丝素处理棉织物活性染料染色热力学和动力学研究

姜秀娟，王 炜

（1.东华大学，上海201620；2.山东丝绸纺织职业学院，山东 淄博255300）

丝素主要成分是蛋白质，与人体皮肤相容性好，是一种具有保健功能的纺织原料。近年来，有关丝素的应用研究非常广泛。在纺织领域，将其进行一定水解处理后可作为织物整理剂用于织物的抗皱、改善吸湿性等整理。丝素整理剂对棉的整理作用主要是抗皱［1］。活性染料是棉织物染色的主要染料，经丝素整理后的棉其活性染料染色特性表现如何是本文探讨的主要问题。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

实验材料：真丝废绸，纯棉漂白府绸。

实验仪器：P－AO立式小轧车；722N分光光度计；HH－4数显恒温水浴锅；Datacolor600电脑测色配色仪。

1.2 实验方法

1.2.1 丝素整理剂制备

废丝脱胶→氯化钙溶胀（摩尔比为1∶8∶2的氯化钙∶水∶乙醇溶液，55℃，45min）→过滤→酸水解（70℃，3h）→碱中和。

1.2.2 整理工艺

工艺处方：（o.w.f）

丝素肽：5%［2］；水溶性聚氨酯（PU）：7%；三乙醇胺：0.3%；柔软剂：1%；渗透剂：0.4%。

工艺流程：

室温浸轧（二浸二轧，轧余率100%）→烘干（80℃，3min）→焙烘（130℃，2min）→热水洗（95℃左右，5min）→冷水洗→烘干（100℃，2 min）。

1.2.3 染色工艺

活性红 YD—3B：2%（o.w.f）；醋酸：3mL／L；浴比：1∶20；温度：60℃；时间：60min。

1.2.4 上染率测定

用722N型分光光度计在染料最大吸收波长处分别测定染色前后染液吸光度，计算上染百分率。

1.2.5 K／S值的测定

染色后经水洗、皂洗、晾干后的织物，在Datacolor600电脑测色配色仪上测定在染料最大吸收波长处的K／S值。K／S值的大小表示织物的颜色深浅，K／S值越大织物颜色越深，单位重量织物上所带染料量越多。反之，则颜色越浅、染料量越少。

2 结果与讨论

2.1 整理后棉活性染料染色热力学研究

2.1.1 活性染料上染量标准曲线

染料的标准工作曲线可以表征染深值K／S与单位质量纤维上染料量的对应关系，是染色热力学和染色动力学研究的有用工具。以染料活性红YD—3B按照1.2.3的实验方案进行染色，用分光光度计在最大吸收波长处（实验测得活性红YD—3B的最大吸收波长为540nm）测试染后上染率并计算出纤维上染料量（mg／g）。实验结果如图1所示。

图1 活性红YD－3B上染量标准曲线

2.1.2 染色热力学研究

配制不同浓度的活性红YD－3B，分别在35℃和65℃下对整理后的棉织物进行染色，为保证染色达到平衡，染色时间3h，醋酸用量3mL／L。染色后，测试平衡上染百分率，绘制吸附等温线，如图2所示。

通过图2（a）可知，当［D］s增加时［D］f也随之相应地增加，当增加到一定值时，［D］f不再增加，达到一定的饱和值。由图2（b）中可看出二者倒数大致呈线性关系，基本符合Langmuir吸附模型。可见整理后的棉织物上引入了丝素上的—NH2，在酸性条件下形成了—NH＋3，形成染座，可对活性染料阴离子进行定位吸附，当染座被占完之后吸附量不再增加。以等温公式q＝q0×k×c／（1＋k×c）（q0为最大吸附容量）对两种温度下吸附等温线模拟，发现35℃时，吸附常数为0.0658L／g，饱和吸附量为17.94mg／g；65℃时，吸附常数为0.0501L／g，饱和吸附量为15.61 mg／g。从数据分析可知随温度的升高Langmuir吸附常数和饱和吸附量均降低。热力学计算得到染色焓为－2.317kJ／mol，ΔH＜0，即说明丝素整理剂处理后的棉织物对活性红YD－3B的吸附是一个放热过程，符合一般的染色规律。

2.2 染色扩散动力学研究

染色动力学是研究染色上染速率及上染所经历的过程，即研究染料的传递和反应特征［3］。染料在纤维内部的扩散通常是染色过程中的控速步骤，由染料和纤维的性质决定，并随温度、浓度、电解质加入等外界条件的变化而变化。通过扩散动力学的研究，可以判断改性后棉织物染色性能的改变［4］。

2.2.1 染色速率曲线

染色速率曲线是染料在纤维上扩散性能的表征，是研究染色动力学的重要工具。曲线的斜率表示染料的上染速率。图3为在35℃和65℃时的整理后和未整理棉织物染色速率曲线图。

图3 整理后棉染色速率曲线

由图3可以看出，整理前后的织物染色初始上染率都较高，随着时间的延长曲线逐渐平缓，上染逐渐达到平衡。染色初始阶段染液和纤维上染料浓度差最大且整理后的棉上染座空位多因而造成初始上染率都较高。整理后棉比原布染色初始上染率稍高，这可能是由于初始阶段酸性条件下纤维与染料之间的静电力作用较强而引起的；在染色后期同样温度下原布的上染速率逐渐高于整理后棉，这可能是因为附着于棉纤维表面的丝素上—NH＋3对染料的静电引力阻碍染料进一步向棉纤维内部的转移。

由图3中还可以看出，同样温度下整理后的棉酸性条件下染色的平衡上染率较常规全盐染色要低，说明单纯靠丝素整理剂整理实现无盐染色效果不十分理想，可能是因为单纯靠丝素引入的氨基数量有限。

2.2.2 半染时间

半染时间（t1／2）是指达到染色平衡时纤维上所吸附的染料量的一半时所需要的时间。通过染色速率曲线可以来测定染色半染时间的值。

表1 整理前后织物在不同温度下活性YD－2B染色半染时间

通过表1中估算的半染时间值可看出，相同温度下，整理后棉的染色半染时间比原样染色的小；不同温度下同类棉织物染色半染时间随温度增加而减小，这说明整理前后的棉织物染色速率都随温度的提高而加快。

3 结语

丝素整理剂整理的棉织物可以在酸性条件下不加盐的情况下用活性染料染色，其染色吸附机理较符合Langmuir吸附模型，且该吸附过程是一放热过程。染色动力学研究表明，染色后期的扩散速率较常规染色变慢，且平衡上染百分率比原棉常规染色低。

［1］张晓丽，韩晓建，等.丝素整理剂用于棉织物防皱整理的研究［J］.安徽农业大学学报，2011，38（4）：100—103.

［2］焦林，王雪燕.棉织物的丝素防皱整理［J］.印染，2003，25（7）：6—7.

［3］宋心远，沈煜如.活性染料染色［M］.北京：中国纺织出版社，2009.

［4］孙燕.活性染料交联改性剂的合成及应用［D］.上海：东华大学，2003.

［5］张广传.聚乳酸纤维面料染整工艺探讨［J］.山东纺织科技，2008，49（5）：21—23.