殼聚糖改性棉織物的石榴皮染料染色

徐 銘

（新鄉(xiāng)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000）

印染行業(yè)使用的染料大多為合成染料，在印染加工過程中會分解大量有毒物質(zhì)，不僅污染環(huán)境，還會嚴(yán)重危害人體健康［1］。利用果皮、樹葉等提取天然染料可以實(shí)現(xiàn)印染行業(yè)的綠色健康發(fā)展，符合生態(tài)環(huán)保發(fā)展理念，成為印染行業(yè)的研究熱點(diǎn)［2-3］。棉織物是最常用的天然織物之一，將天然染料應(yīng)用于棉織物染色，可以實(shí)現(xiàn)整個紡織、印染行業(yè)的綠色發(fā)展。但是棉織物纖維缺少與天然染料結(jié)合的基團(tuán)，上染率低且色牢度較差［4-5］。殼聚糖是一種多糖高分子，生物降解性和相容性較好，無毒無害，常被用于棉織物的陽離子改性［6］。本文采用殼聚糖對棉織物進(jìn)行改性處理，用提取的石榴皮染料對改性棉織物進(jìn)行染色，優(yōu)化殼聚糖改性工藝和染色工藝，考察改性棉織物用石榴皮染料染色后的色牢度，為天然染料應(yīng)用于實(shí)際印染行業(yè)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

棉織物（155 g/cm2，市售），殼聚糖（脫乙酰度85%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），冰醋酸（分析純，西隴化工股份有限公司），無水乙醇（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司），石榴皮粉末（市售），實(shí)驗(yàn)用水為自制去離子水。

1.2 棉織物殼聚糖改性工藝

將一定量棉織物溶于100 mL 冰醋酸溶液，攪拌30 min，再投入殼聚糖溶液（浴比1∶40，殼聚糖用量5～30 g/L）中進(jìn)行改性（50～100 ℃，30～80 min），取出后充分水洗、晾干，得殼聚糖改性棉織物。

1.3 石榴皮染料提取工藝

將5 g 石榴皮粉末在105 ℃下干燥2 h，放置于200 mL 乙醇/水溶液（體積比1∶1）中，然后60 ℃水煮100 min，得提取液，離心，取上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，冷凍干燥后得到石榴皮染料。

1.4 棉織物染色工藝

棉織物染色（浴比1∶40，染料用量0.05～0.25 g/L，60～100 ℃，40～80 min），取出后充分清洗、晾干。

1.5 測試

紅外光譜：用傅里葉紅外光譜儀測試；表面形貌：用掃描電子顯微鏡測試；K/S值：用測色配色儀測定；耐摩擦色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y定；耐水洗色牢度：參考GB/T 5731—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水洗色牢度》測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

2.1.1 FTIR

由圖1 可以看出，未改性棉織物在1 062、2 910、3 321 cm-1處出現(xiàn)吸收峰，分別對應(yīng)C—O、C—H 以及O—H 與N—H 的伸縮振動峰。改性棉織物譜圖中除棉織物纖維的特征吸收峰外，在1 716 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，對應(yīng)冰醋酸處理后殼聚糖與棉織物纖維反應(yīng)生成的吸收峰，表明殼聚糖與棉織物纖維發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，殼聚糖陽離子基團(tuán)附著于棉織物纖維上，成功實(shí)現(xiàn)棉織物的殼聚糖改性［7］。

圖1 未改性(a)和改性(b)棉織物的FTIR 譜

2.1.2 SEM

由圖2 可以看出，未改性棉織物表面光滑平整，纖維間隙明顯，改性后棉織物表面出現(xiàn)薄層覆蓋物，這是由于殼聚糖的陽離子基團(tuán)與棉織物纖維結(jié)合后都吸附沉積在棉織物纖維表面。

圖2 未改性(a)和改性(b)棉織物的SEM 圖

2.2 殼聚糖改性工藝優(yōu)化

2.2.1 殼聚糖用量

由圖3 可知，隨著殼聚糖用量增加，K/S值明顯提高，20 g/L 時K/S值達(dá)最大值22.5，再增加殼聚糖用量，K/S值不再明顯提高。這是由于棉織物經(jīng)殼聚糖處理后在纖維表面引入大量陽離子基團(tuán)，降低棉織物與石榴皮染料間的斥力，有利于染料附著于棉織物表面，增大K/S值；超過20 g/L 時，繼續(xù)增加殼聚糖用量，纖維表面引入的陽離子基團(tuán)數(shù)量不再明顯增加，K/S值也不再明顯增大。由于改性液的黏度增加，殼聚糖在纖維表面的附著均勻性降低，棉織物的染色均一性較差［8］。因此殼聚糖用量選擇20 g/L。

圖3 殼聚糖用量對K/S 值的影響

2.2.2 改性溫度

由圖4 可以看出，隨著溫度的升高，K/S值迅速增大，當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃時，K/S值達(dá)最大值，繼續(xù)升高溫度，K/S值逐漸下降。

圖4 改性溫度對K/S 值的影響

因?yàn)闇囟容^低時，改性液擴(kuò)散速度慢，棉織物纖維膨化程度低，纖維間隙較小，殼聚糖陽離子基團(tuán)在織物表面附著，K/S值較低，染色均勻性較差。隨著溫度升高，改性液擴(kuò)散速度加快，棉織物纖維間隙增大，有利于殼聚糖陽離子基團(tuán)均勻附著于棉織物表面并進(jìn)入纖維內(nèi)部，提高K/S值及染色均勻性；隨著溫度升高，改性液中水解反應(yīng)的平衡發(fā)生變化，促進(jìn)殼聚糖陽離子與棉織物纖維結(jié)合，提高K/S值；溫度過高時，殼聚糖可能水解斷鍵，附著于棉織物纖維上的殼聚糖陽離子基團(tuán)減少，K/S值下降［9］。因此改性溫度選擇80 ℃。

2.2.3 改性時間

由圖5 可知，隨著時間延長，K/S值先上升后緩慢下降。這是由于時間較短時，改性液未與棉織物纖維充分反應(yīng)，殼聚糖陽離子基團(tuán)在棉織物纖維上附著較少且均勻性較差，改性效果不明顯；隨著改性時間的延長，改性液與棉織物纖維充分反應(yīng)，大量殼聚糖陽離子基團(tuán)均勻附著于棉織物纖維上，K/S值持續(xù)上升并趨于穩(wěn)定；進(jìn)一步延長改性時間，部分殼聚糖發(fā)生水解，附著于棉織物纖維上的殼聚糖陽離子基團(tuán)減少，K/S值下降。因此，改性時間選擇60 min。

圖5 改性時間對K/S 值的影響

2.3 染色工藝優(yōu)化

2.3.1 染料用量

由圖6 可以看出，隨著染料用量增加，K/S值增大，超過0.2 g/L 時K/S值不再明顯增大。因?yàn)槊蘅椢锢w維能吸收的染料官能團(tuán)有限，當(dāng)吸收達(dá)到平衡時，K/S值不再明顯增大。因此染料用量選擇0.2 g/L。

圖6 染料用量對染色性能的影響

2.3.2 染色溫度

由圖7 可以看出，隨著溫度升高，K/S值先升高后降低，染色溫度為80 ℃時K/S值最高。這是由于隨著染色溫度升高，染料分子動能增加，與棉織物纖維的接觸增多，上染速率提高，K/S值增加；溫度高于80 ℃時，棉織物纖維上的染料重新溶于染液，反而使K/S值下降。因此染色溫度選擇80 ℃。

圖7 染色溫度對染色性能的影響

2.3.3 染色時間

由圖8 可知，隨著時間延長，K/S值先升高后降低，60 min 時K/S值最高。因?yàn)闀r間較短時，石榴皮色素處于上染階段，上染速率大于脫染速率，K/S值持續(xù)升高；時間過長時，長時間的高溫處理可能降低色素殘留率，K/S值降低。因此染色時間選擇60 min。

圖8 染色時間對染色性能的影響

2.4 色牢度

由表1 可知，改性棉織物用石榴皮染色后，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度可達(dá)4 級或以上，均高于未改性棉織物，達(dá)到紡織品服用要求。

表1 織物改性前后石榴皮染料染色的色牢度

3 結(jié)論

用提取的石榴皮染料對殼聚糖改性棉織物進(jìn)行染色。改性條件：殼聚糖用量20 g/L，80 ℃改性60 min；染色條件：染料用量0.2 g/L，80 ℃染色60 min。該工藝條件下棉織物的K/S值達(dá)最大值22.5，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均達(dá)到或超過4級。