基于碱性蛋白酶与铁(II)盐的还原染料上染棉织物

2020-06-19MudnoorChakraborty

国际纺织导报 2020年4期

V. Mudnoor， J. N. Chakraborty

国家技术研究所(印度)

还原染料通常用于棉织物的染色，具有优异的色牢度。还原染料不溶于水，在强还原剂如连二亚硫酸钠(Na2S2O4)和增溶剂氢氧化钠(NaOH)作用下可转化为水溶状态，在此状态下，染料对棉花具有亲和力。被还原的染料扩散至纤维中，并在纤维上原位氧化成不溶状态，保留在织物中。实际使用的Na2S2O4和NaOH的常规用量至少为所需化学计量的4倍。连二亚硫酸盐剧毒，需要寻找环保型非连二亚硫酸盐还原剂替代，如60 ℃下铁(II)盐与葡萄糖酸和NaOH组成的体系，铁(II)盐与酒石酸(或柠檬酸)、三乙醇胺和NaOH在室温下组成的体系。已有研究表明用酶代替Na2S2O4染色可行，有望提高染色技术的环保性。酶的有效性至关重要，尤其是氧化还原和水解类的酶，例如蛋白酶，其已在不同领域得到成功应用，并取得了很好的效果。本文研究碱性蛋白酶与添加剂铁(II)盐的结合对还原和增溶染料的有效性，尝试在还原染料技术中取代Na2S2O4，实现环境友好的工艺。探讨了Na2S2O4和碱性蛋白酶基染浴的还原电位、染料染色强度及稳定性，评估并比较了两种体系不同染料染色的色牢度。

1 试验

1.1 材料

试验材料：经过充分预处理的棉织物、碱性蛋白酶(印度麦普私营有限公司)、Na2S2O4、NaOH、FeSO4、H2O2(30%，质量分数，SDFCL公司)及10种商业还原染料。

1.2 上染棉织物

在特定的染缸和染色温度下，用被NaOH(10%，质量分数)和Na2S2O4(10%，质量分数)还原的染料(1%，相对织物质量的百分数，o. w. f)对棉织物进行染色，冷洗并用过氧化氢氧化，接着皂洗，最后洗涤，此为对照组。在酶还原法中，浴比为1∶25，还原染料浓度为1%～1.5%(o. w. f)，碱性蛋白酶质量分数为1%～10%，FeSO4质量分数为1%～5%，NaOH质量分数为10%～20%，反应温度为90 ℃，反应时间为1 h。织物在该染浴中染色，之后氧化，皂洗和洗涤。

1.3 还原浴的稳定性

用Na2S2O4-NaOH和碱性蛋白酶分别在有和无染料的情况下制备还原浴，保存时间最长为24 h。将染料加入空白还原浴后，分别在放置0，1，2，4，8，12和24 h时对织物进行染色，研究还原浴的稳定性及染料溶液在放置特定时间后的染色效果。

2 结果和讨论

2.1 在Na2S2O4体系中的染色

使用Na2S2O4和NaOH制备10种还原染料(1%，o. w. f)对棉织物进行染色，测试不同染色阶段棉织物的表面色强度、还原电位和pH值。结果表明，平均pH值保持在12.5以上，而浴液的还原电位在染色开始时保持在-860～-810 mV，结束时为-770 ～740 mV。还原橙15、绿1、绿3、红10、棕1、黄2、黑8、黑27、棕3和蓝6这10种染料染色的棉织物K/S值分别为6.8，20.9，10.5，7.9，7.2，10.4，2.1，4.0，8.1和10.9(图1)。这些数据为碱性蛋白酶体系研究的对照值。

用绿1(1%，o. w. f)、碱性蛋白酶(0.25%，质量分数)和NaOH(10%，质量分数)制备碱性蛋白酶还原浴，对织物进行还原染色，既不能在染浴中产生所需的还原电位，织物也不能在60 ℃下吸收任何染料。还原染料要求其还原和染色的还原电位为-1 000～-750 mV。在染浴中加入FeSO4(1%，质量分数)时，虽未达到预期的效果(K/S值为-0.5)，但仍有一定的染色效果。显然，下一步应优化蛋白酶、染料、FeSO4和NaOH的浓度及染色温度，以获得适宜的棉织物表面色强度。通过试验，最终得到优化条件：90 ℃下反应1 h，碱性蛋白酶、NaOH和FeSO4的质量分数分别为1%，20%和4%。随后，用上述10种还原染料在优化参数下对棉织物染色，相应还原染料染色的试样的K/S值分别为6.9，27.3，11.7，6.1，4.2，7.2，2.3，6.1，4.1和5.2(图1)。

图1 棉织物分别在Na2S2O4和碱性蛋白酶还原浴中染色的色强度比较

试验结果表明，尽管橙15、绿1、绿3、黑8和黑27这5种染料在碱性蛋白酶体系中染色所得K/S值相当或大于在Na2S2O4体系染色所得K/S值，但其他染料在碱性蛋白酶体系中染色所得K/S值低于在Na2S2O4体系染色所得K/S值。因此，将染料用量从1%增加到1.5%，图2显示了其K/S值，其中仅蓝6表现出稍低的K/S值。

图2 棉织物分别在Na2S2O4和碱性蛋白酶还原浴中染色的色强度比较

2.2 还原浴的稳定性

2.2.1 无染料的情况

准备并存储了Na2S2O4和碱性蛋白酶体系的空白还原浴，测量其在特定时间的状态，然后用绿色XBN(1%, o. w. f)染色，由所得K/S值评估其稳定性。由图3可知，Na2S2O4体系还原浴在开始时稳定性较好，随着储存时间增加，其稳定性在前4 h逐渐下降，4 h后急剧下降为0；而碱性蛋白酶还原浴的稳定性在第4 h最好，在4～24 h内下降缓慢(图3)。