阳离子改性剂WLS改性棉织物活性染料无盐染色

WLS助剂改性棉纱线活性染料的动力学与热力学性能的研究郝波;王立平【摘要】本文介绍了染色基本理论：染色动力学理论和染色热力学理论的原理，用阳离子改性剂WLS对棉纱线进行改性，对WLS改性棉纱线进行染色处理，并分析了改性前后的棉纱线染色原理的变化，为以后的活性染料的无盐染色的实际应用提供理论依据。

【期刊名称】《中国纤检》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】4页(P78-81)【关键词】活性染料;染色动力学理论;染色热力学理论;阳离子改性剂WLS【作者】郝波;王立平【作者单位】淄博市纤维纺织产品监督检验所;淄博市纤维纺织产品监督检验所【正文语种】中文活性染料自1956年问世以来，由于其解决了棉纱线染色湿处理牢度差的问题，同时具有色谱齐全、色泽鲜艳、应用工艺简便、实用性强、价格相对便宜等优点，近年来已成为棉纱线所用染料中产量和产值最大的染料。

但是，在活性染料染棉的传统工艺中，需要加入无机盐促进染料上染，因此导致废水中无机离子过多难以处理，致使污水处理成本大大增加。

本文主要是针对无机盐促染，染料水解利用率不高以及增加废水处理负担的问题，选择自制的阳离子改性剂改性棉纱线并进行染色处理。

重点研究改性前后棉纱线染色动力学和染色热力学性能变化，并评价改性效果，为以后活性染料无盐染色的实际应用提供理论依据。

1 染色基本理论1.1 染色动力学理论上染速率通常以纤维上染料浓度对时间的变化率来表示，或者以达到一定上染百分率所需的时间来表示。

上染百分率表示吸附在纤维上的染料量占投入染料总量的百分率。

在恒温条件下进行染色，以纤维上染料浓度或上染率为纵坐标，染色时间为横坐标作图，所得曲线称为上染速率曲线，是染色动力学的基础。

1.2 染色热力学理论染色热力学研究染色平衡问题，其中吸附等温线是其研究的一个重要问题。

吸附等温线是在恒定温度下，上染达到平衡时，纤维上的染料浓度和染液中染料浓度的关系曲线即为吸附等温线，这是染色热力学的基础，表达染料在一定温度下对纤维的上染能力。

2010年 2 月阳离子改性蛋白助剂WLS-10在棉印染上的应用（西安工程大学 陕西 西安 710048）摘要：用自制的阳离子改性蛋白助剂WLS-10对棉织物进行改性，然后采用活性染料无盐染色。

通过研究确定出改性剂WLS-10改性棉织物的最佳工艺条件，并评价改性织物活性染料的染色性能。

结果表明，改性棉织物采用活性染料无盐染色，可获得比未改性棉织物常规加盐染色更高的上染百分率和染色牢度，并具有更好的润湿性。

WLS-10助剂改性的棉织物可实现活性染料无盐染色。

关键词：改性；无盐染色；活性染料；棉织物中图分类号：TS 193.2 文献标识码：B 文章编号：1005-9350(2010)02-0035-05收稿日期：2009-09-16作者简介：卢焕敏（1985-），女，河南许昌人，西安工程大学在读硕士研究生，主要从事纺织品功能整理理论与技术的研究卢焕敏 王雪燕 陈 乐 丁 娟活性染料染纤维素纤维存在吸尽率和固色率低的问题，染浴中往往需要加入大量的无机电解质盐来提高染料的上染百分率。

这些电解质随染色废液排出，给环境造成了极大的污染。

用含有不同反应性基团的胺类或季铵盐类阳离子低分子物或高分子物改性剂对纤维素纤维进行化学改性，减少或消除纤维上负电荷效应，显著提高纤维对阴离子染料吸附能力，从而为实现活性染料低盐、或无盐染色提供一条有效途径[1]。

本实验采用自制的阳离子改性的高分子鸡毛蛋白助剂WLS-10对棉织物进行改性。

WLS-10是一种用含有环氧乙烷活性基阳离子助剂改性的鸡毛蛋白助剂。

此改性剂不仅含有正电荷，而且含有蛋白结构所具有的氨基、羟基等极性基团，易溶于水。

在碱性条件下与纤维素纤维有很好的反应性。

用其改性棉织物，可增强对阴离子活性染料的吸附性能，实现活性染料无盐染色，同时有望进一步改善棉织物的服用性能。

本文重点研究WLS-10助剂对棉织物的改性及其改性织物活性染料无盐染色性能。

1.1 材料材料：纯棉织物:20×20，60×60，47＂，阳离子改性蛋白助剂WLS-10：自制。

棉织物活性染料低盐染色工艺设计姓名：xxx学号：xxxx系部：xxxx班级：xxxx指导老师：xxx目录一、前言二、棉织物的活性染料染色机理三、活性染料的低盐染色的发展状况四、低盐染色助剂五、实验材料和仪器六、染色工艺和处方七、性能测定方法八、结论九、参考文献一、前言我国纺织行业年耗水量超过100亿吨，废水排放量占全国各行业的第六位。

其中印染行业又是纺织行业中的废水排放大户，每天大约有400百万吨的废水排放，政府每年需花费大量的资金进行污水处理。

推动节能减排政策是建设资源节约型、环境友好型社会的必要选择。

印染行业的低盐染色促进了节能减排的实现。

随着活性染料染色的发展，所带来的废水排放问题也受到越来越多的关注。

活性染料由于色泽鲜艳、湿牢度优异、使用方便、适用性强等优点发展很快，然而传统活性染料染色需加人大量盐，如元明粉和食盐．电解质盐的应用，虽然减少了染料本身的污染，但是高含盐量的印染废水很难降解，破坏生态环境。

在传统的活性染料染棉工艺中，存在染料利用率低，用盐量大，染色废水处理负担重等一系列问题。

并且会造成水源污染，使淡水盐化，破坏生态平衡，对水生物和土壤都有很大的危害，且污水中的可溶性盐的处理也较难。

目前，对印染废水中有机化合物的处理取得了很大的成就，但对染色过程中大量加入或生成的无机盐还不能通过简单的物理化学及生化方法加以处理。

为了解决这些问题，近年来国内外大力研究如何减少盐用量，进行低盐或无盐染色，并已成为一个重要研究课题。

除了开发新型染料、染色设备和应用新的染色助剂外，有必要在染色技术和生产控制方面进行改进．如选择对纤维亲和力高的活性染料，制定合适的低盐染色工艺，降低生产中的盐用量，并提高上染率和固色率，减少环境污染。

目前，实现活性染料低盐或无盐染色的主要方法有：开发低盐活性染料、对纤维素纤维阳离子改性、研发活性染料无盐染色助剂及调整染色工艺。

新开发的新型代盐剂，是一类应用于活性染料低盐染色的高分子共聚物，水溶性好，使用方便，应用于活性染料中可以明显降低无机盐的使用量，提高染料利用率，达到绿色染整加工的目的。

1绪论1.1引言纺织印染行业是我国历史悠久的传统行业，同时也是我国的支柱产业之一。

其中印染行业由于加工与生产工艺环节上的落后，逐渐成为重点关注的高污染、高能耗、高排放的“三高”行业之一。

2013年，全国印染行业的总耗水量达到了100亿吨，污水排放则占到了国工业总排放量的12%。

特别是印染废水，其因为有着有机物含量高，色度深，电解质含量高等特点，成为了一种难以清理的工业废水。

因此，以新型节能环保的印染工艺取代落后、高污染的旧工艺的行动刻不容缓。

目前世界上产量最大的纺织纤维即是纤维素纤维，其可纺性强，吸湿性好，在穿着时同时又具有较好的舒适性，在生活生产中被广泛应用[1]。

近年来由于纤维素纤维的飞速发展，同时像直接染料、还原染料等染料在染色过程中造成的环境污染问题层出不穷，所以活性染料取而代之成为了纤维素纤维纺织品（特别是棉织物）染色最重要的一类染料。

活性染料的色彩鲜艳、色谱广泛、色牢度好、适用性强，其各类性能较好。

然而在染色过程中，棉纤维大分子侧链上的羟基会在水溶液中发生水解，使得棉纤维整体呈负电性，染料阴离子会与棉纤维上的轻微负电荷发生排斥，从而导致其对于阴离子染料（如活性染料、直接染料等）的吸附性较弱。

在传统的活性染料棉织物染色工艺中，为了提高活性染料的上染率和固色率，需要加入大量无机盐，如硫酸钠、食盐等，以削弱染料阴离子与棉纤维上的轻微负电荷之间的排斥力，一般我们将这种过程叫做“促染”。

根据染料颜色以及染料结构不同，通常的用盐量围为30～150g/L。

然而由于在染色过程中使用的大量的无机盐无法进行回收和降解处理，染色后排放的带有颜色、同时又有较高含盐量的染色污水常会造成环境问题，如土壤盐碱化，水质改变等。

为了解决以上污水中含盐量过高的问题，近年来对于棉织物无盐染色工艺的需求日益提升。

目前使用最广泛的是对纤维素纤维阳离子改性的方法，其特点是比较直接、同时能够有效提高纤维直接性[2]。

其原理是引入阳离子基团与纤维素纤维分子上的官能团进行反应，降低染料阴离子基团与纤维负电性基团之间的库伦斥力[3]，对于阴离子染料的上染率有较大程度的提升。

42改性棉织物活性染料无盐染色工艺研究*孙仁斌1 ，王杨杨2 ，周天池2（1.江苏悦达纺织集团有限公司；2.盐城工学院 纺织服装学院，江苏 盐城 224051）摘要：采用2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)对纯棉织物进行阳离子化改性，用活性蓝K-2R对改性棉织物进行无盐浸染。

利用红外光谱对改性后的织物进行化学结构分析，并以染色温度、染色时间、浴比及纯碱用量为变量，以K/S值为指标，进行正交实验分析，得出最佳的染色工艺条件。

研究结果表明：染色温度为70℃，染色时间为60min，浴比为1:30，碳酸钠浓度为10wt%时，K/S值达到11.35，比K型活性染料常规加盐促染方法染色试样的K/S 值（6.718）提高68.95%。

关键词：活性染料；棉织物；无盐染色；阳离子改性剂中图分类号：TS941 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1673-0968.2018.12.015活性染料染棉环境一般为碱性，因为在碱性条件下，纤维素阴离子才能得以形成，进而与染料活性基的带部分正电荷的碳原子发生亲核取代或亲核加成反应[1,2]。

但同时由于活性分子结构中含有水溶性基团，因而在染液中会形成染料阴离子，在染色过程中，染料阴离子与纤维素阴离子之间会产生静电斥力作用，使得染料上染率偏低。

加入电解质食盐或元明粉可以通过降低Zeta电位的方式以降低电荷斥力，促进染料的上染。

但电解质的加入使得染色后的废水盐浓度升高[3-5]，大量无机盐的排放会破坏水资源，土壤盐碱化，对环境造成严重的污染。

因此开发新技术实现活性染料无盐染色亟待解决[6,7]。

本文选用反应性相对偏低但成键相对稳定的K型染料，采用阳离子化改性棉织物的方法，利用改性后活性染料与棉纤维静电引力进行无盐染色，并与K 型染料的常规染色方法作比较，以期为活性染料染色过程中减少无机盐的用量提供技术参考。

1 实验部分1.1 实验材料及仪器纯棉平纹针织布、活性翠蓝K-3R（工业品）由盐城工学院纺服学院实验室提供；氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵均为分析纯，购买于国药集团化学试剂。

阳离子改性棉织物活性染料染色研究2011-07-05 来源: 朱清,张光先,贺文娟,高素华(互联网) 点击次数：660关键字：棉;接枝;活性染料;染色棉纤维是世界产量最大的天然纺织纤维,目前一般用活性染料染色以保证棉织物的染色色牢度.但是,由于活性染料在设计时,为了没有与织物发生化学的活性染料形成的浮色在煮浮色工艺中易于被洗脱,在活性染料的分子设计中,活性染料被引入了较多的电荷,同时发色基团小,因此水溶性较高,导致染色时染料的上染率和固色率低,需要高浓度的盐进行促染,产生大量的印染废水.因此,研究棉织物接枝阳离子改性染色的研究报道较多.棉纤维阳离子化试剂按试剂与棉纤维的结合方式分为反应型和非反应型,近年来,棉纤维阳离子化试剂的合成与应用绝大部分都是反应型,反应型阳离子化试剂分子结构中既包含可与棉纤维反应的活性基团,又含有可以促染的阳离子基团或氨基.目前,阳离子化试剂有环氧类、季铵盐类以及壳聚糖以及变性淀粉类等等,改性后的染色性能有所提高,但上染率和固色率还不尽如人意,研究用环氧丙基三甲胺改性丝绸织物,提高丝织物的染色性能的基础上,本文研究用2,3环氧丙基三甲基氯化铵对棉织物进行改性,拟大幅度提高棉织物的固色率、色牢度和开发高效缓染剂.1材料与方法1.1.仪器与药品药品:棉织物(市售),硫酸钠(Na2SO4),碳酸钠(Na2CO3),平平加O(PPJO),三甲胺(化学纯,上海试剂三厂),环氧氯丙烷(分析纯,成都市科龙化工厂试剂厂),四丁基溴化铵(分析纯,上海化学试剂公司),活性B2RLN橙,活性X3B100%艳红,活性KR100%艳橙,活性KNG翠蓝(浙江温岭市染料化厂).仪器:数显恒温水浴锅HH4(国华电器有限公司),DHG9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司),TU一1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司),SW12型A耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂),CTA评定变色用灰卡(中国纺织科学研究院纺织工业标准化研究所).1.2试验方法1.2.1.环氧丙基三甲基氯化铵的合成在100mL的烧瓶中加入50mL33%三甲胺和0.5g四丁基溴化胺,放在盛有冰水混合液的恒温水浴.里,用恒温水浴自带的磁力搅拌器进行搅拌,同时缓慢滴加环氧氯丙烷,滴加速度12mL/min,共加入环氧氯丙烷15mL(过量),滴加完之后继续保温30~40min,然后加热恒温至35,再搅拌反应6h.反应结束后静置1h,待过量的环氧氯丙烷分层后,用分液漏斗分离环氧氯丙烷.1.2.2.棉织物接枝阳离子方法用稀硫酸调节合成的环氧丙基三甲基氯化铵水溶液至pH=7左右,调节时,用酸度计测定pH值.加入硫酸后,摇匀10min 平衡后再观察pH值.然后用蒸馏水稀释10倍.常温下将棉织物浸渍在环氧丙基三甲基氯化铵水溶液中,浸渍时间20min,浴比1!20,用摇床摇动混合均匀.浸渍结束后取出轧干,带液率100%左右.然后在烘箱中50烘干,再用100烘焙50min 之后取出,用蒸馏水洗涤、晾干.1.2.3棉织物染色及上染率测试方法普通棉织物染色:活性橙B2RLN,活性艳红X3B100%,活性艳橙KR100%,活性翠蓝KNG共4种染料对织物重为2%.染色时用硫酸钠试验各种染料对棉织物染色的直接性,硫酸钠在染液中的质量浓度0,10~60g/L,上染时间50min,浴比1：50,染色温度分别为60,30,80,60,上染率=(染液原始浓度[1]残液浓度)/染液原始浓度*100%,其中残液浓度计算方法:用紫外可见分光光度计进行光度测量,将得到的吸收值代入标准方程,所得到的数值就是残液浓度.改性阳离子棉织物染色:均为无盐染色,其余染色条件与普通棉织物染色条件相同.同时加入浓度分别为0.05,0.1,0.15,0.2g/L的十二烷基硫酸钠作为缓染剂,降低上染速度.1.2.4固色上染完成后,在染液中加入碳酸钠进行固色,碳酸钠终浓度为10g/L,时间30min.活性橙B2RLN,活性艳红X[1]3B100%,活性艳橙KR100%,活性翠蓝KNG的固色温度分别为60,45,90,601.2.5棉织物染色后的皂洗牢度测试方法温度60℃、浴比1：50条件下皂洗30min(0.1%碳酸钠,0.1%肥皂),用CTA评定变色用灰卡确定色牢度等级.1.2.6棉织物染色后的棉沾和丝沾牢度测试方法60℃、浴比1：50条件下皂洗30min(0.1%碳酸钠,0.1%肥皂),用棉、丝作为标样,然后用CTA评定沾色用灰卡确定色牢度等级.1.2.7改性阳离子棉织物染色后的干摩擦与湿摩擦牢度测试在Y571B型摩擦色牢度仪上摩擦60次,然后用CTA评定沾色用灰卡确定色牢度等级.2.结果与讨论2.1活性橙B[1]2RLN等4支活性染料在棉织物的上染直接性图1~图4是活性橙B2RLN等4支活性染料在普通棉织物的上染率和固色率与硫酸钠浓度的关系从图中可以看到,活性橙B2RLN的上染率和固色率随硫酸钠浓度的升高而迅速升高.并很快出现饱和现象.固色率达到90%以上,具有良好的直接性.活性艳红X3B100%等其它3支活性染料,上染率和固色率随硫酸钠浓度的升高基本上线性升高,没有出现饱和现象.最终上染率和固色率不及活性橙B2RLN,但固色率都在60%以上,上染直接性还是比较好.2.2.阳离子改性棉织物的上染曲线棉织物接枝2,3环氧丙基三甲基氯化铵的接枝增重率为0.67±0.04%.图5是接枝阳离子棉织物用4种活性染料在无盐促染条件下的上染曲线.从图中可以看到,4种染料的上染速率都很快,上染过程在10min内可达90%以上,上染率分别为99.85%,99.89%,98.81%,99.98%.肉眼观察染色残液无色透明,.无残留染料.需要说明的是:在分光光度计上测定染色残液中染料吸光度时,一般用蒸馏水作对照,如果改用在60℃恒温40min的普通棉织物浸泡水溶液作对照进行测定,染色残液的吸光度就为0,计算出的上染率达到100.0%,即表明该染料在无盐条件下对改性阳离子棉织物的上染率很可能已经达到100.0%,只是棉织物在染色过程中有极少量的杂质溶于水中,使得染液中染料吸尽后如果用蒸馏水作对照,仍然能够测到染色残液有很低的吸光度,所以计算显示的上染率略小于100%.随后在固色、煮浮色过程中,上染的染料完全不会褪入溶液中,溶液中观察不到有颜色褪下来.改性阳离子棉织物具有如此高的上染率,是棉织物上带有的大量阳离子对阴离子染料的电性吸附作用力所致.同时改性阳离子棉织物固色率与上染率一致,表明接枝在棉织物上的阳离子对阴离子极强的相互作用不仅能使染料竭染,同时还起着固色的作用.因为染料即使在棉织物上上染率达到100%,但染料与织物的化学反应效率也不可能达到100%,必然有部分染料被水解成为浮色,这些浮色在煮浮色工艺中应该会褪入溶液中,没有出现这种现象是因为接枝在棉织物上的阳离子对阴离子染料产生了强的吸引作用,这种作用与通常采用阳离子固色剂进行固色的原理类似.不同之处在于:普通固色时阳离子固色剂是吸附在织物上的;而接枝阳离子棉织物的阳离子是以共价键的形式接在织物上的,不会在皂洗时溶入水中,所以其固色率要高得多.2.3十二烷基硫酸钠(SDS)对阳离子改性棉的缓染作用接枝阳离子棉织物活性染料的上染速度非常快,在10min内可达到90%以上,容易引起染色不匀,所以,用十二烷基硫酸钠做缓染剂,研究了阴离子表面活性剂的缓染作用.图6~图9是4支活性染料在不同SDS浓度下的缓染效果。