牛奶蛋白纤维活性染料染色研究

一 26 一 石 访 甜 技 2007年第 4期 牛奶蛋白纤维活性染料染色研究 陈 英，贾秀平，刘振东 (北京服装学院材料科学与学院，北京 100029) 摘 要：文章通过扫描电镜观察了牛奶蛋白纤维的横截面及纵向表面，分析了纤维吸湿透气的机理；筛选了 Remazol活性染料染色的固色剂和染色工艺，通过正交试验优化了工艺参数。在优化工艺条件下，对 Remazol染 料的提升性及匀染性进行了研究 ，并测定了各项色牢度。结果表明，使用 Remazol染料对牛奶蛋白纤维染色， NaHCO，是比较合适的固色剂；优化工艺条件为，固色温度70℃，固色时间45 min，NaHC03用量20 g／L；染色具有 良好 的提升性 和匀染性 ，摩擦牢度 、皂 洗牢度 、汗渍牢度和 日晒牢度均很好。 关键词 ：牛奶蛋白纤 维 ；活性染料 ；染色 ；固色剂 ；正交试验 中图分类号 ：TSI93．2l 文献标识码 ：A 文章编号 ：1003一l456(2007)04—0026—05 牛奶蛋 白纤维是以牛奶蛋白质与其 它大分子 有机化合物为原料 ，利用生物 、化工、纺织新技术 ， 人工合成的一种全新纺织新材料 。牛奶蛋 白纤 维集天然纤维 (棉、麻 、毛、蚕丝 )和化学纤 维的优 点于一体 ，它不仅具有化学纤维强度 高 、收缩小 、 防霉 、防蛀的品质 ，又具有天然纤维柔软 、亲肤 、 吸湿 、透气 、保温及 良好的悬垂性 ，它是 目前 世界上唯一用酪蛋白制造 的工业化纤 维 ，含有多 达 17种人体所必须的氨基酸 ，因此制成的纺织 品穿 着 舒 适、美 观 、环 保 、健 康 ，可 与天 然 蚕 丝 媲美。 目前市场上的牛奶蛋 白纤维有腈纶基和维纶 基 2种 ，对于它 们的染色性 能研究还 不够全 面。 本主要研究活性染料 (Remazo1)对腈纶基 牛 奶蛋白纤维的染色工艺及染色性能。 1 实验部分 1．1 实验材料 纤维 ：1 牛奶蛋 白纤 维 (织物 )：山西恒 天新 纤维纺织有限公 司；2 牛奶 蛋 白纤维 ：上海正家 牛奶丝服饰有 限公 司；3 牛奶蛋 白纤维 ：黑龙江 嫩江华强牛奶蛋 白纤维有限责任公司。 收稿 日期 ：2006—08—17 作者简介：陈英(1964一)，女 ，教授，北京服装学院，主要从 事新型纺织材料性能和染整新技术的应用研究工作。 染料 ：Remazol金 黄 RGB、Remazol红 RGB、 Remazol蓝 RGB、Remazol藏青 RGB150％、Remazol 碳黑 RGB(Dystar公司)。 药品：无水硫酸钠 、碳酸氢钠 、无水碳酸钠 、磷 酸三钠、磷酸氢二钠 、氢氧化钠 (均为化学纯)，洗 涤剂 、JFC(工业级)。 1．2 实验仪器 ORINTEX电子测色配色 系统 (意大利 )，JSM 一 6360SEM 扫描 电子显微镜 (日本 电子 )，XW — PDR一25×12平动式常温小样机 (中国江苏靖江 市新 旺染 整设 备 厂 )，AATCC皂 洗 牢 度 机 (SDL Atlas有限公司)，SUN3100HS日晒牢度计 (美国)， YG631汗渍色牢度仪(无锡纺织仪器厂)，Y571摩 擦色牢度仪(浙江温州纺织仪器厂)。 1．3 染色 染色 处 方 ：染 料 2％ 或 4％ (owf)，Na!SO 40 g／L，JFC 1 g／L，固色剂 g／L，浴 比 1：50。 皂煮处方 ：洗 涤剂 3 g／L，70 cC，20 min，浴 比 1：50。 其染色工艺①的升温曲线如图 1所示。 1／3盛 2／3越 图 1 染色工艺①的升温曲线 维普资讯 http://www.cqvip.com 2Oo7年第4期 石 访甜技 一 27 一 染色工艺②(Dystar公司推荐工艺)的升温曲 线如图2所示。 图 2 染色工艺②的升温曲线 1．4 测试方法 1．4．1 提升性测定 以染料浓度为 1％、3％、5％和 7％(owf)进行 染色。在 ORINTEX电子测色配色系统上测定染 色织物的 值，按下式计算K／S值： ： 式中， ——有色试样趋于无 限厚的反射率， — — 有 色 物 质 的吸 收 系 数 ，S——散 射 系 数 。 K／S越大，表示颜色越深；K／S值越小，表示颜色 越浅。 1．4．2 匀染性测定 按数理统计原理 ，先选择一点作为点 ，再 在织物上任意取 10个点，测定其色差值 △E ，以 如下计算： 厂 _ - ——一 s=^／1／n∑△E 式中，s——样本标准差。S值越小，匀染性越好。 1．4．3 色牢度测试 织物 耐 摩 擦 牢 度 测 定 ，执 行 GB／T 3920．一 1997，耐皂洗牢度测定 ，执行 GB／T 3921．1—1997， 耐汗渍牢度测定 ，执行 GB／T 3922—1995，耐 日晒 牢度测定 ，执行国标 GB 8427—1998方法 3。 2 结果与讨论 2．1 纤维形态结构分析 图3～图 8为各牛奶蛋白纤维的横、纵切面 SEM图像。由图3～图5可以看出：1 牛奶蛋白 纤维，呈不规则圆形，其中有许多微孔，中间结构 相对比较疏松，边缘部分相对较紧密，形成了皮芯 结构的特点；2 牛奶蛋白纤维的横截面与 1 纤维 相似 ，也呈 圆形，内部有微孔 但 比 1 纤维少 ；3 牛奶蛋白纤维横截面呈腰圆形，结构比1 和 2 纤维致密，纤维边缘 比 1 和 2 纤维圆滑。由 图6～图8可以看到，3种纤维表面都有沟槽，1 、 2 纤维表面相似，沟槽较深而且多，而 3 纤维沟 槽少且表面相对 比较光滑 。这些结构特征与纤维 的组成结构有关，1 和 2 纤维是丙烯腈和酪素接 枝共聚而成的，而 3 纤维是乙烯醇与酪素接枝共 聚而成 。 图 7 2 牛奶蛋 白 纤维纵向表面 图 8 3 牛奶蛋 白 纤维纵向表面 牛奶蛋白纤维良好的吸湿导湿、透气和速干 的特点与其特殊 的结构有关，染色性 也与结构有 关 。初 步实 验发现 ，1 牛奶蛋 白纤 维更 容易染 色 ，论 文研 究 主要 针 对该 纤 维 ，选 用 的 染料 是 Dystar活性染料(Remazo1)。 2．2 染色工艺研究 由耐热性和耐酸碱性研究可知 ：在 60、70、 80℃中性条件下水介质处理，不影响纤维的白 度；50～70℃处理手感较好，80℃处理手感略差； pH值为4～10条件下处理，纤维失重很少，手感 柔软。因此，在研究活性染料染色工艺时主要控 制在 80℃以下和pH值为4～10之间。 圈 l _ l l l 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 28 一 ，玉 劈 甜 妓 2．2．1 固色剂选择 固色是活性染料染色中必不可少的环节，常 用固色剂有 Na2CO3，NaHCO3，Na2HPO4，Na3PO4 等，表 1为4种固色剂及不同用量对染色的影响。 表 1 不同固色剂及用量对染色效果的影响 K／S值 l5．96 NazHP04 pH值 7．6 外观 颜色鲜艳 K／S值 l4．79 Na．HCO3 pH值 8．5 外观 颜色鲜艳 K／S值 2o．39 NazCO3 pH值 9．9 颜 色鲜艳 ， 外观 但略带黄光 有色花 l9．23 8．6 l8．23 10．4 轻微带黄光， 有色花 l8．67 8．2 22．02 8．6 l8．9l 8．4 22．29 8．6 16．34 13．69 lO．6 lO．7 带黄光，带黄光 有色花 有色花 K／S值 15．28 8．48 6．69 6．66 N P pH值 11．3 11．6 11．9 12．0 外观 颜 ’ 注：染科为 Remazol红 RBG 2％(ow1)。 由表 1可知，不同固色剂在染液中的pH值不 一 样，用量不同也对 pH值有影响。当 pH值 <10 时，即当用 Na2HPO 和 NaHCO 固色时 ，得色 鲜 艳 ，颜色比较 纯正 ，手感 柔软，表 面得色较深；pH 值>10时，即当用 Na2 CO 和 Na3 PO4固色时，染色 织物色光发生变化，且有色花现象，这是因为碱性 较强，固色速率过快所致，结合纤维的耐酸碱性 能 ，Na2CO 和 Na3PO 不适 于牛奶纤维染色 时固 色。综合考虑表面得色(K／S值)、染浴 pH值、手 感等，选用 NaHCO ，用量以 10 20 g／L为宜。 2．2．2 染色工艺流程的确定 由表 2可以看出，Remazol红 RGB、Remazol蓝 RGB和 Remazol碳黑 RGB在 2种工艺下染色时， 染色工艺① 比② 的表面得色深，皂洗牢度达到 4—5级；Remazol金黄 RGB和 Remazol藏青 RGB， 工艺①与工艺②染色效果相近，而染色工艺①的 皂洗牢度更好。另外，染色工艺①流程短，能源消 耗少，效率高，所以在工艺优化时，选择染色工 艺① 。 ， 表 2 Renmzol染料在不同染色工艺中的 染色效果(K／S值)比较 2．2．3 Remazol染料染色工艺优化 根据初步实验得知：固色剂用量、固色温度和 固色时间对染色影响较大，因此以该三因素进行 正交试验，用表面深度 K／S值进行评价，同时测 定皂洗牢度，其正交试验表见表3。 从表 3中极差值来看，影响最显著的是固色 温度，其次是固色剂用量和固色时间。对 Remazol 红RGB而言，依次为固色温度、固色时间和固色剂 用量，对 Remazol藏青 RGB而言，依次为固色温度、 固色剂用量和固色时间，但后二者参数的级差值差 异较小，由正交试验得出：Remazol红 RGB的优化工 艺是 固色温度 80 oC，NaHCO 用量 30 g，L，固色时间 60 min；Remazol藏青 RGB的优化工艺是固色温度 80 oC，NaHCO 用量 20 L，固色时间 45 min。 当固色温度 80℃时，织物手感较 硬，相对 于 60℃和 70℃染色效果的差异 ，70℃和 80℃之间 的染色效果相差更小，所以最后选 70℃固色； NaHCO 用量为20 g／L和30 g／L时染色效果接近， 所以从节约角度确定为 20 g，L；时间的选择就低 不就高。由以上分析可得出 Remazol染料染色优 化工艺参数为：固色温度70℃，45 min，NaHCO 用 量 20 g／L。 2．3 Remazol染料染色性能研究 2．3．1 Remazol染料的提升性 由图9可以看到，随着染料浓度的增加，K／S 值增加。Remazol金黄 RGB和红 RGB的提升性曲 线基本一致；染料 Remazol蓝 RGB在浓度为 3％ (owf)以下与 Remazol金黄 RGB和红 RGB提升性 一 致，但大于 3％(owf)时比 Remazol金黄 RGB和 红 RGB的 K／S值高，最后呈水平趋势；Remazol藏 青 RGB的提升性优于前 3种染料。但总体而言， Remazol染料具有较好的提升性。 维普资讯 http://www.cqvip.com 20O7年第 4期 石 访 甜 技 一 29 — 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 染料用量 (％，o-f) l——藏青 RGB 150％ 2—— 蓝 RGB 3—— 红 RGB 4—— 金黄 RGB 图 9 提升性 曲线 2．3．2 匀染性分析 由表4数据可看出，该染料经优化工艺染色 后的 s值较小，说明其匀染性较好。 表 4 Remazol染料 染色均匀性评价 2．3．3 染色牢度测试 表 5为所确定的染色工艺条件下，不同染料 的各项色牢度测试结果。由表 5可看出，Remazol 染料染色的摩擦牢度都在 3 4级以上；皂洗牢度 和耐汗渍牢度均为 4—5级；日晒牢度是 4 ，说明 Remazol染料的染色牢度较好。 表 5 RemaTol染料染 色牢度测试结果 级 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 30 一 石 访 甜 技 20o7年第 4期 3 结论 ①腈纶基牛奶蛋白纤维的内部有微孑L、表面 有沟槽。 ②影响Remazol染料染色的因素有固色温度， 固色时间和固色剂用量。染色工艺①染色效果较 好，其相应的工艺参数为固色温度 70℃，45 min， NaHCO 用量 20 g／L。 ③ Remazol染料在 牛奶蛋 白纤维 染色 中，具 有 良好的提升性和匀染性 。 ④ Remazol染料染 牛奶蛋 白纤维 ，汗 渍牢度 的酸 、碱褪色和沾色均为 4～5级 ；皂洗牢度褪色、 沾色均为4～5级；摩擦牢度在 3～4级以上；日晒 牢度都为4 。 参考文献 ： 姚俊红，刘连军，等．牛奶蛋白纤维混纺弹力纱的开发[J]． 棉纺织技术，2006，31(1)：38—4o． 阎均．酪蛋白纤维及其产品开发[J]．上海纺织科技，2004， 32(6)：49—50． Lnoue M．Protein．containing PAN(acrylic)fiber[J]．Textile Asia，1989，(4)：56—60． 杨旭红．牛奶纤维 Chinon的性能与特征[J]．丝绸，1999， (11)：39—41． 周宏湘．牛奶纤维梦想终于成真[J]．丝绸，1999，(7)：50． 徐燕，李君 ．牛奶蛋白复合纤维的应用性能研究及其产品 开发[J]．毛纺科技，2OO6，(6)：30—33． 韩金春．牛奶蛋白纤维染色性能研究[D]．北京：北京服装 学院 ． Study on dyeing of milk protein fiber with reactive dyestuff CHEN Ying，JIA Xiu—ping，LIU Zhen—dong (School of Material Engineering，Beijing Institute of Clothing Technology，Beijing 100029，China) Abstract：In this paper，the across and longitudinal of milk protein fiber were observed by SEM for analyzed principle of its wettablity and permeability． The fixing agent an d dyeing process of Remazol reactive dyestuff were selected．The process parameters were optimized．Th e building up and leveling prope rties of Remazol dye were studied under the optimi zed conditions． The color fastness Was tested．Th e results showed that NaHCO3 Was seemly fixing agent for Remazol dve．The optimized condition Was 45 min，70 。C，NaHCO3 20 g／L．The building up and leveling property were excelled ．Th e fastness of rubbing ， soaping，perspiration and light all were good． Key words：mi lk protein fiber；reactive dyestuff；dyeing；fixing agent；optimized expe riment t七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 or or 欢 迎 投 稿 or or 欢,W迎Oor 订 阅 彳 。r l譬．1 、．-__‘-，r、'J ,4- 七 七 七 七 欢迎刊 七 士 七 士 士 士 士 冬 士 士 士 士 七 士 七 士 ] ] ] ； ] 1 2 3 4 5 6 7 [ [ [ ； [ 维普资讯 http://www.cqvip.com