羊毛纤维无染料显色及拼色

刘 微 微, 崔 永 珠

(大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034)

0 引 言

羊毛织物染色工艺通常采用酸性染料、酸性媒介染料或金属络合染料,但这些染料多属于难以生物降解的有机化合物,染色废水对生态环境造成了严重污染[1]。近年来,研究出一种新的羊毛显色技术,即利用羊毛纤维中所含的色氨酸与苯甲醛衍生物在纤维上发生显色反应而使纤维着色[2]。基于无染料显色理论采用对羟基苯甲醛或3,4-二羟基苯甲醛在酸性条件下可与羊毛织物发生显色反应,织物颜色为黄色色系[3],显色后的织物色牢度良好,残液更容易处理[2],但是可利用的苯甲醛衍生种类较少,颜色过于单一,色系范围狭窄。本实验采用无染料显色与合成染料拼色方法尝试解决这一问题。

1 实 验

1.1 材料与仪器

纯羊毛织物,市售；对羟基苯甲醛,浙江衢州新腾化工有限公司；浓硝酸,分析纯；酸性染料。

CM-3600d型分光测色计；耐水洗色牢度检测仪,无锡纺织厂,SW8A型。

1.2 测试方法

1.2.1 颜色特征值

在标准测色系统下,用分光测色计测定显色样的亮度值L*、彩度值a*、b*及色差值ΔE。

1.2.2 显色均匀性

在处理后的织物上任取10个点测定ΔE,求出平均值,计算ΔE对平均值的标准偏差。用偏差表示织物的匀染性,偏差越小,匀染性越好。

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1.2.3 色牢度

耐洗色牢度参照GB/T 3921.1—1997“纺织品色牢度实验 耐洗色牢度”，耐摩擦色牢度参照GB/T 3930—2008“纺织品色牢度试验 耐摩擦牢度”。

2 实验与讨论

2.1 对羟基苯甲醛显色效果影响因素

2.1.1 反应物用量对显色效果的影响

不同质量分数对羟基苯甲醛溶液与羊毛织物发生显色反应彩度值及色差值的变化如图1所示。可以看出,织物彩度值a*、b*随着对羟基苯甲醛用量的增加而增大,当用量大于0.20%时,织物的彩度值增加幅度趋于平缓。在酸性条件下,对羟基苯甲醛中的醛基发生质子化反应,转变成碳正离子；羊毛纤维中色氨酸的β-吲哚基中的N原子在酸性条件下带正电荷,导致吲哚基的α位反应活性增加,与苯甲醛中的碳正离子发生亲核加成反应,生成物具有较高的化学活性,经氧化反应形成单双建交替排列的共轭双键体系,借此反应达到显色目的。随着反应物用量的增加,对羟基苯甲醛分子不断与色氨酸中的β-吲哚基发生反应,织物的彩度值增大,颜色增深,而羊毛纤维中的色氨酸数量有限,当对羟基苯甲醛的用量达到0.20%后,羊毛纤维中的色氨酸基本耗尽,继续增加反应物用量,彩度值及织物颜色深度也不再发生变化。

图1 反应物用量对显色效果的影响

2.1.2 硝酸用量对显色效果的影响

不同质量分数硝酸处理羊毛织物显色后彩度值及色差值的变化如图2所示。可以看出,随着硝酸用量的增加,织物彩度值a*、b*随之增大,颜色加深,其用量达到2.5%后,彩度值基本不再变化。在酸性条件下,羊毛织物中色氨酸与对羟基苯甲醛发生反应,氧化后生成醌型结构物质,从而赋予羊毛织物艳丽的颜色[4]。随着硝酸用量的增加,经氧化产生的有色物质含量随之增多,当硝酸质量分数为2.5%后织物颜色不再增深并且过高的硝酸用量可使羊毛纤维发生水解[5]。综合考虑,在显色反应中,硝酸质量分数选取2.5%。

图2 硝酸用量对显色效果的影响

2.1.3 反应温度对显色效果的影响

采用75、80、85、90、95 ℃不同的反应温度处理羊毛织物,显色后其彩度值及色差值的变化如图3所示。可以看出,随着反应温度的升高,羊毛织物的彩度值a*、b*有所增加,得色深度增加,并且在90 ℃后颜色变化趋于稳定。这是因为温度提高,有利于羊毛纤维的溶胀,羊毛纤维的鳞片层张开充分,有助于对羟基苯甲醛分子进入纤维的无定形区与其中的色氨酸结合,使显色反应有效进行。同时,升高温度也会提高分子的热运动,使分子运动更剧烈,提高反应速率,但是过高的温度会对纤维的鳞片层造成损害,并增加能耗。所以最适合的温度选择为90 ℃。

图3 反应温度对显色效果的影响

2.2 对羟基苯甲醛与酸性染料拼色

2.2.1 酸性红染料用量对拼色的影响

选取质量分数为0.5%的酸性红染料溶液2、3、4、5、6 mL,分别添加到0.2%的对羟基苯甲醛溶液中,其他工艺条件为:试样1 g,硝酸质量分数2.5%,浴比1∶30,反应时间50 min,温度90 ℃。由表1可知,随着酸性染料用量的增加,织物彩度值a*增大,织物的红光成分显著提高。根据三原色理论,红光与黄光共同作用,可使织物颜色呈现橙光。当加入的染料溶液为5 mL时,织物彩度值a*为35.68,ΔE为67.92；采用1.0%(o.w.f)的橙色酸性染料对织物进行染色后a*为35.92,ΔE为68.71。采用无染料显色方法和酸性染料拼色后的染色效果与单独采用酸性染料的染色效果基本相同,但酸性染料的用量却大幅度降低。选取酸性红染料0.02%(o.w.f)进行拼色。

表1 酸性红染料用量对彩度值a*的影响

2.2.2 酸性蓝染料用量对显色的影响

取0.5%的酸性蓝染料溶液2、3、4、5、6 mL,分别添加到0.2%的对羟基苯甲醛溶液中。由表2可知,随着酸性染料用量的增加,织物彩度值a*、b*显著降低,织物的绿光和蓝光成分提高。根据三原色理论,蓝光与黄光共同作用,可使织物呈现绿光。当加入的染料溶液用量为5 mL时,a*为-14.21,b*为24.86,ΔE为59.78。采用0.8%(o.w.f)的绿色染料对织物进行染色后,织物的a*为-14.92,b*为22.95,ΔE为58.71。所以当酸性蓝染料用量为0.025%(o.w.f)时与显色反应拼色后的效果与单独采用酸性蓝染料颜色效果基本相同,染料用量却大幅降低。

表2 酸性蓝染料用量对彩度值影响

3 显色均匀性与色牢度测试

3.1 均匀性测试

表3为根据公式(1)计算出采用不同着色方法的羊毛试样匀染性测试结果。显色反应处理后的羊毛织物SΔE最小,匀染性优于采用酸性染料染色织物,均匀性效果最好,拼色后SΔE稍有降低,但影响不大。

表3 羊毛试样匀染性

3.2 色牢度测试

无染料显色处理后的羊毛织物干摩擦牢度为5级,湿摩擦牢度为4级,水洗牢度为4级。拼色后的牢度值无明显下降,满足服装用色牢度要求。

4 结 论

羊毛纤维与对羟基苯甲醛显色的最佳工艺条件为:对羟基苯甲醛质量分数0.20%,硝酸质量分数2.5%,温度90 ℃,反应时间50 min。显色后的织物表面颜色艳丽,匀染性好,色牢度高。

采用无染料显色与低含量的酸性染料用一浴一步法进行拼色最佳工艺条件为:酸性红染料0.02%(o.w.f),酸性蓝染料0.025%(o.w.f),对羟基苯甲醛0.2%,硝酸2.5%,温度90 ℃,反应时间50 min。显色后所得织物呈橙红色和绿色,色牢度高,显色均匀性好。

[1] 董永春,韩振邦,高硕雁. 使用芳香醛对羊毛织物的染色方法研究[J]. 四川大学学报, 2008, 40(4):89-94.

[2] 堂ノ脇靖已,藤田祐史. 染料を使わないエコフレンドリー動物繊維着色技術の開発[J]. 福岡県工業技術センター研究報告, 2003(13):5-8.

[3] SUI Yanling, WEI Chunyan, LIU Wenjing, et al. The mechanism and characterization of dye-free coloration on tussah silk based on tryptophan[J]. Advanced Materials Research, 2011, 175/176:656-660.

[4] 堂ノ脇靖已. トリプトファン発色反応を利用した動物繊維の着色における発色生成物の構造解析[J]. 福岡県工業技術センター研究報告, 2002(10):1-4.

[5] 杨可盈,韩雪,刘凇奇,等. 基于芬顿试剂法羊毛织物的苏木染色性能提升[J]. 大连工业大学学报, 2012, 31(5):352-355.

(YANG Ke-ying, HANG Xue, LIU Song-qi, et al. Campeachy wood dyeing properties of wool fabric treated with Fenton reagent[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2012, 31(5):352-355.)