棉織物化學(xué)改性及其染色工藝

1、棉織物化學(xué)改性及其染色工藝研究 2006-10-17摘要：本文對(duì)棉織物利用纖維素纖維改性劑PECH-amine改善其染色性能進(jìn)行了探討。優(yōu)化了棉織物利用PECH-amine改性的方法和改性工藝。確定了采用浸漬法和浸軋法進(jìn)行棉織物改性的最佳工藝。 關(guān)鍵詞：棉織物；化學(xué)改性；染色 前言 隨著人們?nèi)找孀⒅卮┲】岛统缟凶匀?，棉纖維從眾多的化學(xué)纖維中又重新確立了其重要地位。然而，棉通常用活性染料和直接染料染色，由于其上染率不夠高而需要應(yīng)用大量的電解質(zhì)（1），根據(jù)染料結(jié)構(gòu)、顏色的不同，用鹽量一般為30150g/L(2)。但大量電解質(zhì)的使用會(huì)造成含有大量染料和鹽的廢水而嚴(yán)重污染環(huán)境。目前對(duì)印染廢水中有機(jī)化

2、合物的處理取得了很大的成就，但對(duì)染色過(guò)程中大量加入或生成的無(wú)機(jī)鹽(如氯化鈉、元明粉)還不能通過(guò)簡(jiǎn)單的物理化學(xué)及生化方法加以處理（3）。高含鹽量的廢水的排放將直接改變江湖河水的水質(zhì)，破壞水的生態(tài)環(huán)境，其次鹽分的高滲透性將導(dǎo)致江湖及印染廠周邊的土質(zhì)鹽堿化，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此，很久以來(lái)許多研究工作者一直致力于探求纖維的化學(xué)改性，以提高其染色性能。本文選用東華大學(xué)研制的纖維素改性劑PECH-amine對(duì)纖維進(jìn)行改性，通過(guò)改性，能提高棉纖維對(duì)染料的上染率，達(dá)到實(shí)質(zhì)上的竭染，實(shí)現(xiàn)染色廢水中基本無(wú)鹽無(wú)染料的清潔染色的目的（4）。 1 實(shí)驗(yàn) 1.1 實(shí)驗(yàn)材料 1.1.1 織物 21×21，108

3、×58絲光棉紗卡半制品（新鄉(xiāng)印染廠提供）。 1.1.2 藥品 PECH-amine改性劑（東華大學(xué)提供）；燒堿為分析純；染料（工業(yè)品） 1.1.3 儀器 722型光柵分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；HHS型恒溫水浴（鞏義市英峪儀器廠）；MSC1多光源分光測(cè)色儀（日本須賀試驗(yàn)機(jī)株式會(huì)社）JA2003電子天平（上海精密儀器有限公司） 1.2 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 浸漬法改性工藝過(guò)程：將織物浸入含有改性劑、燒堿的工作液中，在一定溫度下浸漬一定時(shí)間后取出，然后水洗，自然涼干。 浸軋焙烘法改性工藝過(guò)程：織物在含有一定濃度的改性劑和燒堿的工作液中二浸二軋，軋余率為80%，在6070下烘干，然后

4、在規(guī)定溫度下焙烘，水洗至中性，自然涼干。 室溫堆置法：織物在含有一定濃度的改性劑和燒堿的工作液中二浸二軋，室溫堆置24小時(shí)，取出水洗，自然涼干。 改性后染色：改性后染色工藝為50入染，升溫至規(guī)定溫度，染色40分鐘取出水洗、（皂洗）、水洗。 1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)定 上染百分率：使用722型光柵分光光度計(jì)，在所選用染料的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定染色前后染液的吸光度，按下式計(jì)算： 上染百分率%=（1 ×100 式中：m、n 染色前、后染液稀釋的倍數(shù)。 A、A0 染色前、后染液稀釋m、n倍后的吸光度 活性染料固色率：按剝色法測(cè)定。 2 結(jié)果與討論 2.1 改性機(jī)理 PECH-amine是一種彈性體，由環(huán)

5、氧氯丙烷在四氯化碳中以醚合三氟化硼為催化劑先開(kāi)環(huán)聚合，然后用二甲胺與氯甲基側(cè)基進(jìn)行取代反應(yīng)實(shí)施胺化制備的。反應(yīng)式如下： 該試劑具有良好的熱穩(wěn)定性，易溶于水，在水中無(wú)明顯的陽(yáng)離子性。分子量較低，在預(yù)處理棉時(shí)易滲透纖維，含氮量適中，留有較多氯甲基反應(yīng)性基團(tuán)，在堿性條件下有很好的反應(yīng)性，可以和纖維素纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合，有很好的牢度。同時(shí)，改性前，纖維素纖維帶負(fù)電荷，改性后纖維有瞬時(shí)正電荷產(chǎn)生，纖維素纖維與陰離子染料的電荷斥力降低，大大提高了織物與染料的親和力。 2.2 浸漬法改性工藝的確定 影響改性效果的主要因素有改性劑的用量、改性時(shí)燒堿的用量、浴比、改性時(shí)的溫度和時(shí)間等。在這里利用染料的上染率來(lái)表

6、征改性效果。 2.2.1 改性劑用量對(duì)改性效果的影響 固定燒堿用量為8 g/L，改性工藝為40開(kāi)始，以2/分升溫至95，處理50分鐘，取出水洗至中性。改性棉織物用2%的活性紅K-3B，活性黃K-4G，活性藍(lán)K-R染色，染色工藝為50入染，升溫至95，染色40分鐘取出后處理，測(cè)定上染百分率，結(jié)果見(jiàn)圖1： 圖1 改性劑用量對(duì)改性效果的影響 從圖1可以看出，改性程度隨改性劑用量的增加而提高，當(dāng)改性劑用量低于6g/L時(shí)，平衡上染率上升趨勢(shì)較大，當(dāng)改性劑用量高于6g/L時(shí)，上升趨勢(shì)平緩，當(dāng)改性劑用量為8g/L,上染百分率最高，超過(guò)9g/L時(shí)，上染百分率反而稍有下降。這是因?yàn)樵谝欢舛鹊膲A液中，纖維素上的

7、羥基發(fā)生離解生成一定量的CellO，當(dāng)CellO的數(shù)量一定時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所消耗的改性劑的量也是一定的。而當(dāng)改性劑用量過(guò)多時(shí)，聚合物分子大量堵塞在纖維素纖維表面，染料分子無(wú)法滲入纖維內(nèi)部會(huì)使上染百分率下降，因此改性劑用量選用68g/L。 2.2.2 燒堿用量對(duì)改性效果的影響 棉需要在堿性條件下改性，原因是在中性條件下纖維素的介電常數(shù)比水低而帶負(fù)電荷，因而棉只靠瞬時(shí)靜電引力和范德華力吸附改性劑，吸附和反應(yīng)的量不足。而在堿性條件下，改性劑靠親核取代其氯甲基側(cè)基與纖維素的高度親質(zhì)子的纖維素負(fù)離子反應(yīng)，而且，在堿性條件下改性劑的端基也轉(zhuǎn)化成一個(gè)能與纖維素反應(yīng)的環(huán)氧基，從而吸附和反應(yīng)的量要比中性條件下

8、高得多（5）。 對(duì)改性劑用量為4g/L、8g/L、12 g/L時(shí)進(jìn)行三組改變燒堿用量（210g/L）的實(shí)驗(yàn)，浴比1：50，溫度95，50分鐘，結(jié)果見(jiàn)圖2。 圖2 燒堿用量對(duì)改性效果的影響 從圖2可以看出，燒堿在改性中起催化作用，它能促進(jìn)改性劑與纖維素反應(yīng)，在較低濃度范圍內(nèi)，改性效果隨燒堿用量而顯著提高，但超過(guò)一定值時(shí)，燒堿繼續(xù)增加，改性效果增加不明顯，有的反而有所降低。因此，可確定燒堿用量為68 g/L。 2.2.3 浴比對(duì)改性效果的影響 考慮污水處理等問(wèn)題，浴比不應(yīng)太大。固定改性浴中改性劑用量為8 g/L，燒堿用量為8 g/L，改性工藝為95、50分鐘。改變?cè)”?：101：50進(jìn)行改性，用活

9、性紅K-3B染色，測(cè)上染百分率，結(jié)果見(jiàn)圖3。 圖3 浴比對(duì)改性效果的影響 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，浴比對(duì)改性效果有一定影響，浴比太小，改性液與織物不能充分接觸反應(yīng)，浴比太大，上染率無(wú)明顯增大，反而增加了污水處理的負(fù)擔(dān)?？纱_定改性時(shí)浴比為1：20。 2.2.4 改性溫度和時(shí)間對(duì)改性效果的影響 在改性劑用量為8 g/L，燒堿用量為8 g/L，浴比1：20條件下，在40、60、80、95條件分別處理30、45、60、75、90分鐘，用活性紅K-3B染色，測(cè)上染百分率，如果如圖4。 圖4 改性時(shí)間和溫度對(duì)改性效果的影響 從圖4中可以看出，時(shí)間和溫度對(duì)改性效果的影響是相互聯(lián)系的，溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)越有利于改性反應(yīng)的進(jìn)

10、行。當(dāng)溫度高時(shí)，達(dá)到較高上染率所需的改性時(shí)間就短，而溫度低，達(dá)到較高上染率所需的改性時(shí)間就較長(zhǎng)。當(dāng)改性溫度為40時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，上染率增加很慢，改性90分鐘左右上染率才達(dá)到44%，說(shuō)明改性反應(yīng)需要一定的溫度。改性溫度為60時(shí)，75分鐘后，上染率才能達(dá)到90%以上，而改性溫度為80、95時(shí)，改性30分鐘，就可達(dá)到較高的上染率，并且隨著改性時(shí)間的進(jìn)一步增大，上染百分率變化不大，因此，改性條件可選用80，30分鐘。 綜合以上結(jié)果，浸漬法改性的工藝條件可確定為：改性劑濃度68 g/L、燒堿用量為68 g/L，浴比1：20，40開(kāi)始，以2/分的速度升溫至80，處理30分鐘后水洗至中性。 2.3 浸軋

11、焙烘法改性工藝的確定 影響浸軋法改性效果的主要因素是改性劑濃度、燒堿用量、焙烘溫度和焙烘時(shí)間。通過(guò)正交設(shè)計(jì)L9（34）對(duì)以上四個(gè)因素選擇三個(gè)水平實(shí)驗(yàn)，即改性劑濃度（10、30、50 g/L），堿濃度（10、30、50 g/L），焙烘溫度（110、130、150），焙烘時(shí)間（1、3、5分鐘）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明對(duì)改性效果的影響順序?yàn)椋焊男詣┯昧繅A劑用量焙烘溫度焙烘時(shí)間。確定改性條件為：改性劑用量10 g/L，堿劑用量10 g/ L，焙烘溫度130，焙烘時(shí)間1分鐘。 2.4 冷軋堆改性工藝 織物分別在濃度為10 g/L、30 g/L、50 g/L的改性劑和燒堿的工作液中二浸二軋，室溫堆置24小時(shí)

12、，取出水洗，自然涼干。隨后進(jìn)行活性染料K-2G的無(wú)鹽無(wú)堿染色。結(jié)果為：改性劑和堿劑為10 g/L時(shí)，上染率為49.3%；改性劑和堿劑為30 g/L時(shí)，上染率為55.3%；改性劑和堿劑為50 g/L時(shí)，上染率為60.9%。結(jié)果表明，改性劑和堿劑用量越大，改性效果越好。但達(dá)不浸漬改性和浸軋改性的效果。 通過(guò)上述三種改性工藝的比較表明，浸漬法改性效果最好，浸軋法改性效果次之，冷軋堆改性效果最差，說(shuō)明PECH-amine和纖維之間的反應(yīng)需要在一定的溫度下，但溫度也不需要太高。 2.5 改性后染色工藝條件優(yōu)化 改性后纖維的性能發(fā)生了很大的變化，用酸性、直接染料、活性染料染色不需要加鹽促染，活性染料固色不

13、需要加堿劑，所以改性后影響染色的工藝條件主要是染色溫度和時(shí)間。 經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，確定以下結(jié)果： X型活性染料染色：40入染，升溫至50無(wú)鹽中性條件下染色30分鐘。 B型活性染料染色：40入染，升溫至70無(wú)鹽中性條件下染色30分鐘。 K型活性染料、酸性染料和直接染料：40入染，升溫至95無(wú)鹽中性條件下染色30分鐘。 采用以上染色條件對(duì)改性后棉織物染色，結(jié)果如表1： 表1 改性棉織物染色結(jié)果 染 料 上染率% 固色率% 未改性 （常規(guī)加鹽） 改性 直接紅4BE 90.2 99.8 直接橙 91.3 99.2 直接湖藍(lán) 72.6 99.6 直接寶藍(lán)FFRL 71.4 96.6 活性紅K-2

14、G 30.1 93.7 90.6 活性紅K3B 34.8 99.6 95.4 活性黃K-6G 43.2 99.5 96.2 活性黃K-4G 39.4 96.2 92.9 活性黃K-RN 58.8 98.6 94.6 活性藍(lán)K-GR 38.6 99.6 96.4 活性艷藍(lán)K-3R 38.6 99.8 95.5 活性紅BF-D4B 72.3 96.1 92.3 活性紅B-2BF 32.5 99.1 94.2 活性黃B-4RFN 54.6 98.9 94.5 活性蘭B-2GLN 54.9 99.2 96.6 活性紅BF-3BN 42.5 96.6 91.2 活性黃B-6GLN 31.1 97.2 9

15、3.1 活性紅BF-D3R 52.5 98.1 93.2 活性藍(lán)BFG 50.2 99.8 96.9 活性藍(lán)BF-2G 55.9 93.2 90.5 活性紅X-3B 33.6 96.7 91.2 活性艷橙X-GN 36.7 93.6 90.6 活性藍(lán)X-BR 42.6 99.8 96.4 酸性紅E 98.3 酸性紅A-3B 99.6 酸性黃A-R 98.3 酸性藍(lán)A-R 98.7 酸性棕EST 96.8 依利尼爾紅A-3G 98.2 依利尼爾黃A-4 G 92.5 依利尼爾藍(lán)A-3G 97.6 從表1可以看出，棉織物采用浸漬法改性，能使直接、酸性、活性等陰離子型染料達(dá)到較好的改性效果，改性后染色平衡上染百分率均能達(dá)到90%以上。活性染料固色率能達(dá)到90%以上。染色殘液色度及皂洗液的色度大大降低，為清潔染色打下基礎(chǔ)。 3 結(jié)論 3.1 使用PECH-amine對(duì)棉織物改性，采用浸漬法和浸軋法進(jìn)行改性較好，冷軋堆改性效果較差。 3.2 改性后棉織物可采用酸性染料、直接染料、活性染料等陰離子型染料在中性無(wú)鹽條件下染色，染料的平衡上染百分率及固色率達(dá)到90%以上，實(shí)現(xiàn)染色廢水中無(wú)鹽無(wú)堿，基本無(wú)染料的清潔染色的目的。 3.3 浸漬法改性的最佳改性工藝條件為：改性劑濃度68 g/L、燒堿用量為68 g/L，