蛋白质改性粘胶纤维染整工艺研究

2013-12-20杨天乔

中原工学院学报 2013年5期

杨天乔，吴华，汪青

（1.东华大学，上海200051；2.杭州万事利丝绸科技有限公司，杭州310021；3.中原工学院，郑州450007）

粘胶纤维属于再生纤维素纤维，是一种优良的纺织原料，其服用舒适性早已被大家接受和认可.随着科技的不断发展，各种新型功能性粘胶纤维不断开发成功，也进一步拓展了粘胶纤维的应用市场［1－2］.

丝素蛋白是天然的高分子蛋白，富含18种氨基酸，其中亮氨酸可以加速细胞的新陈代谢；丝氨酸、苏氨酸可减缓皮肤老化；色氨酸、酪氨酸能吸收紫外线，且大量的亲水基团（－OH、－COOH、－NH）使其具有良好的吸湿和保温性能以及抗微生物性能，与皮肤的亲和性好.因此，以丝素蛋白为原料开发的各种含丝素蛋白的复合材料和服用面料，具有棉、麻、化学纤维的亲肤性、高吸湿性、抗静电性、伸缩性、蓬松性、抗皱性等优良特性，丝素蛋白的这些优良特性迎合了新世纪人类的绿色消费观念［3－4］.

蛋白质改性粘胶纤维含丝素蛋白，是采用化学方法将蚕丝废丝、蚕丝下脚料以及从丝绸精炼废液中回收的蚕丝蛋白与粘胶共混，经湿法纺丝、缩醛化处理制成的蚕丝蛋白／粘胶纤维［5］.本文选用Anozol中温型活性染料，对染整工艺进行了研究.

1 试验

1.1 材料和仪器

织物：含丝素蛋白的粘胶纬编针织物（粘胶长丝由新乡白鹭化纤集团有限责任公司提供）.

染料：安诺素活性蓝E－3G，安诺素活性红E－2BE（安诺其化工有限公司）.

仪器：721型红外可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司），Datacolor SF600X型电子测配色仪（Datacolor公司），SW－12（L）耐洗色牢度试验机（莱州市电子仪器有限公司），Y571L耐摩擦牢度试验机（莱州市电子仪器有限公司），YG065顶破强力机（莱州市电子仪器有限公司），LCK—800纺织品毛细效应测试仪.

1.2 染整工艺

试验流程：前处理（煮漂—浴法）→水洗→除氧酶处理→水洗→染色→皂煮→水洗→染色性能测试.

1.2.1 前处理工艺处方

Na2CO3：xg／L；

30%H2O2：y mL／L；

Na2SiO3：2g／L；

H95：1.5g／L；

氧漂稳定剂：1g／L；

浴比：1∶30；

处理温度：85～90℃；

处理时间：60min.

1.2.2 除氧酶处理工艺条件

除氧酶UTA－636：2g／L；

浴比：1∶30；

处理温度：35～40℃；

1.2.3 染色工艺条件

图1 染色工艺曲线

（1）工艺处方：活性染料（o.w.f）：2%；

元明粉：xg／L；

无水碳酸钠：yg／L；

浴比：1∶30.

（2）工艺曲线（如图1所示）：

1.3 性能测试方法

1.3.1 前处理效果测试

全国192家医疗机构26 011例创伤性颅内损伤患者的药物利用分析 …………………………………… 谭建霞等（24）：3441

（1）毛细效应测试.用LCK－800纺织品毛细效应测试仪测试前处理后织物的毛效值.

（2）白度测试.用Datacolor测配色分光仪测试处理后织物的白度，采用D65光源和10°光源.

（3）顶破强力测试.用YG065顶破强力机在温湿度分别为20℃和65%，隔距为20mm，速度为100mm／min，修正系数为1的条件下测试织物的顶破强力，测试3次，取平均值.

1.3.2 染色性能测试

（1）上染百分率.按处方配置标准染液，用移液管取一定量的染液在容量瓶中用蒸馏水定容稀释一定倍数.在721型分光光度计上测定标准染液的最大吸收波长λmax，并测定该处标准染液的吸光度E0.染色后，将染色的残液同时也稀释相同倍数后，在最大吸收波长处测定残液的吸光度E1，按下式计算上染百分率（%）：

上染百分率＝（1－E1／E0）×100%

（2）表观深度K／S值.用Datacolor SF600X电子测配色仪测定，选择D65光源和10°视角.

（3）染色牢度.耐摩擦色牢度参照GB／T3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定；耐洗色牢度参照GB／T3921.1—1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》测定.

2 结果与讨论

2.1 织物前处理效果

图2 Na2CO3用量对白度的影响

图3 Na2CO3用量对毛效的影响

图4 Na2CO3用量对顶破强力的影响

为了考察Na2CO3和H2O2在织物前处理中的作用和适宜用量，在其他因素相同条件下，分别用不同量的Na2CO3和30%的H2O2对织物进行前处理，前处理效果测试结果如图2－图4所示.由图2、图3、图4可知，在H2O2用量不变的情况下，随着Na2CO3用量的增加，H2O2的分解速度加快，纤维上的污垢和少量的浆料和杂质被除去，毛效和白度随之增大，但H2O2的部分分解物也会对纤维造成损伤，故强度有所下降；而Na2CO3用量进一步增大后，工作液的碱性增强，H2O2不稳定，分解速度过快，无效分解增多，对白度增加无益，反而增大了纤维的损伤，使强度进一步下降［6］.故综合以上因素，Na2CO3用量以1.5g／L较为适宜.

在Na2CO3用量不变（1.5g／L）的情况下，分别用不同量的H2O2对织物进行前处理，前处理效果测试结果如图5－图7所示.

由图5、图6、图7可知，在Na2CO3用量不变的情况下，随着H2O2用量的增大，织物的白度和毛效都不断增加，但顶破强力不断下降.这是因为在碱性不变的条件下，随着H2O2用量的增大，单位时间和体积内H2O2的分解产物增加，毛效和白度也随着增加；同时对纤维造成的损伤也随之增大，使强度不断下降.故H2O2用量以7mL／L为宜.

图5 H2O2用量对白度的影响

图6 H2O2用量对毛效的影响

图7 H2O2用量对顶破强力的影响

2.2 织物染色性能

2.2.1 除氧酶对织物染色性能的影响

由于前处理配方中含有H2O2，故经前处理后的织物上可能含有残留的H2O2，染色时会造成纤维及染料的氧化，影响织物的染色性能.因此，通过除氧酶处理来研究处理前后织物染色性能的变化.

为了研究适宜除氧酶作用的pH值和用量，在其他因素不变的条件下，分别改变工作液的pH值和酶用量，将处理后的织物用安诺素活性蓝E－3G染色，并测试其染色性能，结果如图8－图11所示.

图8 不同用量酶处理对织物上染率的影响

图9 不同用量酶处理对织物K／S的影响

由图8、图9可知，织物经过除氧酶处理后，上染率和K／S值都得到了提高.同时，在其他因素不变的条件下，随着除氧酶用量的增加，织物的上染率和K／S值也随之增大，但达到一定用量后，虽然单位时间和体积内除氧酶的浓度增加，但织物上残余的H2O2几乎已被完全分解，故织物的染色性能不会再随之提高.因此，除氧酶的用量以2g／L为宜.

图10 不同pH值下酶处理对织物上染率的影响

图11 不同pH值下酶处理对织物K／S值的影响

除氧酶可以将H2O2分解成水和氧气，对纤维和染料几乎无影响.由图10、图11可知，在pH＝7时，将处理后的织物染色，上染率和K／S值最大；而当pH＜7或pH＞7时，织物的染色性能都会随之下降.分析可知，除氧酶在中性条件下活性最大.

2.2.2 元明粉用量对染色性能的影响

利用活性染料对织物染色时，为了提高染料的上染百分率，通常需要加入一定量的中性电解质进行促染.在染色时间、固色温度及碱用量等相同的条件下，考察元明粉用量对染色性能的影响.测试结果如图12、图13及表1、表2所示.

图12 元明粉用量对织物上染率的影响

图13 元明粉用量对织物K／S值的影响

表1 不同元明粉用量下安诺素活性蓝E－3G的染色牢度

表2 不同元明粉用量下安诺素活性红E－2BE的染色牢度

丝素蛋白中含有较多的氨基、巯基、羟基等，这些基团都能与活性染料反应形成共价键，有利于染色性能的提高.由图12、图13可知，随着元明粉用量的增加，织物的上染率和K／S值都增加，但达到一定值后，增长趋势变缓.其原因是染色时元明粉的加入可以促进染料分子对纤维的吸附扩散，但元明粉用量过大反而会引起染液中染料的聚集沉淀，影响染料的充分扩散和渗透，不利于纤维染色性能的提高.

由表1、表2可知，无论是摩擦牢度还是耐皂洗牢度，基本上都是随着元明粉用量的增加而降低，且耐皂洗牢度低于摩擦牢度，褪色牢度低于沾色牢度.但从整体上看，织物的染色牢度等级都达到较高水平.综合以上因素，元明粉用量以15g／L为宜.

2.2.3 碱用量对染色性能的影响

碱是活性染料染色过程中一种重要的固色剂，它可以提高染液的pH值，使纤维素阴离子的浓度迅速增加，与染料结合形成共价键，从而提高固色率.安诺素活性染料以纯碱为固色剂较宜.不同碱剂用量下，织物染色性能测试结果如图14、图15及表3、表4所示.

由图14、图15可知，当不加入Na2CO3时，织物的上染百分率和K／S值都很低，但随着Na2CO3用量的增加，两者也随之增加，达到一定值后，增长趋势变缓甚至可能会有所下降.这是因为加入碱剂后，纤维与染料的结合增多，当碱剂浓度过高时，染料的水解速率增大，反而不利于织物染色性能的提高.

图14 Na2CO3用量对织物上染率的影响

由表3、表4可知，3种织物的染色牢度基本上都随着Na2CO3用量的增加而降低.因为随着Na2CO3用量的增加，虽然吸附在纤维上的染料和纤维分子共价键的数目增加，但染料的水解量也随之增加，染料更易从纤维上转移到溶液中，因而降低染色牢度.从整体水平上看，织物的染色牢度等级都达到较高水平.综合以上因素，Na2CO3用量以10g／L为宜.