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牛奶丝酸性和中性染料的染色性能
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　　0前言　　牛奶酪素蛋白与丙烯接枝共聚后的化学纤维,一般简称为牛奶丝。丙烯基的牛奶丝早期首先由日本东洋纺织株式会社于1969年研制成功[1,2],商品名为Chinon。近年来,上海正家牛奶丝科技有限公司也实现了牛奶丝的小批量生产[3,4],其原料有长丝和短纤之分,以后者为主。牛奶丝含有多种氨基酸,具有良好的亲肤性和牛奶的清香,其面料具有真丝般光泽和良好的吸湿导湿性,质地轻薄、手感柔软滑爽,因而是一种具有良好发展潜力的新型纤维。就化学组分而言,牛奶丝中除含有牛奶酪素蛋白和聚丙烯组分外,还含有磺酸基(因为在接枝共聚时添加了磺酸基单体),由SGS CSTC标准技术服务有限公司测定的牛奶丝(上海正家牛奶丝科技有限公司)氨基酸组成见表1。　　由表1可知,牛奶丝中氨基酸总含量25%,其中酸性/硷性氨基酸含量比为1.884,而羊毛和蚕丝的酸性/硷性氨基酸含量比分别为1.524和2.078。　　牛奶丝的氨基酸组成及磺酸基含量对其染色性能有着较大的影响。理论上,酸性、中性、活性和直接染料可染牛奶丝的蛋白质组分,阳离子染料可染着于牛奶丝中磺酸基和蛋白质酸性氨基酸染座上。　　尽管国产牛奶丝已经面市几年,但迄今文献中鲜有牛奶丝染色性能的详细报道。本试验采用Everacid酸性染料和Everset中性染料对牛奶丝染色,研究了牛奶丝的染色性能,并与羊绒和绢丝作了部分染色性能比较。　　1试验材料和方法　　1.1试验材料　　牛奶丝规格1.5D&38mm(上海正家牛奶丝科技有限公司),绢丝和羊绒为市售品。染化料Everacid酸性染料、Everset中性染料(台湾永光化学股份有限公司);柠檬酸、磷酸氢二钠、冰乙酸、醋酸钠(均为化学纯或分析纯);匀染剂平平加O(工业品)。　　1.2染色方法　　染色在常规振荡式小样染色机中进行。　　常规染色处方染料2%(owf)、平平加O0.4g/L,用柠檬酸磷酸氢二钠或醋酸醋酸钠调节pH值,浴比1︰50。常规染色工艺30℃始染,升温至80℃,保温染色80min,然后水洗。　　1.3测试方法　　上染百分率采用残液比色法测定,染液的吸光度在UV 2550型紫外可见分光光度计(日本岛津公司)上测定,上染百分率(E%)按式(1)计算:　　上染百分率/%=A0-A1/A0&100(1)　　式中:A0&&&染色前染液的吸光度;　　A1&&&染色后染液的吸光度。　　表观色深K/S值在UltraScanXE型测色仪(美国HunterLab公司)上测定,采用D65光源,10&视场。　　2结果和讨论　　2.1pH值对酸性和中性染料染色的影响　　根据1.2染色方法,对牛奶丝进行染色,测试了不同pH值条件下,酸性和中性染料在牛奶丝上的上染百分率,如图1所示。　　由图1可知,在不同pH值下,酸性和中性染料对牛奶丝的上染趋势相近,两类染料上染百分率受pH值的影响均很大。当染液pH值接近中性时,上染百分率较低;当pH值从6下降到4时,上染百分率几乎呈直线上升;继续降低染液pH值,上染百分率增加较缓。pH值对上染百分率的影响表明,牛奶丝酪素蛋白上的氨基与染料阴离子之间的离子键结合,对酸性和中性染料的上染起重要的作用。在pH值较高、染料浓度为2%(owf)的情况下,分子量高、亲水性低的中性染料的上染百分率,并不比酸性染料的高,这更加表明,低pH值及离子键结合对酸性和中性染料上染有重要作用。在不同pH值条件下,Everacid红N B对牛奶丝、蚕丝和羊绒的上染率如图2所示。　　图2中,牛奶丝染色的pH值敏感性大于蚕丝和羊绒。牛奶丝必须在较低pH值下才能获得与蚕丝和羊绒相同的上染率,因为前者只含有约25%的酪素蛋白,能与染料结合的氨基数量比蚕丝和羊绒少。降低染液的pH值,可提高酸性和中性染料对牛奶丝的上染率,提高染料的利用率,但也会导致因初染速率过快而染花。因此,牛奶丝染色时,必须根据匀染性、染色深度等因素,严格控制好染液pH值。根据图1,建议调节染液pH值为4左右。　　2.2元明粉对酸性染料染色的影响　　根据蛋白质纤维的染色原理,当染液pH值小于纤维等电点时,纤维表面带正电荷,此时加入元明粉,能起到缓染作用;反之,纤维表面带负电荷,加入元明粉,则起促染作用。如果不考虑牛奶丝含少量磺酸基,在不同pH值下进行元明粉对染色的影响试验(图3),以确定牛奶丝的等电点。　　由图3可知,当染液pH值为4时,添加元明粉基本不影响酸性染料上染率;当染液pH值小于4时,添加元明粉降低了染料的上染量,起缓染作用;在pH值大于4时,添加元明粉提高了染料的上染量,起促染作用。故粗略地认为牛奶丝的等电点约为4。　　2.3温度对酸性和中性染料染色的影响　　在不同温度下进行酸性和中性染料对牛奶丝的染色试验,结果见图4。　　图4中,温度对酸性染料上染率的影响因染料不同而存在较大差别。红N B的上染率受温度影响较小,而黄N 3R和藏青N 5R受影响较大,且藏青N 5R的上染率在50～70℃阶段受影响更大。三只中性染料的上染率受温度的影响均很大,其上染率随温度升高而逐渐增加,且与藏青N 5R一样,在50～70℃阶段受温度的影响更大。　　染色温度对染色的影响是多方面的。温度升高,有利于提高纤维的膨化程度,加强染料的扩散动能,降低染料的聚集度,以利于染料上染。藏青N 5R分子量高,两个磺酸基在分子的两侧,在染液中易于聚集。中性染料的亲水性低,分子量高,更加容易聚集。对这些聚集度大、分子量高,且扩散需要更高能量的染料而言,升高染色温度有利于染料上染,提高上染率。尽管部分染料在中温下的上染率也较高,但为了促进染料的扩散性、移染性、匀染性和湿牢度,不宜在中温下染色。对弱酸性染料而言,染色温度宜取85～90℃;中性染料染色则为90℃。　　2.4酸性和中性染料的上染速率　　由图5可知,酸性染料对牛奶丝和蚕丝的上染趋势相同,即初染率很高,在低温下短时间内就达到了较高的上染率。羊绒表面存在鳞片层,低温下纤维膨润性差,染料不易向纤维内部扩散,故酸性染料的初染率较低。在染色初始阶段,染料的上染通常以吸附为主,扩散不多。但是,如果纤维表面积大且结构较疏松,则染料的初始吸附量会较高,也会存在一定程度的扩散。牛奶丝纤维较细、表面积大,且牛奶丝酪素蛋白主要分布于无定形区[5,6],这使得低温下染料在牛奶丝上的吸附量较大,并在纤维内发生一定程度的扩散,从而表现出较高的初染速率。应采取适当的措施降低牛奶丝的初染速率,以提高匀染性。图6为Everacid红N B对牛奶丝、蚕丝和羊绒的恒温上染速率曲线。图7为三只酸性染料和三只中性染料对牛奶丝的恒温上染速率曲线,其纵坐标是根据上染率计算的染料在纤维上的上染量Ct。　　由表2可知,在80℃下,与蚕丝和羊绒染色相比,Everacid红N B对牛奶丝的染色速率常数较小,半染时间较长,说明酸性染料对牛奶丝的上染速度慢于对蚕丝和羊绒的上染速度。这与图5中的低温下红N B对牛奶丝的上染速度较快是不同的。在80℃下,牛奶丝聚丙烯组分的物理结构,可能会因大分子链段运动加剧而发生变化,并导致牛奶丝酪素蛋白大分子之间的空隙或酪素蛋白分子与聚丙烯大分子的空隙变小。由于酸性染料系染着于酪素蛋白处,故其上染速度会受到影响。由于牛奶丝化学组成的特殊性,以及聚丙烯在一定温度下分子链段运动加剧可能对染色性能带来特殊的影响,有待进一步探讨。　　比较表2中不同染料在牛奶丝上的染色动力学参数,中性染料因分子量和分子尺寸大于酸性染料,故其半染时间长于酸性染料,上染速度慢于酸性染料。因不同商品染料加工时所用添加剂种类和数量存在一些差别,故不适合用染色速率常数评价不同染料上染速度的快慢。　　2.5酸性和中性染料的提升性能　　采用不同浓度Everacid红N B染色,根据上染率计算染料在牛奶丝、蚕丝和羊绒上的上染量,见图9(a)。图9(b)为Everacid红N B浓度与三种纤维表观颜色深度的关系。　　图9(a)中,随着染料浓度增大,酸性染料在牛奶丝上的上染量逐渐增加,但其上染量随染料浓度增加而提升的幅度小于蚕丝和羊绒。染料浓度为8%,酸性染料在三种纤维上的上染量差别特别明显,其顺序为:羊绒&蚕丝&牛奶丝,表明酸性染料在牛奶丝上的提升性能差于在蚕丝和羊绒上的提升性能。这与牛奶丝只含有25%的酪素蛋白,以及氨基含量低于蚕丝和羊绒有关。酸性染料在纤维等电点附近或等电点以下染色时,染料主要以离子键与纤维结合而上染纤维,牛奶丝所含氨基数量最少,故染料的上染量最低;羊绒氨基含量最高,故染料在其上的上染量最高。&　　由图9(b)知,三种纤维的表观颜色深度均随着染料浓度的增加而增加,但高于6%(owf)后,表观颜色深度均不再增加。在2%～6%(owf)浓度范围内,尽管酸性染料对牛奶丝的上染量均低于在蚕丝和羊绒上的上染量[图9(a)],但牛奶丝的表观颜色深度均高于蚕丝和羊绒,说明牛奶丝的显色性、染深性优于蚕丝和羊绒,这对蛋白质含量仅25%的牛奶丝染深浓色无疑是十分有利的。三只酸性染料和三只中性染料浓度与牛奶丝表观颜色深度的关系见图10。　　由图10知,在染料浓度1%～6%(owf)范围内,牛奶丝的表观颜色深度均随着染料浓度增加而逐渐增大说明酸性和中性染料在牛奶丝上均具有很好的显色性和提升性。染料浓度高于6%后,中性染料表现出更好的提升性能。高浓度下,中性染料在牛奶丝上的吸附属Langmuir和Nernst二元吸附。Langmuir吸附具有饱和值,其数值不会超过蛋白质的氨基含量;当中性染料浓度较高时,如果有部分染料按Nernst吸附机理上染纤维,则染料在纤维上的吸附量不再受氨基含量的限制,从而使上染量进一步增大,并使得表观颜色深度增加。　　3结论　　(1)酸性和中性染料对牛奶丝的上染率受染液pH值影响很大,当pH值在4～6内,上染率随pH值的降低而直线上升。元明粉在pH值低于4时,起缓染作用;pH值高于4时,起促染作用。牛奶丝酸性染料染色对pH值的敏感性大于蚕丝和羊绒,牛奶丝必须在较低的pH值条件下才能获得与蚕丝和羊绒相同的上染率。适宜的染液pH值为4左右。　　(2)染色温度对酸性和中性染料上染率的影响因染料不同而存在较大差别,后者受温度的影响更大。弱酸性染料染色宜在85～90℃下进行,而中性染料染色宜在90℃下进行。　　(3)牛奶丝较细、表面积大,且酪素蛋白主要分布于无定形区,使得低温下酸性染料在牛奶丝上的初染率较高。在80℃恒温下,酸性染料在牛奶丝上的上染速度低于在蚕丝和羊绒上的上染速度。牛奶丝在酸性染料低温和高温下上染速度的差异有待进一步探讨。中性染料因分子量和分子尺寸大于酸性染料,故其半染时间长,上染速度慢于酸性染料。　　(4)酸性和中性染料在牛奶丝上具有很好的提升性能和染深性,但牛奶丝的提升性能差于蚕丝和羊绒,而中性染料的提升性能略好于酸性染料。
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直接染料染色
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浴中柔软剂在染色中的应用研究
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酸性染料打样
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你可能喜欢毛/涤混纺织物—浴法染色的研究--《东华大学》2009年硕士论文
毛/涤混纺织物—浴法染色的研究
【摘要】：传统的毛/涤混纺织物一般采用酸性/分散染料二浴法染色。两种染料分别上染两种纤维,因此二浴法染色效果好,但工艺路线长,成本高,对纤维损伤大。酸性/分散染料低温载体一浴法较二浴法更为经济,染色时间短,生产效率高,能耗也低,故日益受到重视,但该工艺存在两大问题:一是分散染料对羊毛的沾色;二是长时间沸染对羊毛的损伤。这些问题必须通过对染料和染色助剂进行筛选、合理确定染色工艺条件加以解决。
本文对上述的两大问题进行了较为系统的研究。针对羊毛、涤纶两种纤维各自的性质,研究了分散染料对羊毛的沾色及对涤纶的染色性能。筛选出适合毛/涤混纺织物低温载体染色的载体和分散剂,确定了最佳染色工艺:载体Sera Gal PEW用量为3g/L,分散剂NNO用量为2g/L,染色pH值4.5左右,100℃染色60min,浴比1:40。在此工艺下,染色织物的的耐洗色牢度,干湿摩擦牢度都在4级左右,个别的可达4-5级,织物透染性好,无环染和白芯现象。该工艺与两浴法染色工艺相比,具有省时、节能、节水、生产效率高等优点,对大生产具有较好的实际应用参考价值。
通过研究分散染料对羊毛纤维的染色热力学和动力学,分析了分散染料对羊毛的沾色原因。研究发现,分散染料对羊毛纤维的沾色原因是分散染料对羊毛纤维具有亲和力引起的,其吸附规律属Langmuir和Nernst复合型。温度和载体对分散染料在羊毛和涤纶上的上染速率和平衡上染量影响很大。一方面,染色温度升高,染料与纤维间的亲和力下降,平衡上染量降低,染料向纤维内部扩散的阻力也下降,从而提高染色速率;另一方面,染色中加入适量的载体能够增塑涤纶纤维,同时对分散染料具有增溶作用,能降低染料对羊毛纤维的亲和力,引起染料在羊毛和涤纶纤维上亲和力差别的增大,减少羊毛的沾色。
通过测定不同结构的分散染料对羊毛的相对沾色率和计算染料I/O值,发现蒽醌型分散染料对羊毛和涤纶纤维的亲和力差别较大,羊毛沾色较轻。染色后可选择酸性还原清洗剂,洗除羊毛纤维上大部分未固着的分散染料,从而提高染色湿牢度。
本文还探讨了生态环保型的羊毛保护剂Breviol WSM对羊毛纤维的表面形态、损伤程度以及物理机械性能的影响。通过对羊毛纤维的强力、碱溶解度以及扫描电镜的测试,发现蛋白质衍生物类羊毛保护剂能够覆盖在羊毛纤维表面,使鳞片间的结合力增强,防止羊毛纤维鳞片之间的细胞膜复合物发生溶胀、水解。与常规染色的羊毛相比,染浴中添加羊毛保护剂Breviol WSM染色后的羊毛织物或纱线的断裂强力损失、断裂延伸度损失及碱溶解度均有显著的降低。
【关键词】：
【学位授予单位】：东华大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TS193.8【目录】：
摘要5-7ABSTRACT7-121 绪论12-24 1.1 引言12 1.2 羊毛、涤纶的结构和染色性能12-16
1.2.1 羊毛的结构和染色性能12-15
1.2.2 涤纶的结构和染色性能15-16 1.3 酸性染料的结构和染色特性16-17 1.4 分散染料的结构和染色特性17-19 1.5 羊毛、涤纶的常规染色工艺19-20
1.5.1 羊毛常规染色工艺19
1.5.2 涤纶常规染色工艺19-20 1.6 分散染料染色助剂的作用20-21
1.6.1 载体及其作用20-21
1.6.2 分散剂及其作用21 1.7 毛/涤混纺织物的染色现状及存在的问题21 1.8 毛/涤混纺织物一浴法染色存在的问题21-22 1.9 论文的主要研究内容和方法22-242 实验部分24-32 2.1 实验材料与化学药品24-25
2.1.1 实验材料24
2.1.2 化学药品24-25
2.1.3 实验设备25 2.2 实验方法与工艺25-30
2.2.1 最大吸收波长的确定25-26
2.2.2 分散染料标准工作曲线的测定26
2.2.3 毛/涤混纺织物低温载体染色法工艺与处方26-27
2.2.4 最佳染色工艺条件的确定27-28
2.2.5 升温上染速率的测定28
2.2.6 分散染料的提纯28-29
2.2.7 吸附等温线的测定29
2.2.8 恒温上染速率的测定29
2.2.9 纤维上分散染料吸收量的测定29
2.2.10 羊毛损伤程度的测定29-30
2.2.11 还原清洗工艺与处方30 2.3 测试方法30-32
2.3.1.分散染料对纤维上染百分率的测定30
2.3.2 染色织物表观颜色深度K/S值的测定30-31
2.3.3 羊毛纤维的表面电镜观察31
2.3.4 染色织物耐洗色牢度的评定31
2.3.5 染色织物耐摩擦色牢度的评定31
2.3.6 染色透染性31
2.3.7 染色织物断裂强力和断裂伸长率的测试31-323 实验结果与讨论32-60 3.1 载体与分散剂的筛选32-34
3.1.1 染色载体初选32-33
3.1.2 分散剂初选33-34 3.2 染色工艺的优化34-38
3.2.1 载体用量的影响34-35
3.2.2 分散剂用量的影响35-36
3.2.3 染色pH值的影响36-37
3.2.4 染色温度的影响37
3.2.5 染色保温时间的影响37-38 3.3 染色织物的染色性能分析38-43
3.3.1 最佳工艺条件下的染色效果对比38-40
3.3.2 助剂对分散染料在羊毛、涤纶纤维上的染色速率的影响40-41
3.3.3 染色牢度41-42
3.3.4 纤维的透染性42-43 3.4 分散染料对毛/涤混纺织物羊毛组分的沾色原因分析43-56
3.4.1 分散染料对羊毛、涤纶纤维染色吸附等温线的研究43-46
3.4.2 分散染料对涤纶、羊毛纤维染色亲和力、染色热和染色熵46-48
3.4.3 助剂对分散染料在涤纶、羊毛上扩散性能的研究48-53
3.4.4 不同化学结构的分散染料对羊毛的沾色53-55
3.4.5 毛/涤混纺织物染色后处理工艺55-56 3.5 羊毛保护剂对羊毛损伤的影响56-60
3.5.1 羊毛织物和羊毛纱线的拉伸性能56-57
3.5.2 羊毛的损伤程度57-58
3.5.3 羊毛纤维的表面形态58-604 结论60-62参考文献62-65攻读硕士期间发表的论文65-66致谢66
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