有機(jī)鹽復(fù)配促進(jìn)棉織物活性染色*

吳文勝，高 翔，黃鴻發(fā)，馮曉琳，李順華，李志偉，閆 鵬

(肇慶學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061)

活性染料俗稱(chēng)反應(yīng)性染料，1956年首先出現(xiàn)在英國(guó)的一類(lèi)新型水溶性染料，其分子中具有能和蛋白質(zhì)纖維中氨基和纖維素中的羥基發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)，在染色過(guò)程中可以和纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新物質(zhì)——“纖維-染料”化合物。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的迅速發(fā)展，活性染料以色澤鮮艷，價(jià)廉易得而著稱(chēng)[1]，現(xiàn)已發(fā)展成為我國(guó)棉織物染料中極為重要的染料。染料行業(yè)最大的缺點(diǎn)是污染大、廢水排放量大，資源消耗大，對(duì)環(huán)境嚴(yán)重不利[2]?；钚匀玖嫌捎谧陨斫Y(jié)構(gòu)的原因?qū)е伦钪旅膯?wèn)題就是利用率較低，在傳統(tǒng)活性染料染色工藝中，為了提高上染率，通常選擇添加中性無(wú)機(jī)鹽[3-5]。加入無(wú)機(jī)鹽，可使染液的正離子強(qiáng)度提高，使染液中染料的活度和親和力提高，增強(qiáng)陰離子型染料從染液向纖維的擴(kuò)散作用[6]。由于加入大量的中性無(wú)機(jī)鹽，產(chǎn)生的廢水會(huì)對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重的破壞。無(wú)機(jī)鹽含量高的廢水直接排放會(huì)使江湖水鹽化，農(nóng)田鹽堿化，打破生態(tài)平衡，使農(nóng)作物產(chǎn)量下降[7]。綜合近幾年活性染料棉織物染色工藝的研究，發(fā)現(xiàn)利用有機(jī)鹽來(lái)替代無(wú)機(jī)鹽促進(jìn)染色是一個(gè)重要的發(fā)展方向[8-11]。本研究采用環(huán)境友好的的檸檬酸鉀與甲酸鈉兩種有機(jī)鹽來(lái)替代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽，并利用兩種有機(jī)鹽的復(fù)配來(lái)探討最佳復(fù)配比例，達(dá)到協(xié)同促染的目的。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：純棉織物、活性紅F2B、活性元青B133。

試劑：氯化鈉(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水碳酸鈉(分析純)，天津市光復(fù)發(fā)展有限公司；檸檬酸鉀(分析純)，上海試劑一廠(chǎng)；甲酸鈉(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠(chǎng)；皂洗劑，蘇州捷盛新材料科技有限公司。

儀器：UV2600型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；高溫小樣機(jī)，佛山市順德區(qū)陸錦精密機(jī)械制造有限公司；Scout SE型電子天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司；Y571型摩擦色牢度試驗(yàn)儀，萊州元茂儀器有限公司；東宏DOHO型標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)色箱；Y902型汗?jié)n牢度烘箱，常州德普紡織科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 染色前處理

(1)工藝處方

NaCO3:1 g·L-1;

雙氧水:1 g·L-1;

浴比:1:10。

(2)工藝流程

按上述配方配制好前處理液，將棉織物完全浸入其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至60 ℃，保溫10 min至前處理完成，取出棉織物用冷水洗至中性。

1.2.2 棉織物染色工藝

(1)傳統(tǒng)染色

①工藝處方

活性染料/%:1 omf;

NaCl:30 g·L-1;

NaCO3:10 g·L-1;

浴比:1:15。

②工藝流程

稱(chēng)好一定量的氯化鈉和碳酸堿，加入到配好的染液中，將經(jīng)過(guò)前處理的棉織物完全浸入到其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至60 ℃，保溫60 min至染色完成，取出棉織物用冷水洗至中性。

(2)有機(jī)鹽復(fù)配染色

①工藝處方

活性染料/%：1 omf;

有機(jī)復(fù)配鹽：30、60、90、120 g·L-1;

NaCO3:10 g·L-1;

浴比:1:15。

②工藝流程：同上(1)傳統(tǒng)染色

1.2.3 皂洗工藝

(1)皂洗處方

皂洗劑：2 g·L-1；

純堿：1 g·L-1;

浴比:1:15。

(2)工藝流程

按上述處方配制好皂洗液，將染色后用冷水洗后的棉織物完全能浸入其中，在室溫下以4 ℃/min升溫至90 ℃，保溫15 min至皂洗完成，取出棉織物用烘箱烘干。

1.3 檢 測(cè)

1.3.1 上染率的測(cè)定

使用UV2600型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，分別在活性紅F2B的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)取染料染色前后的吸光度，上染百分率 E按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：A0，A1分別為染色前、后染液的吸光度。

1.3.2 固色率的測(cè)定

固色率F的測(cè)定按式(2)測(cè)定：

(2)

式中：A2為皂洗廢液的吸光度。

1.3.3 色牢度的測(cè)定

參考以下國(guó)標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n牢度、耐皂洗色牢度：GB/T 3920-1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取稧B/T 3922-1995《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)秃節(jié)n色牢度》GB/T 3921.1-1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取穂12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)復(fù)配鹽對(duì)活性紅F2B促染棉織物效果的影響

表1研究了檸檬酸鉀和甲酸鈉在不同比例復(fù)配時(shí)，分別以復(fù)配鹽質(zhì)量濃度為30 g/L、60 g/L、90 g/L、120 g/L促染活性紅F2B染棉織物的上染率和固色率，其中原液的吸光度為5.117。

表1 不同濃度和復(fù)配比下有機(jī)復(fù)配鹽促染棉織物的上染率和固色率

分析表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)復(fù)配鹽的質(zhì)量濃度從30 g/L上升至120 g/L時(shí)，活性紅F2B對(duì)棉織物促染的效果變化明顯，其上染率和固色率均顯著上升。

在不同質(zhì)量濃度和不同復(fù)配比例的有機(jī)復(fù)配鹽條件下，對(duì)活性紅F2B促染棉織物的上染率進(jìn)行研究，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同濃度和比例有機(jī)復(fù)配鹽促染棉織物的上染率變化曲線(xiàn)

分析圖1可以發(fā)現(xiàn)在某一特定復(fù)配比例下，檸檬酸鉀和甲酸鈉復(fù)配會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，且有機(jī)復(fù)配鹽的質(zhì)量濃度不同時(shí)，產(chǎn)生協(xié)同作用的最佳復(fù)配比也不同。

當(dāng)30 g/L、60 g/L、90 g/L的檸檬酸鉀和甲酸酸鈉復(fù)配鹽以6:4的比例復(fù)配時(shí)的促染作用均優(yōu)于單一組分的檸檬酸鉀和甲酸鈉；120 g/L的復(fù)配鹽以8:2的比例復(fù)配時(shí)產(chǎn)生的促染作用優(yōu)于單一組分的檸檬酸鉀和甲酸鈉。

圖2是不同質(zhì)量濃度的有機(jī)復(fù)配鹽在不同復(fù)配比例情況下促染活性紅F2B上染棉織物的固色率變化曲線(xiàn)。分析圖2發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)鹽復(fù)配鹽的質(zhì)量濃度的增加，活性紅F2B上染棉織物的固色率明顯上升。

圖2 不同濃度和比例有機(jī)復(fù)配鹽促染棉織物的固色率變化曲線(xiàn)

2.2 氯化鈉對(duì)活性紅F2B促染棉織物效果的影響

研究了氯化鈉在不同質(zhì)量濃度下促染活性紅F2B上染棉織物的促染效果，并計(jì)算其上染率和固色率，見(jiàn)表2。

表2 不同質(zhì)量濃度的氯化鈉促染棉織物的上染率和固色率

表2表明，隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的上升，活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率有明顯的增加。此外，由圖1、圖2和圖3對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在染色工藝相同的條件下，質(zhì)量濃度相同的的情況下，有機(jī)復(fù)配鹽的促染效果優(yōu)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽氯化鈉。

圖3 氯化鈉的濃度對(duì)活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率的影響

2.3 有機(jī)復(fù)配鹽和無(wú)機(jī)鹽對(duì)活性紅F2B上染棉織物色牢度的影響

續(xù)表3

對(duì)比表3和表4，結(jié)果表明，在質(zhì)量濃度相同的情況下，有機(jī)復(fù)配鹽促染活性紅F2B上染棉織物染色的摩擦色牢度、耐洗牢度、耐堿牢度以及耐水牢度取得的效果均與氯化鈉的效果相當(dāng)，可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。故使用有機(jī)復(fù)配鹽促染，不會(huì)降低活性染料的染色牢度。在最佳復(fù)配比下，有機(jī)復(fù)配鹽促活性紅F2B上染棉織物的色牢度還優(yōu)于無(wú)機(jī)鹽。

表3 有機(jī)復(fù)配鹽促活性紅F2B上染棉織物的色牢度

表4 氯化鈉促活性紅F2B上染棉織物色牢度

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

由以上實(shí)驗(yàn)可知，同樣的質(zhì)量濃度下，有機(jī)復(fù)配鹽(檸檬酸鉀和甲酸鈉)在染色過(guò)程中的促染效果能達(dá)到與傳統(tǒng)染色過(guò)程中所使用的無(wú)機(jī)鹽氯化鈉相當(dāng)甚至更好的效果。考慮到影響染色效果的因素較多，例如溫度、時(shí)間、堿用量、浴比等，因此在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的基礎(chǔ)上，選擇在有機(jī)鹽質(zhì)量濃度為30 g/L下的最佳復(fù)配比例，即檸檬酸鉀和甲酸鈉的質(zhì)量比為6:4，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，以上染率作為指標(biāo)，期望取得有機(jī)復(fù)配鹽促活性紅F2B上染棉織物的最佳工藝條件。

用活性紅F2B對(duì)棉織物染色，按染色溫度(A)、時(shí)間(B)、堿用量(C)浴比(D)4個(gè)因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)L9(43)，結(jié)果如表5所示。

表5 相關(guān)因素及水平

續(xù)表6

分析表6結(jié)果可得，影響上染率的四個(gè)因素，溫度、時(shí)間、堿用量、浴比。影響大小依次為：溫度>堿用量>時(shí)間>浴比。 由正交試驗(yàn)結(jié)果可得，活性紅F2B上染棉織物的最佳染色工藝為A2C2B1D3，即溫度60 ℃，堿用量為15 g/L，染色時(shí)間50 min浴比1:20。在此最佳復(fù)配染色工藝下，復(fù)配鹽的促染效果最優(yōu)，且優(yōu)于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽的促染效果。但由于溫度太高，分子運(yùn)動(dòng)劇烈，不益于活性染料分子附著在棉纖維上，故當(dāng)溫度高達(dá)70 ℃時(shí)，上染率明顯低于50 ℃、60 ℃。

表6 活性紅F2B染色正交實(shí)驗(yàn)

3 結(jié) 論

(1)隨著鹽質(zhì)量濃度由30 g/L增加至120 g/L，活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率均有明顯的上升，促染效果顯著增強(qiáng)；

(2)利用檸檬酸鉀和甲酸鈉復(fù)配促活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率與傳統(tǒng)利用氯化鈉促染的效果相當(dāng)，甚至更優(yōu)于；

(3)檸檬酸鉀和甲酸鈉在最適當(dāng)?shù)膹?fù)配比例下，促染效果優(yōu)于單一組分，即二者在最佳復(fù)配比例下會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用；

(4)在最適當(dāng)?shù)膹?fù)配比例下，有機(jī)鹽復(fù)配促活性紅F2B上染棉織物的上染率和固色率都優(yōu)于無(wú)機(jī)鹽，色牢度方面與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽促染效果相當(dāng)；

(5)利用檸檬酸鉀和甲酸鈉復(fù)配促染活性紅F2B上染棉織物的最佳工藝條件為溫度60 ℃、時(shí)間50 min、堿用量15 g/L、浴比1:20。