陽離子改性腈綸織物的生態染色工藝研究

摘 要：采用殼聚糖對腈綸纖維進行陽離子改性實驗，使腈綸纖維帶上正電荷。改善了腈綸纖維上染率差等問題，有效提高了腈綸對染料的吸附性能。本文從研究陰離子性的天然染料上染陽離子改性腈綸的角度探討天然染料上染改性腈綸的可能性，以及確定如何用殼聚糖對腈綸織物進行改性的工藝。

關鍵詞：殼聚糖;腈綸織物;改性;天然染料

腈綸纖維具有與羊毛纖維相似的優點，有彈性，柔軟，具有很好的保暖性能。纖維強度在22.1到48.5cN/tex，比羊毛高一倍到兩倍。且日曬牢度好，不易被酸性條件腐蝕，抗氧化，但耐堿性能較差[1]。其染色織物具有不易掉色，色彩艷麗等特點。腈綸纖維通常能夠代替一部分羊毛進行腈毛混紡，可以大大降低織物的生產成本。但是傳統的聚丙烯腈纖維染色用染料及染色方法與羊毛差異過大，腈毛混紡織物的染色存在較大問題[2]。為了解決腈綸和羊毛混紡織物不能用常規方法染色這一問題，所以對腈綸織物進行改性。本文研究了殼聚糖對腈綸纖維進行改性之后與羊毛同浴染色的工藝。

1 實驗方法

1.1 殼聚糖改性方法

用3.0%的乙酸水溶液作為溶劑，配制5.0%的殼聚糖乙酸溶液，并加入4g/L的磷酸氫鈉，腈綸織物經堿水解后浸漬在殼聚糖乙酸溶液中[3]，浴比為1：20。

采用一浸一軋法：浸漬溫度85℃，浸漬時間20min。后用小軋車軋壓，軋余率為70%，之后用烘箱80℃下預烘2min，再在140℃下烘培60s，然后用60℃的熱水進行水洗，最后100℃烘干，得到殼聚糖改性的腈綸織物。

1.2 靛藍改性方法

采用濃硫酸對天然靛藍進行改性，根據丁思佳[4]在植物靛藍改性及對羊毛的染色工藝中的改性方法：將天然靛藍與不同體積的濃硫酸進行混合（85℃，2h），再經過稀釋、堿中和、鹽析、抽濾、洗滌等步驟后，測量不同濃度的濃硫酸對應的最大吸收波長，確定使用濃硫酸的體積。

1.3 染色工藝

將抽濾所得的改性靛藍加水稀釋成濃度為2%（o.w.f）的染料水溶液，加入10%（o.w.f）的（NH4）2SO4，控制染液pH=6，浴比1：50。常溫時將織物投入染液，以3℃/min的升溫速率將染液溫度升到90℃，保溫一個小時后水洗晾干。

2 結果與討論

2.1 腈綸改性殼聚糖濃度對上染百分率的影響

用不同濃度的殼聚糖乙酸溶液對腈綸纖維進行改性，黃冠橋在腈綸殼聚糖改性及其染色性能研究[5]中發現，上染百分率呈現先升高后下降的趨勢。這是由于殼聚糖為大分子，在溶液中的溶解度有限，越多的殼聚糖溶解在溶液中會加大溶液的黏度，溶液的黏度越大，越不利于上染百分率的提高，所以上染百分率在4.0%時達到最大，之后開始下降。因此改性腈綸的殼聚糖溶液濃度以4.0%為最佳。

2.2 腈綸改性浸漬溫度對上染百分率的影響

隨著浸漬溫度的升高，染料的上染百分率呈現一種先上升后下降的趨勢，在溫度約為85℃時上染百分率達到最高。因為這時更多的殼聚糖能夠進入腈綸纖維大分子進行反應，溫度低于85℃時，大量的殼聚糖中只有一少部分能夠進入纖維，其余大部分只能在纖維表面發生反應。溫度高于85℃時，殼聚糖與纖維發生的反應減少，上染百分率開始下降。因此浸漬溫度85℃為宜。

2.3 腈綸改性浸漬時間對上染百分率的影響

改變浸漬時間，對織物的上染百分率進行研究發現：上染百分率逐漸升高，到30min左右為最高，然后逐漸下降。當浸漬時間為10min時，腈綸表面陽離子基團較少，隨著浸漬時間的逐漸增加，腈綸織物上的陽離子基團也逐漸增加，染色效果增強;在30min時織物的陽離子基團數目最多，與染液中異性基團反應的最多;當浸漬時間超過30min之后，纖維上的陽離子基團逐漸被反應，使纖維上與染料陰離子相互結合的陽離子數目減少，上染百分率降低。因此，浸漬時間在30min時為最佳。

2.4 腈綸改性烘培溫度對上染百分率的影響

改變烘培溫度，對織物的上染百分率進行研究發現：上染百分率隨著溫度的升高快速增大，當烘培溫度為140℃上染百分率達到最大，溫度繼續升高，上染百分率又很快下降。這是因為只有達到一定溫度的條件下，殼聚糖和腈綸纖維才會發生反應，但是溫度過高也會損傷纖維。所以，焙烘溫度為140℃時，上染百分率最高。

2.5 腈綸改性烘培時間對上染百分率的影響

改變烘培時間，對織物的上染百分率研究發現：隨著焙烘時間的增加，腈綸織物的上染百分率逐漸增加，在時間為60s時達到最高，之后逐漸下降。因為反應達到平衡時需要時間，在60s時剛好到達反應平衡，烘培時間過長反而會損傷織物，使之上染百分率有所下降。因此，烘培時間在60s時為最佳。

3 研究進展與展望

3.1 研究進展

由殼聚糖改性后的腈綸織物可被改性天然靛藍染料染色，并且在上文中討論了最佳的改性條件。最佳的改性工藝條件：

以濃度為4.0%的殼聚糖乙酸溶液對腈綸織物進行改性，在浴比為1：20的條件下，采用一浸一軋（軋余率70%）后，在80℃條件下烘干120s，之后進行焙烘（時間60s，溫度140℃），然后60℃熱水洗、烘干。

將改性天然靛藍染料上染至改性腈綸的原理是因為殼聚糖將腈綸織物上原有的陰離子基團改性成了帶有氨基的陽離子基團，而改性天然靛藍染料分子中（下轉第94頁）（上接第92頁）含有磺酸基等陰離子基團，改性天然靛藍染料上的陰離子基團與改性腈綸織物上的陽離子基團相結合從而使染料能夠上染纖維。

3.2 發展與展望

天然染料的原料都是來自大自然中的各種物質，絕大多數的原料都能夠經過一段時間后再生，并且資源豐富。天然染料安全環保，具有大自然芳香氣味，且因其對人體無害，無刺激性更深得人們喜愛。相信天然染料即將將會成為染料工業的主流。

腈綸織物因為其性能與羊毛接近也逐漸引起人們重視，但是由于腈綸織物染色困難并不被廣泛應用。但是經殼聚糖改性后的腈綸織物含有陽離子基團，可被所有帶有陰離子的染料染色，解決了其染色困難的問題。

用天然染料染色的改性腈綸織物，具有天然染料的無刺激性，對人體健康等特點，還有腈綸原本的柔軟，蓬松等特點。天然染料與腈綸織物都具有其良好性能，兩者相結合必定能在今后的紡織行業中引起足夠的重視，滿足人們更多的需求，具有很大的發展意義。

參考文獻：

[1]蔡再生，纖維化學與物理[M].北京：中國紡織出版社，2009： 265-272.

[2]劉群，丁斌，關昶，王海東，等.活性染料對殼聚糖改性腈綸的染色與動力學研究[J].毛紡科技，2016（5）：41-44.

[3]郝鳳嶺，丁斌，劉群，等.酸性染料對殼聚糖改性腈綸的染色[J].毛紡科技，2015（06）：56-60.

[4]丁思佳，王建明，宋江彬.天然染料靛藍改性及對羊毛染色工藝研究[J].毛紡科技，2016.01：33-36.

[5]黃冠橋，周玉瑩，董鑫磊，等.腈綸殼聚糖改性及其染色性能研究[J].吉林化工學院學報，2017，34（003）：1-4.

作者簡介：

嚴曉慧（1985- ），女，2011年7月畢業于德國羅伊特林根大學，碩士，工作單位：遼東學院，講師，研究方向：紡織品功能整理。