蛋白助剂改性涤纶织物对分散染料热溶染色性能的影响

王雪燕，崔 阳

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048)

0 前言

涤纶织物广泛应用于服装、装饰、产业等领域，其具有弹性好、保型性好、尺寸稳定性高、强度高和易洗快干等优异性能，但是由于涤纶纤维分子结构紧密，分子间缺少能与染料结合的亲水性基团，因而其存在染色性能差的缺点，同时存在吸湿性能差和易起静电等缺陷，进而影响其服用性能，限制其发展和应用。针对涤纶使用性能的问题，有关对涤纶进行改性的研究很多［1－8］。通过改性，能够进一步提升涤纶的性能，极大地推动涤纶纤维的发展和应用。本课题采用自制的鸡毛蛋白助剂和壳聚糖改性涤纶织物，研究改性涤纶织物分散染料热溶染色性能，目的是应用环保型生物助剂改善涤纶织物的染色性能和吸湿性能，以促进涤纶及其混纺织物更加广泛的应用。

1 实验部分

1.1 实验材料、药品及仪器

1.1.1 实验材料

废弃鸡毛:由西安市某屠宰场收集;涤纶机织物规格:8.3tex×8.3tex，88 ×64。

1.1.2 实验药品

精练剂:浙江湖州美欣达提供;阳离子反应性交联剂WLS:自制;阳离子促进剂1227、分散红E-3B、分散藏青S-2GL、分散黑S-2BL、壳聚糖及海藻酸钠均为工业品。

1.1.3 实验主要仪器

MU505T型立式轧车(北京纺织机械器材研究所);LA-205型织物热定型机(日本株式会社);XRite Colori7爱色丽分光测色仪(上海嘉恩科技有限公司);SHZ-88双数显水浴恒温振荡器(金坛市岸头林丰实验仪器厂)。

1.2 工艺过程

涤纶织物预处理→涤纶改性→热溶染色→指标测试。

1.3 实验方法

1.3.1 蛋白助剂的制备［9］

(1)鸡毛清洗

将收集的鸡毛先浸入5mL/L的醋酸水溶液中，80℃洗涤20min，然后充分水洗，烘干，以去除鸡毛中的非蛋白类杂质。

(2)鸡毛溶解工艺

将洗净的鸡毛浸渍在含有8g/L氢氧化钠和8g/L尿素的水溶液中，85℃处理2h，固液比为1:20(鸡毛质量与工作液体积之比)，待鸡毛溶解后，过滤，去除不溶物，然后用稀盐酸调节pH至7，定容，即得到蛋白助剂。

1.3.2 壳聚糖溶解工艺

将1g壳聚糖投入含有1mL冰醋酸和99mL蒸馏水的溶液中，在60℃下处理30min，得到溶解的壳聚糖溶液，并用100mL的容量瓶定容，即制得10g/L壳聚糖溶液。

1.3.3 涤纶预处理工艺

(1)精练工艺

涤纶织物浸渍在含有6g/L碳酸钠和4g/L精练剂的溶液中，80℃处理30min，浴比为1∶20，去除涤纶织物上的杂质。

(2)碱减量工艺

涤纶织物浸渍在含有6g/L氢氧化钠、3g/L阳离子促进剂1227和12%(omf)三乙醇胺的溶液中，80℃碱减量处理1h，浴比为1:20。

1.3.4 蛋白助剂改性涤纶织物工艺

涤纶织物浸渍在含有0－50%(omf)蛋白助剂和5%(omf)壳聚糖复配的溶液中，浴比1∶30，80℃处理0－55min后，再加入0－50%(omf)交联剂WLS，再在 70－100℃的条件下继续处理 0－60min，最后再用80℃热水充分水洗5min。

1.3.5 染色工艺

(1)热溶染色工艺过程

浸轧染液(二浸二轧，压力0.25MPa，车速为3.0m/min)→烘干(80℃ ×3min)→焙烘(195℃ ×1.5min)→取出试样，冷水洗、还原清洗及充分水洗→烘干。

(2)染色处方

分散红E-3B 20g/L

渗透剂JFC 2g/L

5%海藻酸钠浆 10g/L

总液量 200mL

(3)还原清洗工艺

保险粉2g/L，氢氧化钠2g/L，浴比1∶100，70℃清洗10min。

1.4 测试指标

1.4.1 表观色深度K/S值测定

织物K/S值等色度指标测定采用X-Rite Colori7爱色丽分光测色仪，10°视野，D65光源，试样折叠4层，测定3次，取其平均值。

1.4.2 摩擦色牢度测定

按照GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试，随后采用“GB/T251-2008评定沾色用灰色样卡”评定染色织物耐摩擦色牢度等级。

1.4.3 扩散面积测定

用2.5mL的滴液管，在距离涤纶试样表面5cm处，滴大约0.5mL蒸馏水，并记时，在60s时测量试样另一面的扩散面积。测量5次，取平均值。

1.4.4 保水性测定［10］

首先称量干燥涤纶试样重量(为W0)，然后将试样置于约200ml的蒸馏水中，25℃浸泡5min后，再用滤纸吸去试样上多余的水分，并称量试样重量(为W1)。按下式计算保水率 (N为试样的保水率)。

2 结果与讨论

2.1 蛋白助剂改性工艺优选

涤纶织物先按照2.3.3进行精练和碱减量预处理，再按照2.3.4 工艺改性，最后按照 2.3.5 工艺热溶染色。测定染色效果，优化蛋白助剂改性工艺条件。

2.1.1 蛋白助剂用量优选

涤纶织物改性工艺为:固定壳聚糖用量为5%(omf)，改变蛋白助剂用量，处理30min后，再加入交联剂WLS 30%(omf)，80℃下继续处理30min，最后再经80℃热水充分水洗。图1为蛋白助剂用量对涤纶织物染色深度的影响。

由图1可以看出，随着蛋白助剂用量增加，K/S值增大，当蛋白助剂用量为30%(omf)时，织物的K/S值达到最高;继续增加蛋白助剂用量，涤纶织物的K/S值有所降低。这是因为水溶性鸡毛蛋白助剂是一种两性化合物，主链上含有大量的肽键(－CONH－)，还含有－COOH、－NH2、－OH 等极性基团，在一定条件下，与涤纶纤维之间存在氢键、静电引力、范德华力和疏水键作用力，并借助高反应性阳离子交联剂WLS交联作用，将其整理到涤纶织物上，在涤纶纤维表面及内部引入更多的阳离子基团和其他极性基团，从而增大涤纶纤维与分散染料之间的作用力，显著改善涤纶纤维的染色性能。但并不是蛋白助剂用量越多越好，过多的蛋白助剂，不能和交联剂及涤纶充分结合和反应，在以后的水洗处理中多余的蛋白助剂很容易脱落，因此蛋白助剂用量太多，并不能进一步改善涤纶织物的染色性能。由实验确定蛋白助剂最佳用量为30%(omf)。

图1 蛋白助剂用量对涤纶织物染色深度的影响

2.1.2 蛋白助剂处理时间优选

固定蛋白助剂用量为30%(omf)，改变蛋白助剂处理时间，其他工艺同3.1.1，对涤纶织物进行改性，然后染色，结果见图2。

图2 蛋白助剂处理时间对涤纶织物染色深度的影响

由图2可以看出，随着蛋白助剂处理时间延长，K/S值增大，当处理时间为40min时，织物的K/S值达到最高，继续延长处理时间，K/S值变化不大。说明处理40min时，蛋白助剂与涤纶织物已经充分结合。但处理织物时间过长，蛋白助剂结构所有破坏，同时吸附在涤纶织物上的助剂会发生解吸，影响织物的染色效果。因此蛋白助剂处理时间确定为40min。

2.1.3 交联剂WLS用量优选

蛋白助剂用量为30%(omf)，蛋白助剂与壳聚糖复配处理时间为40min，然后加入不同用量的阳离子交联剂WLS。其他条件同3.1.1，对织物进行改性，然后染色，结果见图3。

图3 交联剂WLS用量对涤纶织物染色深度的影响

由图3看出，随着交联剂WLS用量增加，K/S值增大。当交联剂WLS用量超过40%(omf)后，织物的K/S值基本不变。这是因为含有反应性环氧乙烷活性基团的交联剂WLS能与蛋白助剂及壳聚糖结构上的氨基反应，使更多的蛋白助剂及壳聚糖牢固地吸附在涤纶织物上。但是使蛋白助剂固着在涤纶织物上需要的交联剂WLS用量是有限度的，当达到饱和值后，继续增加WLS用量，不能进一步改善涤纶的染色性能。因此，确定阳离子交联剂WLS用量为40%(omf)。

2.1.4 WLS交联处理时间优选

蛋白助剂用量为30%(omf)，蛋白助剂与壳聚糖复配处理时间为40min，交联剂 WLS用量为40%(omf)，改变WLS交联处理时间。其他条件同3.1.1，对织物进行改性，然后染色，结果见图4。

由图4看出，随着交联剂WLS交联处理时间的延长，K/S值增大。当交联剂WLS交联处理时间为50min时，织物的 K/S值到达最大;超过50min后，织物的K/S值有所降低。说明适当延长交联处理时间，改性程度提高，但处理时间过长，蛋白助剂和WLS会发生水解反应，而且其交联键可能断裂，导致吸附在涤纶织物上的蛋白助剂容易脱落，影响涤纶织物的改性和染色效果。因此，确定交联反应时间为50min。

表1为不同工艺处理涤纶织物采用分散红E-3B染色后的色泽及色光情况。

图4 交联处理时间对涤纶织物染色深度的影响

2.1.5 WLS交联处理温度优选

蛋白助剂用量为30%(omf)，蛋白助剂与壳聚糖复配处理 40min，交联剂 WLS用量为 40%(omf)，WLS交联处理时间为50min，改变交联处理温度。其他工艺条件同3.1.1，对织物进行改性，然后染色，结果见图5。

图5 交联处理温度对涤纶织物染色深度的影响

由图5可以看出，随着交联剂WLS交联处理温度的升高，K/S值增大。当交联剂WLS交联处理温度为90℃时，K/S值到达最大;超过90℃，K/S值有所降低。这是因为交联反应温度过高，交联剂WLS本身水解程度提高，同时会引起蛋白助剂结构发生破坏，从而降低涤纶织物的改性程度。因此，确定交联处理温度为90℃。

综上所述，确定出有利于改善涤纶织物热溶染色的蛋白助剂浸渍法改性的最佳工艺条件为:涤纶织物浸渍在含有30%(omf)蛋白助剂与5%(omf)壳聚糖的溶液中，80℃处理40min后，再加入40%(omf)的阳离子交联剂WLS，在90℃的条件下继续处理50min，最后再用80℃热水充分水洗，并烘干。

2.2 改性涤纶织物染色效果评价

2.2.1 不同改性工艺处理涤纶织物分散红E-3B染色色泽及色光变化

表1 不同工艺处理涤纶织物用分散红E-3B染色后的色泽及色光

由表1看出，未处理涤纶织物的表观色深度最小，说明未处理涤纶织物上存在的杂质不利于分散染料的吸附上染，经精练和碱减量预处理的涤纶织物由于吸湿性提高，织物表面粗糙度提高，有利于染料吸附上染，织物的表观色深度值提高;而经预处理后的涤纶织物再经蛋白等助剂改性处理，织物表面引入更多新的极性基团和阳离子基团，显著增大织物与分散染料之间的作用力，有利于更多染料上染到织物上，进而进一步显著提高织物的表观色深度。同时经蛋白助剂改性涤纶织物的明度降低，鲜艳度提高，色光有所改变。

2.2.2 不同助剂改性涤纶织物采用不同种类分散染料染色的表观色深度

采用不同助剂对涤纶织物进行改性，再按照2.3.5工艺，选用三种分散染料(分散红 E-3B、分散藏青S-2GL和分散黑S-2BL)，对不同助剂改性处理的涤纶织物进行染色，测试染色织物的表观色深度，结果见表2。

表2 不同助剂改性处理涤纶织物采用不同种类染料染色后的K/S值

从表2中可以看出，实验选择的三种分散染料，均有相似的规律，即:预处理的涤纶织物再经单独蛋白助剂处理、单独WLS处理和单独壳聚糖处理，织物染色深度均有一定程度的提高;预处理的涤纶织物再经其中任何两个助剂联合改性处理，织物的染色深度值进一步增大;而预处理的涤纶织物再经蛋白助剂、壳聚糖与交联剂联合改性处理，织物的染色深度最大(8#试样)。这是因为蛋白助剂和壳聚糖结构上含有较多氨基和羟基等水溶性极性基团，有利于改善涤纶织物的吸湿性能，并增大与分散染料之间的作用力，改善涤纶织物的染色性能，然而由于蛋白助剂与壳聚糖水溶性好，反应性基团少，只有少量助剂能够处理到涤纶织物表面，染色性能改善有限;考虑到交联剂WLS本身含有反应性环氧乙烷活性基和带有正电荷，能与蛋白助剂和壳聚糖结构上的氨基和羟基等反应，并能与涤纶分子结构上端部的羟基反应，使更多的蛋白助剂和壳聚糖处理到涤纶织物上，从而使涤纶纤维上引入更多极性基团和正电荷，进一步增大涤纶纤维与分散染料之间的作用力，显著改善涤纶织物的染色性能，使更多分散染料上染到涤纶织物上，提高织物的表观色深度。因此，将蛋白助剂与壳聚糖复配之后，再借助WLS的交联作用，对涤纶织物改性，能显著提高涤纶织物的染色性能。由此说明蛋白助剂、壳聚糖及交联剂WLS之间有很好的协同作用，联合改性涤纶织物的染色性能最好。

2.2.3 不同助剂改性涤纶织物采用不同种类染料染色的耐摩擦色牢度效果

采用不同助剂对涤纶织物进行改性，再按照2.3.5工艺，选用三种分散染料(分散红 E-3B，分散黑S-2BL，分散藏青S-2GL)，对不同助剂改性的涤纶织物进行染色，测试染色织物的耐摩擦色牢度，结果见表3。

表3 不同助剂改性涤纶织物的耐摩擦色牢度效果

由表3可以看出，用实验所选的三种分散染料染不同助剂改性的涤纶织物，均获得了较好的耐摩擦色牢度，说明不同助剂改性涤纶织物染色深度提高的同时，并不会降低织物的耐摩擦色牢度。

2.3 不同助剂改性涤纶织物的吸湿性能

表4 不同助剂改性对涤纶织物吸湿性能的影响

从表4可以看出，改性助剂和染色用染料种类均对涤纶织物的吸水扩散面积和保水率有影响，但用实验选择的三种分散染料染不同助剂改性的涤纶织物，均得到相似的规律，即:预处理的涤纶织物再经单独蛋白助剂处理、单独壳聚糖处理和单独WLS处理，织物的吸水扩散面积和保水率都有所提高;预处理的涤纶织物再经任何两个助剂联合改性，织物的吸水扩散面积和保水率进一步增大;而预处理的涤纶织物再经蛋白助剂、壳聚糖与交联剂联合改性(8#试样)，涤纶织物的吸水扩散面积和保水率提高最大。证明蛋白助剂、壳聚糖和WLS联合改性涤纶织物上能够结合更多助剂，这些助剂结构上均含有较多亲水性极性基团，从而显著改善涤纶织物吸湿性能，有利于染料吸附上染，同时改善涤纶织物穿着的舒适性。

3 结论

(1)确定出有利于改善涤纶织物热溶染色的蛋白助剂浸渍法改性的最佳工艺条件为:涤纶织物浸渍在含有30%(omf)蛋白助剂与5%(omf)壳聚糖的溶液中，80℃处理 40min后，再加入 40%(omf)的阳离子交联剂WLS，在90℃的条件下继续处理50min，最后再用80℃热水充分水洗，并烘干。

(2)蛋白助剂、壳聚糖及交联剂WLS之间有很好的协同作用，联合改性涤纶织物的染色性能最好。

(3)经该工艺改性的涤纶织物采用分散染料热溶染色，织物耐摩擦色牢度不降低，织物的表观色深度显著增加，而且涤纶织物的吸湿性能提高，穿着舒适性能改善，但织物的色光有所变化。

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