棉织物的壳聚糖处理工艺研究

棉织物的壳聚糖处理工艺研究

地壳聚糖也被称为甲壳胺、脱氧乙烯、甲壳多聚糖和吡啶，是甲壳素氮脱希尔的衍生物。它具有许多特殊的性能,如生物活性、生物降解性能、生物相容性等,且无毒,对环境无害,被广泛应用于化学、生物、医学、药物学和食品科学等领域。在纺织染整加工中,壳聚糖可用于织物的抗皱、抗菌和抗静电整理。在酸性条件下,壳聚糖大分子中的氨基能结合H+而带正电荷,施加于纤维素纤维上,能减少染色过程中纤维表面负电荷对染料阴离子的库仑斥力,提高染料上染率,从而对酸性染料、活性染料等阴离子染料起到良好的增深效果。为提高壳聚糖与纤维素纤维的结合牢度,笔者曾将纤维素纤维选择性氧化,制得2,3-二醛基纤维素,然后利用壳聚糖上—NH2基与醛基之间的席夫碱反应,将壳聚糖共价结合到纤维素纤维上。该方法虽然可改善壳聚糖与纤维素纤维的结合牢度,但在纤维素纤维的氧化过程中,容易造成纤维强度损伤。本试验采用环氧氯丙烷作为交联剂,通过轧烘焙工艺,用壳聚糖处理棉织物,并考察了整理后织物的染色性能。1.1仪器、试剂与仪器织物经退浆、煮练、漂白的平纹棉织物药品壳聚糖(脱乙酰度87%);醋酸,碳酸钠(均为化学纯);元明粉,活性黄3RS、红3BS、蓝FNR仪器722S分光光度计(上海精密科学仪器公司),SF600X电脑测色配色仪(Datacolor公司),Y571A型摩擦色牢度测试仪(常州市双固纺织仪器有限公司),SW-24A型耐洗色牢度仪(常州华纺纺织仪器公司),YG026B电子织物强力机(常州市双固纺织仪器有限公司)1.2环氧氯丙烷/棉织物染整加工工艺配制壳聚糖溶液(将壳聚糖溶解在1%醋酸溶液中,加入适量的环氧氯丙烷)→棉织物二浸二轧(轧余率100%)→80℃烘干→浸轧一定浓度的氢氧化钠溶液→80℃烘干→高温焙烘→水洗→烘干→活性染色1.3染色工艺工艺处方染料/%(omf)2元明粉/(g·L-1)50碳酸钠/(g·L-1)20浴比1∶50工艺曲线1.4测试测试1.4.1初始染液上染率计算c采用722S分光光度计在最大吸收波长处测定染液的吸光度,按式(1)计算上染率:上染率=(1−II0)×100%(1)=(1-ΙΙ0)×100%(1)式中:I——染色残液吸光度I0——初始染液吸光度1.4.2断裂力按照GB/T3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测定。1.4.3抗褶皱性能按照GB/T3819—1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》测定。1.4.4值k/s将染色织物折叠两次(四层),采用DatacolorSF600X电脑测色配色仪在λmax处测定K/S值,每个试样测四次,取平均值。1.4.5抗摩擦涂层按照GB/T3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。1.4.6耐洗护色按照GB/T3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。2结果与讨论2.1壳聚糖整理棉织物的制备壳聚糖质量浓度是影响棉织物染色效果的重要因素之一。整理到棉织物上的壳聚糖越多,棉织物与活性染料阴离子之间的静电斥力越小,越有利于活性染料上染。选用0.02mol/L环氧氯丙烷,以及不同质量浓度的壳聚糖醋酸混合溶液,对棉织物进行浸轧处理,烘干后浸轧10%NaOH溶液,80℃烘干,160℃焙烘2min。之后,选用活性黄3RS进行常规染色,结果如表1所示。表1中,经壳聚糖整理后,棉织物增深效果明显。随着壳聚糖质量浓度增加,上染率和K/S值逐渐提高。当壳聚糖质量浓度增大到1.00g/L时,上染率和K/S值达到最佳;继续增大壳聚糖质量浓度,上染率和K/S值增加不明显。因此,选择壳聚糖质量浓度1.00g/L。2.2活性黄3rs染色分别选用0.01,0.02,0.03,0.04和0.05mol/L环氧氯丙烷,以及1.00g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行处理,烘干后浸轧10%NaOH溶液,80℃烘干,160℃焙烘2min。之后,选用活性黄3RS进行染色,结果如图1所示。从图1可以看出,随着环氧氯丙烷浓度增大,棉织物上染率和K/S值逐渐增大。当环氧氯丙烷浓度达到0.03mol/L时,上染率和K/S值达到最大;继续增大环氧氯丙烷浓度,上染率和K/S值反而降低。这是因为环氧氯丙烷除了在纤维素纤维和壳聚糖之间交联外,还会使纤维素纤维及壳聚糖自身发生交联,交联反应过程如图2所示。壳聚糖之间的自身交联会减少其与纤维素纤维之间的交联程度;纤维素纤维之间的自身交联又会减少纤维素纤维上可与活性染料反应的羟基数量,这些都有可能造成上染率和K/S值的降低。2.3碱的质量分数对染色效果的影响在碱性条件下,环氧氯丙烷与羟基、氨基之间的反应容易发生,碱性强弱会影响壳聚糖与纤维素纤维之间的交联程度,最终影响染色结果。选用0.03mol/L环氧氯丙烷和1.00g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行浸轧处理,烘干后分别浸轧2%,4%,6%,8%,10%和12%的NaOH溶液,80℃烘干,160℃焙烘2min。之后,选用活性黄3RS进行染色,结果如图3所示。从图3可以看出,随着氢氧化钠质量分数的增大,染浴碱性增强,壳聚糖与纤维素纤维之间的交联程度增加,上染率和K/S值逐渐增大;氢氧化钠质量分数超过10%时,上染率和K/S值反而略有降低。因此,合适的氢氧化钠质量分数为10%。2.4活性黄3rs染色焙烘温度也是影响环氧氯丙烷与壳聚糖、纤维素纤维之间交联的重要因素之一。选用0.03mol/L环氧氯丙烷和1.00g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行浸轧处理,烘干后浸轧10%的NaOH溶液,80℃烘干后,分别在110,120,130,140,150和160℃焙烘2min。之后,选用活性黄3RS进行染色,结果如图4所示。图4中,随着焙烘温度的升高,上染率和K/S值逐渐增大;当温度达到140℃时,上染率和K/S值达到最大值;继续升高温度,上染率和K/S值反而有所下降。这是由于升高温度有利于环氧氯丙烷和壳聚糖与纤维素纤维之间的交联,但温度过高会增加纤维素纤维自身交联程度,而且还会引起织物黄变。2.5活性黄3rs染色选用0.03mol/L环氧氯丙烷和1g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行浸轧处理,烘干后浸轧10%的NaOH溶液,80℃烘干后,于140℃焙烘不同时间。之后,选用活性黄3RS进行染色,结果如图5所示。从图5可以看出,随着焙烘时间的延长,上染率和K/S值逐渐增大。当焙烘时间达到2min时,上染率和K/S值达到最大。这是因为焙烘时间太短,壳聚糖与纤维素纤维之间的交联不充分,织物上交联的壳聚糖较少,上染率和K/S值较低;随着焙烘时间的延长,交联到织物上的壳聚糖逐渐增大,上染率和K/S值逐渐增大;当焙烘时间超过2min后,交联到织物上的壳聚糖趋于饱和,继续延长焙烘时间,对上染率和K/S值的影响较小。2.6壳聚糖整理棉织物的抗排法律性能选用0.03mol/L环氧氯丙烷和1g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行浸轧处理,烘干后浸轧10%的NaOH溶液,80℃烘干,140℃焙烘2min。之后,选用活性黄3RS、活性红3BS、活性蓝FNR进行染色,各项性能测试结果如表2和表3所示。从表2可以看出,经壳聚糖整理后,棉织物的抗皱性能明显提高。如2.2节所述,这是由于经壳聚糖预处理的织物,在焙烘过程中,环氧氯丙烷会在壳聚糖与纤维素纤维之间、纤维素纤维之间以及壳聚糖之间发生交联,形成网状结构大分子,从而改变了纤维素纤维大分子或基本结构单元的相对移动性。由于环氧氯丙烷在纤维素纤维上引入了一定数量的共价交联,与未整理织物相比,各单元移动性受到限制,受到外力时,负担外力作用不均匀,从而引起织物强力下降。从表3可以看出,棉织物经壳聚糖预处理后,上染率、K/S值明显提高,染色织物的各项色牢度优良。2.7棉织物的低盐染色为进一步考察壳聚糖的促染效果,选用0.03mol/L环氧氯丙烷和1g/L壳聚糖醋酸混合溶液对棉织物进行浸轧处理,烘干后浸轧10%NaOH溶液,80℃烘干,140℃焙烘2min,然后进行低盐染色,结果如表4所示。从表4可以看出,棉织物经壳聚糖处理后,增深效果明显,当盐用量为30g/L时,就可达到传统染色的效