改性棉針織物的石榴色素染色性能研究

高玉梅,殷鈺航,張?zhí)煨?王海鵬,楊秀梅

(河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院,河南 鄭州 450007)

日用紡織品通常使用合成染料染色,但合成染料的生產(chǎn)過(guò)程及染色織物廢棄后會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染,故使用健康環(huán)保的染料是紡織品染色發(fā)展的方向[1]。天然植物染料具有良好的生物降解性和環(huán)境相容性,其應(yīng)用備受人們青睞[2-3]。但是,目前天然植物染料染色存在上染率低、色牢度差等問(wèn)題,所以需要探索開(kāi)發(fā)更佳的植物染料染色工藝[4-6]。殼聚糖是由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到的一種天然多糖高分子化合物,它具有優(yōu)良的生物降解性和環(huán)境相容性,無(wú)毒無(wú)害,常被用于織物整理[7]。鄭錚[8]發(fā)現(xiàn)用梔子黃色素對(duì)經(jīng)過(guò)殼聚糖改性的棉織物進(jìn)行染色,色牢度優(yōu)良。彭文芳等[9]認(rèn)為用殼聚糖季銨鹽改性純棉織物,提高了純棉織物的拓染效果及色牢度。顧相軍等[10]發(fā)現(xiàn)對(duì)殼聚糖改性后的棉織物進(jìn)行涂料染色,具有較好的染色性能。嚴(yán)曉慧[11]認(rèn)為用殼聚糖對(duì)棉麻纖維進(jìn)行改性,能有效提高棉麻織物對(duì)染料的吸附性能。徐銘[12]發(fā)現(xiàn)對(duì)殼聚糖改性后的棉織物進(jìn)行直接染色,其色牢度達(dá)到或超過(guò)4級(jí),滿足服用要求。

本研究重點(diǎn)探討了天然植物染料石榴色素對(duì)殼聚糖改性棉針織物染色的工藝條件,先用殼聚糖改性液對(duì)棉針織物改性,后采用石榴色素對(duì)改性棉針織物進(jìn)行后媒染色,可提高染色織物的得色量和色牢度,豐富天然色素染棉針織物的色譜。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料:棉針織物(自備),石榴色素(粉末狀,河南中大恒源生物科技有限公司),硫酸鈉、硫酸亞鐵、明礬均為分析純(市售),中性洗滌劑、冰醋酸溶液(市售),殼聚糖(山東奧康生物科技有限公司)。

儀器:振蕩水浴鍋(上海一派印染技術(shù)有限公司),CE-7000A型高精度測(cè)色儀(沈陽(yáng)彩普科技有限公司),PHS-3C型精密pH計(jì)(上海精學(xué)科學(xué)儀器有限公司),SW-12A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(尚彩科技有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1棉針織物改性工藝

室溫下將一定量的殼聚糖分散在蒸餾水中,邊攪拌邊滴加冰醋酸至殼聚糖完全溶解,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的殼聚糖改性液。將該殼聚糖改性液稀釋至一定濃度,對(duì)棉針織物進(jìn)行改性處理,浴比1∶50,改性后取出,水洗染色。

1.2.2改性棉針織物染色工藝

1)染色工藝處方

染色液處方:石榴色素2% (owf),浴比1∶50。

媒染液處方:媒染劑2% (owf),浴比1∶50。

2)染色工藝流程

染色(50 ℃入染→2 ℃/min升溫至80 ℃→保溫染色30 min)→降溫→媒染處理(50 ℃入染→2 ℃/min升溫至80 ℃→保溫處理30 min)→降溫水洗→晾干。

1.3 測(cè)試方法

耐皂洗色牢度:參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》[13]測(cè)試。

耐水色牢度:參照GB/T 5713—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水色牢度》[14]測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性工藝對(duì)改性棉針織物染色的影響

在保持染色工藝條件不變的情況下,石榴色素用量2%(owf),50 ℃入染,以2 ℃/min升溫至80 ℃,保溫染色30 min,考察改性工藝對(duì)改性棉針織物染色的影響。

2.1.1殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)

改性溫度80 ℃,改性時(shí)間30 min,浴比1∶50,殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖1。

圖1 殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.1 The effect of mass fraction of chitosan modified solution on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

由圖1看出,隨殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,染色棉針織物的K/S值增大,織物顏色變深,當(dāng)殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),K/S值最大,織物顏色最深。這是因?yàn)槊掎樋椢锝?jīng)殼聚糖改性液處理后,在纖維表面引入陽(yáng)離子基團(tuán),降低了棉纖維與染料間的斥力,有利于染料與棉纖維結(jié)合,使其K/S值增加。當(dāng)殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),棉針織物纖維表面引入的陽(yáng)離子基團(tuán)數(shù)量達(dá)到平衡,繼續(xù)增大殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù),K/S值不再增大[7]。因此,對(duì)棉針織物改性時(shí),殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇30%為宜。

2.1.2改性溫度

殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,浴比1∶50,改性時(shí)間為30 min,改性溫度對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 改性溫度對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.2 The effect of modification temperature on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

由圖2可知,隨著改性溫度的升高,K/S值增大,改性溫度升至70 ℃時(shí)K/S值最大,繼續(xù)升高溫度,K/S值變化很小。這是因?yàn)殡S著溫度的升高,殼聚糖分子擴(kuò)散速度加快,同時(shí)棉纖維吸濕膨化程度提升,纖維內(nèi)孔隙增大,有利于殼聚糖陽(yáng)離子基團(tuán)附著于棉針織物表面并擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部。用石榴色素染色時(shí),石榴色素上染量提高,染色織物的K/S值增大,溫度繼續(xù)升高,殼聚糖可能水解斷鍵,棉針織物纖維上的殼聚糖陽(yáng)離子基團(tuán)減少,使K/S值略有下降[15]。因此,對(duì)棉針織物改性時(shí)溫度選擇70 ℃為宜。

2.1.3改性時(shí)間

殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,浴比1∶50,改性溫度70 ℃,改性時(shí)間對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 改性時(shí)間對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.3 The effect of modification time on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

由圖3可知,隨著改性時(shí)間的增加,改性棉針織物的K/S值增大,改性時(shí)間延長(zhǎng)至40 min時(shí),K/S值達(dá)最大,繼續(xù)延長(zhǎng)改性時(shí)間,K/S值不再隨改性時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng),殼聚糖能充分吸附于纖維表面并向纖維內(nèi)部擴(kuò)散,改性后用石榴色素染色時(shí),石榴色素上染量提高,染色織物的K/S值增大,繼續(xù)延長(zhǎng)改性時(shí)間,殼聚糖會(huì)發(fā)生部分水解,使棉纖維上的殼聚糖量下降,導(dǎo)致石榴色素染色織物的K/S值緩慢下降。因此,改性時(shí)間以40 min為宜。由此得到最佳改性工藝:殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,改性溫度70 ℃,改性時(shí)間40 min。

2.2 染色工藝對(duì)改性棉針織物染色效果的影響

2.2.1染料用量

采用最佳改性工藝,以明礬為媒染劑,采用后媒染色法,染色溫度80 ℃,浴比1∶50,染色時(shí)間30 min,石榴色素用量對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖4。

圖4 石榴色素用量對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.4 The effect of dye dosage on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

由圖4可知,隨著石榴色素用量的增大,改性棉針織物的K/S值增大,棉針織物顏色隨石榴色素用量的增加而變深,說(shuō)明石榴色素染棉針織物的效果較好,可以通過(guò)改變?nèi)玖嫌昧咳境錾顪\不同的顏色。

2.2.2染色時(shí)間

采用最佳改性工藝,染料用量2%(owf),染色溫度80 ℃,浴比1∶50,染色時(shí)間對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖 5。

由圖5可知,在前50 min,改性棉針織物的K/S值隨染色時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,之后繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間,K/S值變化很小。這可能是因?yàn)殡S著染色時(shí)間的延長(zhǎng),石榴色素的上染率增大,染色時(shí)間達(dá)到50 min時(shí)石榴色素的上染率基本達(dá)到了平衡,因此染色時(shí)間以50 min為宜。

圖5 染色時(shí)間對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.5 The effect of dyeing time on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

圖6 染色溫度對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.6 The effect of dyeing temperature on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

2.2.3染色溫度

染料用量2%(owf),染色時(shí)間30 min,浴比1∶50,染色溫度對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖 6。

由圖 6可知,染改性棉針織物時(shí),升高溫度使K/S值變大,70 ℃時(shí)達(dá)最大,繼續(xù)升高溫度,K/S值有所降低。這是因?yàn)?隨著溫度的升高,棉纖維吸濕膨化程度提升,纖維內(nèi)孔隙增大,同時(shí)石榴色素分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,有利于石榴色素上染棉纖維,因此隨溫度的升高,K/S值增大。但染色是放熱反應(yīng),染色50 min基本達(dá)到平衡,升高溫度使平衡上染百分率降低,從而導(dǎo)致K/S值下降,織物顏色變淺,因此改性棉針織物石榴色素染色溫度選擇70 ℃為宜。

2.2.4中性電解質(zhì)

染料用量2%(owf),染色溫度70 ℃,染色時(shí)間30 min,浴比1∶50,加入中性電解質(zhì)硫酸鈉,硫酸鈉用量對(duì)改性棉針織物染色效果的影響見(jiàn)圖7。

圖7 硫酸鈉用量對(duì)改性棉針織物染色效果的影響Fig.7 The effect of sodium sulfate dosage on dyeing effect of modified cotton knitted fabric

由圖 7可以看出,染液中加入硫酸鈉能使改性棉針織物的K/S值變大,當(dāng)硫酸鈉用量為30 g/L時(shí),棉針織物的K/S值最大,再增加硫酸鈉的用量,K/S值有所降低。這是因?yàn)榱蛩徕c在石榴色素染改性棉針織物過(guò)程中起促染作用,隨硫酸鈉用量的增加,上染到棉纖維上的石榴色素量增大,K/S值增大,但硫酸鈉用量過(guò)多會(huì)降低石榴色素的溶解度,不利于石榴色素上染。

2.3 染色效果測(cè)定

用最佳改性工藝對(duì)棉針織物改性后再用最佳染色工藝染色,測(cè)試改性染色棉針織物的色牢度,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 石榴色素染色殼聚糖改性棉針織物的色牢度Tab.1 Color fastness of chitosan-modified cotton knitted fabric dyed with pomegranate pigment

由表1可知,以明礬為媒染劑,采用后媒染色法,用石榴色素對(duì)改性棉針織物進(jìn)行染色,織物的耐皂洗色牢度和耐水色牢度均達(dá)到4級(jí)或4級(jí)以上,滿足染色產(chǎn)品要求。

3 結(jié)論

1)殼聚糖改性液對(duì)棉針織物改性的最佳工藝為殼聚糖改性液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、改性溫度70 ℃、改性時(shí)間40 min。

2)石榴色素染改性棉針織物的最佳染色工藝條件為染色溫度70 ℃、染色時(shí)間50 min。

3)用殼聚糖溶液對(duì)棉針織物改性后再進(jìn)行后媒染色,可提高石榴色素對(duì)棉針織物的染色效果。