无机盐对于活性染料上染过程中的作用与影响
刘挺
刘柳
武汉纺织大学化学与化工学院
武汉纺织大学研究生丽源工作站
2018/9/6
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无机盐对于活性染料上染过程中的作用与影响

刘挺1,2,刘柳1,2

(1.武汉纺织大学化学与化工学院  湖北武汉  430073;2.武汉纺织大学研究生(丽源)工作站  湖北松滋  434200)

       摘  要:在活性染料上染棉织物过程中采用多种无机盐作为染色过程中的匀染剂。分别在不同条件下对棉织物进行上染,通过对染色效果的综合考察从而确定最佳的反应工艺。结果表明:柠檬酸钠在300mmol/L,染液PH为9的条件下具有良好的染色效果。

       关键词:棉织物;无机盐;活性染料;染色
 

The effect and influence of inorganic salts on the dyeing process of reactive dyes

Liu Ting1,2,Liu Liu1,2

[1.College of Chemistry and Chemical Engineering  Wuhan Textile University  Wuhan Hubei 430073  China;2.Wuhan Textile University Graduate Student(Li Yuan)Workstation  Songzi Hubei  315600  China]

       Abstract:A variety of inorganic salts are used as a leveling agent in the dyeing process during dyeing cotton fabrics on reactive dyes. Cotton fabrics were dyed under different conditions, and the best reaction process was determined by comprehensive investigation of dyeing effects. The results showed that sodium citrate had good dyeing effect at 300mmol/L and PH of the dye solution was 9.

       Key words:Cotton fabric;inorganic salt;reactive dye;dyeing

 

前  言

       活性染料由于分子结构简单,色泽鲜艳,色谱齐全,染色工艺简单,成本低廉,以及能与纤维发生化学反应,形成牢固的共价键结合等优点,逐渐成为棉织物染色的主要染料[1-3]

       尽管如此,由于棉纤维和染料在染浴中均带负电荷,两者之间的静电斥力使得染料不易吸附于纤维上,从而极易导致染色不匀[4];再加上活性染料自身的水解等因素,导致出现诸如染色过程中染色条件复杂,竭染率和固色率低,染料利用率不高等问题。其中传统的解决方法便是在染色过程中加入无机盐,通过加入无机盐等中性电解质来抑制纤维素的电离,从而减少棉纤维的负电性,以及减少阴离子染料在染色过程中所受的静电斥力,进而使染料上染容易。

       无机盐种类繁多,由于自身性质的不同从而导致活性染料上染过程中上染率、匀染效果的差异。故本实验以氯化钠、山梨酸钠、苯甲酸钠、柠檬酸钠为匀染剂,分别在不同无机盐浓度、染液PH条件下对棉织物染色进行促染,通过对织物的染色效果来判断最佳的染色工艺[5-6]

1.实验

       1.1 设备与原料

       织物:纯棉针织(南通泰慕士服装有限公司)。

       试剂:氯化钠、山梨酸钠、苯甲酸钠、柠檬酸三钠,纯碱均为AR;活性蓝M-2GE(湖北丽源科技股份有限公司)。

       设备:AL104电子天平振荡染色机,U-3310型紫外-可见分光光度计。

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图1  活性蓝M-2GE分子结构式

Fig 1  Reactive blue M-2GE molecular structure

       1.2 棉织物染色

       1.2.1 不同无机盐对活性染色上染速率的影响

       通过讨论同一摩尔浓度下不同无机盐对棉织物上染速率的影响,确定棉织物在上染过程中所需要添加的最佳无机盐,并绘制出不同无机盐在上染过程中其上染率随着时间变化的曲线。同时另外添加一组不加无机盐的空白组来作为对照。其中染色工艺:浴比1∶30;染料用量2%(owf),无机盐浓度100mmol/L,碳酸钠浓度10g/L,染液PH为中性,60℃入染,按照图2,进行染色。通过对染色效果进行对比,筛选出最佳的无机盐。

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图2  染色工艺

Fig 2  Dyeing process

       1.2.2 无机盐浓度对活性染色上染速率的影响

       为了进一步的研究,我们决定在确定一种无机盐作为匀染剂后继续用这种无机盐,并在不同浓度下进行染色实验,通过讨论不同摩尔浓度的无机盐对上染速率效果的影响,从而确定无机盐的最佳浓度。

        1.2.3 PH对活性染色上染速率的影响

       在确定一种合适浓度的无机盐作为匀染剂后,在此基础上调节染液的PH值,在不同的PH下进行上染实验,以确定最佳的染液PH。

       1.3 性能测试

       上染率用紫外-可见分光光度计,分别在最大吸收波长处测定染色前后染液吸光度,按照式(1)计算上染率E。

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       式中,A0-染色前染液吸光度;A1-染色残液吸光度。

2.结果与讨论

       2.1 不同无机盐对活性染色上染速率的影响

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图3  不同无机盐条件下棉织物的上染速率

Fig 3  Dyeing rate of cotton fabric under different inorganic salt conditions

       从图3中可以看出所有实验组的上染率随反应时间的延长均呈现出先增大、到一定值后维持稳定不变的趋势,其中染色0~10min内上染率增长最快,之后缓慢增长;染色30~40min后上染率趋向于平衡。其中,加入柠檬酸钠的实验组上染率最大。

       相比较于对照组,加入无机盐的实验组上染率均有较大提高,这是因为纤维素纤维在溶液中带有较多的负电荷,与带负电的活性染料在染色过程中会产生静电排斥,从而阻碍染料上染纤维,因此上染率与匀染性均降低。

       然而加入无机盐后,一方面电解质中的钠正离子,可吸附在带负电荷的纤维表面,通过降低纤维的负电荷,从而降低染料与纤维间的斥力,这样有利于染料向纤维靠拢而上染;另一方面无机盐的加入,可提高染液的离子强度,增强染液中染料的活度,从而有利于染料从染液向纤维内扩散,降低染料与纤维间的斥力,进而提高上染速率。通过对上染率的综合考虑,应选择柠檬酸钠作为匀染剂。

       2.2 不同浓度的柠檬酸钠对活性染料上染速率的影响

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图4  不同浓度的无机盐对活性染料上染速率的影响

Fig 4  Effect of different concentrations of inorganic salts on the dyeing rate of reactive dyes

       从图4中可以看出,棉织物的上染率随着柠檬酸钠浓度的增加而增大,但当柠檬酸钠浓度达到300mmol/L后,棉织物上染率尽管随柠檬酸钠浓度的增加而有所增加,但整体上变化并不太大。

       这可能是因为在一定程度上,随着柠檬酸钠浓度的提高,溶液离子强度的增强,在某种程度上会加速染料离子和纤维素离子之间的反应,但当电解质浓度过高时,却会使得更多的染料在溶液中发生聚集乃至可能最后生成沉淀,这样的结果反过来进一步阻碍了染料与棉纤维之间的结合,从而导致棉织物上染率并未随染液中柠檬酸钠浓度的增加而有太大的增加。

       考虑到高浓度的无机盐会造成生产成本的增加以及难以降解,从而造成环境污染等多种因素,因此在达到较好染色效果的前提下,应尽量选择较低浓度的无机盐作为匀染剂。因而,柠檬酸钠的浓度为300mmol/L左右较为合适。

       2.3 染液PH对于织物上染率的影响

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图5  各组的上染率

Fig 5  Dyeing rate of each group

       从图5的曲线中可以看出,在不同PH值的染液下,织物的上染速率在0~10min内迅速上升,随后较缓慢地升高,最终在30~50min达到稳定;其中当染液PH为9时上染率的值最高。

       这可能是因为:PH值对染料和纤维素的反应具有较大影响,提高染液PH值,使得染液中-OH浓度提高,在一定条件下-OH能使得棉纤维溶胀,从而使得棉织物能够拥有更多的空间来吸附染料分子,进而提高染料对棉织物的上染率;但当PH超过一定值时,由于溶液中过量的-OH虽然可以提高染料和纤维素纤维的反应速率,但与此同时同样会提高染料的水解速率,从而导致染料对纤维素纤维的上染速率降低。因此,综合考虑染液PH应该定为9。

3.结论

       (1)在棉织物活性染料染色过程中,无机盐通过降低纤维表面的电负性,从而有利于提高活性染料的上染率,在相同条件下,柠檬酸钠具有更好的匀染效果。

       (2)在一定范围内,活性染料对棉织物的上染率随无机盐浓度的提高而有较大的增长,但当达到一定浓度后,上染率并不随无机盐浓度的增加而出现明显的增加,考虑到高浓度的无机盐不易降解,因此在保证染色效果的前提下,无机盐浓度不宜过高。

       (3)PH值对染料和纤维素的反应具有较大影响,适当提高染液PH值能够提高棉织物对染料的上染率;但当PH超过一定值时,由于溶液中过量的-OH会提高染料的水解速率,从而导致染料对纤维素纤维的上染速率降低。因此,染液PH应该定为弱碱性。

 

参考文献:

[1]连素梅,罗忻,李朋等.棉纤维微观结构及其性能概述[J].中国棉花,2018(4).

[2]杭彩云.棉织物上水解活性染料的解吸研究[J].染整技术,2016,38(12):42-46.

[3]武素丽等.棉纤维改性与无盐染色[J].印染,1999,(3):40.

[4]张永金等.棉纤维活性染料无盐染色理论研究进展[J].印染,2001(8):22.

[5]章杰.纤维素纤维用活性染料技术进展[N].纺织导报, 2007(4):26-29.

[6]张祥.活性蓝M-2GE的合成研究[J].染料与染色, 2013(3):21-23.

 

       本文基金项目:湖北省纺织产业链关键共性技术协同创新中心项目(项目编号52300100308);武汉纺织大学研究生创新团队项目(项目编号523001004)。

 

作者简介:

       刘挺,武汉纺织大学化学与化工学院纺织科学与工程专业2016级硕士研究生,主要从事染整助剂中功能性水性聚氨酯方面的研究。

       2018年4月在期刊《有机硅材料》上发表《多官能有机硅低聚物改性阳离子水性聚氨酯的制备》,并且参与撰写的《硬脂酸单甘酯对聚酯/醚型阴离子水性聚氨酯乳液及胶膜性能的影响》,获得2018年浙江省纺织印染助剂行业第28届学术年会优秀论文奖;先后获珠海华彩奖学金,“润禾杯”研究生学术论坛优秀奖。

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