其進行染色，探究用稀土離子做媒染劑時改性腈綸的染色性能.

1 實驗材料與方法

1.1實驗材料

纖維：腈綸散纖維1.67 dtex.染料：蒲黃色素，陜西澳源生物技術(shù)有限公司生產(chǎn).化學(xué)藥品：氯化鈰、氯化鑭，均為化學(xué)純.

1.2實驗方法

1.2.1腈綸改性方法

用紅外線高溫染色機對腈綸進行改性處理，在染杯中加入三乙烯四胺和水(體積比為2∶1)的混合液，然后投入腈綸纖維，浴比為1∶30，在室溫下開始處理.以2 ℃/min升溫至120 ℃，保溫3 h，然后以2 ℃/min降溫至60 ℃，取出纖維用蒸餾水水洗，然后用醋酸中和至中性，再次水洗，最后烘干待用.

1.2.2染色方法

蒲黃用量為x%owf，媒染劑質(zhì)量濃度為zg/L，用醋酸分別調(diào)節(jié)pH值至2，4，7，9，在浴比為1∶50的條件下，室溫入染，以1 ℃/min升溫至指定溫度，保溫所需時間，染畢，水洗，烘干.

1.3測試方法

1.3.1顏色特征值

采用Color-Eye 7000A型測色儀測定樣品顏色特征值，采用D65光源和10°視場角，每個樣品測4次，取平均值，染色腈綸的顏色深度ΔE按式(1)計算：

(1)

式中：L1，a1，b1是改性腈綸顏色特征值；L2，a2，b2是染色后的改性腈綸顏色特征值.另，耐洗性能測試時的L1，a1，b1為洗滌0次時染色腈綸的顏色特征值.

1.3.2耐洗性

用標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑4 g/L，在浴比為1∶50的條件下，將洗滌液升溫至40 ℃，投入染色纖維洗滌10 min并水洗，烘干，這個過程為1次水洗，分別在此條件下洗滌不同次數(shù)后，測試?yán)w維的顏色特征值.

2 結(jié)果與討論

2.1pH值對染色的影響

蒲黃用量為5%owf，媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至90 ℃，保溫60 min，在不同pH值條件下染色，測定pH值對染色樣品顏色特征值的影響，結(jié)果如表1所示.

表1 pH值對改性腈綸染色特征值的影響Tab.1 Effect of dyeing pH value on color characteristic value of dyed acrylic fibers

表1列出了兩種媒染劑染色后纖維的顏色特征值，可以看出隨著pH值的增加，染色腈綸纖維明度L*逐漸增加，說明染色纖維的顏色變淺，這一點從色深值ΔE的逐漸降低可得到佐證.紅綠指數(shù)a*、藍(lán)黃指數(shù)b*、彩度c*及色相角h°的變化趨勢不是很明顯，說明染色pH值及媒染劑的加入對染色腈綸的色光影響較小.綜合考慮，建議用稀土做媒染劑時改性腈綸蒲黃染色適合在弱酸性條件下進行，pH值可定為4左右.

2.2溫度對染色的影響

在pH值為4的條件下，蒲黃用量為5 %owf，媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至指定溫度，保溫60 min，不同溫度條件下染色，測定染色溫度對樣品顏色特征值的影響,結(jié)果見表2.

表2 溫度對改性腈綸蒲黃染色特征值的影響Tab.2 Effect of dyeing temperature on color characteristic value of dyed acrylic fibers

由表2知蒲黃染色改性腈綸纖維的明度L*隨染色溫度的升高而逐漸降低，這說明染色腈綸的顏色變深，這一點由色深值ΔE逐漸增加得到佐證.染色腈綸的紅綠指數(shù)a*隨溫度升高而逐漸增加，說明染色腈綸的紅光加深，黃藍(lán)指數(shù)b*變化不是很明顯，色相角h°隨溫度升高呈下降趨勢.這可能是溫度逐漸增加達(dá)到了改性腈綸的玻璃化溫度，纖維體積膨脹，使染料較易進入纖維內(nèi)部.由此可見，用蒲黃對改性腈綸染色時，合適的染色溫度為90～98 ℃.

2.3蒲黃用量對染色的影響

在pH值為4的條件下，媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至98 ℃，保溫60 min，測定蒲黃用量對樣品顏色特征值的影響，結(jié)果見表3.

表3 蒲黃含量對顏色特征值的影響Tab.3 Effect of dosage of Cattail pollen on color characteristic value of dyed acrylic fiber

由表3可以看出，無媒染劑蒲黃腈綸染色時，隨著蒲黃用量的增加，纖維明度L*、色相角h°逐漸降低，藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*、紅綠指數(shù)a*及色深ΔE則逐漸增大，說明蒲黃用量增加可以提高染色腈綸的顏色深度.加入稀土離子鈰與鑭后染色結(jié)果變化趨勢與無媒染劑時相同，但染色的色深不如未加媒染劑的效果.

2.4媒染劑用量對染色的影響

在pH值為4的條件下，蒲黃用量為5%owf，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至98 ℃，保溫60 min，測定媒染劑濃度對樣品顏色特征值的影響，結(jié)果見表4.

表4 媒染劑用量對改性腈綸染色特征值的影響Tab.4 Effect of dosage of mordant on color characteristic value of dyed acrylic fibers

由表4可知，隨著鑭離子濃度的增加，纖維明度L*逐漸增加，紅綠指數(shù)a*、藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*及色相角h°呈先上升后下降再上升的趨勢，色深ΔE則是先增大后變小，可以看出最適合的媒染濃度是0.50 g/L，但相比較無媒染劑蒲黃腈綸染色時，加入媒染劑后，色深值整體上降低了.對比加入氯化鈰做媒染劑，鈰離子濃度增加，纖維明度L*逐漸變小，紅綠指數(shù)a*、藍(lán)黃指數(shù)b*呈上升趨勢，彩度c*及色相角h°呈先下降后上升再下降的趨勢，色深ΔE則是先變大后變小.同樣，其媒染色深值整體上比無媒染劑存在時低.

2.5媒染時間對染色的影響

在pH值為4的條件下，蒲黃用量為5%owf，媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至指定溫度，測試染色時間對樣品顏色特征值的影響，結(jié)果見表5.

表5 染色時間對改性腈綸蒲黃染色特征值的影響Tab.5 Effect of dyeing time on color characteristic value of dyed acrylic fibers

表5(續(xù))

觀察表5發(fā)現(xiàn)，無媒染劑時隨時間增加，纖維明度L*、色相角h°整體呈下降趨勢，紅綠指數(shù)a*呈先上升后下降再上升的趨勢，藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*呈先下降后上升再下降的趨勢，色深ΔE總體上增加，即染色效果越來越好.對比加入媒染劑氯化鑭與氯化鈰后纖維明度L*、色相角h°整體呈下降趨勢，紅綠指數(shù)a*及色深ΔE逐漸增加，與不加媒染劑的蒲黃改性腈綸染色結(jié)果對比可以看出，隨染色時間的增加，加入媒染劑并未明顯提高染料上染率.產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是纖維的螯合能力有限或是織物與染料生成了溶性絡(luò)合物附著在纖維表面阻止更多的染料進入纖維內(nèi)部，或者是纖維提供的配位基有限[8-10].但是，加入氯化鑭后藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*呈上升趨勢，加入氯化鈰后藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*呈下降趨勢，這可能是因為鑭和鈰雖都是鑭系元素，化學(xué)性質(zhì)相似但也有細(xì)微差別.這種差別主要是由鑭系收縮引起的，因為核內(nèi)每增加一個質(zhì)子，相應(yīng)進入4f亞層的電子卻太分散，不像定域程度更高的內(nèi)層電子那樣能有效地屏蔽核電荷，所以隨著鑭系元素原子序數(shù)的增加，原子核對最外層電子的引力就不斷增加，這使原子體積逐漸變小，鑭和鈰做媒染劑時結(jié)果有所不同.

2.6洗滌次數(shù)對染色的影響

在pH值為4的條件下，蒲黃用量為5%owf，媒染劑質(zhì)量濃度為0.5 g/L，浴比為1∶50，室溫下投入纖維，以1 ℃/min升溫至 98 ℃，保溫60 min，染色腈綸洗滌不同次數(shù)，測定洗滌次數(shù)對樣品顏色特征值的影響，結(jié)果見表6.

表6 洗滌次數(shù)對改性腈綸蒲黃染色特征值的影響Tab.6 Effect of washing times on color characteristic value of dyed acrylic fiber

表6(續(xù))

由表6可看出，無媒染劑時蒲黃腈綸染色的纖維明度L*與ΔE逐漸增加，紅綠指數(shù)a*、色相角h°、藍(lán)黃指數(shù)b*和彩度c*整體呈下降趨勢，說明蒲黃改性腈綸染色色深隨洗滌次數(shù)的增加而降低.對比加入稀土離子做媒染劑時，染色特征值變化趨勢與無媒染劑時相同，但ΔE數(shù)值較無媒染劑時小，說明稀土離子鑭和鈰對織物的水洗牢度有影響，提高了蒲黃染色腈綸的耐洗性.

3 結(jié)論

(1)蒲黃改性腈綸染色適合在弱酸性條件下進行，溫度90～98℃、保溫時間60 min左右時效果較好.

(2)三乙烯四胺改性腈綸在稀土離子鑭、鈰做媒染劑條件下用天然染料蒲黃進行染色，對蒲黃染色改性腈綸本身的色光影響甚微，其水洗牢度有所提高.

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StudyofrareearthasonebathmordantdyeingofmodifiedacrylicfiberwithCattailpollen

LITiantian,QIAOZiyang,HUANGHongyu,LIYonghe,MENGChunli,CAOJiliang

(CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China)

Triethylene tetra mine was used to modify acrylic fibers, and the modified acrylic fibers are conducted dyeing with Cattail pollen, and lanthanum chloride, cerium chloride as mordant. The effects of dyeing temperature, pH, time and amount of Cattail pollen and mordant on dyeing performance of modified acrylic fiber was researched. The K/S value and washing fastness of dyed acrylic fibers were tested. The results showed that when the Cattail pollen dosage were 5% owf, the optimal dyeing process was pH=4, mordant was 0.5 g/L. Dyeing at 90～98 ℃ for 60 min, rare earth as a mordant has little effect on dyeing modified acrylic light, and washing resistance was increased.

natural dyes; Cattail pollen; mordant; rare earth; acrylic fibers

TS193.6

A

1674-330X(2017)03-0004-06

2017-06-08

2016年地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201611517047)

李田田(1991-)，女，河南西華人，河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院輕化工程專業(yè)學(xué)生，研究方向為紡織品染整工藝.

曹機良(1982-)，男，湖南湘陰人，講師，博士研究生，主要從事紡織品染整工藝與理論研究.E-mail：caojiliang301@163.com.