棉纖維以其吸濕、透氣、無靜電、對皮膚無刺激等優點而深受廣大消費者的青睞。隨著人們生活品質的提高,天然環保的棉纖維作為服裝面料應用更為廣泛?;钚匀玖鲜敲蘩w維染色用的主要染料類型,它具有濕處理牢度高、色光鮮艷、色譜齊全等優點。但眾所周知,活性染料染色存在嚴重的環境污染問題,這主要是高濃度含鹽染色廢水的排放造成的?;钚匀玖先旧珪r,無機鹽(氯化鈉或硫酸鈉)用量在30~100g/L,以氯化鈉計,造成廢水中的氯離子濃度高達l0多萬ppm;活性染料固色率一般在60%~70%,30%~40%未上染的染料排放造
成色度超標幾千倍,COD值達到0.8萬一3萬ppm。治理如此大量的含鹽有色污水難度相當大,成為一直困擾世界染整工作者的難題。
棉纖維陽離子化是解決活性染料染色鹽污染、提升染料利用率的有效途徑,近年來相關報道很多,但在解決活性染料染色污染的同時,陽離子試劑本身的安全穩定性、生物相容性、以及試劑處理工藝等存在的一些問題卻對環境造成影響。生物質基陽離子大分子,如殼聚糖等的應用可以在一定程度上解決上述問題。
季銨型陽離子淀粉(如圖1)是一類原料來源廣泛、易得、環保的生物質基大分子,用其對棉纖維進行改性能夠有效地促進染料在纖維上的吸附。工業中使用的陽離子淀粉多為取代度在0.O1—0.07的低取代度陽離子淀粉。研究表明低取代度陽離子淀粉不能滿足無鹽染色中促染的要求,而取代度大于0.1的高取代度陽離子淀粉由于所帶正電荷多,促染效果較好。作者曾對適合用于活性染料無鹽染色的陽離子淀粉參數條件進行考察,本文采用
取代度為0.6的高取代度陽離子淀粉為陽離子化試劑,主要對陽離子化改性后棉纖維染色機理、染料色光、牢度性能、染色纖維機械性能、陽離子淀粉循環應用性能等方面進行研究,從而對高取代度陽離子淀粉的應用進行綜合評價。
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1實驗部分
1.1原料
經漂白、退漿、絲光后的純棉織物(150g/
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1.2棉纖維陽離子化
棉纖維陽離子化采用浸軋一焙烘工藝。稱取棉纖維1.0g,在100℃用0.2%的OP一10煮沸1O分鐘,常溫曬干,待用。室溫下,將棉纖維浸入1.5%的陽離子淀粉溶液中,兩浸兩軋,帶液率75%,浸軋后的棉纖維在90℃焙烘l0分鐘,待染。
1.3染色工藝
以C.I.ReactiveRed2為例,說明活性染料染色工藝。
無鹽染色工藝:C.I.ReactiveRed2色度為2%(O.w.f),染色浴比1:20。室溫下將預處理過的棉放入染浴,不斷翻動。染色30分鐘,以2℃/分鐘速度升溫至45℃,加入10g/L無水碳酸鈉固色保溫45分鐘?;钚匀玖嫌宣}染色染浴降至室溫,取出染色纖維冷水洗,熱水洗,再冷水洗。將染色纖維置于0.2%的皂液中,95℃皂煮10分鐘,取出布樣再充分水洗,晾干。
有鹽染色工藝:染料色度和染色浴比同無鹽染色工藝。調節染浴溫度到30℃,加入棉纖維和6g/L無水硫酸鈉,不斷翻動布樣,促染30分鐘,以2~C/分鐘速度升溫至45℃,加入10g/L無水碳酸鈉固色,保溫45分鐘。染浴降至室溫,取出染色纖維冷水洗,熱水洗,再冷水洗。將染色纖維置于0.2%的皂液中,95℃皂煮l0分鐘,取出布樣再充分水洗,晾干。
1.4陽離子淀粉的定量
分別取2mL處理前和處理后的陽離子淀粉溶液放人20mL帶刻度的試管中,在試管中加入0.1mL80%的苯酚溶液,然后迅速加入5mL濃硫酸試管靜置10分鐘,然后振蕩,并放入30℃恒溫水浴中l5分鐘。然后分別測量試管中溶液在494nm處的吸收分別為A0和A1。預處理后陽離子淀粉的消耗的百分率B為:
B=(A0—A1
2結果與討論
2.1陽離子淀粉用于活性染料無鹽染色促染機理的考察
經陽離子淀粉預處理的棉纖維對染料的親和力大大增強,這說明棉纖維表面的電荷性質發生了變化,從而影響到染料在纖維上的吸附。本文通過對棉纖維表面Zeta電位(£)及活性染料上染等溫曲線的考察研究了改性棉纖維促染機理。
2.1.1預處理棉纖維表面Zeta電位的測試
Zeta電位(£)是用來表征分散在溶液中的顆粒表面電荷性質的,測試預處理纖維表面Zeta電位的目的是通過考察纖維表面所
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測試結果表明,棉纖維在不同pH值水溶液中£均為負值,經陽離子淀粉預處理的棉纖維表面Zeta電位大大提升,pH值小于8.3,£為正。而染色時,染浴的pH值接近中性,Zeta電位的提升說明染料與纖維之間電荷排斥作用大大降低,有利于染料在纖維上的吸附。
2.1.2活性染料在預處理棉纖維上的等溫吸附曲線
本文以c.I.活性紅2為例,在不同染料濃度條件下進行等溫(室溫)吸附實驗,得出吸附平衡時染料在纖維和染浴中的分配關系。
根據棉纖維上染料吸附濃度(Df)與染浴中染料濃度(Ds)之間的關系作圖(如圖3),分別得到無鹽和有鹽工藝條件下的等溫吸附曲線,考察了活性染料在棉纖維上的吸附性能。
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從圖3和圖4結果來看,傳統有鹽染色工藝中染料上染遵循Freudlich等溫吸附曲線。而無鹽染色中染料吸附符合Langmuir等溫吸附曲線。圖4通過Dt和Ds的倒數之間關系作圖,得到一條直線,從而確證了Langmuir等溫吸附。染色時,陽離子淀粉的季銨基團與染料的磺酸鹽陰離子之間通過正負電荷吸引作用實現定位吸附,促進染料上染,這正是Langmuir等溫吸附曲線形成的原因。
2.2染色纖維各項性能考察
染色纖維的各項性能直接影響纖維的服用性也影響染色工藝的應用。因此本文通過色光、色牢度、折皺回復性、纖維強度等全面地考察了無鹽染色纖維的性能,并與傳統有鹽染色進行比較。
2.2.1染色纖維色光考察
預處理過程中陽離子淀粉的加人可能會影響染色纖維的色光,論文通過CIELAB考察了染料在陽離子化和未陽離子化棉纖維上的色光。結果如表2。
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以有鹽染色L、a、b值為標準,對于c.I.活性紅2來說,L值略有降低,表明無鹽染色的布樣亮度略有降低;對于c.I.活性藍19,無鹽染色布樣同樣顏色略發暗。通過a、b值可以計算出染色
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而C.I.ReactiveRed195的汗漬牢度測試結果顯示,在陽離子化棉上,染料耐汗漬牢度優異,沾色牢度甚至由于傳統有鹽染色的結果。
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2.2.3染色纖維整理功能的考察
本文對陽離子淀粉的加入對纖維的抗折皺性、斷裂強度等產生影響進行了考察,并與傳統有鹽染色結果相比較。
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從表5的結果看,無鹽染色纖維的折皺回彈角有提高,尤其是經向急彈和緩彈都提高10。左右,這說明經陽離子淀粉處理后,纖維具有一定的抗皺整理效果,同時又對纖維的手感沒有大的影響;無鹽染色纖維斷裂強度明顯增加,這是因為陽離子淀粉在棉纖維上的沉積增加了纖維強度,從而增強染色纖維的服用性。
2.3陽離子淀粉循環使用性能的研究
由于陽離子淀粉本身穩定性高,而且是通過浸一軋工藝處理到棉纖維上的,如果能計算出每次陽離子淀粉的消耗量,就可以通過補加試劑的
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本文通過苯酚一濃硫酸法計算了陽離子淀粉的消耗量,然后通過補加試劑方法來保證溶液濃度恒定,從而保證預處理工藝條件的穩定。表6列出陽離子淀粉循環使用六次對C.I.ReactiveRed2固色率的影響,結果表明,通過補加試劑的方式可以達到預處理條件基本穩定,從而保證染料固色率的穩定,這也說明陽離子淀粉作為棉纖維陽離子化試劑具有較好的重復利用性。
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3結論
綜上,本文通過對高取代度陽離子淀粉改性棉纖維活性染料無鹽染色的促染機理、染色性能、纖維機械性能和試劑循環使用情況進行研究,得出如下結論:經陽離子淀粉預處理的棉纖維表面Zeta電位大大提升,當pH值小于8.3,£均為正,因此在染色條件下可有效促進染料的吸附;與傳統有鹽染色染料上染遵循Freudlich等溫吸附曲線不同,無鹽染色中染料吸附符合Langmuir等溫吸附曲線,屬于定位吸附;在所選染色條件下,無鹽染色染料色光與有鹽染色比稍暗;無鹽染色固色率均高于有鹽染色固色
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