絲素處理棉織物活性染料染色熱力學和動力學研究

姜秀娟，王 煒

（1.東華大學，上海201620；2.山東絲綢紡織職業學院，山東 淄博255300）

絲素主要成分是蛋白質，與人體皮膚相容性好，是一種具有保健功能的紡織原料。近年來，有關絲素的應用研究非常廣泛。在紡織領域，將其進行一定水解處理后可作為織物整理劑用于織物的抗皺、改善吸濕性等整理。絲素整理劑對棉的整理作用主要是抗皺［1］。活性染料是棉織物染色的主要染料，經絲素整理后的棉其活性染料染色特性表現如何是本文探討的主要問題。

1 實驗部分

1.1 實驗材料和儀器

實驗材料：真絲廢綢，純棉漂白府綢。

實驗儀器：P－AO立式小軋車；722N分光光度計；HH－4數顯恒溫水浴鍋；Datacolor600電腦測色配色儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 絲素整理劑制備

廢絲脫膠→氯化鈣溶脹（摩爾比為1∶8∶2的氯化鈣∶水∶乙醇溶液，55℃，45min）→過濾→酸水解（70℃，3h）→堿中和。

1.2.2 整理工藝

工藝處方：（o.w.f）

絲素肽：5%［2］；水溶性聚氨酯（PU）：7%；三乙醇胺：0.3%；柔軟劑：1%；滲透劑：0.4%。

工藝流程：

室溫浸軋（二浸二軋，軋余率100%）→烘干（80℃，3min）→焙烘（130℃，2min）→熱水洗（95℃左右，5min）→冷水洗→烘干（100℃，2 min）。

1.2.3 染色工藝

活性紅 YD—3B：2%（o.w.f）；醋酸：3mL／L；浴比：1∶20；溫度：60℃；時間：60min。

1.2.4 上染率測定

用722N型分光光度計在染料最大吸收波長處分別測定染色前后染液吸光度，計算上染百分率。

1.2.5 K／S值的測定

染色后經水洗、皂洗、晾干后的織物，在Datacolor600電腦測色配色儀上測定在染料最大吸收波長處的K／S值。K／S值的大小表示織物的顏色深淺，K／S值越大織物顏色越深，單位重量織物上所帶染料量越多。反之，則顏色越淺、染料量越少。

2 結果與討論

2.1 整理后棉活性染料染色熱力學研究

2.1.1 活性染料上染量標準曲線

染料的標準工作曲線可以表征染深值K／S與單位質量纖維上染料量的對應關系，是染色熱力學和染色動力學研究的有用工具。以染料活性紅YD—3B按照1.2.3的實驗方案進行染色，用分光光度計在最大吸收波長處（實驗測得活性紅YD—3B的最大吸收波長為540nm）測試染后上染率并計算出纖維上染料量（mg／g）。實驗結果如圖1所示。

圖1 活性紅YD－3B上染量標準曲線

2.1.2 染色熱力學研究

配制不同濃度的活性紅YD－3B，分別在35℃和65℃下對整理后的棉織物進行染色，為保證染色達到平衡，染色時間3h，醋酸用量3mL／L。染色后，測試平衡上染百分率，繪制吸附等溫線，如圖2所示。

通過圖2（a）可知，當［D］s增加時［D］f也隨之相應地增加，當增加到一定值時，［D］f不再增加，達到一定的飽和值。由圖2（b）中可看出二者倒數大致呈線性關系，基本符合Langmuir吸附模型。可見整理后的棉織物上引入了絲素上的—NH2，在酸性條件下形成了—NH＋3，形成染座，可對活性染料陰離子進行定位吸附，當染座被占完之后吸附量不再增加。以等溫公式q＝q0×k×c／（1＋k×c）（q0為最大吸附容量）對兩種溫度下吸附等溫線模擬，發現35℃時，吸附常數為0.0658L／g，飽和吸附量為17.94mg／g；65℃時，吸附常數為0.0501L／g，飽和吸附量為15.61 mg／g。從數據分析可知隨溫度的升高Langmuir吸附常數和飽和吸附量均降低。熱力學計算得到染色焓為－2.317kJ／mol，ΔH＜0，即說明絲素整理劑處理后的棉織物對活性紅YD－3B的吸附是一個放熱過程，符合一般的染色規律。

2.2 染色擴散動力學研究

染色動力學是研究染色上染速率及上染所經歷的過程，即研究染料的傳遞和反應特征［3］。染料在纖維內部的擴散通常是染色過程中的控速步驟，由染料和纖維的性質決定，并隨溫度、濃度、電解質加入等外界條件的變化而變化。通過擴散動力學的研究，可以判斷改性后棉織物染色性能的改變［4］。

2.2.1 染色速率曲線

染色速率曲線是染料在纖維上擴散性能的表征，是研究染色動力學的重要工具。曲線的斜率表示染料的上染速率。圖3為在35℃和65℃時的整理后和未整理棉織物染色速率曲線圖。

圖3 整理后棉染色速率曲線

由圖3可以看出，整理前后的織物染色初始上染率都較高，隨著時間的延長曲線逐漸平緩，上染逐漸達到平衡。染色初始階段染液和纖維上染料濃度差最大且整理后的棉上染座空位多因而造成初始上染率都較高。整理后棉比原布染色初始上染率稍高，這可能是由于初始階段酸性條件下纖維與染料之間的靜電力作用較強而引起的；在染色后期同樣溫度下原布的上染速率逐漸高于整理后棉，這可能是因為附著于棉纖維表面的絲素上—NH＋3對染料的靜電引力阻礙染料進一步向棉纖維內部的轉移。

由圖3中還可以看出，同樣溫度下整理后的棉酸性條件下染色的平衡上染率較常規全鹽染色要低，說明單純靠絲素整理劑整理實現無鹽染色效果不十分理想，可能是因為單純靠絲素引入的氨基數量有限。

2.2.2 半染時間

半染時間（t1／2）是指達到染色平衡時纖維上所吸附的染料量的一半時所需要的時間。通過染色速率曲線可以來測定染色半染時間的值。

表1 整理前后織物在不同溫度下活性YD－2B染色半染時間

通過表1中估算的半染時間值可看出，相同溫度下，整理后棉的染色半染時間比原樣染色的小；不同溫度下同類棉織物染色半染時間隨溫度增加而減小，這說明整理前后的棉織物染色速率都隨溫度的提高而加快。

3 結語

絲素整理劑整理的棉織物可以在酸性條件下不加鹽的情況下用活性染料染色，其染色吸附機理較符合Langmuir吸附模型，且該吸附過程是一放熱過程。染色動力學研究表明，染色后期的擴散速率較常規染色變慢，且平衡上染百分率比原棉常規染色低。

［1］張曉麗，韓曉建，等.絲素整理劑用于棉織物防皺整理的研究［J］.安徽農業大學學報，2011，38（4）：100—103.

［2］焦林，王雪燕.棉織物的絲素防皺整理［J］.印染，2003，25（7）：6—7.

［3］宋心遠，沈煜如.活性染料染色［M］.北京：中國紡織出版社，2009.

［4］孫燕.活性染料交聯改性劑的合成及應用［D］.上海：東華大學，2003.

［5］張廣傳.聚乳酸纖維面料染整工藝探討［J］.山東紡織科技，2008，49（5）：21—23.