活性染料对海洋生物活性纤维染色性能的研究

孙少晨，张 维

(天津工业大学, 天津 300387)

活性染料对海洋生物活性纤维染色性能的研究

孙少晨，张 维

(天津工业大学,天津300387)

本实验选取具有双活性基团的FN型、LS型、B型活性染料对其进行染色，通过测量残液吸光度来测定染料的上染率及固色率，确定选择上染率较高的B型活性染料上染海洋生物活性纤维。通过正交实验研究了盐量、碱剂及碱量对活性染料上染海洋生物活性纤维的上染速率的影响，最终得出B型活性染料染色的最佳工艺。

海洋生物活性纤维； 活性染料；上染率； 固色率；最佳工艺

1 前言

天然生物高分子材料的性能独特，对环境友好，是当今新材料领域研究的热点。海藻酸纤维比较硬脆，强力较低，影响了其在纺织品领域的开发与应用。使其与大分子共混改性可显著改善这一缺陷[1]。海洋生物活性纤维是将1%～8%海藻酸溶液在纤维素磺酸酯化过程中均匀加入粘胶中，经混合、研磨制成纺丝液进行湿法纺丝，在特定的酸浴条件和工艺条件下可纺出粘胶活性海藻长丝和短纤维产品。纤维横截面呈现多孔结构，轴线方向有不规则结晶，有利于有效成分在纤维和皮肤间的转移[2]。此纤维具有海藻纤维抗菌性、高吸湿性、高透气性、可降解吸收性以及生物相容性等特殊功能，同时兼具纤维素纤维的性能特点[3]，可以用在衬衣、家用纺织品、床垫等，制成的织物具有抗菌润颜、消炎止痒、美容抗衰老的保健作用[4]。海洋生物活性纤维作为医用纱布、绷带和敷料已产业化，如Steriseal的SorbsanTU(高M海藻酸钙纤维)、Kendall的Curasorb1M(海藻酸钙、钠纤维)、Brothier的AlgosterilTM(高G海藻酸钙纤维)，但其它方面的应用还鲜有报道，尤其是国内目前还没有关于海洋生物活性纤维染色性能方面的研究，这在某种程度上制约了它的应用及发展[5]。海洋生物活性纤维结合了海藻纤维和粘胶纤维各自的优点，并且在某些性能方面较两种单一纤维都有明显提高。所以，针对海洋生物活性纤维的特点，筛选出合适的染料，对于开发海洋生物活性纤维纺织品具有深刻意义。为了提高上染率，活性染料染色时需加入大量盐，但这样会增加污水处理成本[6]。因此本实验选择对纤维亲和力高的双活性基活性染料，降低生产中的盐用量，以提高上染率和固色率，减少环境污染。

2 实验试剂与仪器

2.1实验材料

对纤维进行染色性能的研究，实验材料如表1所示。

表1 实验材料

2.2实验选用染料及化学品

2.2.1实验选用染料(见表2)

2.2.2其他化学品(见表3)

2.3实验仪器

对纤维进行染色性能研究，所需主要实验仪器如表4所示。

表2 实验染料

表3 其他主要化学品

表4 实验仪器

3 实验方法

3.1实验方案设计

应用汽巴克隆FN及LS型活性染料、B型活性染料对海洋生物活性纤维进行染色，采用残液法测出染后残液的吸光度，根椐公式计算出上染百分率以及固色率，将染料在纤维上不同上染、固色时间的上染百分率对时间作图，即得到上染速率曲线，从而得出染料在海洋生物活性纤维上的上染性能。比较各染料在纤维上的上染性能，选出更适合海洋生物活性纤维的染料，为确定染色工艺提供实验依据。

3.1.1染色处方

染料(o.w.f.) 1%

促染剂(无水硫酸钠) 40 g/L

固色剂(碳酸钠) 10 g/L

浴比 100∶1

3.1.2工艺曲线

3.2测定方法

3.2.1最大吸收波长的测定方法

7个烧杯进行染色实验，取4号烧杯中的残液为标准液，按10倍数稀释后注入比色皿中，在分光光度计上测定450～650 nm波长处的一系列相应吸光度。用坐标纸以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制其光谱吸收曲线。在吸收光谱曲线上查出最大吸收所对应的波长，即最大吸收波长λmax[7]。

3.2.2上染率的测定方法

按所制定的处方配制相应的染液A及相同的空白染液B，同时称量纤维及染化料，放入同一水浴中。B染浴不加试样，但其操作均按A染浴规定[7]。

将纤维经染色后，用分光光度计测定其残液中与空白染液中的吸光度Ai、A0，从而求出上染百分率。

上染率=(1-Ai/A0)×100%

式中：Ai—染色残液的吸光度；A0—空白染液的吸光度

3.2.3固色率的测定方法

在取出纤维后测量残液体积，并配制同体积的皂液和水各一份，将纤维放在皂洗液中沸煮(皂粉2 g/L,)15 min后取出，放在水中清洗。充分洗净后拿出纤维并将残液A、皂洗液和水混合(有些需再次稀释)，在其最大吸收波长处测其吸光度A2。相应的空白液B也加入同体积的皂洗液和水，测定其吸光度为A[7]。则：

固色率=(1-A2/AI)×100%

式中：A2—皂洗水洗后残液的吸光度；AI—皂洗水洗后空白的吸光度。

4 实验结果分析

4.1汽巴克隆FN型活性染料染色数据结果

实验结果：由图1可知，汽巴克隆FN型三种活性染料的上染速率曲线形状相似，随着上染时间的延长染料在纤维上的上染百分率不断增加。在染色达到70 min后，染料在纤维上的上染率已趋于平缓；加碱之前，随着时间的延长，曲线有小幅度的提高，加碱之后，染料在纤维上的上染率增加得较为明显。此种染料在海洋生物活性纤维上的最高上染率为80.45%，其中，红色染料的最高上染率只有34.12%，与蓝色的80.45%和黄色的78.4%有很大差距。

图1 FN型活性染料上染速率曲线

4.2汽巴克隆LS型活性染料染色数据结果

实验结果：由图2可知，汽巴克隆LS型三种活性染料的上染速率曲线形状相似，随着上染时间的延长染料在纤维上的上染百分率不断增加，但上染率相差较大。上染到45 min后，三种染料在纤维上的上染率均有较大程度的提高。染色经过60 min时，蓝色和红色染料的上染率曲线已经趋于平缓。加碱之后，染色速率增加得较为明显。此种染料在海洋生物活性纤维上的最高上染率为74.29%。其中，黄色染料的初染率及上染率都较低，不利于拼色的进行。

图2 LS型活性染料上染率曲线

4.3万得B型活性染料染色数据结果

实验结果：由图3可知，B型三种活性染料的上染速率曲线形状相似，随着上染时间的延长染料在纤维上的上染百分率不断增加。上染30 min后，三种染料在纤维上的上染率都得到很大程度的提高。75 min左右，染料已经在纤维上取得各自较好的上染率。B型活性染料的促染效果很明显且三原色的上染率随着时间的延长都有很大的变化，最终都在45%以上。此种染料在海洋生物活性纤维上的最高上染率为81.82%,其中黄色染料的上染率较其他两种颜色低一些。

图3 B型活性染料的上染率曲线

4.4三种活性染料的固色率比较

通过平行对比实验得出三种不同活性染料的固色率，见表5。

由表5数据可以看出，汽巴克隆FN型及B型活性染料的上染率较高且平均固色率相近，都可以用来对海洋生物活性纤维进行染色。FN型染料具有高固色率、高匀染性、易洗涤性和优异牢度，对于工艺条件变化的敏感性小等优点[8]，能够获得较高的上染率和固色率，这主要与其具有一氟均三嗪和乙烯砜型双活性基有关。但黄色染料的上染率较低，并且三原色染料的促染效果都不明显。LS型活性染料对于海洋生物活性纤维来说，染色温度较高，且工艺比较复杂，生产过程不易控制，对纤维的手感及功能性破坏较大，且其三原色的上染率较固色率的平均值有很大偏差。FN型和LS型活性染料属于进口染料，其成本相对较高。B型活性染料具有双活性基团，分子中含有一氯均三嗪和硫酸乙烯砜两种不同类型的基团，它同时兼备两种活性基团的优点，增强了与纤维的反应活性，因而固色率有很大的提高，其属国产染料，染色成本低，三原色的上染率相近。因此综合上染率及固色率实验结果，选择B-EXFH/D活性深红进行正交实验，确定用B型活性染料对海洋生物活性纤维染色的最佳工艺。

表5 三种活性染料的固色率

4.5正交实验结果

由初步实验可知，固色剂种类及用量，促染剂用量对染色影响较大，因此选择三因素(固色剂种类、固色剂用量、促染剂NaSO4用量)二水平的正交实验测定染料的上染率及固色率，分析各因素对上染结果的影响，如表6所示。

正交表L4(23)，其数据及计算结果见表7。

表6 上染率及固色率因子水平表

表7 上染率和固色率正交实验结果

注：KE1、KE2、RE表示：各因素各水平对上染率的影响；KF1、KF2、RF表示：各因素各水平对固色率的影响

实验分析：极差值RE与RF数值越大，表明各因素各水平对实验结果的影响越大。由表7中的极差值RE可以看出：REA(1.25%)< REB(1.55%)

由表7中的极差值RF可以看出：RFB(0.25%)< RFA(1.55%)

综合正交实验中RE、RF的数值与上染率和固色率结果，固色剂种类选择NaHCO3，促染剂用量选择35 g/L，固色剂用量对上染率与固色率影响均较大，因此选择获得较高数据结果的12 g/L，即可得出B型活性染料上染海洋生物活性纤维的最佳工艺：染料用量1%(o.w.f)，温度70℃，促染剂用量35 g/L，上染时间40 min，固色时间60 min，NaHCO312 g/L。

5 结论

通过应用三类带有不同活性基团的双活性基染料对海洋生物活性纤维进行染色实验和分析得出如下结论：

(1)在汽巴克隆 LS型、FN型和万得B型三类染料中，B型活性染料在海洋生物活性纤维上的染色性能最佳，其中B型活性深红固色率达79.09%；

(2)通过实验研究了盐量、碱剂及碱量对活性染料上染海洋生物活性纤维的上染速率的影响，最终得出B型活性染料这三种影响因素的最佳工艺为：染料用量为1%(o.w.f.)时，温度70℃、促染剂用量35 g/L、NaHCO312 g/L、上染时间40 min、固色时间60 min。该最佳工艺可为企业提供一定的技术支持，为研究工作者进一步研究提供粗浅的理论基础和理论依据；

(3)海洋生物活性纤维是一种新型纤维，基于其某些化学性能和粘胶纤维相似，今后可以从两种纤维的染色性能对比上出发，比较两种纤维用同一种染料上染的差别，以便得到更适合上染海洋生物活性纤维的染料及染色工艺。

[1] 郭肖青，朱平，王新.海藻纤维的研究现状及其应用[J]．染整技术，2006，28(7)：1—4.

[2] 展义臻，朱平，董朝红，郭肖青.海藻酸共混纤维的发展现状[J]. 染整技术，2006，12(28)：8—10.

[3] 秦益民.海藻酸纤维在医用敷料中的应用[J].合成纤维，2003，32(4): 11—13.

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[5] 邢声远.化工产品手册[M].北京: 化学工业出版社，2004.

[6] 郑成辉.活性染料染色过程中影响因素的控制[J].染料与染色，2005，12(6)：22—25.

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[8] 曾军英，汪澜，雷彩虹.FN型活性染料的低盐染色工艺[J].印染，2004，(4)：20—22.

DyeingPropertyofReactiveDyesforViscose-seacellFibers

SunShaochen，ZhangWei

(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387，China)

FN type, LS type and B type reactive dyes which have dual-active groups, were selected for dyeing in this paper. The rates of uptake and fixation were determined by measuring the absorbance of the residuary dye. The volume of salt volume, alkaline agent and alkali effected on the rate of reactive dyeing viscose-seacell fiber were studied by orthogonal experiments，and eventually the best dyeing process was reached.

viscose-seacell fiber; reactive dyes; rate of uptake; rate of fixation; the optimum dyeing process

TS193.63+2

A

1009-3028(2012)03-0009-05

2012-04-16

孙少晨(1990—)，男，天津人，学士。