作者:高洁等   来源:   发布时间:2022-12-06   Tag:   点击:
[麻进展]高碘酸钠氧化亚麻短纤维染色工艺探讨

  :本文研究高碘酸钠氧化亚麻短纤维染色工艺的特点,分析了高碘酸钠浓度?食盐和碳酸钠用量?固色时间对染色性能的影响?结果表明:氧化后的亚麻短纤维其上染速率低于未氧化亚麻短纤维?在工艺参数为高碘酸钠浓度5g/L?食盐30g/L?碳酸钠10g/L及固色时间30min时,氧化亚麻短纤维的吸尽率?固色率和色饱和度指标最佳,满足染色成本低?综合性能好的要求?

关键词:高碘酸钠亚麻短纤维染色工艺

 

亚麻是真正的草本植物,经过加工处理后的纺织品彰显了可持续发展的环保理念,是最具发展潜力的产品之一?在崇尚时尚感和现代感的潮流下,消费者倍感自然和舒适?因此,亚麻制品充满着健康的风格,低调又不失高贵?在亚麻原料中,大约有65%~75%的是短纤维?短纤维主要是在生产加工过程中产生的,比如在栉梳机梳理打成麻的工序中产生的机器短麻或是开松机?粗梳机工序后获取的降级麻或是在加工打成麻的过程中得到的一粗和二粗短麻?与长麻比较,亚麻短纤维的麻屑和其他杂质含量较高,短纤维混合交叉在一起,长度?细度及强度等级都不同,所以短麻的利用和改性比长麻难度更大?程友刚?刘艳等[1]用丝胶蛋白处理氧化后的亚麻纤维,使亚麻变得柔软,易吸湿,抗折皱性提高,并且使纤维表面达到了真丝般的成效?赵兵?张峰等[2]采用HBP-NH2对氧化纤维素进行接枝,主要研究了其无盐染色性能和抗菌性能?对伯羟基的氧化,近年来,TEMPO共氧化剂氧化体系被应用的较为频繁,该体系反应条件比较缓和,反应过程也相对简单[3]?Chang[4]首次选用该氧化体系对纤维素等水不溶性葡聚糖进行氧化,得出了令人满意的结果:产率很高,伯羟基几乎被完全的氧化?Saito[5]研究了用该体系对天然纤维素进行氧化,Isogai[6-9]也应用此氧化体系对纤维素材料进行了研究?纺织方面,Liu[10]以高碘酸钠氧化棉纤维合成双醛纤维素为桥梁与壳聚糖反应,制备了一种新型棉纤维,经过处理后,棉纤维表面有能够承载和控制释放中药,因此这种新型纤维成为了药物释放的载体?本文对煮练后的亚麻短纤维用高碘酸钠进行选择性氧化,在纤维素大分子上引入醛基,利用醛基可以将其转变为其它的官能团,开发亚麻短纤维的功能和用途,并通过染色工艺的研究改善产品的应用性能,为染色工序提供理论依据?

1实验部分

1.1材料及试剂

亚麻短纤维:齐齐哈尔克山金鼎亚麻有限公司高碘酸钠(分析纯):天津市科密欧化学试剂有限公司食盐(分析纯):长春化学试剂厂碳酸钠(分析纯):西安化学试剂厂活性橙HRF-150%:上海科颜化学制品有限公司?

1.2仪器及设备

HH-SII6数显水浴锅:金坛华峰仪器有限公司Y802K快速烘箱:莱州电子仪器有限公司FA1004电子分析天平:上海上平仪器公司WSD-Ⅲ测色仪:北京康光仪器有限公司?

1.3亚麻短纤维氧化处理

称取一定质量的亚麻短纤维至于棕色锥形瓶中,加入预先配好的高碘酸钠溶液,避光氧化处理相应时间,得到氧化的亚麻短纤维?将氧化后的亚麻短纤维于0.1mol/L的丙三醇溶液中浸泡45min,用去离子水充分洗涤,然后置于空气中晾干,放入干燥器中,待恒重称其质量[11]?

1.4色饱和度的测定

对染色后的亚麻短纤维采用WSD-Ⅲ测色仪测定其色饱和度,用D65(相关色温约为6500K的平均昼光)的标准照明体,照明及测试条件为o/d垂直/漫射),测试孔口径为Φ22/6mm,标准观察者:10°视场?

2.1高碘酸钠浓度对染色性能的影响

高碘酸钠是氧化性很强的一种氧化剂,虽然可以对亚麻短纤维进行改性,但对纤维的损伤也很大,因此,高碘酸钠浓度的确定很重要?一般采用对氧化后纤维进行染色,通过吸尽率?固色率以及断裂强度的综合指标来衡量高碘酸钠的用量?表1高碘酸钠浓度对吸尽率?固色率及断裂强度的影响

1 高碘酸钠浓度对吸尽率、固色率及断裂强度的影响

 

从表1中数据可以看出,高碘酸钠的浓度为5g/L时,吸尽率和固色率都达到最大但是当高碘酸钠的浓度达到6g/L时,经过染色处理后亚麻短纤维的断裂强度明显减小,即可纺性降低,纤维呈现较糟乱的状态且在对短纤维进行皂煮的过程中,纤维几乎完全的断裂,呈现碎末的状态,说明氧化过度?因此,为探究氧化后亚麻短纤维的最佳染色工艺,选用高碘酸钠的浓度为5g/L为宜?对未氧化和氧化的亚麻短纤维进行染色,工艺处方:染料用量:2%(o.w.f.)?NaCl30g/L?Na2CO310g/L?染色时间120min?浴比130?温度60℃?对其上染速率进行对比,并绘制其上染速率曲线,见图1?

 

1 未氧化与氧化亚麻短纤维上染速率曲线

由图1可以看出,在染色过程相同条件下,亚麻短纤维和氧化亚麻纤维随着时间的延长,染料的上染百分率逐渐的增大加盐促染后上染速率急剧增加而碱固色后上染百分率逐渐上升?当染色90min左右,上染率趋于平缓?这是因为在中性或碱性体系中亚麻纤维素分子上的羟基易电离,纤维带负电荷,由于活性橙HRF-150%分子上带有阴离子基团,在接近亚麻纤维界面时,活性橙HRF-150%分子受到纤维所带电荷斥力的影响,因此在染色的最初15min内上染速率曲线比较平缓加入食盐后,在钠离子的屏蔽下,染料向纤维表面游离时所受的斥力减弱,染料由染浴向纤维表面转移的倾向增加[12],因此加入食盐后平衡上染百分率增加明显?另外,活性染料与纤维素大分子反应,主要是靠染料分子上的活性基团与纤维素葡萄糖环上的伯羟基反应,形成共价键牢固地固定在纤维分子上,而高碘酸钠对亚麻短纤维的选择性氧化只发生在仲羟基?由图1可知,氧化后的亚麻短纤维其上染速率低于未氧化亚麻短纤维?这是因为氧化后纤维上的部分羟基转变为醛基,与活性染料可反应的羟基数目减少,因此,从上染速率上来说氧化后的亚麻短纤维会比未氧化亚麻短纤维低?此外,亚麻短纤维在前处理漂白工艺中,漂白剂会使纤维发生非选择性的氧化,也会减少可反应的伯羟基的数目?

2.2食盐的用量对吸尽率?固色率及色饱和度的影响

采用活性橙HRF-150%2%(o.w.f.),按照K型活性染料染色工艺对氧化后的亚麻短纤维进行染色实验?活性染料的直接较低,一般中性电解质食盐的用量较高,主要是提高活性染料的直接性和上染百分率?亚麻短纤维的纤维素在碱性染液中带负电荷,食盐的促染效果非常显著?食盐成本较低,但用量过大会造成染料的色泽鲜艳度及溶解性降低?调整食盐的用量,染色后氧化亚麻短纤维的吸尽率?固色率以及色饱和度的变化见图2?图3?

 

2 食盐用量对吸尽率和固色率的影响

 

3 食盐用量对色饱和度的影响

由图2可以发现,食盐能明显的加快活性染料染色的染色效果,主要是为了提高染料的吸尽率,因此,随着盐浓度的增加,吸尽率逐渐增加,但达到30~50g/L时,吸尽率趋于平缓的趋势,而固色率则是呈现先增大后下降的趋势?当食盐的用量达到30g/L时,固色率达到最大?由图3可以看出,色饱和度随着食盐用量的改变则呈现先增大的趋势,20g/L之后,则逐渐的降低?也就是说食盐对纤维内染料有促染作用,而对外观上的颜色则没有明显的影响?综合考虑吸尽率?固色率和色饱和度指标,食盐的用量30g/L为最佳?

2.3碳酸钠的用量对吸尽率?固色率和色饱和度的影响

活性染料固色pH值一般以10~11较合适?一般根据活性染料活性基反应性的不同,选用碱剂的碱性强弱也不同,同时也随固色速率而定?通过实验测定,碱性大小对活性染料和亚麻短纤维反应的影响较大?本研究采用碳酸钠做固色剂,可维持染液pH值在10.5左右,有利于提高匀染和透染效果?染色后氧化亚麻短纤维的吸尽率?固色率以及色饱和度的变化见图4?图5?

 

4 碳酸钠用量对吸尽率和固色率的影响

 

5 碳酸钠用量对色饱和度的影响

由图4?图5可知,碳酸钠的用量对活性染料染色的吸尽率和固色率都有较大的影响,随着碳酸钠浓度的增加,吸尽率和固色率都有增加,而色饱和度当碳酸钠用量达到8g/L以后,随着碳酸钠的用量增加而逐渐的增大,碳酸钠对染料进去纤维有固色的作用,因此,当碳酸钠的用量增加时,亚麻短纤维的颜色也逐渐的加深,因此色饱和度也逐渐的增加,但就成本和环境上考虑来说,碳酸钠用量选10g/L为宜?

2.4固色时间对吸尽率?固色率及色饱和度的影响

 

6 固色时间对吸尽率和固色率的影响

 

7 固色时间对色饱和度的影响

固色时间是影响染色性能的一个重要因素?采用活性橙HRF-150%2%(o.w.f.),按照K型活性染料染色工艺对氧化后的亚麻短纤维进行染色实验?实验方案:纯碱10g/L,食盐30g/L,固色温度90℃,浴比130?染料残液稀释至50mL,然后取出10mL50mL量瓶中,稀释至50mL测吸光度,而标准染液则先稀释至50mL,再移取5mL50mL量瓶中,稀释至50mL测吸光度?染色后氧化亚麻短纤维的吸尽率?固色率以及色饱和度的变化见图6?图7?从图6和图7中可以看出,随着固色时间的延长,吸尽率先增大,达到20min后吸尽率的变化比较平缓而固色率则呈现先增大后减小的趋势,固色时间达到30min时固色率达到最大色饱和度随着固色时间的延长呈现先增大的趋势,达到30min后变化比较平稳?因此,综合分析,固色时间30min为最佳选择?

3结论

高碘酸钠氧化亚麻短纤维的最佳浓度为5g/L?由于氧化处理使纤维上的羟基发生了一定的性能改变,因此,氧化后的亚麻短纤维的上染速率低于未氧化亚麻短纤维的上染速率?由不同因素的实验研究发现,氧化后的亚麻短纤维的染色条件为:食盐30g/L,碳酸钠10g/L,固色时间30min,染色综合性能好,纺纱时粘色少,保证在棉纺设备上纺制的技术要求?

 

参考文献

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2]赵兵张峰林红,等HBP-NH2接枝氧化麻织无盐染色性能[J].天津工业大学学200827(5):83-85.

3]许云辉陈宇岳林红.氧化纤维素的研究进展发展趋势[J].苏州大学学(工科版),200626(2):1-6.

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文章摘自:高洁,崔莹,诸葛学静,佟潇.高碘酸钠氧化亚麻短纤维染色工艺探讨[J].染料与染色,2022,59(05):47-50.


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