尿素對(duì)亞麻纖維軋染染色性能的改進(jìn)

1、第22卷第1期2005年2月黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)JOURNAL OF NAT URAL SC I E NCE OF HE I L ONGJ I A NG UN I V ERSI TYVol 122No 11February,2005尿素對(duì)亞麻纖維軋染染色性能的改進(jìn)姜憲凱1,孫虹雁1,林瓏1,白續(xù)鐸1,劉景峰2,馮昊2(1.黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院,黑龍江哈爾濱150080;2.哈爾濱亞麻集團(tuán)公司亞麻漂染有限公司,黑龍江哈爾濱150040摘要:利用尿素對(duì)亞麻纖維進(jìn)行改性,以提高其軋染的染色性能和染色深度。對(duì)改性工藝條件如尿素溶液的濃度、微波處理功率及時(shí)間等條件進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過對(duì)改性后的

2、亞麻纖維SE M 觀察和X -ray 衍射分析,探討了改性后亞麻纖維染色性能提高的原因,并對(duì)改性后的亞麻纖維力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。關(guān)鍵詞:亞麻纖維;尿素;改性;染色中圖分類號(hào):TS1021221文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-7011(200501-0074-04 收稿日期:2004-09-10基金項(xiàng)目:黑龍江省科技攻關(guān)計(jì)劃資助項(xiàng)目(GC03A605;黑龍江省教育廳科技資助項(xiàng)目(10541162作者簡(jiǎn)介:姜憲凱(1978-,男,英國利茲大學(xué)理學(xué)碩士,講師,主要研究方向:涂料與染料O 引言隨著生活質(zhì)量的提高,天然纖維生產(chǎn)的綠色生態(tài)服裝越來越受到廣大消費(fèi)者的青睞。亞麻纖維以其良好的衛(wèi)生性能、超強(qiáng)透

3、氣、防腐抑菌、清新自然、粗獷豪放、防紫外線等優(yōu)異性能備受消費(fèi)者喜愛,是國際市場(chǎng)上最受歡迎的紡織品之一。但亞麻纖維染色難的問題一直在不同程度上制約著產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益1。亞麻纖維染色難的主要原因是亞麻纖維的結(jié)晶度和取向度高,染色時(shí)染料滲透困難,上染率低2。為解決亞麻纖維可染性差的問題,國內(nèi)外一直在對(duì)亞麻纖維進(jìn)行改性研究,以提高其上染率。這些研究工作主要包括國內(nèi)有研究人員對(duì)亞麻纖維進(jìn)行丙烯腈接枝的研究3,對(duì)亞麻纖維進(jìn)行N -羥甲基丙烯酰胺接枝及胺化改性的研究4,利用環(huán)氧類季銨鹽、AM 改性劑對(duì)亞麻纖維進(jìn)行改性研究等5;國外有研究人員利用溶脹劑對(duì)亞麻纖維進(jìn)行溶脹改性6,利用酶來提高亞麻

4、纖維的染色性能7-8,對(duì)其接枝甲基丙烯酸甲酯等研究9。上述方法一定程度上提高了亞麻纖維的上染率,但大多限于實(shí)驗(yàn)室而不易工業(yè)化。本課題的研究目的是探求一種適用于工業(yè)化的亞麻纖維改性方法,因此從適用于工業(yè)生產(chǎn)的角度利用尿素對(duì)亞麻纖維改性進(jìn)行了研究,以達(dá)到提高其軋染時(shí)上染率和染色深度的目的。同時(shí)討論了尿素溶液的濃度,微波處理功率及時(shí)間等因素對(duì)亞麻纖維染色效果的影響,以及改性對(duì)其表面形態(tài)、力學(xué)強(qiáng)度、結(jié)晶度和取向度等方面的影響。1實(shí)驗(yàn)部分111試劑材料及儀器尿素(AR ,微波爐LGW P700(MS -2089T ,活性紅染料(哈爾濱亞麻廠提供,Ciba C -R 活性紅,亞麻布(半漂2008,哈爾濱亞

5、麻廠提供,BVHP350軋染裝置,SC -80C 全自動(dòng)色差計(jì),D /MAX -3BX 射線衍射儀,WDT90微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī),電子顯微鏡(KYKY -1000B 。112改性工藝條件的優(yōu)化1微波處理功率及時(shí)間的優(yōu)化:將亞麻布放入濃度為250g L -1的尿素溶液中室溫浸泡完全,取出,在一定微波功率條件下做一定時(shí)間的烘干處理。處理后用60溫水清洗,烘干,染色。染色后利用對(duì)色深值的測(cè)量對(duì)微波處理功率及時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。2尿素溶液濃度的優(yōu)化:用濃度為:50、100、150、200、250、300、350、400、450、500g L -1的尿素溶液分別對(duì)亞麻纖維室溫浸泡完全,之后在相同微波條件下

6、進(jìn)行烘干處理。處理后用60溫水清洗,烘干,染色。染色后利用對(duì)色深值的測(cè)量對(duì)尿素溶液的濃度進(jìn)行優(yōu)化。113軋染染色工藝染液配方:Ciba C -R 活性紅染料13g L -1,尿素100g L -1,Na 2CO 310g L -1。染色工藝:控制軋車軋余率70%,軋染后90預(yù)烘67m in,烘干,再在145150焙烘固色5m in 。染色后80水洗,4g L -1凈洗劑配制的洗液80皂洗,然后80水洗,晾干。114染色后亞麻纖維色深值及力學(xué)性能的測(cè)定用SC -80C 全自動(dòng)色差計(jì)對(duì)染色后的亞麻纖維進(jìn)行顏色(L 3,a 3,b 3的測(cè)定。將亞麻纖維裁成30×5c m 的條形,用WDT9

7、0微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)亞麻纖維的經(jīng)向強(qiáng)度和緯向強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。2結(jié)果與討論211微波處理功率及時(shí)間的優(yōu)化尿素溶液浸泡后的亞麻纖維經(jīng)相應(yīng)功率及時(shí)間的微波處理改性后染色色深值如表1所示:表1尿素溶液浸泡后的亞麻纖維經(jīng)相應(yīng)功率及時(shí)間的微波處理改性后染色色深值Table 1The i n fluence of m i crowave power and trea t m en t ti m e on the dye i n g colour depth 微波烘干工藝第一次功率(W 時(shí)間(m in 第二次功率(W 時(shí)間(m in 色深值L 3微波烘干工藝第一次功率(W 時(shí)間(m in 第二次功率(W

8、時(shí)間(m in 色深值L 32103350143.302104490242.232103350243.112104700141.122103490143.142104700240.992103490243.01350 2.5490142.262103700141.68350 2.5490241.952103700241.23350 2.5700141.052104350242.95350 2.5700 1.540.942104490142.813502.5700241.01與未改性的亞麻纖維染色后的色深值L 3=43144相比,結(jié)果表明,亞麻纖維經(jīng)過微波條件下尿素的改性,其染色后的顏色深度比未

9、改性的亞麻纖維染色后的顏色深度有所加深。其中經(jīng)250g L -1的尿素溶液浸泡后,經(jīng)過功率為350W ,時(shí)間為215m in 的微波處理,再經(jīng)過功率為700W ,時(shí)間為115m in 的微波處理改性后染色的色深值比較理想,色深值L 3=40194。在微波條件下尿素對(duì)亞麻纖維的改性利用的是通過浸泡滲透存在于纖維當(dāng)中的尿素可以在130°C 左右時(shí)發(fā)生熔融并氣化分解成氣體,這一過程中亞麻纖維會(huì)由于尿素的熔融和氣化發(fā)生溶脹,增加了其毛效和表面粗糙程度。在軋染染色時(shí)這樣的亞麻纖維對(duì)染液有較好的吸附能力,提高了染料與亞麻纖維發(fā)生反應(yīng)實(shí)現(xiàn)染色的機(jī)會(huì),從而提高了染色時(shí)的上染率,提高了染色深度。微波條

10、件下尿素對(duì)亞麻纖維的改性應(yīng)使尿素在亞麻纖維當(dāng)中發(fā)生熔融并氣化分解,所以,溫度過低尿素?zé)o法發(fā)生熔融和氣化,溫度過高會(huì)對(duì)纖維起到破壞作用,都達(dá)不到良好的改性目的。尿素溶液浸泡后采用兩步微波處理的優(yōu)點(diǎn)為:首先使尿素溶液中的水分蒸發(fā)完全,排除水分蒸發(fā)的干擾后再使存在在纖維中的尿素熔融并氣化分解,來達(dá)到預(yù)期的改性目的。212尿素溶液濃度的優(yōu)化亞麻纖維經(jīng)過濃度分別為50、100、150、200、250、300、350、400、450、500g L -1的尿素溶液浸泡完全后經(jīng)過相同微波處理改性后染色得到的尿素濃度優(yōu)化結(jié)果如表2所示。57第1期姜憲凱等:尿素對(duì)亞麻纖維軋染染色性能的改進(jìn) 表2亞麻纖維經(jīng)過不同濃

11、度尿素溶液浸泡后在相同微波條件下改性后染色的色深值Table 2The i n fluence of the concen tra ti on of urea soluti on on the dye i n g colour depth 尿素濃度(g L -150100150200250色深值(L 34219642138411874113140194尿素濃度(g L -1300350400450500色深值(L 34014940131401294012740126結(jié)果表明尿素濃度為350g L -1時(shí)改性結(jié)果比較理想,色深值L 3=40131。尿素濃度過小起不到溶脹增加毛效和增加纖維表面粗糙

12、程度的改性作用,濃度大于350g L -1時(shí)經(jīng)改性后的效果沒有明顯的提高,而且濃度過大會(huì)使亞麻纖維變黃變質(zhì)。此外濃度過大對(duì)尿素消耗的增加也會(huì)帶來改性工藝成本的加大。213尿素對(duì)亞麻纖維改性后的表征(1表面形態(tài)用電子顯微鏡觀察亞麻纖維改性前后的表面形態(tài)如圖1所示。從圖1可以看出,未改性的亞麻纖維表面比較光滑,改性后的亞麻纖維表面變得非常粗糙,改性有助于軋染過程中提高亞麻纖維對(duì)染液的吸附能力,有助于染液對(duì)亞麻纖維的透染,即提高了染料與亞麻纖維發(fā)生反應(yīng)實(shí)現(xiàn)染色的機(jī)會(huì),從而提高了染色時(shí)的上染率,提高染色深度。(2力學(xué)強(qiáng)度改性前后亞麻纖維的力學(xué)強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見表3。表3改性前后亞麻纖維的力學(xué)強(qiáng)度Table

13、 3Ten sile strength of the paren t fl ax fabr i c and the m od i f i ed fl ax fabr i c經(jīng)向強(qiáng)度(N 緯向強(qiáng)度(N 改性前亞麻纖維的力學(xué)強(qiáng)度398±50403±50改性后亞麻纖維的力學(xué)強(qiáng)度374±50396±50上述結(jié)果表明,經(jīng)過改性的亞麻纖維強(qiáng)度稍有下降,但下降程度極小。亞麻纖維強(qiáng)度下降的原因就是由于處理后亞麻纖維表面部分纖維發(fā)生溶脹和斷裂翹起所導(dǎo)致。(3X -ray 射線衍射圖圖2是亞麻纖維改性前后的X 射線衍射圖。圖2表明,經(jīng)過改性的亞麻纖維的結(jié)晶度和取向度與未改性

14、的亞麻纖維的結(jié)晶度和取向度相比變化不大,表明尿素對(duì)亞麻纖維的改性對(duì)其結(jié)晶度和取向度的影響很小。67黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)第22卷3結(jié)論利用尿素對(duì)亞麻纖維的改性,提高了其軋染時(shí)的染色性能和染色深度。經(jīng)過尿素對(duì)亞麻纖維的改性使纖維發(fā)生溶脹,提高了其表面粗糙程度,增加了其毛效,這有利于在軋染染色過程中亞麻纖維對(duì)染液的吸附,有助于提高染料與纖維發(fā)生染色反應(yīng)的機(jī)率,從而提高其軋染染色時(shí)的上染率和染色深度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明較為理想的改性工藝為:用濃度為350g L -1的尿素溶液室溫浸泡完全后經(jīng)功率為350W ,時(shí)間為215m in 的微波處理,再經(jīng)微波功率為700W ,時(shí)間為115m in 的微波處理。尿素

15、對(duì)改性亞麻纖維的結(jié)晶度和取向度的改變極小。尿素對(duì)亞麻纖維的改性使其力學(xué)強(qiáng)度稍有下降,但下降的程度極小。經(jīng)優(yōu)化后的工藝對(duì)亞麻纖維的改性使得其軋染染色后的色深值(L 3加深了3113,此改性工藝適于工業(yè)化生產(chǎn)。參考文獻(xiàn):1戴玉琪.亞麻紡織業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展J .山東紡織科技,2001,(5:51-54.2史加強(qiáng).亞麻纖維理化性能對(duì)染色機(jī)理的影響J .紡織學(xué)報(bào),1999,20(1:16-18.3張海明,李青山,高潔,等.亞麻接枝改性新發(fā)展J .黑龍江紡織,2000,(3:14-16.4郭雅琳,趙明,鄧麗麗,等.用化學(xué)方法改善亞麻可染性的研究J .印染,2001,27(5:23-25.5李紅.亞麻的染色改

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