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胶原蛋白-PVA复合纤维的染色性能

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胶原蛋白-PVA复合纤维的染色性能胶原蛋白-PVA复合纤维的染色性能 第17卷第6期 2007年12月 皮革科学与工程 EATHERSCIENCEANDENGINEERING Vo1.17.NO.6 DeC.2007 文章编号:1O04—7964(2OO7)O6--0031--05 胶原蛋白一PVA复合纤维的染色性能 杨璐铭,李芸,张小燕,陈武勇, (皮革化学与工程教育部重点实验室(四川大学),四川成都610065) 摘要:研究了直接大红染料4BS,弱酸性普拉红2B-E,活性大红K-2BP对胶原蛋白一PVA复合纤维染色性能的影 响.结果...
胶原蛋白-PVA复合纤维的染色性能
胶原蛋白-PVA复合纤维的染色性能 第17卷第6期 2007年12月 皮革科学与工程 EATHERSCIENCEANDENGINEERING Vo1.17.NO.6 DeC.2007 文章编号:1O04—7964(2OO7)O6--0031--05 胶原蛋白一PVA复合纤维的染色性能 杨璐铭,李芸,张小燕,陈武勇, (皮革化学与工程教育部重点实验室(四川大学),四川成都610065) 摘要:研究了直接大红染料4BS,弱酸性普拉红2B-E,活性大红K-2BP对胶原蛋白一PVA复合纤维染色性能的影 响.结果表明,由于胶原蛋白的存在提高了复合纤维的染色性能.三种染料对复合纤维的上染率分别达到了 97.73~//oo(直接大红染料4BS),94.85(弱酸性染料),80.69%(活性染料),高对PVA纤维的上染率22.77 (直接染料),15.83~//oo(弱酸性普拉红2B-E),12.67(活性大红K-2BP),耐皂洗牢度均达到了5级.证明了蛋白质 成分的存在可明显改善复合纤维的染色性能. 关键词:染色;胶原蛋白;PVA;复合纤维 中图分类号:”IS512文献标识码:A DyeingPropertyoftheCollagen—PVAComplexFiber YANGLu—ruing.LJn,ZHANGXiao—yan,CHENW—yong (KeyLaboratoryofLeatherChemistryandEngineering(SichuanUniversity), Ministry0fEducation.engdu610065,ina) Abstract:Theresultofthedyeingtothecollagen—PVAcompositefiberindic atesthedyeabilityof thedirect—reddye4BS,weak—aciddye3B-Eandreactive-redK一 2BP,onthecompositefiberare obviouslybetterthanthePVAfiber;therateofdye-uptakereached97.73fordirect-reddye 4BS,94.85forweakaciddyestuffand80.69forreactivedyestuff,buttherateofdye-up— taketoPVAfiberisonly22.77fordirectdyestuff,15.83fordirect—reddye4B Sand 12.67forreactive-redK-2BP;thefastnesstosoapingreached5grade.Itisprovedthatthe proteincompositioninthecompositefibercanobviouslyimproveitsdyeability. Keywords:dyeing~collagenprotein;polyvinylalcohol;compositefiber 胶原蛋白/PVA复合纤维是由从生皮中提取出 来的胶原蛋白与聚乙烯醇在一定条件下共混并经湿 法纺丝而成.胶原蛋白复合纤维中含有1O, 35的胶原蛋白和9O,65一定相对分子质量 的聚乙烯醇和其他组分口].该复合材料既具有天然 蛋白质的特性如可生物降解性,生物相容性和富含 收稿日期:2007—07—12 基金项目:科技部国际合作重点项目(项目编号 OO3O8O5419OO6) 第一作者简介:杨璐铭(1982一),女,硕士研究生. *通讯联系人:wuyong.chen@163.coin 氨基酸等,又具备聚乙烯醇的优良成膜性,成纤性及 良好的力学性能,从而赋予了复合纤维优良的吸湿 性,导湿性,抗皱性,使复合纤维轻柔,光滑,强度高 并具有良好的舒适性能,优良的触感.根据胶原蛋 白的化学成分,可以用直接性染料,酸性染料以及活 性染料对其进行染色.本文主要对直接性染料,弱 酸性染料以及活性染料在染色过程中各因素条件对 胶原蛋白/PVA复合纤维染色性能的影响进行了深 人的探讨和详细的研究. 1实验部分 32皮革科学与工程第l7卷 1.1主要材料 胶原蛋白/PVA初生复合纤维[?. 1.2实验试剂 直接大红染料4BS,,弱酸性普拉红2E,,活 性大红K_2BP,,活性红x_SB,,活性黄K—RN,均为 工业级,石家庄爱尔达化工有限公司. 1.3实验仪器 501型超级恒温水浴器,上海实验仪器厂有限 公司;紫外分光光度计UV-2501PC,日本SHI— MADZU;SartoriusBSll0S电子天平,北京赛多利 斯天平有限公司. 1.4实验方法 取2g复合纤维于规定染浴中,升温至规定温 度,按规定时间染色.各材料以试样质til-N基. 直接染料染浴配方:试样2g 染料,1 平平加O(g/I)O.02 浴比,5O 弱酸性染料染浴配方:试样,2g 弱酸性染料,2 平平加O(g/I),0.3 浴比,5O 活性染料染浴配方:试样,2g 活性染料,2 硫酸钠(g/I),30 浴比,5O? 1.5上染率测定 采用残液法引,用紫#F/可见分光光度计,与空 白染液作参比,分别测定空白染液和残液的吸光度 (Ao,A1),按E一(1一A1/A0)×100,计算 上染率. 1.6活性染料固色率的测定(洗涤法) 按所制定的处方计算2g试样需要的染化料数 量?并称量好两份完全相同的染料(染料要精确称 取,两份相差不大于0.0004g),分别配制A,B两个 相同的染浴,放人同一水浴中. A染浴不加入试样,但其操作均按B染浴规 定.当B染浴中的试样开始皂煮时,也向A染浴加 入相同数量的皂粉,经15min后取出A染浴并冷 却至室温,然后冲稀至一定体积,在其最大吸收波长 处测其吸光度A一. B染浴加入试样,按规定条件染色.染毕取出 试样水洗,皂煮(皂粉2g/I,93~95?,15min,浴 比25:1),水洗(用少量的水洗多次至不掉色为 止).然后将洗涤液,皂煮液与染色残液合并,冲稀 至一定体积,在其最大吸收波长处测其吸光率 (AB). 固色率计算: X—ABVs/AA*100%固色率一(100一 X) 式中;X一染色残液(包括洗涤液,皂煮\液)中 的染料量,以占总量的百分率表示; 一 A染浴冲稀后的体积; A一一A染浴冲稀后的吸光度; 一 B染浴冲稀后的体积; A—B染浴冲稀后的吸光度. 1.7耐皂洗牢度的测定[3] 皂洗液组成:合成洗涤剂为4g/I,NaCOa为1 g/I;皂洗条件:温度6O?,时间30min.参照 GB3921--83方法,用灰色样卡评定沽色牢度. 2结果与讨论 2.1直接染料对复合纤维的染色性能 直接染料是分子中含有磺酸基或羧酸基等水溶 性基团,能直接溶于水,并能直接上染纤维素纤维和 蛋白质纤维的一类染料.直接染料的优点是色谱齐 全,染色简便,价格便宜.最大缺点是染色牢度尤其 是湿处理牢度较差,因此生产上一般要进行固色后 处理,以提高其牢度.直接染料可用于纤维索纤维, 蛋白质纤维,聚酰胺纤维等多种纤维的染色,但因其 染色牢度较差,目前主要用于粘胶纤维,蚕丝制品的 染色r引.胶原蛋白/PVA复合纤维由聚乙烯醇和胶 原蛋白组成,纤维中含有一定的羟基,所以,对直接 性染料有较高的上染性. 2.1.1温度,时间对上染率的影响 由图1和表1可知,初始上染率速较快,5min 后,随着染液中染料浓度的降低和纤维的上染色位 置减少,染料的上染速率明显降低.在染色过程中, 当温度高于3O?以后,随着染色温度的提高,染料 的上染率,上染百分率均明显呈大幅度提高.这说 明染色时较高的温度有利于染料吸附或结合到复合 纤维l二. 第6期杨璐铭,等:胶原蛋白一PVA复合纤维的染色性能33 1.. 95 9o e5 \eO 萎75 }?7. 65 . 55 时间/rain 图1直接大红4BS上染率与上染时间 Fig.1UptakerateVsdyingtimeofsubstantive4BS 表1染色温度对直接大红4BS上染性能的影响 Tab.1Influenceoftemp.ondyingpropertyof4BS 1)上染时间为40rain. 2.1.2电解质对上染率的影响 图2NaC1用量对上染率的影响 Fig.2Influenceofconc.ofNaCIondye-uptake 从图2可以看出,当NaC1的用量小于8g/I 时,中性电解质对直接染料上染胶原蛋白一PVA复 合纤维有明显的促染作用.这是因为复合纤维中含 有一定的胶原蛋白,在中性染浴中带有一定的负电 荷,对染料中的磺酸基具有一定的排斥作用,而中性 盐的加人降低了这种排斥作用,所以上染率明显提 高_4].但当NaC1的用量大于8g/I后,上染率反而 略有下降.这是因为随NaC1浓度的增加,染料在 溶液中的聚集度增加,所以上染率反而下降[引. 2.2弱酸性染料对复合纤维的染色性能 2.2.1温度,时间对上染率的影响 弱酸性染料对复合纤维具有较大的亲和力,从 图3可知,在弱酸性(pH值为5)条件下,弱酸性普 拉红3B-E的初始上染率很快,与直接大红染料4BS 较为相似. 时蛳/min 图3弱酸性普拉红3BE上染率 Fig.3UptakerateVsdyingtimeofweak-aciddye3B-E 2.2.2pH值对上染率的影响 复合纤维中含有大量的蛋白质成分,染液pH 值不同,纤维上氨基,羧基的离解程度不同,使纤维 所带电荷的性质和数量不同,导致染料对纤维的上 染百分率和上染速率不同.从表2可知,在酸性条 件下,弱酸性染料普拉红3B-E的上染百分率及染 色深度明显很高,但在弱碱性条件下,该染料的上染 百分率及染色牢度较差,这说明在酸性条件下,纤维 与染料的结合能力较好. 表2染色pH值对弱酸性普拉红3BE染色性能的影 响J Tab.2InfluenceofpHondyingpropertyof3B-E, 1)上染时间为40rain. 2.3活性染料对复合纤维的染色性能 活性染料是分子中含有活性基团(又称反应性 基团)的水溶性染料.染色时,在适当的条件下,活 性基团能与纤维素纤维上的羟基,蛋白质纤维及聚 酰胺纤维上的氨基等发生反应形成共价键结合,使 染料成为纤维大分子上的一部分,故活性染料又称 反应性染料.活性染料具有色泽鲜艳,色谱齐全,应 用简便,价格低廉,匀染性好,染色牢度优良等优点, 可用于纤维素纤维,蛋白质纤维,聚酰胺纤维的染色 和印花,具有特殊活性基团的活性染料还可用于聚 酯纤维的染色.因此,活性染料在印染工业中占有 皮革科学与工程第17卷 很重要的地位.但活性染料也存在一定的缺点,染 料在与纤维反应的同时,也能与水发生水解反应,从 而导致染料的利用率较低.胶原蛋白/聚乙烯醇复 合纤维中既有羟基又有氨基,研究活性染料对于胶 原蛋白/聚乙烯醇复合纤维的染色性能具有重要意 义. 2.3.1同种活性染料在不同酸碱条件下的比较 选用活性红K-2BP按表3所示的酸碱条件下 进行染色实验,对不同酸碱条件下染色试样的测试 结果见表4. 表3活性染料在不同酸碱条件上染胶原蛋白一PVA复 合纤维的 Tab.3DyjI.gprocessofreactivedyeindifferentpHregion 表4不同酸碱条件下染色性能比较 4DyingresultsofreactivedyeindifferentpHregion 胶原蛋白一PVA复合纤维用活性染料染色时, 对酸碱具有良好的稳定性.在酸碱性不同的条件下 染色,其皂洗牢度差距不大,这是因为该复合纤维分 子中含有羟基,羧基,氨基等极性基团,因此既可以 在酸性条件下染色又可在碱性条件下染色[6].活性 染料一般由活性基团,亲水基团以及染料母体组成, 其中亲水基团一般由磺酸钠盐,羟基,氨基等组成, 而磺酸基对染料的亲水性有重大的贡献.根据染料 结构的不同,染料上所具有的磺酸基团数目也不同, 我们将染料简单的用D-B-R来表示[7].活性染料 与胶原蛋白/PVA复合纤维结合的方式有两种:一 是与胶原蛋白活性氨基酸共价键结合,二是与聚乙 烯醇组分中残留的羟基共价结合,且以前者为主【钔. 蛋白质多肽链中的氨基在弱酸性条件下吸附质子, 产生正离子,从而与活性染料形成库仑力,吸附活性 染料,使活性染料上染,反应式为: 一’? 式中,I)-R表示活性染料,P表示多肽链.在 中性或碱性条件下,多肽链中的氨基能与活性染料 中的活性基团[9删反应形成共价键,从而使活性染 料在蛋白质中发生固着B1]. 2.3.2纯碱用量的影响 选用纯碱作为胶原蛋白一PVA复合纤维染色的 固色剂.染以后把色时纯碱用量一般在4,6g/i, 在大批生产时染色浴比往往比较小,纯碱用量可在 此基础上略为增加即可,即使染深色,纯碱用量也不 宜超过10g/i,因为过高的纯碱用量会导致含乙烯 砜基的活性染料水解,染色深度和染料利用率反而 ? 降低引. 50 如 甜 3o 匿 20 24661012’4 c/(g/I.) 图4纯碱浓度与固色率’ Fig.4InfluenceofconP..ofNa2COsrater?ed 1):染料用量2%,Na2S0430g/L,染色时间30min 由图4可以看出,在同一染料的不同品种之间 也存在着差异.本实验中活性红.X-SB固色率高于 活性红K一2BP,这是因为在碱性条件下该复合纤维 中可与活性染料反应的基团有一NHz和一O一,而X 型活性染料与一NH反应几率大于K型活性染 料[5].由于不同活性染料的活性基团不同.,它们对 胶原蛋白一PVA复合纤维的固色率也存在差异. 2.3.3温度的影响 第6期杨璐铭,等:胶原蛋白一PVA复合纤维的染色性能35 8O 7O 60 50 ,40 n 30 2O 1O O1O2O30405o 时f~/min 图5活性黄K-RN上染率曲线 Fig.5UptakerateVSdyingtimeofreactivedyeK-RN 表5染色温度对活性黄K-RN染色性能的影响 Tab.5InfluenceoftemperatureonthepropertyofK-RN 由图5以及表5可知,活性染料上染胶原蛋白/ PVA复合纤维时,染料上染速率较低,提高温度可 使染料上染速率加快,上染百分率提高,在较高温度 下染料与纤维的反应速率加快,固色率提高,染色深 度增加.但在高温碱性染液中活性染料很容易水 解,因此纯碱用量较多时温度不能太高,否则染料水 解,上染百分率,固色率则会受到影响_3]. 2.4胶原蛋白/PVA复合纤维与PVA纤维染色性 能比较 为进一步验证复合纤维具有较好的染色性能, 本实验同样采用以上三种染料对PVA纤维进行染 色,作对比试验.从表6可知,复合纤维的染色性能 明显优于PVA纤维,证明了蛋白质成分的存在可 明显改善复合纤维的染色性能. 表6复合纤维与PVA纤维的染色性能比较’ Tab.6Differenceofdyeingpropertiesbetweencompositefiberand PVAfiber 1)染色温度8O?,上染时间4Omini2)皂洗后基本为原色 聚乙烯醇纤维的染色性不好,染色时间长,色泽 浅,不鲜艳.由于湿法纺聚乙烯醇纤维吸收染料速 度慢.聚乙烯醇纤维缩甲醛化度对染色性影响大, 缩甲醛度越高,给色量越低,其原因是纤维中能与染 料结合的羟基减少.而胶原蛋白的加人明显改善了 上染速率和染色性能. 3结论 (1)直接性染料对胶原蛋白一PVA复合纤维具 有较高的上染率.且随着温度的提高,上染率提高, 7O?时上染率达到97.73.NaC1对直接大红 4BS有明显的促染作用,但用量不应大于8g/I. (2)弱酸性条件下,弱酸性普拉红3B-E对胶原 蛋白一PVA复合纤维的上染率很快,上染率高;在弱 碱性条件下,该染料的上染率及皂洗牢度较差. (3)活性红K一2BP染料上染胶原蛋白一PVA复 合纤维时,染料上染率较低,提高温度可使染料上染 率提高;用活性红K一2BP染色时在酸碱性不同的条 件下染色,其皂洗牢度差距不大. (4)三种染料对复合纤维的染色性能明显优于 PVA纤维,证明了蛋白质成分的存在可明显改善复 合纤维的染色性能. 参考文献: [1]陈武勇,林云周.金属离子改性的胶原蛋白一聚乙烯醇复 合纤维及其制备方法[P].中国专利,ZL200510020909. [2]金咸穰.染整工艺实验[M].北京:纺织工业出版社, 1993.76——80. [3]霍瑞亭,连清平.大豆蛋白纤维染色性能的研究[J].纺 织,2004,25(5):1O4—107. [4]程万里.直接染料对棉和大豆纤维的染色性能比较[J]. 染料与染色,2004,(8):194—196. [5]黄小华,程群,张岚,等.大豆蛋白纤维染色性能探讨 [J].纺织,2004(5):101—103. [6]扈丙正,李贵劝,宋玉香.活性染料染大豆蛋白纤维工艺 [J].印染,2002,(5):14—15. [7]张勇金,张波兰.棉纤维活性染料无盐染色理论研究进展 [J].印染.2001,8;47—49. [8]方雪娟.大豆纤维结构与染色性能的关系[J].毛纺科技. 2002,(6):21—22. [9]宋小平.染料制造技术[M].北京:科学技术文献出版社, 2001.527—624. [1O]余颖,庄源益,辛宝平,等.脱色剂与活性染料的分子间 相互作用[J].南开大学,1999,32(3);14O一145. [11]奚柏君,钱红飞,李旭明.再生蛋白纤维的结构与染色性 能[J].毛纺科技.2005,8:41--43. [12]唐人成,王华杰,梅士英,等.活性染料对大豆纤维的匀 染性能[J].印染,2004(1):3—6.
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