尿素在活性染料印花中的作用

何江林，孟慶濤

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

尿素在活性染料印花中的作用

何江林，孟慶濤

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

尿素具有多種優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用于印花生產(chǎn)中。研究了尿素在活性染料印花中的助溶性和吸濕性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：加入尿素后，染液的濃度變大，水溶液中溶解的染料增加了，尿素具有助溶性。棉布的吸濕量隨著尿素濃度的增大而增加。

活性染料 尿素 助溶 吸濕

0 前言

活性染料，又稱(chēng)反應(yīng)性染料，因其具有色譜齊全、色澤鮮艷、色牢度好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于織物的印花[1]?；钚匀玖戏肿又泻心芘c纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)，印花時(shí)，染料能與纖維以共價(jià)鍵結(jié)合成為整體，使得織物的耐洗牢度和耐摩擦牢度提高。

誠(chéng)然，活性染料印花具有上述多種優(yōu)點(diǎn)，但是固色率低是不可否認(rèn)的。因此，在印花時(shí)，一般需要加入一些助劑來(lái)提高染料的固著率。其中，尿素便是最重要的助劑之一。

尿素，又稱(chēng)脲，是由碳、氫、氧、氮四種元素組成的有機(jī)化合物，化學(xué)式為CO(NH2)2，含氮量約為46.67%。尿素能溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿，呈弱堿性，可與酸反應(yīng)生成鹽，有水解作用。工業(yè)或農(nóng)業(yè)用品為白色略帶微紅色固體顆粒，無(wú)臭無(wú)味[2]。在紡織行業(yè)，尿素常被用作吸濕溶脹劑[3-4]、助溶劑、氧漂穩(wěn)定劑[5-6]、絲光膨化劑[8]、染色稀釋溶脹劑[8]、活性染料染色增深劑[9]、、甲醛捕捉劑[10]。

尿素是一種很好的助溶劑。由于印花時(shí)染料的用量大，浴比較小，染料易聚集，故需要加入尿素以提高染料的溶解。尿素分子中親水性基團(tuán)，能與染料分子上的羧酸基或磺酸基化學(xué)鍵結(jié)合，染料分子之間的作用力遭到破壞，使染料聚集體迅速解離，從而提高染料的溶解度。另外，酰二胺基可破壞染料分子間的氫鍵和范德華力，降低鍵能，提高染料解離后呈單分子態(tài)存在的可能性[11]，促進(jìn)溶解。

尿素也是一種很好的吸濕劑?？椢镌谟』ê娓芍?，含濕量低，汽蒸過(guò)程中產(chǎn)生的水分不能使染料完全溶解，不能使纖維溶脹充分[12]。在汽蒸時(shí)，由于尿素分子比染料分子小很多，所以尿素分子會(huì)固定在纖維周?chē)桓邷貤l件下，釋放其鎖住的水分使纖維溶脹，有利于活性染料擴(kuò)散進(jìn)入纖維并與纖維固著，從而獲得較高得色量的印花織物[13]。

本文研究了尿素作為助溶劑和吸濕劑在活性染料印花中的體現(xiàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料與儀器

主要材料:純棉白布，活性翠藍(lán)K-GL(分析純，天津亞?wèn)|隆興國(guó)際貿(mào)易有限公司)，海藻酸鈉(分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，無(wú)水碳酸鈉(分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠)，尿素(分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)，防染鹽S(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)。

儀器：OP-03型汽蒸箱(天津華譜合力科技有限公司)，EDF-213型平網(wǎng)印花機(jī)(山東新泰市精度機(jī)械有限公司)，AR223CN型電子天平(奧豪斯儀器上海有限公司)，忠臣電磁爐(廣東順德忠臣電器有限公司)，DW-3型數(shù)顯電動(dòng)攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，DHG型電熱鼓風(fēng)干燥器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，Datacolor SF600型測(cè)配色儀(瑞士Datacolor公司)，V-1600型可見(jiàn)光分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)有限公司)。

1.2 助溶性的測(cè)試

1.2.1 工藝配方

工藝配方如表1所示。

表1 工藝配方

1.2.2 工藝流程

將10g活性翠藍(lán)K-GL溶解在蒸餾水中，配制100g/L的染液，然后分別取0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL加入到500mL容量瓶中定容，配制濃度分別為0.02g/L 、0.04g/L、0.06g/L 、 0.08g/L 、0.10g/L的染液。測(cè)量其吸光度(λ=610nm)。每組數(shù)據(jù)測(cè)量三次，取平均值。

將適量尿素和10g活性翠藍(lán)K-GL混合溶解在蒸餾水中，置于100mL容量瓶中定容，同樣分別取0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL加入到500mL容量瓶中定容。測(cè)量其吸光度取平均值。探討加入尿素后對(duì)染液吸光度的影響。

1.3 吸濕性的測(cè)量

1.3.1 工藝配方

測(cè)試吸濕性的工藝配方如表2所示。

表2 吸濕性的工藝配方

1.3.2 工藝流程

前期準(zhǔn)備→干燥(100℃，4h)→稱(chēng)重→上漿(3Pa，5m/h)→干燥(100℃，4h)→稱(chēng)重→剪邊→稱(chēng)重→汽蒸(99℃，10min)→稱(chēng)重

前期準(zhǔn)備：裁剪棉織物和調(diào)制糊料；

第一次干燥：將織物烘干，除去吸附的水分；

第一次稱(chēng)重：將密封袋稱(chēng)重，再將已干燥完的織物快速封裝到塑料袋中并盡可能排盡空氣然后稱(chēng)重；

上漿：刮兩次；

第二次干燥：將已上漿的織物烘干，除去吸附的水分；

第二次稱(chēng)重：將已干燥的上漿織物裝入密封袋稱(chēng)重；

剪邊：將織物周邊沒(méi)有上漿的部分剪去；

第三次稱(chēng)重：將已剪邊的上漿織物稱(chēng)重；

汽蒸：每次汽蒸需保證蒸箱內(nèi)的水位一致；

第四次稱(chēng)重：將汽蒸完的織物裝入密封袋稱(chēng)重。

1.3.3 測(cè)試方法

干漿重、干漿率和絕對(duì)吸濕量的計(jì)算公式如下：

M6=M3-M2

(1)

(2)

Hs=M5-M4

(3)

式中：M1，密封袋質(zhì)量(g)；M2，密封袋加烘干后織物的質(zhì)量(g)；M3，密封袋加烘干后上漿織物的質(zhì)量(g)；M4，密封袋加剪邊后上漿織物的質(zhì)量(g)；M5，密封袋加氣蒸后織物的質(zhì)量(g)；Mf，烘干后織物的質(zhì)量(g)；M6，干漿重：經(jīng)過(guò)烘干后，織物上帶有漿料的質(zhì)量(g)；P1，干漿率：干漿重M6對(duì)上漿后織物重量的百分比；Hs，絕對(duì)吸濕量：上漿織物經(jīng)過(guò)汽蒸后吸收的水分質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 助溶性能

圖1顯示不加尿素時(shí)吸光度與染料濃度的關(guān)系，加入尿素后吸光度的變化如表3。

圖1 無(wú)尿素時(shí)吸光度與染液濃度的關(guān)系

取液量/mL0.10.20.30.40.5吸光度無(wú)尿素0.2030.4060.6030.8261.002有尿素0.2170.4310.6460.8541.059

由圖1可以看出，在染液濃度較低時(shí)，隨著染液濃度的增加，吸光度也逐漸增加，并且是正比例增大。由表3可以看出，加入尿素后，在取液量相同的情況下，染液吸光度大于不加尿素的染液吸光度，即說(shuō)明：加入尿素后，染液的濃度變大，水溶液中溶解的染料增加了。由此可得，尿素對(duì)于活性染料的溶解是有幫助的，具有助溶性。

2.2 吸濕性能

2.2.1 干漿率與尿素濃度的關(guān)系

干漿率與尿素濃度的關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出，隨著尿素濃度的增加，干漿率也隨著增加，其主要原因是干漿中尿素占的比重增加而導(dǎo)致干漿率增加，但并不是呈倍數(shù)增長(zhǎng)。

圖2 干漿率與尿素濃度的關(guān)系

2.2.2 干漿中海藻酸鈉和尿素的質(zhì)量關(guān)系

理論上干漿中海藻酸鈉的質(zhì)量應(yīng)該不變，而尿素質(zhì)量呈梯度增加。實(shí)際上從圖3可以看出，海藻酸鈉呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢(shì)，而尿素雖然是呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但不是成比例增加。原因可能是在配制糊料時(shí)沒(méi)有攪拌均勻和在上漿過(guò)程中刮涂的不均勻，這就導(dǎo)致干漿的質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的增長(zhǎng)，而是隨著尿素的增加，趨向于一個(gè)飽和值。

圖3 干漿中尿素和海藻酸鈉的質(zhì)量

2.2.3 吸濕量與尿素濃度的關(guān)系

圖4 吸濕量與尿素濃度的關(guān)系

尿素濃度對(duì)吸濕量的影響如圖4所示，可以看出，隨著尿素的增加，吸濕量也在增加，且吸濕量的增加幅度減少。尿素增加一倍，但吸濕量沒(méi)有相應(yīng)增一倍，原因是通過(guò)磁力刮漿的方式上漿，實(shí)際上施加到織物上的尿素比預(yù)期的量少，因此上漿織物汽蒸時(shí)的吸濕量也會(huì)減少。

2.2.4 吸濕量與尿素溶解的關(guān)系

圖5 吸濕量與吸熱量的關(guān)系

注：尿素的摩爾質(zhì)量為60；1摩爾氮?dú)滏I斷裂需吸收391千焦的熱量；1摩爾尿素中含有4摩爾氮?dú)滏I。

由圖5可知，隨著尿素分解時(shí)吸收的熱量越多，尿素的吸濕量就越大，即吸濕性越好。在汽蒸條件下(高溫，濕度大)，尿素易溶解，氮?dú)滏I發(fā)生斷裂，吸收大量的熱，導(dǎo)致織物表面的溫度急劇下降，熱的水蒸氣遇冷發(fā)生液化現(xiàn)象，在織物表面凝結(jié)成小水滴被吸附。

由此可得出結(jié)論，尿素的吸濕強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高和相對(duì)濕度的增加而增大。

3 結(jié)論

(1)尿素可作為助溶劑加入活性染料印花的色漿中，有效的促使染料分子電離和溶解，從而提高了活性染料的溶解度。

(2)尿素加入活性染料印花色漿后，因其在汽蒸時(shí)的吸熱特性，在織物表面吸附一層水膜，棉纖維充分溶脹，使得染料分子更快速的進(jìn)入纖維內(nèi)部，從而提高了固色率。

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2017-09-14

何江林(1993-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織化學(xué)與染整。

TS192.5

A

1008-5580(2017)04-0090-04