活性染料对剑麻纤维染色工艺研究

冯红园，张 斌，，林 胜

(1. 东华大学 纺织学院，上海 松江 201600；
2. 东方剑麻集团有限公司，广东 湛江 524000)

利用剑麻纤维制成的织物常常用于航海、渔业、交通运输业、建筑、工矿等方面，传统常见的剑麻产品有剑麻绳、剑麻地毯、剑麻防水布等，利用剑麻纤维制成的产品拥有很多优良的性能，比如其拥有较高的强度、坚韧耐磨、优良的吸湿导湿性能、良好的抗菌性能、除此之外，其还具备抗紫外线性能和抗静电性能[1－4]。

近年来由于人们环保意识的提高和新型剑麻纤维产品的不断开发，剑麻产品的应用领域越来越广泛，特别是在一些日常生活当中，其产品类型和需求量也在逐渐增加[5－9]。

然而剑麻产品成色相对单一，主要的色调为亚麻色、卡其色、驼色，此外关于剑麻纤维在染整方面的研究也较少，如果能将剑麻纤维更多的应用在纺织行业，这无疑会给纺织纤维的开发提供丰富的原料，以应对如今因环境和人口的压力造成的纺织原料产量不足的压力，同时得到具有亮丽色泽，符合人们审美要求的纺织产品，对其纤维或织物进行相应的染色工艺分析和研究就显得十分重要。

1.1 试验材料及药品

实验所用的材料如表1 所示。

表1 实验材料及药品

1.2 仪器设备

表2 实验仪器及设备

1.3 试验方法

1.3.1 染料的选择

剑麻纤维和棉纤维一样都属于纤维素纤维，染料中的活性基团能够与剑麻纤维素中的羟基反应，两者以共价键的形式结合，从而达到上染纤维的目的[15]。

本实验采用活性染料当中常见的三原色(红色、黄色、蓝色)用于剑麻染色工艺，确定各工艺参数的范围，并且对染色后的纤维上染性能进行分析评价。

1.3.2 染色工艺及方法

纤维经过染色后，先用冷水进行冲洗，然后在将剑麻纤维置于配置好的皂液中，在温度为95℃的热水中皂煮10min，然后取出并用清水洗涤，最后将样品在45℃烘箱中干燥30min。

活性染料染色工艺曲线如下图所示。

1.4 染色性能的表征

1.4.1 染色剑麻纤维K/S 值测定

采用Datacolor650 电脑测色配色仪确定染后纤维K/S 值。

K/S 值越大，表明纤维所染颜色越深[16]。

一般在一个测试样上选取不同的位置进行测试，每个样品测量五次后求取平均值。

本文以首个应用于临床的KATP开放剂尼可地尔为研究药物，构建高表达瑞典突变型淀粉样前体蛋白的神经母细胞瘤细胞作为AD的体外细胞模型，研究尼可地尔对AD细胞模型氧化应激和Aβ生成的影响，并探讨PI3K/AKT/GSK-3β通路在尼可地尔参与氧化应激、Aβ生成调节中的可能分子机制。

1.4.2 上染百分率的测定

使用UV－2006 型紫外可见分光光度计测试得到吸光度，在实际测试时，通常需要将染色前后的染液稀释一定的倍数，然后由下面的公式计算出相应的值，即为染料的上染百分率[17－18]。

1.4.3 颜色值的测定

根据美国纺织化学家和着色剂协会(AATCC)对于颜色值的测定方法，用分光光度计测量了染色剑麻纤维反射系数，并评估了CIELab(L、a、b、c 和h)颜色系统获得的颜色特征值。

1.4.4 色牢度

根据GB/T 3920－2008«纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度»和GB/T 3921－2008«纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度»的标准规定进行测试。

2.1 活性染料的紫外光谱特性

采用紫外可见分光光度计分别测定染料溶液在200nm～700nm 波长处一系列相应的吸光度，测定的结果如图1 所示。

由图1 可知，活性红、活性黄、 活性蓝的最大吸收波长分别为500nm、286nm、610nm。

图1 活性染料染色曲线图

后续实验均在最大波长处测试样品的吸光度。

图2 三种染料的最大吸收波长光谱图

2.2 染料的浓度对染色性能的影响

对染料的浓度做单因素分析，染料的浓度分别配置为1%、2%、3%、4%、5%的浓度梯度下分别进行实验。

其它实验条件设置:氯化钠20g/L，碳酸钠10g/L，染色时间60min，染色温度60℃。

实验测得的结果如图3 所示。

图3 染料的浓度对剑麻纤维染色性能的影响

通过观察上图发现，在染料浓度在1%～4%时，活性染料的上染率在不断增加，并且增加的幅度较大。

主要是因为染色的过程时一个动态平衡的过程，染色浓度的增加，溶液中的染料分子就越多，意味着纤维和染料分子之间碰撞的几率就越多，更多的染料分子上染到纤维上，因此上染百分率也就不断地增加[19，20]。

其中活性红的上染百分率要好于两外两种染料。

此外，通过浓度和K/S的柱状图中可以直观发现，三种活性染料的K/S值也是随着染料浓度的增加呈上升的趋势。

当染料浓度小于4%时， K/S 值变化非常显著，但是当染料浓度超过4%时，其上染率和K/S 值仍然成一个上升的趋势，但是剑麻纤维的K/S 值及变化不明显。

2.3 促染剂的用量对染色性能的影响

对促染剂的用量做单因素分析，选择氯化钠的浓度分别为10 g/L 、15 g/L、20g/L、25 g/L、30g/L的条件下进行实验，其它实验条件设置:染料浓度4%，碳酸钠10g/L，染色时间60min，染色温度60℃。

得到的染色情况结果如图4 所示。

图4 氯化钠的用量对剑麻纤维染色性能的影响

剑麻纤维和活性染料之间的直接性不高，常用NaCl 做促染剂。

染料上染到纤维的无定形区内部后，随着促染剂浓度的增加，三种染料所染剑麻纤维的上染率及K/S 值明显增大，其上染率和K/S值呈现上升的趋势。

当NaCl 的浓度在25g/L 以后，继续增加促染剂的用量，剑麻纤维的上染率增加不明显，甚至有所下降。

这是因为活性染料在溶液中呈现电负性，剑麻纤维中的纤维素含有羟基带负电荷，两者存在一定的静电斥力，染色初期，随着NaCl 的加入，降低了两者之间的斥力，更多的染料分子进入到纤维内部。

但是过多的电解质会让剑麻纤维表面所吸附的活性染料的量进入饱和状态，促使染料发生聚集，因此不利于染料上染纤维，造成上染率的下降，此外还会影响到色深值和染色均匀度，因此促染剂的用量不宜过大。

2.4 染色时间对剑麻纤维染色性能的影响

配置浓度相同的三种染料，按照上述的染色工艺进行染色，同时改变染色时间，选择上染时间分别30min、40min、50min、60min、70min 的条件下进行染色试验，其它实验条件设置如下:氯化钠20g/L，碳酸钠10g/L，染色温度60℃。

考察时间对活性染料上染剑麻纤维的上染百分率和色深K/S 的影响，结果如图5 所示。

图5 染色时间对剑麻纤维染色性能的影响

由图5 可知，染色时间在30min～60min 内，上染率在不断增加，尤其是活性红，其上染百分率一直高于另外两种染料。

三种染料在60min 后吸附染色基本达到平衡。

三种染料的K/S 值在60min以后，基本没有太大的变化。

活性染料的染色过程比较复杂，在后期由于进入固色阶段于染液呈碱性，活性染料会发生水解反应，一方面溶液中的染料会水解掉一部分，另一方面，由于时间的增加可能原本附着在纤维表面的染料也会水解下来，不仅浪费了染料，而且上染率也在下降。

为了更好地节约样品。

提高染色的效率，需要选择合适的上染时间。

2.5 染色温度对剑麻纤维染色性能的影响

配置浓度相同的三种染料，按照上述的染色工艺进行染色，同时改变染色温度，选择上染温度为40℃、50℃、 60℃、70℃、80℃的条件下进行试验，其它实验条件设置如下:氯化钠20g/L，碳酸钠10g/L，染色时间60min。

考察温度对活性染料上染剑麻纤维的上染百分率和色深K/S 的影响，结果如图6 所示。

图6 染色温度对剑麻纤维染色性能的影响

对图6 进行分析可知，染色温度在40℃～60℃之间，剑麻纤维的上染率和K/S 值是随着染色温度的上升而增加，这是因为温度不断升高使纤维中大分子进入活跃的状态，纤维分子之间的缝隙和空洞也会增大，这为染料进入纤维提供了更多的可能，在染色初始阶段，三种活性染料的上染率相差不大，其中活性蓝染料在60℃～70℃之间，上染率增加的比较明显，继续升高温度，会加快染料的水解速率，当水解速率大于染料分子向纤维内部的扩散速率时就会导致上染率有所下降。

2.6 不同颜色的染料上染剑麻纤维的颜色参数分析

取三种染料染色优化工艺上染纤维，染后将染后的纤维进行颜色对比分析。

由表3 可以看出，随染料浓度增加，染色纤维的明度下降，红光a 值和黄光b 值增加，其K/S 值也呈现增加的趋势，因此活性红染料很好地上染到了纤维上，色深逐渐增加。

由表4 可以看出，活性黄上染剑麻纤维时，其明度值要高于活性红上染纤维的明度值；
同样随着染料用量的增加，纤维的红光a 值及黄光b 值增加。

整体上其色深情况优于活性红上染纤维，由表5 可以看出，活性蓝上染纤维时，蓝光值增加，随着染料用量增加，染色纤维的明暗度下降。

由表3～表5 可知，不同浓度的活性染料上染纤维时其色深情况不同，其中活性黄的色深值高于活性蓝。

表3 不同浓度下活性红的染色效果参数

表4 不同浓度下活性黄的染色效果参数

表5 不同浓度下活性蓝的染色效果参数

2.7 色牢度评价

在三种染料的优化工艺下上染剑麻纤维并测试色牢度，结果见表6。

表6 不同染料色牢度等级评价

由表可知，剑麻纤维经活性红、活性黄、活性蓝染料染色后各项色牢度较好，耐干摩擦色牢度达到4～5 级，耐湿摩擦色牢度在3 级以上；
耐皂洗变色牢度及耐皂洗沾色牢度达到3～4 级。

由紫外可见光分光光度计分别测得了三种染料的最大吸收波长，三种染料的最大吸收波长分别为500nm、286nm、610nm。

选择三种活性染料上染剑麻纤维，在染料浓度为4%，碳酸钠用量为10g/L 的条件下，活性红的优化工艺为:氯化钠为30g/L，染色时间为60min，染色温度为60℃；
活性黄的优化工艺为:氯化钠为25g/L，染色时间为50min，染色温度为60℃；
活性蓝的优化工艺为:氯化钠为25g/L，染色时间为50min，染色温度为70℃；
在同等条件下，活性黄的色深情况较好，活性蓝的上染率受温度影响较大。

染后的纤维各项色牢度较好，可以达到实际生产的要求。