摘要:通過(guò)對(duì)大豆蛋白纖維結(jié)構(gòu)的分析,提出采用活性染料變性浴染色方法對(duì)大豆蛋白纖維進(jìn)行染色。經(jīng)過(guò)染色實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:采用CibacronFN和CibacronLS型棉用活性染料染色,上染率分別提高23%和20%,且有較好的固色率和染色牢度;而Lanasol型毛用活性染料不適宜大豆蛋白纖維染色。
關(guān)鍵詞:大豆蛋白纖維;結(jié)構(gòu);活性染料;變性浴;染色
大豆蛋白纖維是我國(guó)在本世紀(jì)初首次自主研究發(fā)明的新型再生纖維。其面料具有羊絨的手感、蠶絲的柔和光澤,兼有棉纖維的吸濕和導(dǎo)濕性,穿著十分舒適,同時(shí)它還具有合成纖維的機(jī)械性能,而這些性能需要通過(guò)染整加工才能實(shí)現(xiàn)。本文在對(duì)大豆蛋白纖維的結(jié)構(gòu)和活性染料上染過(guò)程分析的基礎(chǔ)上,提出采用活性染料變性浴對(duì)大豆蛋白纖維染色,可使活性染料的染色效率大為提高。
1大豆蛋白纖維的結(jié)構(gòu)
1.1大豆蛋白纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)
大豆蛋白纖維是由大豆蛋白(SPF)與聚乙烯醇(PVA)共混紡絲形成的,其中蛋白質(zhì)25%~45%和聚乙烯醇75%~55%組成。在大豆蛋白纖維中,羥乙烯基高聚物大分子是以平面鋸齒直線(xiàn)及大豆蛋白大分子是以空間彎曲直線(xiàn)形砌入的[1]。羥乙烯基高聚物大分子帶有大量羥基,大豆蛋白帶有較多的羥基、胺基、羧基和含硫基等,這些極性基團(tuán)在單組分和雙組分大分子間形成氫鍵、鹽式鍵和雙硫鍵等交聯(lián),在紡絲的條件下,可能產(chǎn)生能量較高的化學(xué)鍵,如酰胺鍵和酯鍵等[2]。特別是在纖維成形后的縮醛化處理中,甲醛參與了化學(xué)反應(yīng),在單組分和雙組分的大分子間形成了交聯(lián)[3]。因此,大豆蛋白纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是以直線(xiàn)形大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為主體的。這些不同性質(zhì)的化學(xué)基團(tuán),使各種染料對(duì)大豆蛋白纖維染色出現(xiàn)不同效果。但從總體來(lái)說(shuō),大豆蛋白屬于蛋白質(zhì)纖維,它和酸性染料有親和力。而聚乙烯醇大分子主要攜帶羥基,這一點(diǎn)和棉纖維相似,因此對(duì)堿性染料有親和力。唐人成[4]等在研究各種染料對(duì)大豆蛋白纖維染色時(shí)也發(fā)現(xiàn)酸性染料對(duì)大豆蛋白纖維的染色深度低,這主要是由于大豆蛋白組分含量低所致。
1.2大豆蛋白纖維的物理結(jié)構(gòu)
目前共混纖維成功的例子均為非對(duì)抗性相容混合紡絲。非相容二元共混纖維呈兩相結(jié)構(gòu),即連續(xù)相和分散相。根據(jù)二元共混聚合物的質(zhì)量比不同,連續(xù)相和分散相的分布狀態(tài)可劃分為5種類(lèi)型,又視其相容性、黏度和機(jī)械混合條件的不同,可能存在著相轉(zhuǎn)變[5]。本實(shí)驗(yàn)采用纖維中聚乙烯醇與大豆蛋白的質(zhì)量比為75:25,因此聚乙烯醇為連續(xù)相,大豆蛋白為分散相。姜巖[6]等也通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),纖維的表皮層為聚乙烯醇組分,大豆蛋白隨機(jī)分布其中,其共混模型如圖1所示。這說(shuō)明大豆蛋白纖維在染色過(guò)程中,染料首先上染大豆蛋白纖維中的聚乙烯醇組分,然后在擴(kuò)散作用下繼續(xù)上染大豆蛋白纖維組分。
2活性染料變性浴染色
活性染料有別于其他水溶性染料,在于分子中有一個(gè)或多個(gè)活性基,在上染過(guò)程中或上染纖維之后可和纖維發(fā)生共價(jià)結(jié)合,因此染色牢度較高[7]。所謂上染
就是染料含染液(或其他介質(zhì))向纖維轉(zhuǎn)移,并將纖維染透的過(guò)程。染料從染液內(nèi)向纖維界面轉(zhuǎn)移;染料在擴(kuò)散邊界層中靠近纖維到一定距離后,染料分子迅速被纖
維表面所吸附,染料分子和纖維表面分子之間發(fā)生氫鍵、范德華力結(jié)合;染料吸附到纖維表面后,在纖維內(nèi)外形成一個(gè)濃度差,因而可以向纖維內(nèi)擴(kuò)散;纖維中染料分子在堿性或高溫條件下,和纖維分子中有關(guān)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成共價(jià)結(jié)合固著在纖維中。除固色階段外,前3個(gè)過(guò)程都是可逆的。在未達(dá)到平衡時(shí),是上染速率大于解吸速率,但隨著纖維上的染料濃度不斷增加,解吸速率也不斷增加,最后達(dá)到上染和解吸速率相等,即達(dá)到上染平衡狀態(tài)。
由于活性染料在上染過(guò)程中會(huì)與纖維形成共價(jià)結(jié)合,將會(huì)不斷打破吸附平衡。從理論上說(shuō),吸附過(guò)程可以不斷進(jìn)行,直到所有染料都和纖維共價(jià)結(jié)合為止,對(duì)大豆蛋白纖維來(lái)說(shuō),兩種組分都得到充分上染。但是由于在通常的染料上染條件下,染液中含有如電解質(zhì)、助溶劑、均染劑或緩染劑、固色劑以及染液的pH值、溫度等因素,都會(huì)改變?nèi)玖显谌芤褐械姆植紶顟B(tài),因而更適合其中一種組分上染,使之達(dá)到近似的上染平衡。
另一方面,染料在上染或與纖維反應(yīng)的同時(shí),還會(huì)與水反應(yīng)形成水解染料,它對(duì)纖維的親和力很低,失去了與纖維反應(yīng)形成共價(jià)結(jié)合的能力,也可以說(shuō)是失活。所以隨著時(shí)間的延長(zhǎng),不僅吸附在纖維上的染料濃度不會(huì)增加,固著纖維上的染料量也不會(huì)增加;相反已固著在纖維上的染料,其共價(jià)鍵還會(huì)發(fā)生水解,即發(fā)生斷鍵反應(yīng),使纖維上共價(jià)結(jié)合的染料量降低。活性染料分子母體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,一般為酸性或酸媒染料,也可以說(shuō)失活后的活性染料變成酸性染料[8]。
因此,根據(jù)大豆蛋白纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和活性染料上染過(guò)程的分析,采用活性染料變性浴的染色方法上染大豆蛋白纖維,可以進(jìn)一步提高活性染料的上染率。所謂變性浴染色,即活性染料首先在堿性浴中上染大豆蛋白纖維中的聚乙烯醇組分,在上染的同時(shí),活性染料不可避免地要發(fā)生水解,對(duì)聚乙烯醇組分失去上染能力而失活。失活現(xiàn)象使活性染料在堿性條件下染色效率下降。失活的活性染料和酸性染料相似,也可以說(shuō)失活的活性染料變成了酸性染料,因此,如果在這時(shí)將堿性染浴調(diào)節(jié)為酸性浴,即經(jīng)過(guò)變性處理,那么剩余染料就可以繼續(xù)擴(kuò)散上染纖維中的大豆蛋白組分。
3染色實(shí)驗(yàn)
3.1原料
大豆蛋白纖維(浙江蛋白嘉俐纖維有限公司),活性染料Lanasol、CibacronFN、CibacronLS(汽巴精化公司),碳酸鈉、磷酸鈉、冰醋酸。
3.2染色工藝
a.CibacronFN染料染色
染料3.0%
元明粉50g/L
pH值10.0~11.0
染色溫度55～60℃
時(shí)間15min
Na2CO35g/L
固色時(shí)間40min
pH值(用HAc調(diào)節(jié))4.0～4.5
溫度90℃
續(xù)染時(shí)間50min
b.CibacronLS染料染色
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