劉 微 微, 崔 永 珠

(大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034)

0 引 言

羊毛織物染色工藝通常采用酸性染料、酸性媒介染料或金屬絡(luò)合染料,但這些染料多屬于難以生物降解的有機(jī)化合物,染色廢水對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[1]。近年來,研究出一種新的羊毛顯色技術(shù),即利用羊毛纖維中所含的色氨酸與苯甲醛衍生物在纖維上發(fā)生顯色反應(yīng)而使纖維著色[2]?；跓o染料顯色理論采用對羥基苯甲醛或3,4-二羥基苯甲醛在酸性條件下可與羊毛織物發(fā)生顯色反應(yīng),織物顏色為黃色色系[3],顯色后的織物色牢度良好,殘液更容易處理[2],但是可利用的苯甲醛衍生種類較少,顏色過于單一,色系范圍狹窄。本實(shí)驗(yàn)采用無染料顯色與合成染料拼色方法嘗試解決這一問題。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

純羊毛織物,市售；對羥基苯甲醛,浙江衢州新騰化工有限公司；濃硝酸,分析純；酸性染料。

CM-3600d型分光測色計(jì)；耐水洗色牢度檢測儀,無錫紡織廠,SW8A型。

1.2 測試方法

1.2.1 顏色特征值

在標(biāo)準(zhǔn)測色系統(tǒng)下,用分光測色計(jì)測定顯色樣的亮度值L*、彩度值a*、b*及色差值ΔE。

1.2.2 顯色均勻性

在處理后的織物上任取10個(gè)點(diǎn)測定ΔE,求出平均值,計(jì)算ΔE對平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。用偏差表示織物的勻染性,偏差越小,勻染性越好。

(1)

1.2.3 色牢度

耐洗色牢度參照GB/T 3921.1—1997“紡織品色牢度實(shí)驗(yàn) 耐洗色牢度”，耐摩擦色牢度參照GB/T 3930—2008“紡織品色牢度試驗(yàn) 耐摩擦牢度”。

2 實(shí)驗(yàn)與討論

2.1 對羥基苯甲醛顯色效果影響因素

2.1.1 反應(yīng)物用量對顯色效果的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對羥基苯甲醛溶液與羊毛織物發(fā)生顯色反應(yīng)彩度值及色差值的變化如圖1所示。可以看出,織物彩度值a*、b*隨著對羥基苯甲醛用量的增加而增大,當(dāng)用量大于0.20%時(shí),織物的彩度值增加幅度趨于平緩。在酸性條件下,對羥基苯甲醛中的醛基發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng),轉(zhuǎn)變成碳正離子；羊毛纖維中色氨酸的β-吲哚基中的N原子在酸性條件下帶正電荷,導(dǎo)致吲哚基的α位反應(yīng)活性增加,與苯甲醛中的碳正離子發(fā)生親核加成反應(yīng),生成物具有較高的化學(xué)活性,經(jīng)氧化反應(yīng)形成單雙建交替排列的共軛雙鍵體系,借此反應(yīng)達(dá)到顯色目的。隨著反應(yīng)物用量的增加,對羥基苯甲醛分子不斷與色氨酸中的β-吲哚基發(fā)生反應(yīng),織物的彩度值增大,顏色增深,而羊毛纖維中的色氨酸數(shù)量有限,當(dāng)對羥基苯甲醛的用量達(dá)到0.20%后,羊毛纖維中的色氨酸基本耗盡,繼續(xù)增加反應(yīng)物用量,彩度值及織物顏色深度也不再發(fā)生變化。

圖1 反應(yīng)物用量對顯色效果的影響

2.1.2 硝酸用量對顯色效果的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硝酸處理羊毛織物顯色后彩度值及色差值的變化如圖2所示?？梢钥闯?隨著硝酸用量的增加,織物彩度值a*、b*隨之增大,顏色加深,其用量達(dá)到2.5%后,彩度值基本不再變化。在酸性條件下,羊毛織物中色氨酸與對羥基苯甲醛發(fā)生反應(yīng),氧化后生成醌型結(jié)構(gòu)物質(zhì),從而賦予羊毛織物艷麗的顏色[4]。隨著硝酸用量的增加,經(jīng)氧化產(chǎn)生的有色物質(zhì)含量隨之增多,當(dāng)硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%后織物顏色不再增深并且過高的硝酸用量可使羊毛纖維發(fā)生水解[5]。綜合考慮,在顯色反應(yīng)中,硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取2.5%。

圖2 硝酸用量對顯色效果的影響

2.1.3 反應(yīng)溫度對顯色效果的影響

采用75、80、85、90、95 ℃不同的反應(yīng)溫度處理羊毛織物,顯色后其彩度值及色差值的變化如圖3所示。可以看出,隨著反應(yīng)溫度的升高,羊毛織物的彩度值a*、b*有所增加,得色深度增加,并且在90 ℃后顏色變化趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闇囟忍岣?有利于羊毛纖維的溶脹,羊毛纖維的鱗片層張開充分,有助于對羥基苯甲醛分子進(jìn)入纖維的無定形區(qū)與其中的色氨酸結(jié)合,使顯色反應(yīng)有效進(jìn)行。同時(shí),升高溫度也會提高分子的熱運(yùn)動,使分子運(yùn)動更劇烈,提高反應(yīng)速率,但是過高的溫度會對纖維的鱗片層造成損害,并增加能耗。所以最適合的溫度選擇為90 ℃。

圖3 反應(yīng)溫度對顯色效果的影響

2.2 對羥基苯甲醛與酸性染料拼色

2.2.1 酸性紅染料用量對拼色的影響

選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的酸性紅染料溶液2、3、4、5、6 mL,分別添加到0.2%的對羥基苯甲醛溶液中,其他工藝條件為:試樣1 g,硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%,浴比1∶30,反應(yīng)時(shí)間50 min,溫度90 ℃。由表1可知,隨著酸性染料用量的增加,織物彩度值a*增大,織物的紅光成分顯著提高。根據(jù)三原色理論,紅光與黃光共同作用,可使織物顏色呈現(xiàn)橙光。當(dāng)加入的染料溶液為5 mL時(shí),織物彩度值a*為35.68,ΔE為67.92；采用1.0%(o.w.f)的橙色酸性染料對織物進(jìn)行染色后a*為35.92,ΔE為68.71。采用無染料顯色方法和酸性染料拼色后的染色效果與單獨(dú)采用酸性染料的染色效果基本相同,但酸性染料的用量卻大幅度降低。選取酸性紅染料0.02%(o.w.f)進(jìn)行拼色。

表1 酸性紅染料用量對彩度值a*的影響

2.2.2 酸性藍(lán)染料用量對顯色的影響

取0.5%的酸性藍(lán)染料溶液2、3、4、5、6 mL,分別添加到0.2%的對羥基苯甲醛溶液中。由表2可知,隨著酸性染料用量的增加,織物彩度值a*、b*顯著降低,織物的綠光和藍(lán)光成分提高。根據(jù)三原色理論,藍(lán)光與黃光共同作用,可使織物呈現(xiàn)綠光。當(dāng)加入的染料溶液用量為5 mL時(shí),a*為-14.21,b*為24.86,ΔE為59.78。采用0.8%(o.w.f)的綠色染料對織物進(jìn)行染色后,織物的a*為-14.92,b*為22.95,ΔE為58.71。所以當(dāng)酸性藍(lán)染料用量為0.025%(o.w.f)時(shí)與顯色反應(yīng)拼色后的效果與單獨(dú)采用酸性藍(lán)染料顏色效果基本相同,染料用量卻大幅降低。

表2 酸性藍(lán)染料用量對彩度值影響

3 顯色均勻性與色牢度測試

3.1 均勻性測試

表3為根據(jù)公式(1)計(jì)算出采用不同著色方法的羊毛試樣勻染性測試結(jié)果。顯色反應(yīng)處理后的羊毛織物SΔE最小,勻染性優(yōu)于采用酸性染料染色織物,均勻性效果最好,拼色后SΔE稍有降低,但影響不大。

表3 羊毛試樣勻染性

3.2 色牢度測試

無染料顯色處理后的羊毛織物干摩擦牢度為5級,濕摩擦牢度為4級,水洗牢度為4級。拼色后的牢度值無明顯下降,滿足服裝用色牢度要求。

4 結(jié) 論

羊毛纖維與對羥基苯甲醛顯色的最佳工藝條件為:對羥基苯甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%,硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%,溫度90 ℃,反應(yīng)時(shí)間50 min。顯色后的織物表面顏色艷麗,勻染性好,色牢度高。

采用無染料顯色與低含量的酸性染料用一浴一步法進(jìn)行拼色最佳工藝條件為:酸性紅染料0.02%(o.w.f),酸性藍(lán)染料0.025%(o.w.f),對羥基苯甲醛0.2%,硝酸2.5%,溫度90 ℃,反應(yīng)時(shí)間50 min。顯色后所得織物呈橙紅色和綠色,色牢度高,顯色均勻性好。

[1] 董永春,韓振邦,高碩雁. 使用芳香醛對羊毛織物的染色方法研究[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 40(4):89-94.

[2] 堂ノ脇靖已,藤田祐史. 染料を使わないエコフレンドリー動物繊維著色技術(shù)の開発[J]. 福岡県工業(yè)技術(shù)センター研究報(bào)告, 2003(13):5-8.

[3] SUI Yanling, WEI Chunyan, LIU Wenjing, et al. The mechanism and characterization of dye-free coloration on tussah silk based on tryptophan[J]. Advanced Materials Research, 2011, 175/176:656-660.

[4] 堂ノ脇靖已. トリプトファン発色反応を利用した動物繊維の著色における発色生成物の構(gòu)造解析[J]. 福岡県工業(yè)技術(shù)センター研究報(bào)告, 2002(10):1-4.

[5] 楊可盈,韓雪,劉凇奇,等. 基于芬頓試劑法羊毛織物的蘇木染色性能提升[J]. 大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 31(5):352-355.

(YANG Ke-ying, HANG Xue, LIU Song-qi, et al. Campeachy wood dyeing properties of wool fabric treated with Fenton reagent[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2012, 31(5):352-355.)