阳离子改性腈纶织物的生态染色工艺研究

摘 要：采用壳聚糖对腈纶纤维进行阳离子改性实验，使腈纶纤维带上正电荷。改善了腈纶纤维上染率差等问题，有效提高了腈纶对染料的吸附性能。本文从研究阴离子性的天然染料上染阳离子改性腈纶的角度探讨天然染料上染改性腈纶的可能性，以及确定如何用壳聚糖对腈纶织物进行改性的工艺。

关键词：壳聚糖;腈纶织物;改性;天然染料

腈纶纤维具有与羊毛纤维相似的优点，有弹性，柔软，具有很好的保暖性能。纤维强度在22.1到48.5cN/tex，比羊毛高一倍到两倍。且日晒牢度好，不易被酸性条件腐蚀，抗氧化，但耐碱性能较差[1]。其染色织物具有不易掉色，色彩艳丽等特点。腈纶纤维通常能够代替一部分羊毛进行腈毛混纺，可以大大降低织物的生产成本。但是传统的聚丙烯腈纤维染色用染料及染色方法与羊毛差异过大，腈毛混纺织物的染色存在较大问题[2]。为了解决腈纶和羊毛混纺织物不能用常规方法染色这一问题，所以对腈纶织物进行改性。本文研究了壳聚糖对腈纶纤维进行改性之后与羊毛同浴染色的工艺。

1 实验方法

1.1 壳聚糖改性方法

用3.0%的乙酸水溶液作为溶剂，配制5.0%的壳聚糖乙酸溶液，并加入4g/L的磷酸氢钠，腈纶织物经碱水解后浸渍在壳聚糖乙酸溶液中[3]，浴比为1：20。

采用一浸一轧法：浸渍温度85℃，浸渍时间20min。后用小轧车轧压，轧余率为70%，之后用烘箱80℃下预烘2min，再在140℃下烘培60s，然后用60℃的热水进行水洗，最后100℃烘干，得到壳聚糖改性的腈纶织物。

1.2 靛蓝改性方法

采用浓硫酸对天然靛蓝进行改性，根据丁思佳[4]在植物靛蓝改性及对羊毛的染色工艺中的改性方法：将天然靛蓝与不同体积的浓硫酸进行混合（85℃，2h），再经过稀释、碱中和、盐析、抽滤、洗涤等步骤后，测量不同浓度的浓硫酸对应的最大吸收波长，确定使用浓硫酸的体积。

1.3 染色工艺

将抽滤所得的改性靛蓝加水稀释成浓度为2%（o.w.f）的染料水溶液，加入10%（o.w.f）的（NH4）2SO4，控制染液pH=6，浴比1：50。常温时将织物投入染液，以3℃/min的升温速率将染液温度升到90℃，保温一个小时后水洗晾干。

2 结果与讨论

2.1 腈纶改性壳聚糖浓度对上染百分率的影响

用不同浓度的壳聚糖乙酸溶液对腈纶纤维进行改性，黄冠桥在腈纶壳聚糖改性及其染色性能研究[5]中发现，上染百分率呈现先升高后下降的趋势。这是由于壳聚糖为大分子，在溶液中的溶解度有限，越多的壳聚糖溶解在溶液中会加大溶液的黏度，溶液的黏度越大，越不利于上染百分率的提高，所以上染百分率在4.0%时达到最大，之后开始下降。因此改性腈纶的壳聚糖溶液浓度以4.0%为最佳。

2.2 腈纶改性浸渍温度对上染百分率的影响

随着浸渍温度的升高，染料的上染百分率呈现一种先上升后下降的趋势，在温度约为85℃时上染百分率达到最高。因为这时更多的壳聚糖能够进入腈纶纤维大分子进行反应，温度低于85℃时，大量的壳聚糖中只有一少部分能够进入纤维，其余大部分只能在纤维表面发生反应。温度高于85℃时，壳聚糖与纤维发生的反应减少，上染百分率开始下降。因此浸渍温度85℃为宜。

2.3 腈纶改性浸渍时间对上染百分率的影响

改变浸渍时间，对织物的上染百分率进行研究发现：上染百分率逐渐升高，到30min左右为最高，然后逐渐下降。当浸渍时间为10min时，腈纶表面阳离子基团较少，随着浸渍时间的逐渐增加，腈纶织物上的阳离子基团也逐渐增加，染色效果增强;在30min时织物的阳离子基团数目最多，与染液中异性基团反应的最多;当浸渍时间超过30min之后，纤维上的阳离子基团逐渐被反应，使纤维上与染料阴离子相互结合的阳离子数目减少，上染百分率降低。因此，浸渍时间在30min时为最佳。

2.4 腈纶改性烘培温度对上染百分率的影响

改变烘培温度，对织物的上染百分率进行研究发现：上染百分率随着温度的升高快速增大，当烘培温度为140℃上染百分率达到最大，温度继续升高，上染百分率又很快下降。这是因为只有达到一定温度的条件下，壳聚糖和腈纶纤维才会发生反应，但是温度过高也会损伤纤维。所以，焙烘温度为140℃时，上染百分率最高。

2.5 腈纶改性烘培时间对上染百分率的影响

改变烘培时间，对织物的上染百分率研究发现：随着焙烘时间的增加，腈纶织物的上染百分率逐渐增加，在时间为60s时达到最高，之后逐渐下降。因为反应达到平衡时需要时间，在60s时刚好到达反应平衡，烘培时间过长反而会损伤织物，使之上染百分率有所下降。因此，烘培时间在60s时为最佳。

3 研究进展与展望

3.1 研究进展

由壳聚糖改性后的腈纶织物可被改性天然靛蓝染料染色，并且在上文中讨论了最佳的改性条件。最佳的改性工艺条件：

以浓度为4.0%的壳聚糖乙酸溶液对腈纶织物进行改性，在浴比为1：20的条件下，采用一浸一轧（轧余率70%）后，在80℃条件下烘干120s，之后进行焙烘（时间60s，温度140℃），然后60℃热水洗、烘干。

将改性天然靛蓝染料上染至改性腈纶的原理是因为壳聚糖将腈纶织物上原有的阴离子基团改性成了带有氨基的阳离子基团，而改性天然靛蓝染料分子中（下转第94页）（上接第92页）含有磺酸基等阴离子基团，改性天然靛蓝染料上的阴离子基团与改性腈纶织物上的阳离子基团相结合从而使染料能够上染纤维。

3.2 发展与展望

天然染料的原料都是来自大自然中的各种物质，绝大多数的原料都能够经过一段时间后再生，并且资源丰富。天然染料安全环保，具有大自然芳香气味，且因其对人体无害，无刺激性更深得人们喜爱。相信天然染料即将将会成为染料工业的主流。

腈纶织物因为其性能与羊毛接近也逐渐引起人们重视，但是由于腈綸织物染色困难并不被广泛应用。但是经壳聚糖改性后的腈纶织物含有阳离子基团，可被所有带有阴离子的染料染色，解决了其染色困难的问题。

用天然染料染色的改性腈纶织物，具有天然染料的无刺激性，对人体健康等特点，还有腈纶原本的柔软，蓬松等特点。天然染料与腈纶织物都具有其良好性能，两者相结合必定能在今后的纺织行业中引起足够的重视，满足人们更多的需求，具有很大的发展意义。

参考文献：

[1]蔡再生，纤维化学与物理[M].北京：中国纺织出版社，2009： 265-272.

[2]刘群，丁斌，关昶，王海东，等.活性染料对壳聚糖改性腈纶的染色与动力学研究[J].毛纺科技，2016（5）：41-44.

[3]郝凤岭，丁斌，刘群，等.酸性染料对壳聚糖改性腈纶的染色[J].毛纺科技，2015（06）：56-60.

[4]丁思佳，王建明，宋江彬.天然染料靛蓝改性及对羊毛染色工艺研究[J].毛纺科技，2016.01：33-36.

[5]黄冠桥，周玉莹，董鑫磊，等.腈纶壳聚糖改性及其染色性能研究[J].吉林化工学院学报，2017，34（003）：1-4.

作者简介：

严晓慧（1985- ），女，2011年7月毕业于德国罗伊特林根大学，硕士，工作单位：辽东学院，讲师，研究方向：纺织品功能整理。