殼聚糖在活性染料低鹽染色中的應(yīng)用

曹高飛

（西安交通工程學(xué)院,西安 710300）

殼聚糖在活性染料低鹽染色中的應(yīng)用

曹高飛

（西安交通工程學(xué)院,西安 710300）

傳統(tǒng)活性染料浸染棉織物時(shí)，染料利用率低，染色殘液中會(huì)含有大量的中性電解質(zhì)NaCL，染色廢水中含有的此電解質(zhì)很難被從中分離，會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的污染，同時(shí)加大企業(yè)對(duì)染色和水處理的成本。本研究通過(guò)甲殼質(zhì)脫乙酰基化制備的殼聚糖助劑對(duì)棉織物進(jìn)行化學(xué)改性，在棉纖維大分子上引入陽(yáng)離子基，降低了活性染料與棉織物之間的庫(kù)侖斥力，提高了活性染料對(duì)棉織物的上染率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了棉織物活性染料低鹽染色。

殼聚糖；改性；棉織物；活性染料；染色

1 活性染料染棉的鹽效應(yīng)及其存在的問(wèn)題

活性染料中含有能夠與纖維發(fā)生反應(yīng)形成共價(jià)鍵的活性基，染色過(guò)程中它與纖維發(fā)生化學(xué)鍵合[1]。染色初期，活性染料先溶于水，染料隨著水分子進(jìn)入纖維內(nèi)部。染色過(guò)程中，染料向纖維內(nèi)部開(kāi)始慢慢擴(kuò)散，并與纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，此外，還有部分染料伴隨著水解，水解的染料也能夠被纖維所吸附[2]。在活性染料染棉織物過(guò)程中，無(wú)機(jī)鹽氯化鈉的加入起到促染的作用，進(jìn)一步來(lái)提高染料的利用率。在堿性水溶液中，棉纖維表面帶負(fù)電荷，而活性染料也帶負(fù)電，之間存在的斥力阻止了染料與纖維之間的吸附。當(dāng)加入中性電解質(zhì)后，電解質(zhì)會(huì)電離出的鈉離子中和纖維上的負(fù)電荷起電荷屏蔽作用，減少了染料陰離子與纖維負(fù)電荷的庫(kù)侖斥力，有助于染料向纖維表面的吸附擴(kuò)散，提高了活性染料的上染速率，起到促染作用。但染液中電解質(zhì)的存在會(huì)使得染料膠素的動(dòng)電層電位降低，染料就會(huì)發(fā)生聚集，當(dāng)聚集達(dá)到一定程度就會(huì)以沉淀形式析出，導(dǎo)致染色不勻[3]。從保護(hù)環(huán)境角度來(lái)講，含有高濃度鹽的印染廢水如果直接排放到江河湖泊中會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)的改變，生態(tài)環(huán)境也會(huì)被破壞[4]。鹽分的高滲透性會(huì)引起江河周?chē)耐临|(zhì)出現(xiàn)鹽堿化，降低了沿岸農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此為倡導(dǎo)國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)的理念，要設(shè)法降低活性染料染色過(guò)程中的中性電解質(zhì)的用量，實(shí)現(xiàn)低鹽或是無(wú)鹽染色。要達(dá)到此目的，除了研究開(kāi)發(fā)新型活性染料以適合低鹽染色外，還可以通過(guò)化學(xué)的方法對(duì)棉織物進(jìn)行改性，在棉纖維表面引入陽(yáng)離子基團(tuán)，減小了染色過(guò)程中染料陰離子與纖維表面之間的庫(kù)侖力，從而提高活性染料的上染率，同時(shí)可以降低促染劑無(wú)機(jī)鹽的用量。

2 甲殼質(zhì)和殼聚糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及制備

甲殼質(zhì)由2-乙酰胺-2脫氧葡萄糖單體通過(guò)β-（1,4）連接起來(lái)的直接多糖，是一種天然的高分子化合物，主要存在于昆蟲(chóng)類(lèi)或蝦、蟹等甲殼類(lèi)的外殼中，自然界中分布廣泛，成本低廉。甲殼質(zhì)最早是被法國(guó)人發(fā)現(xiàn)和研究的，隨著人們對(duì)保護(hù)環(huán)境意識(shí)的提高，那么在印染行業(yè)開(kāi)發(fā)環(huán)保型助劑已迫在眉睫[5,6]。甲殼素能夠溶于濃硫酸、鹽酸、磷酸和無(wú)水甲酸，但主鏈同時(shí)伴隨著降解，不溶于水、濃堿、稀酸和堿、一般的有機(jī)溶劑。甲殼質(zhì)經(jīng)脫乙酰化轉(zhuǎn)變?yōu)闅ぞ厶牵芙庑阅艿玫搅撕艽蟪潭鹊母纳啤ぞ厶窃谒蛪A溶液中不發(fā)生溶解，當(dāng)遇到稀的硝酸、鹽酸等無(wú)機(jī)酸或大部分有機(jī)酸時(shí)，其大分子鏈會(huì)發(fā)生緩慢的分解，溶液黏度會(huì)慢慢有所降低[7]。其實(shí)質(zhì)是殼聚糖分子鏈上游離的氨基有一對(duì)未被結(jié)合的電子，在水中此氨基呈弱堿性，會(huì)和水中的一個(gè)氫質(zhì)子結(jié)合，使殼聚糖轉(zhuǎn)變?yōu)閹ш?yáng)離子的電解質(zhì)，是一種高分子的陽(yáng)絡(luò)離子，或叫做一種高分子鹽。這些陽(yáng)離子的產(chǎn)生使得殼聚糖分子間和分子內(nèi)的氫鍵被破壞，得到能夠溶于水的殼聚糖鹽。

3 殼聚糖在活性染料低鹽染色中的應(yīng)用

活性染料按照浸染工藝曲線(xiàn)染色棉織物中，加入了大量的無(wú)機(jī)鹽電解質(zhì)氯化鈉，以促進(jìn)活性染料對(duì)棉纖維的有效吸附。為了降低染色過(guò)程中無(wú)機(jī)鹽對(duì)染色成本的負(fù)擔(dān)和環(huán)境的破壞，提高活性染料染棉的染色效率，我們對(duì)棉纖維進(jìn)行化學(xué)改性，即對(duì)纖維陽(yáng)離子化，使其對(duì)活性染料具有更高的親和力。因此將殼聚糖采用浸染的工藝流程整理在棉纖維上，將活性染料浸染經(jīng)過(guò)殼聚糖預(yù)處理的棉織物時(shí)，在染料上染階段染液呈現(xiàn)弱酸性，使殼聚糖分子中的部分氨基質(zhì)子化，在分子中形成帶正電的NH3+基團(tuán)，會(huì)降低棉纖維表面的負(fù)電荷，在活性染料染色過(guò)程中降低了染料陰離子對(duì)棉纖維表面的庫(kù)侖斥力，促進(jìn)了活性染料陰離子離開(kāi)染浴向織物上轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高了活性染料的上染速率，上染百分率從而增大，實(shí)現(xiàn)了染色增深的效果[8,9]。因此，從理論上講，殼聚糖改性棉織物后進(jìn)行活性染料染色，不僅可以提高染料的上染率，達(dá)到增深效果，而且可以降低染浴中無(wú)機(jī)鹽的用量，實(shí)現(xiàn)低鹽染色[10]。另外在固色階段，在染浴中加入純堿時(shí)，對(duì)染料吸附固著在織物上也有所提高，因而也提高了固著率。

4 結(jié)論

本文采用了甲殼質(zhì)經(jīng)脫乙酰化制備的殼聚糖對(duì)棉織物進(jìn)行化學(xué)改性，使其棉織物表面帶正電，在活性染料染色過(guò)程中，降低了染料與棉織物之間的庫(kù)侖斥力，加大了親和力，提高了染料的可染性，上染率提高，使得在加入很少無(wú)機(jī)鹽氯化鈉的基礎(chǔ)上，染色效果依然很好，實(shí)現(xiàn)了殼聚糖在活性染料染色中的低鹽染色。同時(shí)本研究中的染色工藝也達(dá)到了染色廢水清潔化、減少環(huán)境污染、節(jié)約染料的目的，這是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)課題研究有著重大意義。

[1]宋心遠(yuǎn).活性染料染色進(jìn)展[J].上海染料,2002,30（05）：8-10.

[2]宋心遠(yuǎn).活性染料染色進(jìn)展[J].上海染料,2002,3（04）：60-63.

[3]王菊生主編.染整工藝原理（第三冊(cè)）[M].北京：紡織工業(yè)出版社,1984.

[4][日]黑木宣彥著,陳水林譯.染色理論化學(xué)[M].北京：紡織工業(yè)出版社,1981第一版.

[5]郭振楚.甲殼素研究進(jìn)展[J].日用化學(xué)工業(yè),1997（02）.

[6]蔣挺大.殼聚糖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[7]王小紅,馬鍵標(biāo),何炳林.甲殼素/殼聚糖及其衍生物的應(yīng)用[J].功能高分子學(xué)報(bào),1999,12（02）：177-202.

[8]馬海濤,袁琴華.殼聚糖在活性染料染色中的應(yīng)用[J].上海紡織科技,2001,29（01）：45-46.

[9]陳莉.智能高分子材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005（01）：77-110.

[10]宋心遠(yuǎn).活性染料染色近年進(jìn)展[J].染整科技,2002（01）：45-50.