甲壳素棉混纺织物匀染性研究

甲壳素棉混纺织物匀染性研究

甲壳素是地球上含量较高的生物资源，仅次于纤维素，年生物合成量高达100 亿吨，可以生物降解，废弃物不会对环境造成任何污染。甲壳素纤维是以海洋生物蟹、虾壳体为原料，经过现代高科技加工工艺提取而成，是自然界唯一带正电荷的阳离子纤维。甲壳素纤维具有生物可相容性、生物可降解性、无毒性及良好的抗菌性能等特点，已经被应用于纺织服装行业以及医用卫生材料的生产中[1]。但由于甲壳素成本较高纱线纯纺难度较大，目前大多采用混纺工艺路线，将甲壳素短纤维与其它天然或再生短纤维进行混纺。在棉纤维中混入一定比例的甲壳素纤维，即可提高甲壳素纤维的可纺性，降低甲壳素纤维的成本，又可提高改善棉织物的性能，增加抑菌、防臭等保健性能。但由于棉与甲壳素结构上的差异，染料在这两种纤维上的上染速率不同，很容易造成染色不匀，极大的限制了甲壳素/棉混纺织物的应用范围。本文主要采用醛对甲壳素上的氨基进行保护后染色，染色后再用稀硫酸处理混纺织物去除保护基，从而得到匀染性较高的混纺织物。试验试验材料及仪器原料 甲壳素/棉（5/95）（漂白产品，针织物）（青岛即发集团），甲壳素纤维，甲壳素/棉（12/88）（漂白产品，针织物）（济南海大生物工程有限公司）。试剂 醛（化学纯），磷酸（分析纯）（烟台三和化学试剂有限公司），浓硫酸 （分析纯）（烟台三和化学试剂有限公司），氯化钠 （分析纯），磷酸三钠（分析纯） ，活性染料。仪器 HH 数显恒温水浴锅（江苏省金坛市宏华仪器厂） , X-rite 8400 型爱色丽计算机测色配色仪，SW-8 型耐洗色牢度试验机（无锡纺织机械公司），红外光谱仪，UV－1700 型紫外分光光度计。试验方法氨基保护及去除工艺混纺织物在水中沸煮10－15 分钟后，用清水适当冲洗，然后加入过量的醛在通风厨中反应6－10 个小时，反应完毕取出混纺织物，先用稀乙醇溶液冲洗掉过量的醛[2]，再用清水冲洗为染色作准备。染色后经皂煮的混纺织物，在20－50℃的条件下浸渍到稀酸中处理10－30 分钟，即可去除氨基的保护基团。活性染料染色工艺活性染料染色工艺条件[3][4]见表1表1 活性染料染色工艺染料 染色温度及时间/℃×min电介质用量/g.l-1固色碱剂用量/ g.l-1固色温度及时间/℃×min活性兰X-BR 25×30 Nacl/20 15 40×30活性翠兰KN－G 60×30 元明粉/60 6 60×30活性艳兰KN－R 60×30 元明粉/60 6 60×30活性红K-2G 90×30 Nacl/20 15 90×30活性M－5R 60×30 Nacl/60 15 60×30注：染色浴比1：60，染料对织物重为1%，染色后水洗，用2g/l 的皂粉95℃皂煮10分钟，水洗备用。固色碱剂选用磷酸三钠。上染速率曲线的绘制用紫外分光光度计测定不同染色时间染液的大吸收波长，用大吸收波长测定各染液的吸光度A,则染料的吸附百分率为：算公式：吸附百分率=（1-Ai/A0）×100%其中，Ai----所取染液的吸光度A0----空白染浴的吸光度织物匀染性的测定在织物上任取8 个点在大吸收波长λmax 处测定其表观深度K/S 值，然后计算出平均值及标准偏差Sr，以此来表示染色织物的匀染性。标准偏差愈小，则匀染性愈好。K/S 值测试方法[5]：在X-rite 8400 型爱色丽计算机测色配色仪上按规定进行测试，测试时采用D65 光源，观察角10°。其大小用Kubelka-Munk 公式来表示，即K/S=（1-R）2/2R，R 为大吸收波长处的反射率。相关公式：（ ） Σ==nii KSnK S1/ 1 /（ ）11//12??????? ?=Σ=nK SK SSrnii式中，n 为测量点数。耐洗色牢度测试耐洗色牢度 按GB 3921. 3-1997《纺织品耐洗牢度：试验4》测定，并评定褪色与沾色牢度等级；结果与讨论不同醛保护氨基对匀染效果的影响分别用不同的醛保护氨基，然后经相同的染色工艺用活性染料染色，酸处理去西佛碱，测试混纺织物的K/S 值并计算Sr 值比较不同保护醛对匀染性的影响，结果见表2。表2 用不同醛保护氨基染色后得到的Sr值织物 乙醛 水杨醛 戊二醛 乙二醛 未保护甲壳素/棉（5/95） 0.025 0.023 0.070 0.088 0.064甲壳素/棉（12/88） 0.028 0.025 0.077 0.086 0.070表2 中，用水杨醛保护的织物其匀染性与未经保护织物相比明显提高。而二戊二醛和乙二醛在织物上生成一种黄色难以去除的物质，这可能是多醛与棉生成交联不适用于本方法。综合考虑本试验采用水杨醛做为保护试剂。红外光谱分析用KBr 压片法测定纯甲壳素纤维和经水杨醛保护改性甲壳素纤维的红外光谱，结果见从图2 可以看出，在1629.7 cm-1 处出现新的吸收峰及西佛碱的C=N 的特征吸收峰，在1600 cm-1 和1155 cm-1 处出现苯环骨架的特征吸收峰。与图1 甲壳素的红外光谱图比较说明，上述新峰是由醛与甲壳素发生西佛碱反应所产生的新键引起的，因此可以判断甲壳素的氨基已被醛接枝保护。酸对西佛碱保护基去除效果的影响不同条件下去除氨基保护基的结果见表3。表3 不同条件下去除保护基的结果酸的种类 浓度g/l 温度/℃ 时间/min 现象3 40 20溶液中不断出现纤维屑，溶液变浑浊并有颜色，后澄清从表3 可以看出，硫酸对西佛碱有较好的破坏作用，基本满足试验要求。为防止酸对棉性能的影响，应严格控制酸的浓度和反应温度。磷酸也能去除西佛碱，但磷酸对甲壳素纤维有很强的降解作用，溶液中出现的纤维屑就是磷酸降解的作用，因此不能使用磷酸作为保护基去除剂。纯甲壳素纤维经水杨醛保护后，用3g/l 硫酸在40℃处理20 分钟后，用KBr 压片法测定其红外光谱图，结果如图4 所示。图4 去除西佛碱后甲壳素的红外光谱图从图4 可以看出，用硫酸脱去西佛碱后甲壳素的红外光谱图与图1 相比变化不大，这说明西佛碱已完全脱去。改性对匀染效果的影响经水杨醛改性后，织物用不同活性染料染色其Sr 值见表4。混纺织物用水杨醛保护，经活性染料染色后，用稀硫酸去除保护基后测得不同织物的K/S 值，并计算出Sr 值。由表4 可以看出，经水杨醛处理的混纺织物其匀染性明显提高，基本上也能满足染整加工的需要。同时通过不同染料种类比较发现X、KN、M 型活性染料染色后所得织物的匀染性都较好，而用K 型活性染料染色得到的混纺织物匀染性较差。这可能是较高的染色温度使改性甲壳素与棉吸收染料的速率相差较大所致。表4 活性染料染色后不同织物的Sr值织物活性兰X-BR活性翠兰KN－G活性艳兰KN－R活性黄M－5R活性红K-2G甲壳素/棉（5/95） 0.060 0.044 0.056 0.061 0.083改性甲壳素/棉（5/95） 0.021 0.018 0.030 0.020 0.065甲壳素/棉（12/88） 0.082 0.068 0.077 0.086 0.142改性甲壳素/棉（12/88） 0.029 0.025 0.034 0.026 0.甲壳素/棉混纺织物指标检测混纺织物经水沸煮10 分钟后，加入过量的水杨醛常温反应10 小时，根据1.2.2 活性染料染色工艺用活性兰X－BR 进行染色，染色后用3g/l 的硫酸在40℃浸泡20 分钟后，测试成品的各项指标。测试所得成品的染色匀染性和色牢度等性能，如表5 所示。表5 染色织物指标检测摩擦牢度织物 匀染性（Sr） 水洗牢度干摩 湿摩抑菌率/%改性甲壳素/棉（5/95） 0.019 4～5 4～5 4～5 80改性甲壳素/棉（12/88） 0.022 4～5 4～5 4～结论（1）用水杨醛改性后的甲壳素/棉混纺织物，低温型和中温型的活性染料染色匀染性有显著改善，但高温型活性染料的改善尚不理想。（2）在甲壳素/棉混纺织物改性及保护基去除佳工艺为：95℃溶胀织物10min，然后加入过量的水杨醛反应10 小时，充分水洗，用活性染料染色皂煮水洗后，用3g/l 硫酸40℃处理20min，后水洗烘干。