王 純，李賢軍，王 燕，賀 霞，劉 元，程曦依，李 蕓

(中南林業(yè)科技大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

竹材活性染料染色工藝初探

王 純，李賢軍，王 燕，賀 霞，劉 元，程曦依，李 蕓

(中南林業(yè)科技大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

以堿處理后的碾壓疏解竹束為原材料，對其進行染色處理，系統(tǒng)研究了染色浴比、促染劑濃度及染色時間對竹材活性染料染色效果的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)化的竹材染色工藝，研究結(jié)果表明：1)浴比、促染劑及染色時間均對染色效果有明顯影響，其中促染劑濃度對其影響最大。2)隨著浴比升高，竹材上染率及固色率呈下降趨勢，最大下降幅度超過20％；隨著促染劑濃度的增加，竹束上染率及固色率逐漸上升，其中上染率最大提高38.6％，固色率最大提高29.2％，到達60g/L時基本趨于穩(wěn)定；隨著染色時間的延長，竹材上染率和固色率均呈增加趨勢，當染色時間超過2h后，竹材上染率和固色率基本保持恒定。 3)較優(yōu)的竹材活性染料染色處理工藝條件為：浴比1∶20，促染劑濃度為60g/L，處理時間為2h。

竹材；活性染料；染色工藝；上染率；固色率

我國是世界上最大的竹制品出口國，無論是產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，還是企業(yè)的規(guī)模和技術(shù)條件等方面均居世界領(lǐng)先水平。由于竹材具有成材周期短，強度高，韌性優(yōu)良以及可再生性強等優(yōu)點[1]，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為時下非常理想的代木材料。但竹材由于顏色單一，紋理變化少，致使其裝飾效果欠佳。因此，利用現(xiàn)代技術(shù)對竹材進行染色和重組處理，賦予竹制品豐富的色彩和多變的紋理特征，是拓展竹材應(yīng)用領(lǐng)域，提高竹材產(chǎn)品附加值的重要技術(shù)手段。近年來，國內(nèi)眾多學者在竹材染色領(lǐng)域開展了較為系統(tǒng)的研究，比如林金國等對福建產(chǎn)毛竹的切片進行了染色和顯微觀察，闡明了酸性橙、直接蘭、堿性綠對竹材各種細胞的染色性，揭示了竹材的染色機理[2]。但現(xiàn)有竹材染色基本都是采用酸性染料進行染色處理，酸性染料染色存在色牢度差、固色率低和色彩鮮艷度欠缺的缺陷?；钚匀玖鲜巧鲜兰o50年代研制出來的一種較為新型的染料，其和一般水溶性染料最大的不同之處是具有一個(或兩個)可與纖維素、半纖維素等反應(yīng)形成共價鍵的活性基，因此活性染料在一定的條件下可與纖維素等反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學鍵而固著在材料上[3]，由于其具有價格低、色譜全、來源廣、滲透性和化學穩(wěn)定性好[4-5]等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于服裝染整行業(yè)，但其在竹材染色領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還是空白。鑒于其潛在的巨大優(yōu)勢和在服裝染整行業(yè)的成功應(yīng)用，本文擬對竹材活性染料染色工藝進行研究，以期為竹材的工業(yè)化染色處理提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 材 料

1)試材取自益陽桃花江3～4年生的楠竹，經(jīng)去青去黃后碾壓疏解加工成100mm無節(jié)竹束，用2.1％的NaOH在100℃溫度下對其預處理2h，最后干燥至含水率10％以下備用。

2)染料為B型活性染料，與蒸餾水混合配制成質(zhì)量分數(shù)為0.1％的染液備用。

3)化學試劑包括助染劑Na2SO4，固色劑Na2CO3和活性染料專用皂洗劑D-8600。

1.2 試驗儀器與設(shè)備

723型紫外分光光度計(上海光譜儀器有限公司)，數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.3 試驗方法與步驟

本試驗參照GB/T2391-2003《活性染料的吸色率和固色率的測定方法》中的相關(guān)規(guī)定對竹材進行常壓下染色，分別以浴比，即竹材對染液質(zhì)量比(1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40)，促染劑Na2SO4濃度(0、20、30、40、50、60、70、80g/L)和時間(0.5、1、2、3、4、5、6h)進行單因素設(shè)計做4組重復試驗，并要求每次加入的竹束質(zhì)量偏差不超過0.1g。用燒杯取適當質(zhì)量分數(shù)為0.1％的染液，置于恒溫水浴鍋中加熱，待染液溫度升至60℃，將助染劑Na2SO4一次加入，攪拌均勻后，將經(jīng)稀堿和雙氧水處理后的干燥竹束也稱量加入染液，溫度維持在60℃染色處理一段時間后再稱取30g/L的固色劑Na2CO3固色30min，簡單水洗后取出試件并收集染色殘液和水洗液。另外，取1g/L的皂洗劑和15g/L的Na2CO3配成一定量溶液置于燒杯中，并于恒溫水浴鍋中加熱至95℃，將瀝干后的染色試件加入皂洗液中震蕩處理30min，取出試件，再用95℃蒸餾水進行水洗，并收集皂洗殘液和水洗液。

1.4 染色效果評定指標

竹材上染率是指上染到竹束的染料量(包括與竹材纖維鍵合的和未鍵合的染料)占染色前染液中染料總量的百分比，是評價染色性能的一個重要指標[6]。本試驗采用分光光度法(染色殘液法)來測定竹材染色上染率。將收集的染色殘液和水洗液合并，與標準染液稀釋相同的倍數(shù)后，用紫外分光光度計在染液的最大吸收波長處分別測出染色殘液和標準染液的吸光光度值A(chǔ)1和A0，上染率：E(％)=(1-A1/A0)×100％。

竹材固色率是表示除去浮色后固著在到纖維上的染料量的一個特性指標，以染色所用染料總量為基準，纖維上固著的染料量與投入染浴的染料總量之比。其原理是將竹材上未固著的水解染料洗滌，然后通過標準皂液與皂煮殘液的光密度值計算試樣在竹材上的固色率。將收集的皂洗殘液和水洗液合并，與標準皂液稀釋相同的倍數(shù)后，用紫外分光光度計在皂液液的最大吸收波長處分別測出皂洗殘液和標準皂液的吸光光度值D1和D0，再用下列公式計算固色率：F(％)=E-D1/D0×100％。

2 結(jié)果與分析

2.1 浴比對竹材上染率和固色率的影響

圖1表示了浴比對竹材上染率和固色率的影響規(guī)律。從圖中可以看出，隨著浴比的提高，竹材活性染料染色上染率和固色率整體呈現(xiàn)降低趨勢，當浴比由1∶20增加到1∶40時，竹材上染率和固色率分別由55.2％降低到30.6％和34.0％降低到12.0％，最大降幅分別達24.6％、22％。這是因為隨著浴比的增加，單位質(zhì)量的染液里浸泡的竹材就越少，竹材對染料的吸附量減少，同時染料與竹纖維的結(jié)合量也越小；以染色所用染料總量為基準，染料與竹纖維的結(jié)合量也越小，纖維上固著的染料量與投入染浴的染料總量之比自然也將隨之降低。但在自信水平為95％水平上的方差分析表明，在本研究的取值范圍內(nèi)，浴比的變化對竹材上染率和固色率的影響不顯著。

2.2 促染劑濃度對竹材上染率和固色率的影響

活性染料在與竹材纖維素等進行共價結(jié)合的過程中，還容易與溶液當中的介質(zhì)，特別是水溶液發(fā)生水解等反應(yīng)，導致生成不能與竹材纖維發(fā)生結(jié)合的水解染料等，固色百分率大大降低，因而在活性染料染色領(lǐng)域，染料的利用率一般僅為50％～80％。目前已成為活性染料染色的一個首要問題[7]。

圖1 浴比對竹材染色上染率和固色率的影響Fig 1 Effects of liquor ratio on dyeing rate and fi xation rate of bamboo wood with reactive dyes

從圖2可以看出，促染劑濃度對竹材活性染料染色上染率影響顯著。隨著濃度的增加，竹材上染率呈現(xiàn)出先增加，后趨于穩(wěn)定的趨勢。在促染劑濃度為20～60g/L的范圍內(nèi)，，隨著促染劑濃度的增加，竹材上染率顯著增加，其增加幅度可達38.6％，方差分析也證明了促染劑濃度對竹材上染率的影響顯著(F=0.05)；當促染劑濃度達到60g/L后，促染劑濃度的增加竹材上染率的影響不明顯。其主要原因是染液中的活性染料和竹材纖維均顯電負性，這樣就會因為庫侖力的存在而影響二者之間的相互結(jié)合，促染劑Na2SO4的加入，引進了帶正電的Na+，能夠?qū)χ癫睦w維的負電荷產(chǎn)生一定的遮蔽作用，從而提高活性染料分子與木材纖維素吸附和結(jié)合的幾率，促進上染率的增加[8]。但是，當溶液中Na+達到一定量后，對上染率的影響將越來越接近一種動態(tài)平衡。

從圖2中還可以看出，促染劑濃度對竹材固色率的影響顯著。當促染劑濃度由20g/L增加到60g/L時，竹材的固色率由8.9％增加到37.3％，提高幅度可達28.4％，方差分析也證明了促染劑濃度對竹材固色率的影響顯著(F=0.05)；當固色劑濃度達到60g/L后，竹材固色率基本保持恒定狀態(tài)，即固色劑的增加不能有效提高竹材固色率。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于適當?shù)腘a+能夠促進染料分子與竹材纖維之間的共價鍵結(jié)合，從而提高染料在竹材上的固著。當然，在固色過程中，大量的SO42-可能會阻礙活性染料分子與竹材纖維素的親和取代反應(yīng)，反而使上染率降低[9]。因此，在實際生產(chǎn)中，可以將優(yōu)選Na2SO4濃度為60g/L。

圖2 促染劑濃度對竹材染色上染率和固色率的影響Fig 2 Effects of Na2SO4 concentrations on dyeing rate and fi xation rate of bamboo wood with reactive dyes

2.3 染色時間對竹材上染率和固色率的影響

圖3 表示了染色時間對竹材上染率和固色率的影響規(guī)律。從圖中可以看出，隨著染色時間的延長，竹材固色率和染色率呈現(xiàn)出先增加后趨于穩(wěn)定的整體變化趨勢。當處理染色時間在0.5～2.0h以內(nèi)時，染色時間對竹材固色率和染色率的影響非常顯著(F=0.05)，其提高幅度分別可達21.2％和21.2％。當染色時間介于2.0～6.0h小時之間時，竹材固色率和染色率基本保持恒定，其值分別在43.5％～47.3％和20.7％～27.4％之間變化，變化幅度小于7％。

圖3 染色時間對竹材上染率的影響Fig 3 Effects of time on dyeing rate and fi xation rate of bamboo with reactive dyes

3 結(jié) 論

本研究采用活性染料對碾壓疏解竹束進行染色處理，較系統(tǒng)地研究浴比、促染劑濃度及染色時間對竹材活性染料染色效果的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)化的竹材染色工藝，研究結(jié)果表明：(1)染色浴比、促染劑及染色時間均對染色效果有明顯影響，其中促染劑濃度對其影響最大；(2)隨著浴比升高，竹材活性染料上染率及固色率呈下降趨勢，最大下降量均達到20％以上；隨著促染劑濃度的增加，竹束活性染料染色上染率及固色率逐漸上升，上染率提高38.6％，固色率提高29.2％，到達60g/L時基本趨于穩(wěn)定；在2h以內(nèi)的染色時間里，隨著時間的延長，染色效果越來越好，上染率和固色率均能提高20％以上，在處理2h基本趨于穩(wěn)定。(3)較優(yōu)的竹材活性染料染色處理工藝條件為：浴比1∶20，促染劑濃度為60g/L，處理時間為2h。

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Research on dyeing process of bamboo wood with reactive dyes

WANG Chun,LI Xian-jun,WANG Yan,HE Xia,LIU Yuan,CHENG Xi-yi,LI Yun
(School of Materials Science &Engineering,Central South University of Forestry &Technology,Changsha 410004,Hunan,China)

The crushed bamboo bundles which were pre-treated with dilute alkali were used as raw materials and then treated with reactive dyes,the influences of liquor ratio,Na2SO4concentration and duration time on the dyeing effects of reactive dyes dyeing bamboo were studied and an optimized dyeing condition for bamboo bundles was obtained.The results show that(1)the increased liquor ration,Na2SO4concentration and duration time improved the dye uptake and fi xation rate,among which the Na2SO4concentration was the most in fl uential.(2)With the increasing of liquor ratio,the dyeing rate and fi xation rate both decreased and dropped more than 20％;as the Na2SO4concentration increasing,the dyeing rate and fi xation rate rose gradually and the uptake rate increased by 38.6％,fi xation rate increased by 29.2％,then got the stabilization when it was 60g/L;With the treatment time to be prolong,the dyeing effect was better within 2 hours and the dyeing rate and fi xation rate were improved more than 20％,and two indexes basically stabilized after 2 hours;(3)The most satisfactory bamboo dyeing process with reactive dyes could be obtained under the following treating conditions:the liquor ratio liquor ratio 1∶20,Na2SO4concentration 60g/L and processing time 2 hours,respectively.

bamboo wood;reactive dyes;dyeing process;dyeing rate;fixation rate

S795；S718.43

A

1673-923X(2015)03-0117-03

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.03.023

2014-01-10

湖南省科技重大專項“湖南省竹材深加工關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2011FJ1006)；中南林業(yè)科技大學研究生科技創(chuàng)新基金資助項目“竹材活性染料染色技術(shù)研究”(CX2013B09)

王 純，碩士研究生

李賢軍，教授，博士生導師；E-mail：lxjmu@163.com

王 純,李賢軍,王 燕,等.竹材活性染料染色工藝初探[J].中南林業(yè)科技大學學報,2015,35(3):117-119,128.

[本文編校：吳 毅]