纳米银负载对棉织物活性染料染色的影响

孔令杰，高晓红，贾雪平

(1.南通大学纺织服装学院，江苏 南通 226019;2.南通大学化学化工学院，江苏 南通 226019)

纳米银负载对棉织物活性染料染色的影响

孔令杰1，高晓红1，贾雪平2

(1.南通大学纺织服装学院，江苏 南通 226019;2.南通大学化学化工学院，江苏 南通 226019)

为推广纳米银抗菌整理在棉织物染整加工中的应用，采用在位还原法在棉织物上还原银氨溶液生成纳米银并将其与染色相结合，探究纳米银负载对染料上染率以及先染色后整理和先整理后染色工艺对织物色光的影响，测试染色织物水洗后的色光变化和抗菌、耐水洗性能。结果表明，纳米银负载对上染率的影响主要与银氨溶液浓度、染料结构有关。银氨溶液浓度增加导致织物色光变化明显，且先染色后整理的织物变化更为严重。2种工艺处理的棉织物均具有良好的抗菌性和耐水洗性能，而断裂强力则下降15%左右。

纳米银;棉织物;抗菌性能;上染率;色光

纯棉织物不仅具有舒适的穿着性能，而且与人体有极好的亲和性，被广泛用于睡衣、袜品和床上用品等［1］。但普通棉制品耐微生物性能较差，日常服用时易滋生细菌，对人体健康存在一定隐患，因此棉织物的抗菌功能化整理显得尤为重要［2－3］。

银具有抗菌性能，普通金属银的抑菌效果较微弱，一旦加工成纳米银后，其原子排列表现为介于固体和分子之间的“介态”，这种活性极强的纳米银微粒具备广谱杀菌和高效持久的抗菌性能，可以杀灭细菌，真菌、支原体、衣原体等致病微生物［4－6］。纳米银对棉织物的后整理常采用浸渍抗菌剂或原位还原的方法［7－8］，但由于纳米银的显色性［9］，纳米银整理后织物通常白度下降，出现黄棕色，影响织物外观。探究纳米银与棉织物染色的相互影响，对提高纳米银整理在棉织物染整加工中的普适性和功能性开发具有实际意义。

本文利用棉织物本身还原性基团在位还原银氨溶液的方法制得纳米银颗粒，并对其在棉织物活性染料染色时的影响进行研究。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

实验材料:平纹细棉布;氨水，无水碳酸钠，无水硫酸钠，硝酸银，均为分析纯;低温去油剂，南通曙光染织有限公司;营养琼脂培养基，营养肉汤培养基，自配;金黄葡萄球菌，南通大学化学化工学院。

实验仪器:SHA-C水浴恒温振荡器，金坛市恒丰仪器制造有限公司;V-1200分光光度计，上海美普达仪器有限公司;DatacolorSF650测色配色仪，德塔颜色商贸(上海)有限公司;YG(B)026H-2J0强力测试仪，温州大荣纺织仪器有限公司。

1.2 棉织物的预处理

实验前对棉织物进行预处理，除去少量油剂及灰尘。浴比为1∶30，温度为40℃，时间为20 min，去油剂质量浓度为2 g/L，取出，水洗，晾干。

1.3 银氨溶液对棉织物的整理

预处理后的棉织物采用不同浓度的银氨溶液，在80℃下恒温处理90 min，浴比为1∶50。取出，水洗，晾干。

1.4 活性染料对棉织物的染色

染色工艺:配制染料用量为2%(o.w.f)，浴比为1∶30的染液，其中元明粉质量浓度为40g/L，碳酸钠用量为20g/L。初染温度为40℃，将织物投入染液后升温至60℃加入1/2的元明粉，10 min后加入剩余1/2元明粉，10 min后加入碳酸钠，恒温染色30 min。

皂洗工艺:配制2 g/L的皂洗液，浴比为1∶30，在95℃条件下皂洗10 min，取出织物水洗晾干。

1.5 测试方法

1.5.1 上染率测试

用V-1200分光光度计测试染料母液和染色残液的吸光度，用下式计算上染率:

式中:E为上染率;A1为染料母液的吸光度;A2为染色残液的吸光度;m为母液的稀释倍数;n为残液的稀释倍数。

1.5.2 颜色特征表征

用DataColorSF650型测色配色仪测定织物的L、a、b、c、h 值、λmax等数据，表征织物的颜色特征。

1.5.3 抗菌性能测试

参照AATCC 90—2011《纺织材料抗菌性能的评价:琼脂平皿法》，以革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌作为测试菌种，将直径1cm的圆形测试织物贴在无菌琼脂培养基上于37℃培养18 h，观察织物周围抗菌活性。

1.5.4 耐水洗性能测试

1.5.5 断裂强力测试

参照GB/T 3923.1—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》，测试试样的断裂强力和断裂伸长率。

2 结果与讨论

2.1 银氨溶液整理对染料上染率的影响

2.1.1 银氨溶液整理对不同染料上染率的影响

在银氨溶液浓度为3mmol/L，染料用量为2%(o.w.f)条件下，选用不同结构、分子质量的活性染料对整理后的棉织物进行染色，探究银氨溶液整理对上染率的影响，结果如表1所示。

表1 银氨溶液整理对不同染料上染率的影响Tab.1 Influence of silver ammonia solution finish on dyeing rates of different dyes

由表1可知，与空白样相比，经银氨溶液整理后的棉织物其上染率有不同变化，有提高，也有下降。这是因为在位生成的纳米银对染料上染的2种不同效应综合作用引起:效应一，原位生成的纳米银粒子分布在棉纤维的孔道及表面，阻碍了染料在孔道中的扩散，导致上染率下降;效应二，纳米银粒子表面有大量的活性羟基，会与染料分子发生范德华力和氢键结合，对染料有积极的吸附作用，使得上染率提高。这2种效应的综合作用与染料结构及分子大小，染液浓度及纳米银粒子在织物上的分布有关。

2.1.2 不同浓度银氨溶液整理对上染率的影响

选用活性红3BS的染料用量为2%(o.w.f)对不同浓度银氨溶液整理后的棉织物进行染色，测试其上染率，结果如图1所示。

图1 银氨溶液浓度对活性红3BS染料上染率的影响Fig.1 Influence of different concentrations of silver ammonia solution on dyeing rates of Reactive Red 3BS

由图1可知:经0.5mmol/L银氨溶液整理的棉织物，其上染率较常规染色样有所降低;而1、2、3mmol/L银氨溶液整理的织物上染率均高于常规染色样，但随银氨溶液浓度增加上染率呈下降趋势。这是因为0.5mmol/L银氨溶液制得的纳米银含量较低，难以对染料起到吸附作用;而1、2、3mmol/L银氨溶液整理后的织物存在一定量的纳米银负载，表面活性基团较多，对染料存在明显的吸附从而导致上染率增加。此外，随着银氨溶液浓度增加，在纤维孔道中的纳米银粒子出现粒子团聚、尺寸增大的现象，对染料扩散的阻碍作用愈发明显，上染率有所下降。所以，从上染率角度来看，1mmol/L为适宜的银氨溶液整理浓度。

功能性饮料中大多富含电解质，可以适当补充人体在出汗时丢失的钙、钠、钾、维生素B等微量元素和矿物质。但由于婴幼儿的身体发育还不完善，代谢和排泄功能不健全，过多的电解质会加重宝宝的肝、肾、心脏负担，增加宝宝患高血压、心律不齐的几率，甚至会造成肝肾功能的损害。

2.2 银氨溶液对染色棉织物色光的影响

2.2.1 银氨溶液对不同染色织物色光的影响

选定银氨溶液浓度为3mmol/L，染料用量为2%(o.w.f)，用几种不同染料对整理前后的棉织物进行染色，并测试其颜色特征，结果如表2所示。由表可知，染料不同，颜色特征值的变化也不同。与未整理的织物染色相比，经过银氨溶液整理的织物染色后L值均有所下降，即明度下降。表明纳米银粒子对织物色光的明度有较大的影响。对于活性红3BS和活性黑WNN来说，黄光增多，最大吸收波长向黄光区偏移，这是因为纳米银粒子带有黄光所致。对于活性黄3RS染料，L值、b值下降明显，表明纳米银粒子的黄色对较亮黄光的明度和黄度有较大影响，而最大吸收波长不变化。

表2 银氨溶液整理对不同染料染色织物色光的影响Tab.2 Influence of silver ammonia solution finish on fabric shade of different dyes

2.2.2 银氨溶液浓度对染色织物色光的影响

选取活性红3BS的用量为2%(o.w.f)，用不同浓度的银氨溶液(用C银氨溶液表示)对棉织物进行先染色后整理及先整理后染色工艺处理，测试织物表面的L、a、b等值。结果如表3所示。

表3 银氨溶液浓度对活性红3BS染色织物色光的影响Tab.3 Influence of different concentrations of silver ammonia solution on fabric shade of Reactive Red 3BS

由表3可知，随着银氨浓度的增加，2种工艺处理的棉织物表面的L值、a值、c值和最大吸收波长λmax逐渐减小，b值逐渐增大。且未整理织物染色的h值比银氨溶液整理织物的h值大得多。即随着银氨溶液浓度的增加，2种工艺染色后织物的明度降低，红光减少，黄光增加，颜色的饱和度和鲜艳度逐渐减小。最大吸收波长从红光区向黄光区移动。另外，相同银氨溶液浓度下，先染色后整理工艺的织物表面L值、a值比先整理后染色工艺的织物表面较小，b值、c值和h值较大，即先染色后整理工艺的织物表面明度比先整理后染色工艺的织物表面要暗，颜色少红偏黄，颜色饱和度较好，色相角偏大，先染色后整理工艺的最大吸收波长向黄光区移动较为明显。这是因为纳米银粒子的颜色随其粒径增大由淡黄変至棕色，先染色后整理工艺中，染料先上染堵塞棉纤维孔道，难以在棉纤维孔道内还原成尺寸微小的纳米银粒子，粒径较大的纳米银粒子表现出深黄乃至棕色并主要分布在棉织物表面，使得先染色后整理的织物表面颜色比先整理后染色织物表面黄。而先整理后染色工艺，使纳米银在棉纤维孔道内充分地在位还原，纳米银粒子尺寸较小，颜色较浅，因而织物表面泛黄程度没有先染色后整理工艺严重。

2.3 棉织物的性能表征

2.3.1 水洗后棉织物的色光变化

对不同浓度银氨溶液整理的先染色后整理和先整理后染色织物进行多次水洗，测定其色光变化，结果如表4所示。

表4 水洗后织物色光的变化Tab.4 Shade changes of treated fabric after washing

由表4可知，相同工艺和浓度下，经过水洗后的织物表面色光均发生了变化，L、a、b、c、h 值均下降，最大吸收波长没有明显移动，且随着水洗次数的增加，这些颜色特征值没有大幅度变化，即2种工艺的织物表面经过水洗工艺后，与未经水洗工艺的织物表面比较，其颜色明度变暗，色光中红，黄色光减少，颜色鲜艳度下降，色相角变小，但这些色光的偏移并不明显。这是因为在水洗过程中，有少量的水解染料从织物上解析下来，导致布面的红光减少，明度也相应的下降，但是L值和a值的下降幅度不大，表明活性染料与棉纤维的结合是牢固的，且纳米银负载不会导致染料色牢度明显下降。另外，2种工艺的织物在进行水洗工艺时，因为纳米银粒子与纤维只是简单的范德华力和氢键的结合，结合力较弱，有少量纳米银粒子从织物表面脱落，使得织物表面黄光减少，且随着水洗次数的增加，纳米银粒子掉落增多，b值下降越多，即黄光减少越多。而且先染色后整理工艺中，b值下降较先整理后染色工艺明显，这是由于先染色后整理工艺中分布在纤维表面的纳米银比例较大，粒径较大，与纤维的结合更为弱小，水洗次数增加导致纳米银脱落明显。结合2.2.2结果可知，先整理后染色工艺对染色织物色光及水洗后织物色光的变化影响较先染色后整理小，更适用于染整加工过程。

2.3.2 抗菌效果

以金黄色葡萄球菌作为测试菌种，选用银氨溶液浓度为2mmol/L，染料用量为2%(o.w.f)进行先染色后整理和先整理后染色工艺处理棉织物，并按上述水洗工艺进行多次水洗，测试不同试样的抗菌效果，结果如图2所示。图中1表示常规染色样，2～5分别表示未水洗、水洗5、30、50次试样。

图2 不同工艺整理的棉织物抗菌性能Fig.2 Antibacterial properties of treated cotton fabric by two processes.(a)Silver ammonia solution finish in wake of dyeing process;(b)Dyeing in wake of silver ammonia solution finish process

由图2可知，常规染色织物并没有抗菌效果，而2种工艺整理的棉织物周围均具有明显的抑菌圈，抗菌效果良好。且经多次水洗后，抑菌圈大小几乎不变化。这表明不同染色整理工艺处理的棉织物均具有良好的抗菌效果，且多次水洗后抗菌效果依然优良，因而具有较好的耐水洗牢度。

2.3.3 断裂强力

选取银氨溶液浓度2mmol/L，活性红3BS用量为2%(o.w.f)对棉织物进行先整理后染色和先染色后整理2种工艺处理。测定棉织物的断裂强力，结果如表5所示。由表可知，染色后棉织物受到轻微损伤，断裂强力和伸长率较原布有下降。经过纳米银整理后的棉织物强力受到一定损伤，先染色后整理的棉织物断裂强力下降16.3%，先整理后染色织物下降14.5%，先染色后整理棉织物强力下降更明显。

表5 银氨溶液整理对织物断裂强力的影响Tab.5 Influence of silver ammonia solution finish onbreaking strength of treated fabric

3 结论

1)纳米银负载对棉织物活性染料染色上染率的影响主要跟染料的结构、分子质量和银氨溶液浓度有关。对于活性红3BS染料而言，选用浓度为1mmol/L银氨溶液整理较为适宜。

2)银氨溶液浓度越高，对色光影响越大。先染色后整理的棉织物色光比先整理后染色的受损程度更为严重。选用低浓度银氨溶液整理和先整理后染色工艺更适用于染整加工过程。纳米银负载对浅色织物具有较大的影响，将纳米银负载工艺作为前处理工艺用于深色织物的染色可赋予织物良好的抗菌效果并减少色光的差异。

3)经不同染色整理工艺处理的棉织物均具有良好的抗菌效果和耐水洗性能。

4)纳米银整理会使棉织物的断裂强力略有下降，先整理后染色工艺的织物其强力下降较少。

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Influence of nano silver loading on dyeing property of cotton fabric

KONG Lingjie1，GAO Xiaohong1，JIA Xueping2
(1.College of Textile and Clothing，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019，China;2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019，China)

In order to promote the development of functional cotton textiles and improve the applicability of antibacterial finishing with nano silver in dyeing and finishing of cotton fabric，silver ammonia solution was applied to form nano silver by in-situ reduction method.In combination with cotton fabric dyeing，the influence of nano silver loading on dyeing rate were investigated，and also the influence of treatment sequence whether dyeing before fininshing or finishing before dyeing on shade of treated fabric was evaluated.Shade change of dyed fabric after washing，antibacterial property and washing durability were determined.The results showed that influence on dyeing rate by loading nano silver was related to the concentration of silver ammonia solution and dye structure.Increasing the concentration of silver ammonia solution would lead to significant changes of shade，and the shade change was more seriously for dyed fabric followed by finishing.Besides，cotton textiles prepared by two processes had favorable antibacterial properties and washing durability.The strength decreased by about 15 percent.

nano silver;cotton fabric;antibacterial property;dyeing rate;shade

TS 193.8

A

10.13475/j.fzxb.20140707305

2014－07－31

2015－01－23

国家自然科学青年基金项目(21203103)

孔令杰(1990—)，男，硕士。研究方向为纺织品染整技术。高晓红，通信作者，E-mail:gao.xh@ntu.edu.cn。