陽離子蛋白助劑在脫色青絨低溫染色中的應用

王玉鴿,王雪燕,馬彥忠

(1.西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安 710048; 2.泉州市現代染料化工有限公司,福建 泉州 362700)

羊絨是一種高貴的天然蛋白質纖維,被稱為“軟黃金”,羊絨纖維及其產品因其具有柔軟、保暖、吸濕透氣和光澤柔和等優良特性,深受人們喜愛[1]。羊絨結構上含有氨基(—NH2)、羧基(—COOH)和肽鍵(—CONH—)等基團,常用天然染料、酸性染料或毛用活性染料染色[2]。由于羊絨表面存在高交聯二硫鍵的緊密鱗片層,通常需要高溫沸染染色,這不僅造成高能耗,而且會對羊絨纖維造成損傷,因此研究羊絨的低溫染色很有意義。

山羊絨按顏色分為白絨、青絨、紅絨和紫絨,其中白絨應用比較廣泛。工廠用青絨做淺色產品時,一般要先對青絨進行脫色處理,去除其天然色素,提高其白度[3]。但是,青絨脫色后,其結構中的二硫鍵斷裂,最終氧化成含有磺酸基的產物,增大了脫色青絨在染浴中所帶的負電荷,進而不利于陰離子染料的吸附上染,降低了染料的利用率。因此,有必要選擇合適的促染劑以增加青絨與陰離子染料之間的親和力,提高染料的利用率。同時,考慮在脫色過程中青絨有所損傷,若再進行高溫染色,會導致纖維損傷嚴重,造成手感粗糙等問題[4],因此,有必要研究脫色青絨低溫染色方法及染色促染劑。

目前,國內外關于羊絨低溫染色技術主要從改性羊毛、開發羊絨低溫染色助劑和新染料等方面進行改進[5]。陶銳等[6]采用Indosol E-50和Optifix EC 2種陽離子改性劑對脫色羊絨進行預處理,之后用酸性媒介染料染色,研究發現,經Optifix EC改性處理后的羊絨染色深度K/S值和耐皂洗色牢度均提高,染色性能明顯改善;奉先波等[7]采用均三嗪類陰離子改性劑對羊絨纖維改性處理后,用陽離子染料染色,結果表明,改性羊絨的染色深度K/S值顯著提高,耐皂洗色牢度有所改善。Zhan等[8]探究低溫染色對羊毛性能的影響,結果表明,低溫染色能明顯降低對羊毛二硫鍵的破壞,減少羊毛纖維的損傷。

本文課題組制備了一種陽離子蛋白助劑,該助劑可應用于羊毛纖維的低溫染色,獲得了良好的染色效果[9]。基于此,本文比較此種自制陽離子蛋白助劑和醋酸對脫色青絨Lanasol活性染料的低溫染色性能的影響,以期改善脫色青絨Lanasol活性染料的低溫染色性能。

1 實驗部分

1.1 藥品及材料

陽離子蛋白助劑(自制);毛用活性染料Lanasol紅6G(亨斯邁紡織染化中國有限公司);脫色青絨(長度35.1 mm,細度16.95 μm,寧夏新澳羊絨有限公司);醋酸(分析純,天津市大茂化學試劑廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1 脫色青絨Lanasol染料低溫染色工藝

染色配方:陽離子蛋白助劑0～4%(owf),醋酸0～4%(owf),Lanasol紅6G染料3%(owf),浴比1∶30。染色升溫工藝見圖1。

圖1 脫色青絨染色工藝曲線Fig.1 Dyeing process curve of decolorized green cashmere

1.3 性能測試

1.3.1 上染百分率

采用分光光度法測試上染百分率,利用UV-1900PC型紫外-可見分光光度計(AOE翱藝儀器(上海)有限公司)分別測定染色前后染液在最大吸收波長下的吸光度,通過式(1)計算上染百分率E。

(1)

式中:A0為染色前染液稀釋n倍后在最大吸收波長下的吸光度;Ai為染色后染液稀釋m倍在最大吸收波長下的吸光度。

1.3.2 固色率和總固色率

將染色羊絨投入至含皂粉5 g/L的溶液中,50 ℃皂洗30 min,浴比1∶20。然后充分洗滌羊絨,晾干。通過Datacolor SF測色配色儀(上海嘉恩科技有限公司),分別測出皂洗前后染色羊絨的K/S值,按式(2)計算出固色率F,其近似相當于纖維反應的染料量占上染染料量的百分比。

(2)

再按式(3)計算出總固色率T,其相當于纖維反應的染料量占投入染料量的百分比。

T=E×F×100%

(3)

1.3.3 耐皂洗色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》,將染色后的脫色青絨夾于1塊100 mm×40 mm的六纖貼襯織物及1塊100 mm×40 mm棉織物之間,沿四邊縫合,用天平測定組合試樣的質量,按浴比1∶50,皂粉5 g/L,溫度50 ℃皂洗30 min[10],并參照GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》和GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》分別評定貼襯樣的沾色牢度等級和染色羊絨的變色牢度等級。

1.3.4 耐摩擦色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》,將紗網中包裹的脫色青絨散纖維染色后,展開紗網,此時,羊絨散纖維已經氈縮成扁長條狀,將其洗凈、晾干后,鋪展固定在長22 cm、寬5 cm的紗網上[11],然后測定其耐摩擦色牢度。

2 結果與討論

2.1 陽離子蛋白助劑用量對上染百分率的影響

按照1.2.1節染色工藝,改變陽離子蛋白助劑用量,不加醋酸,對脫色青絨進行染色,并測定上染百分率,結果見圖2。

圖2 陽離子蛋白助劑用量對脫色青絨上染百分率的影響Fig.2 Effect of cationic protein auxiliary dosage on dye-uptake of decolorized green cashmere

由圖2可以看出,隨著陽離子蛋白助劑用量增加,脫色青絨的上染百分率先提高后有所降低,說明陽離子蛋白助劑對Lanasol染料吸附上染脫色青絨有一定的促進作用,原因是加入陽離子蛋白助劑后,在羊絨纖維上引入了正電荷和蛋白結構基團,而且陽離子蛋白助劑用量增大,纖維上的正電荷增多,從而增大了羊絨纖維與陰離子染料之間的靜電引力,并增大了染料與纖維之間的氫鍵和范德華力,提高了染料的上染速率和上染百分率。但陽離子蛋白助劑用量過多,會導致殘留在染浴中的陽離子助劑量增加,其與染浴中的陰離子Lanasol染料作用,產生沉淀,降低上染百分率。綜合考慮,確定陽離子蛋白助劑用量為3%(owf)。

2.2 醋酸用量對上染百分率的影響

按照1.2.1節染色工藝,不加陽離子蛋白助劑,改變醋酸用量,對脫色青絨進行染色,并測定上染百分率,結果見圖3。

圖3 醋酸用量對脫色青絨上染百分率的影響Fig.3 Effect of acetic acid dosage on dye-uptake of decolorized green cashmere

由圖3可以看出,不加醋酸時,脫色青絨的上染百分率是41.94%,之后隨著醋酸用量的增加,上染百分率顯著提高,當醋酸用量為3%(owf)時,上染百分率達到98.75%,繼續增大醋酸用量,上染百分率變化不大。醋酸促染作用的原因是:醋酸能電離出氫離子,吸附在羊絨纖維的氨基上,使—NH2變為—NH3+,增大了脫色青絨與Lanasol活性染料陰離子之間的靜電引力,因此,染液中加入醋酸有利于提高上染百分率。

對比分析圖2、3可以看出,染液中加入相同用量的陽離子蛋白助劑和醋酸,醋酸的上染百分率均高于陽離子蛋白助劑,因為醋酸的分子量比陽離子蛋白助劑小,相同用量時,醋酸中陽離子基團(氫離子)濃度更大,醋酸的促染效果更好,從而上染百分率提高更大。

2.3 陽離子蛋白助劑和醋酸對固色效果的影響

按照1.2.1節染色工藝,分別改變陽離子蛋白助劑用量和醋酸用量,對脫色青絨進行染色,測定固色率,結果見圖4。

圖4 陽離子蛋白助劑用量和醋酸用量對固色率的影響Fig.4 Effect of cationic protein auxiliary dosage and acetic acid dosage on fixation rate

由圖4可知,隨著陽離子蛋白助劑用量增加,固色率先小幅減小,后增加,而隨著醋酸用量增加,固色率有明顯下降趨勢。在陽離子蛋白助劑和醋酸用量低于2.1%(owf)情況下,陽離子蛋白助劑的固色率低于醋酸。而當陽離子蛋白助劑和醋酸用量高于2.1%(owf)時,陽離子蛋白助劑的固色率明顯高于醋酸。這是由于醋酸用量增加,電離出的氫離子數量增多,更多的氫離子吸附在羊絨纖維的氨基上,使—NH2轉變為—NH3+,雖然增加了脫色青絨上的染座,有利于陰離子Lanasol活性染料吸附上染到羊絨纖維上,提高上染百分率,但纖維上的—NH+3不能與活性染料發生化學反應,不能提高固色率。而陽離子蛋白助劑吸附在羊絨纖維上,不僅在纖維上引入正電荷,增加陰離子染料上染的染座,增大染料與纖維之間的靜電引力,而且陽離子蛋白助劑結構上存在氨基、側基上還有羥基等極性基團,從而增加了染料和纖維之間的氫鍵和范德華力,以及增加纖維上能與活性染料反應的親核基團,所以陽離子蛋白助劑用量增加有利于提高固色率,而醋酸用量繼續增加并不能提高固色率。

2.4 陽離子蛋白助劑、醋酸及其聯合處理對脫色青絨染色性能的影響

探究陽離子蛋白助劑3%(owf)、醋酸3%(owf)及其聯合處理對脫色青絨Lanasol 染料染色上染百分率、固色率、總固色率以及耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度的影響,染色工藝按照1.2.1節工藝進行,之后降溫至65 ℃,加入(6%,owf)碳酸鈉固色處理20 min,結果分別見表1、2。

表1 陽離子蛋白助劑/醋酸對脫色青絨上染百分率和固色率的影響Tab.1 Effect of cationic protein auxiliary/acetic acid on dye-uptake and fixation rate of decolorized green cashmere

由表1可以看出,按照Lanasol染料正常工藝染色,加堿固色后,染浴中不加醋酸和不加陽離子蛋白助劑,染色后脫色青絨的上染百分率、皂洗前后K/S值、固色率以及總固色率均最低。只加3%(owf)陽離子蛋白助劑的脫色青絨的上染百分率、皂洗前后K/S值以及總固色率最高;醋酸雖然有利于染料的吸附上染,但加入碳酸鈉固色后,染液pH值增加,羊絨上的氨基正離子(—NH3+)吸附氫氧根離子(—OH-)后,轉變為氨基(—NH2),這使得原本靠離子鍵吸附在氨基正離子染座上的染料脫落于染液中,而且隨著染液pH值增加,羊絨上電離出的羧基負離子增多,增大未固色陰離子染料與脫色青絨纖維之間的靜電斥力,促進未固色的染料脫落于染液中,降低上染百分率[12]。聯合加入陽離子蛋白助劑和醋酸的染色體系固色率最高。說明雖然適量陽離子蛋白助劑和醋酸均能夠促進Lanasol染料與脫色青絨結合,提高固色率和總固色率,但陽離子蛋白助劑比醋酸更有利于提高Lanasol染料的總固色率,陽離子蛋白助劑與醋酸聯合,二者共同作用更有利于提高Lanasol染料上染脫色青絨的固色率,減輕浮色清洗負擔。

由表2可以看出,加入3%(owf)陽離子蛋白助劑比加入3%(owf)醋酸的脫色青絨變色牢度等級高,不加陽離子蛋白和醋酸的脫色青絨變色色牢度最差,僅有1～2級;只加3%(owf)醋酸、只加3%(owf)陽離子蛋白助劑、聯合加入陽離子蛋白助劑和醋酸和不加促染劑的染色羊絨對六纖(毛、腈、滌、錦、棉、二醋酸)貼襯織物的沾色色牢度等級都在4級以上,說明在Lanasol染料的染液中加入陽離子蛋白助劑和醋酸,染色絨都能夠獲得良好的耐皂洗色牢度。

表2 陽離子蛋白助劑/醋酸對脫色青絨耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度的影響Tab.2 Effect of cationic protein auxiliary/acetic acid on color fastness to soap washing and color fastness to rubbing of decolorized green cashmere

只加3%(owf)醋酸與不加陽離子蛋白助劑和醋酸的脫色青絨的耐干摩擦色牢度都是4～5級,耐濕摩擦色牢度都是3～4級,只加3%(owf)陽離子蛋白助劑及聯合加陽離子蛋白助劑和醋酸對脫色青絨的耐摩擦色牢度均有所降低。說明染液中加入陽離子蛋白助劑會降低脫色絨的耐摩擦色牢度。但與只加陽離子蛋白助劑相比,聯合加陽離子蛋白助劑和醋酸的脫色青絨的耐濕摩擦色牢度有近半級的提高。

3 結 論

將自制的陽離子蛋白助劑應用于脫色青絨Lanasol活性染料染色中,并與添加醋酸的Lanasol活性染料上染脫色青絨的染色性能進行比較,結果表明:

①適當增加陽離子蛋白助劑用量有利于提高Lanasol染料吸附上染脫色青絨的上染百分率和總固色率。陽離子蛋白助劑提高上染百分率效果不如醋酸,但陽離子蛋白助劑提高總固色率好于醋酸,聯合加入合適用量的陽離子蛋白助劑和醋酸有利于提高脫色青絨的固色率。

②將陽離子蛋白助劑應用于脫色青絨Lanasol染料低溫染色中,能夠使脫色青絨獲得與醋酸相似的良好的耐皂洗色牢度。但陽離子蛋白助劑的使用會降低脫色青絨的耐摩擦色牢度。雖然陽離子蛋白助劑與醋酸聯合使用可改善脫色青絨的耐濕摩擦色牢度,但仍低于單獨使用醋酸時織物的耐摩擦色牢度。