棉織物的殼聚糖季銨鹽改性與板栗殼色素染色

張 欣，王祥榮

（蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇蘇州 215012）

天然染料是從動植物或礦產(chǎn)資源中獲得，很少或者沒有經(jīng)過化學加工的染料，來源于可再生的生物資源，對環(huán)境幾乎無危害［1］。板栗殼色素是從板栗殼中提取的，是一種水溶性好、著色力強、性質(zhì)穩(wěn)定的天然棕色素，是目前世界上并不多見的性質(zhì)穩(wěn)定的天然食用色素之一，具有很高的開發(fā)價值［2］。

天然染料對纖維素纖維染色的直接性較差，對棉纖維進行直接染色時上染率較低，得色較淺。吳偉等得出低分子殼聚糖季銨鹽改性亞麻織物較佳的改性工藝，在此工藝下采用活性染料染色可以得到較好的上染率［3］。王則臻等采用合成的殼聚糖季銨鹽改性亞麻織物，活性染料上染率可達45.86%，耐日曬色牢度為4～5 級，耐水洗色牢度為4～5 級，染色效果較好［4］。故采用殼聚糖季銨鹽對棉織物進行改性可以提高天然染料對棉織物的染色效果。

殼聚糖（CTS）是一種線性天然高分子共聚物，是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物［5-6］。作為最豐富的天然氨基多糖之一，殼聚糖具有很高的反應活性［7］，在有機酸性溶液中的溶解性良好［8］。殼聚糖具有許多優(yōu)良性質(zhì)，如生物相容性、可降解性、抗菌性、無抗原性、吸附性和安全性等［9］。通過對殼聚糖進行化學改性，例如與2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨反應合成陽離子改性劑［10-11］，可以改善殼聚糖不溶于水及有機溶劑的缺點，擴大其應用范圍。

本實驗采用2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨與殼聚糖反應得到殼聚糖季銨鹽（HACC），將其用于棉織物改性，再對改性后的棉織物采用板栗殼色素染色，對改性工藝和染色性能進行了探討。

1 實驗

1.1 材料及儀器

織物：純棉織物（江蘇沙印集團有限公司）。

材料：殼聚糖（脫乙酰度為92%，浙江金殼藥業(yè)有限公司）、2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨［薩恩化學技術（上海）有限公司］，異丙醇、丙酮、無水乙醇（分析純，江蘇強盛功能化學有限公司），板栗殼色素（常州美勝生物材料有限公司）。

儀器：XY300-2C 型電子天平（常州幸運電子設備有限公司），數(shù)顯攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司），低噪振蕩式染樣機（靖江市新旺染整設備廠），Ultra Scan XE型分光測色儀（美國Hunter Lab公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 殼聚糖季銨鹽合成

取一定量殼聚糖粉末置于三口燒瓶中，加入異丙醇恒溫溶脹。緩慢滴加2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨水溶液，80 ℃反應4 h，出料，料漿于無水乙醇和丙酮混合溶液中靜置，沉淀分離后抽濾。濾餅真空干燥至恒重，即得殼聚糖季銨鹽［1］。

1.2.2 棉織物改性

取一定量殼聚糖季銨鹽溶于去離子水配制成改性液，在恒溫水浴鍋中分別加熱至設定溫度，放入棉織物，恒溫改性一定時間，取出后常溫水洗，烘干。

1.2.3 改性棉織物染色

固定浴比為1∶40，配制含板栗殼色素8%（omf）、平平加O 1 g/L 的染浴，升溫至40 ℃，放入改性后的棉織物，按1～2 ℃/min升溫至90 ℃，保溫染色45 min，降溫后取出織物，冷水洗，熱水洗，冷水洗，烘干。

1.3 測試

1.3.1 紅外光譜（FT-IR）

采用KBr 壓片法，在4 000～400 cm-1范圍內(nèi)記錄FT-IR圖譜。

1.3.2 表觀色深（K/S值）

將織物折疊4 層，在分光測色儀上測試。每個試樣測試4次，取平均值。

1.3.3 耐摩擦色牢度

按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試。

1.3.4 耐皂洗色牢度

按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試。

1.3.5 耐日曬色牢度

按GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》測試。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜（FT-IR）

從圖1可以看出，CTS 和HACC 的紅外光譜圖基本相同。在CTS 的紅外光譜圖中存在1 597 cm-1的N—H 變形振動峰，而在HACC 的紅外光譜圖中該振動峰消失，在1 645 cm-1處出現(xiàn)了一個吸收峰，說明CTS上的—NH2已經(jīng)發(fā)生了變化；在1 477 cm-1處出現(xiàn)—CH2—、—CH3的C—H 彎曲振動強吸收峰，說明在O 上引入了季銨鹽側鏈；同時在3 400 cm-1處的吸收峰變寬，表明—OH 的吸收變強，這也是因為引入了季銨鹽基團，這與文獻［12-14］中殼聚糖改性后產(chǎn)物的數(shù)據(jù)一致。

圖1 殼聚糖（1）和殼聚糖季銨鹽（2）的紅外光譜

2.2 殼聚糖季銨鹽改性棉織物的工藝優(yōu)化

2.2.1 改性溫度

從圖2中可以看出，隨著改性溫度的升高，染色織物的K/S 值增大。當改性溫度為90 ℃時，染色織物獲得最大K/S值。

圖2 不同改性溫度下染色織物的K/S值

2.2.2 改性時間

從圖3可以看出，隨著改性時間的延長，染色織物K/S 值有所增大，當改性時間為80 min 時，染色織物獲得最大K/S值。再延長改性時間，染色織物的K/S值增加不大，因此改性時間選擇80 min。

圖3 不同改性時間下染色織物的K/S值

2.2.3 殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度

從圖4可以看出，隨著改性劑質(zhì)量濃度的增加，染色織物的K/S 值增大，當改性劑質(zhì)量濃度為7 g/L時，染色織物獲得最大K/S值。

圖4 殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度對染色織物K/S值的影響

2.3 染色性能

采用最佳改性工藝對棉織物進行改性，選用不同量板栗殼色素對改性后的棉織物進行染色，染色織物的K/S值見圖5。

圖5 染料用量對染色織物K/S值的影響

從圖5可以看出，隨著染料用量的增加，染色織物的K/S 值不斷增大，存在較好的線性關系，說明改性后的棉織物對板栗殼色素具有良好的提升性。

從表1可以看出，陽離子改性后的棉織物采用天然染料板栗殼色素染色具有較好的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度，達到服用紡織品要求。隨著染料用量的增加，耐濕摩擦色牢度有所下降。板栗殼色素染色織物的耐日曬色牢度較差，但隨著染料用量的增加有所提升，當染料用量達到5%（omf）后，耐日曬色牢度可以達到3級。

表1 染色織物的色牢度

3 結論

（1）殼聚糖與2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨通過取代反應合成了殼聚糖季銨鹽，采用紅外光譜對殼聚糖季銨鹽進行了表征。

（2）殼聚糖季銨鹽作為陽離子改性劑對棉織物進行改性可以提高天然染料的染色效果，改性的最佳工藝條件為：改性劑7 g/L、改性溫度90 ℃、改性時間80 min。

（3）經(jīng)陽離子改性的棉織物用板栗殼色素染色，耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度均達到服用紡織品要求，隨染料用量的增加，耐日曬色牢度有所提高。