大豆蛋白/酪素蛋白/聚乙烯醇共混纤维的酸性染料匀染染色

曹机良，曹 毅，边亚敏，郭雪健

(河南工程学院材料与化学工程学院，郑州450007)

双蛋白纤维由大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维及聚乙烯醇共混而成[1]，它集聚了大豆蛋白纤维和牛奶蛋白纤维的优点，同时又减弱了大豆蛋白纤维白度低、黄度高的缺陷，且双蛋白纤维可与其他纤维混纺或交织，得到的面料深受欢迎，作为一种具有资源和性能优势的新型再生蛋白质纤维，在家纺、服饰和假发等领域将具有极大的发展前景。

前人的研究结果[2－3]和本课题组前期研究结果表明，弱酸性染料和中性染料可用于双蛋白纤维的染色，同时发现双蛋白纤维的氨基含量高于同一规格的大豆蛋白纤维，用弱酸性或中性染料染色双蛋白纤维时，染料在纤维上的吸附速率较快，易出现染色不匀。针对这一突出的问题，本课题组采用不同类型的缓染剂添加到染浴中，探讨了不同类型缓染剂对染色性能的影响。

1 试验

1.1 材料与仪器

材料:1.50 dtex双蛋白纤维散纤维(河南濮阳天元蛋白纤维有限公司);弱酸性深蓝5R(市售);合成单宁(拓纳化学)，平平加O(工业品)，β-环糊精(国药集团化学试剂有限公司);氯化钠、醋酸、醋酸钠(化学纯，市售)。

仪器:TU-1800紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器);Color-Eye 7000A测色仪(美国X-rite公司)。

1.2 染色方法

染色处方:酸性深蓝5R 1%，氯化钠10g/L，匀染剂xg/L，醋酸和醋酸钠缓冲溶液调节染液pH 5，浴比1︰40。40℃入染，以2℃/min的速度升温至90℃，不同时间取点测定染色残液吸光度。

1.3 测试方法

1.3.1 上染百分率的测定

染色溶液在TU-1800紫外可见分光光度计上测定其吸光度，按下式计算上染率E:

式中:A0、A1分别为染色原液、染色残液的吸光度。

1.3.2 颜色特征值

试样的表观色深 K/S值和L、a、b、C、H 值在Color-Eye 7000A测色仪上测定，采用D65光源和10°视角，每个试验测量4次，取平均值。

1.3.3 织物染色匀染性

在织物上任意取10个点，测定其K/S值(测试条件同 1.3.2)，K/S 值的平均值及其标准偏差Sr的计算公式为:

标准偏差Sr数值越小，表示匀染性越好。

2 结果与讨论

2.1 合成单宁的影响

2.1.1 合成单宁的缓染作用

图1为染浴中添加不同质量浓度合成单宁时，合成单宁质量浓度对酸性深蓝5R染色双蛋白纤维升温上染速率的影响。由图1可知，不加合成单宁时，40℃入染，升温至50℃的5 min染色时间内上染百分率超过50%;在20min的时间内当染色温度升至80℃时，染料的上染百分率达到90%以上，这时染料在纤维上达到染色平衡。这说明酸性深蓝5R在双蛋白纤维上的初染速率极快，极易出现染色不匀的现象。这是因为本试验中用到的是散纤维，且双蛋白纤维氨基含量较多;又由于酸性深蓝5R含有两个磺酸基，结构较为复杂，故染料对纤维的亲和力较高，染料磺酸基易与纤维氨基形成离子键结合，且染料与纤维之间还存在较强的氢键和范德华力结合。

图1 合成单宁浓度对双蛋白纤维升温上染率的影响Fig.1 The influences ofsynthetic tannin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

加入0.3g/L合成单宁后，酸性深蓝5R染色双蛋白纤维的初染速率大为降低，升温至50℃时上染百分率降至20%以下，下降了近30%，达到染色平衡的时间也由20min延长至30 min左右，染料的最终上染率稍有降低，但并不显著，对最终染色结果影响不大。这是因为合成单宁是芳香磺酸盐化合物[4-6]，在染色的初始阶段，合成单宁的磺酸基负离子可与纤维的氨基结合，且合成单宁与纤维也可以氢键和范德华力结合，但随着染色的进行，染色温度逐渐升高，由于酸性深蓝5R对双蛋白纤维的亲和力高于合成单宁，故吸附在纤维上的合成单宁逐渐从纤维上解析下来重新回到染浴中，而此时染料从染浴中吸附到纤维上。

由图1可知，继续增加合成单宁质量浓度，加入0.5g/L和1.0g/L合成单宁后，酸性深蓝5R在双蛋白纤维上的初染率进一步降低，达到染色平衡的时间延长至45min以上，且随着合成单宁质量浓度的增加，染料的最终上染率随之降低，但即使加入1.0g/L合成单宁后，最终上染率仍保持在90%以上。最终上染率的下降与合成单宁有直接关系，因为染色过程中吸附到双蛋白纤维的合成单宁并不能完全从纤维上解吸进入染液，还有少量合成单宁占据纤维的“染座”，导致纤维的最终上染量降低。

由此说明，合成单宁可作为双蛋白纤维酸性深蓝5R染色匀染剂，加入少量合成单宁可显著降低染料的初染率，虽然最终上染量有所下降，但降低程度不大，在一定的合成单宁质量浓度范围内，不会影响纤维的颜色深度。

2.1.2 合成单宁的匀染作用

表1为合成单宁质量浓度对标准偏差Sr值的影响。由表1可知，随着合成单宁质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的标准偏差Sr值逐渐降低。说明随着合成单宁质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的匀染性逐渐提高。由表1还可知，合成单宁质量浓度达到0.5g/L后，标准偏差Sr值的减小趋势变缓。

表1 合成单宁质量浓度对染色双蛋白纤维Sr值的影响Tab.1 The influence ofsynthetic tannin on Sr value of double protein fibers

2.2 平平加O的影响

2.2.1 平平加O的缓染作用

图2为染浴中添加不同质量浓度平平加O时，平平加O质量浓度对酸性深蓝5R染色双蛋白纤维升温上染速率的影响。平平加O是高级脂肪醇与环氧乙烷的缩合物，属于非离子型表面活性剂，当染浴中加入平平加O后，由于平平加O是一种亲染料型匀染剂，其对染料的亲和力大于染料对纤维的亲和力，与酸性深蓝5R可通过疏水键、氢键等形成聚集体，该聚集体对纤维的亲和力相对较低，但在高温条件下染料可从此聚集体中分离出来而上染纤维，从而达到延缓染料上染纤维时间的目的。由图2可知，染浴中加入0.02g/L平平加O后，酸性深蓝5R上染双蛋白纤维的初染率较对照样大为降低，染色达到平衡的时间也由原来的20 min延长至45 min，且此时染料的最终上染率稍有下降。当染浴中加入0.1、0.2g/L 和0.5g/L 平平加O 时，酸性深蓝5R 上染双蛋白纤维的初染率继续下降，但此时染料的最终上染率下降明显，分别降至86%、76%和62%以下，严重影响了染色织物的颜色深度。这是因为随着平平加O质量浓度的增加，平平加O与酸性深蓝5R形成的聚集体越多，高温条件下一部分染料未能从聚集体中分离出来而上染纤维，故导致染料的最终上染率随着平平加O质量浓度的增加而降低。

图2 平平加O质量浓度对双蛋白纤维升温上染率的影响Fig.2 The influences of Peregal O on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可见，平平加O可作为酸性深蓝5R双蛋白纤维染色匀染剂，但需要严格控制平平加O的质量浓度，否则将导致染色织物的颜色变浅。

2.2.2 平平加O的匀染作用

表2为平平加O质量浓度对标准偏差Sr值的影响。由表2可知，随着平平加O质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的标准偏差Sr值逐渐降低。说明平平加O的加入，有利于染色双蛋白纤维匀染性的提高，尤其是当平平加O质量浓度高于0.1g/L时，染色双蛋白纤维的匀染性提高显著。但从图2也可看出，当平平加O质量浓度高于0.1g/L时，其最终的上染率降低明显。

表2 平平加O质量浓度对染色双蛋白纤维Sr值的影响Tab.2 The influence of Peregal O on Sr value of double protein fibers

2.3 β-环糊精的影响

2.3.1 β-环糊精的缓染作用

图3为染浴中添加不同质量浓度β-环糊精时，β-环糊精质量浓度对酸性深蓝5R染色双蛋白纤维升温上染速率的影响。由图3可知，加入0.3g/Lβ-环糊精后，酸性深蓝5R染色双蛋白纤维的初染率有所下降，但下降程度不如合成单宁和平平加O，不过此时染料的最终上染量与对照样接近;加入0.5g/L和1.0g/Lβ-环糊精后，酸性深蓝5R染色双蛋白纤维的初染率有所下降，但此时染料的最终上染量也降低明显。

图3 β-环糊精质量浓度对双蛋白纤维升温上染率的影响Fig.3 The influences ofβ-cyclodextrin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可见，β-环糊精对酸性深蓝5R染色双蛋白纤维的缓染作用不是非常明显，且质量浓度较多时会造成染料最终上染率的下降。

2.3.2 β-环糊精的匀染作用

表3为β-环糊精质量浓度对标准偏差Sr值的影响。由表3可知，随着β-环糊精质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的标准偏差Sr值稍有降低。说明β-环糊精的加入，对染色双蛋白纤维匀染性的提高不是非常明显，即使β-环糊精质量浓度为1.0g/L时，染色双蛋白纤维的标准偏差Sr值也高达0.954 3。

表3 β-环糊精质量浓度对染色双蛋白纤维Sr值的影响Tab.3 The influence of β-cyclodextrin on Sr value of double protein fibers

2.4 染色织物的颜色特征值

表4为不同助剂质量浓度条件下染色双蛋白纤维的颜色特征值。由表4可知，随着助剂质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的K/S值均有所降低，且降低程度与其最终上染率的趋势基本一致;染色双蛋白纤维的明度L值、饱和度C值均有所增加，而红绿指数a值、黄蓝指数b值和色相角H值稍有降低。总体看来，助剂的加入除了影响染色双蛋白纤维的表观颜色深浅K/S值外，对其颜色特征值L、a、b、C、H的影响不大。

表4 染色双蛋白纤维的颜色特征值Tab.4 The color value of double protein fibers

3 结论

1)合成单宁是双蛋白纤维弱酸性深蓝5R染色较为理想的匀染剂，加入少量即可显著降低染料的初染速率，且对最终上染量影响较小，加入0.5g/L时染色纤维的匀染性提高明显。

2)平平加O对双蛋白纤维弱酸性深蓝5R染色有明显的缓染作用，但少量即可显著降低最终上染量，需要严格控制其质量浓度，但较低质量浓度时其匀染性提高不显著。

3)β-环糊精对双蛋白纤维弱酸性深蓝5R染色有一定的缓染和匀染作用，但效果不是非常显著，且随着其质量浓度的增加最终上染量也会降低。

4)随着助剂质量浓度的增加，染色双蛋白纤维的K/S值均有不同程度的降低，且颜色特征值L、a、b、C、H也有一定的变化，但总体看来助剂的加入对颜色特征值的影响不是很大。

[1]李官奇.一种蛋白质合成纤维及其制造方法:中国，03111814.3[P].2005-08-31.LIGuanqi.The Production Method of a Regenerated Protein Fiber:CN，03111814.3[P].2005-08-31.

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[3]杨旭红.牛奶纤维 Chinon的性能与特征[J].丝绸，1999(1):39-41.YANG Xuhong.The performance and characteristic of Chinon fibers[J].Journal of Silk，1999(1):39-41.

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