牛奶蛋白纤维与棉纤维的同色性染色工艺研究

赵呈建， 许志忠， 郭龙宾

(河南工程学院 a. 教务处；b. 材料与化学工程学院，郑州451191)



牛奶蛋白纤维与棉纤维的同色性染色工艺研究

赵呈建a， 许志忠b， 郭龙宾b

(河南工程学院 a. 教务处；b. 材料与化学工程学院，郑州451191)

采用B型活性染料对牛奶蛋白纤维和棉纤维进行同浴染色，研究碳酸钠、氯化钠、染色温度和防染剂处理对牛奶蛋白纤维与棉纤维色差ΔE的影响，并测试染色纤维的色牢度。结果表明：在活性染料2%(o.w.f)时，浴比1︰50、碳酸钠20 g/L、氯化钠40 g/L、染色温度60 ℃保温50 min的工艺条件下对牛奶蛋白纤维(经防染剂处理)和棉纤维进行同浴染色，能得到较好的同色性，染色纤维的耐洗牢度和耐干摩擦均≥4级，耐湿摩擦牢度均≥3～4级。

牛奶蛋白纤维；棉纤维；活性染料；同浴染色；同色性

牛奶蛋白纤维是一种新型再生蛋白质纤维，是集天然纤维与合成纤维优点于一身的纺织新原料，既具有合成纤维强度高、收缩小、防霉和防蛀的性能，又具有天然纤维柔软、吸湿、透气、染色好、色牢度强和无静电等优点，其光泽和导湿性能更为其他纤维无法比拟[1-3]。另外，牛奶蛋白纤维又含有17种人体必需的氨基酸，亲肤性好，具有良好的保健性，是用酪蛋白制造的工业化纤维[4-5]。但牛奶蛋白纤维干、湿热性和耐化学稳定性差，应用时需与其他纤维进行混纺[6-7]。据报道，牛奶蛋白纤维与棉纤维混纺制成的产品可提高织物的亲肤性和柔软性，增加悬垂性和织物光泽，并且保持棉纤维的吸湿、透气、保暖等特点，提高产品档次[8]。

牛奶蛋白纤维中含有羟基、氨基、羧基等极性基团，可采用活性、酸性、中性、直接、阳离子、毛用活性染料及分散染料染色[9]。本试验选取B型三原色活性染料对牛奶蛋白/棉纤维进行同浴染色，研究染色条件对同色性的影响，以期为牛奶蛋白/棉纤维混纺织物的染整加工工艺的开发提供一定的借鉴。

1　试　验

1.1材料和仪器

材料：牛奶蛋白纤维(上海正家牛奶丝有限公司)，棉纤维(泉州金棉纤维制品有限公司)，活性红B-3BF、活性黄B-4RFN、活性深蓝B-2GLN(工业级，泰兴市锦鸡染料有限公司)，无水碳酸钠、氯化钠(分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司)，酸性防染剂(自制)，皂洗剂LTS(工业用，拓纳贸易上海有限公司)。

仪器：RC-Z2400染色机(上海一派印染技术有限公司)，JA2003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司)，CE7000A测色配色仪(美国Greta Macbeth)，M571B耐摩擦牢度测试仪、SW-12A耐洗色牢度试验机(温州方圆仪器有限公司)，GB 251—1995沾色灰色样卡、GB 250—1995褪色灰色样卡(上海市纺织工业技术监督所)。

1.2方法

染色配方：活性染料相对织物质量分数为2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸钠xg/L，氯化钠yg/L。

工艺流程：纤维各半→染色(40℃×30 min)→固色(60 ℃×50 min)→热水洗(60 ℃×5 min，2遍)→皂洗(80～90 ℃×10 min)→热水洗(60 ℃×5 min，2遍)→冷水洗→烘干(纤维分开水皂洗)。

工艺曲线：

皂洗配方：皂洗剂LTS 2 g/L，浴比1︰30，80～90 ℃皂洗10 min。

1.3性能测试

1.3.1表面色差ΔE的测试

颜色特征值：试样的色差ΔE在Color-Eye 7000A测色仪上测定，采用D65光源和10°观察角。

1.3.2色牢度的测定

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测定。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测定。

2　结果与分析

2.1碳酸钠质量浓度的影响

虽然牛奶蛋白纤维耐碱性较差，但针对活性染料的情况，选择碱性较弱的碳酸钠对染料进行固色。B型活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，氯化钠30 g/L，不同碳酸钠质量浓度下，按1.2节工艺对棉和牛奶蛋白纤维染色。染色结果是牛奶蛋白纤维K/S值较大，测试染色后纤维的色差如表1所示。由表1可知，随着碳酸钠质量浓度的增加，染色纤维的色差先逐渐减小后又稍微增加，这说明在碳酸钠质量浓度为20 g/L前后，可能棉纤维上的—OH和牛奶纤维上的—OH、—NH3、—SH反应性基团，在染液pH值发生变化时，与染料反应的程度也发生了变化。其原因比较复杂尚需进一步研究。比较3只染料对碳酸钠的敏感性发现，活性深蓝B-2GLN的色差减小得较快，活性黄B-4RFN的次之，活性红B-3BF的较慢。当碳酸钠质量浓度增加至20 g/L时，两种纤维之间的色差ΔE<5，认为两种纤维同色[10-11]，且考虑到碳酸钠对牛奶蛋白纤维和活性染料的水解作用，实际染色过程中碳酸钠质量浓度可取20 g/L。

表1　碳酸钠质量浓度对棉和牛奶纤维色差的影响

2.2氯化钠质量浓度的影响

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸钠20 g/L，不同氯化钠质量浓度下，按1.2节工艺对牛奶蛋白和棉纤维染色，测试染色后纤维的色差如表2所示。由表2可知，随着氯化钠质量浓度的增加，染色纤维的色差逐渐减小。这说明氯化钠对棉纤维的促染作用要比牛奶蛋白纤维的大，对棉纤维表面的Zeta电位降低的多。比较氯化钠对3只染料的促染作用发现，活性红B-3BF和活性深蓝B-2GLN的色差减小得较快，且色差数值很接近，活性黄B-4RFN的减小得较慢。当氯化钠质量浓度达到40 g/L后，色差ΔE基本稳定，且ΔE接近5，但质量浓度过高会导致染料聚集，易造成染色不匀现象，加重后处理的负担，实际应用中可选取氯化钠质量浓度为40 g/L。

表2　氯化钠质量浓度对棉和牛奶纤维色差的影响

2.3染色温度的影响

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸钠20 g/L、氯化钠40 g/L，不同染色温度条件下，按1.2节工艺对棉和牛奶蛋白纤维染色，测试染色后纤维的色差如表3所示。由表3可知，随着温度的增加，染色纤维的色差先逐渐减小后又略微增加，这说明温度在70℃前后对棉和牛奶蛋白纤维染色的影响是不一样的，这可能与染料的结构有关，B型活性染料具有乙烯砜和一氯均三嗪异双活性基，乙烯砜硫酸酯发生消去反应生成的乙烯砜基不稳定，高温条件下与两种纤维结合能力下降程度有所不同造成的。比较温度对3只染料的作用发现，活性黄B-4RFN的色差减小得较快，活性深蓝B-2GLN的次之，活性红B-3BF减小得较慢。当染色温度在60℃后，色差ΔE基本稳定，且ΔE<5，但温度过高会导致牛奶蛋白纤维损伤，实际应用中可选取温度为60℃。

表3　染色温度对棉和牛奶纤维色差的影响

2.4防染剂对染色同色性的影响

牛奶蛋白纤维的染色深度高于棉纤维，导致两种纤维间同色性较差。本试验选用弱酸性防染剂对牛奶蛋白纤维预处理，再进行染色。防染剂的防染作用是由于其阴离子能首先与牛奶蛋白纤维大分子上的氨基发生离子键结合，延缓了染料与氨基的反应，可以减少两种纤维的上染差异，从而降低色差。处理的条件为防染剂0.8 g/L，浴比1︰50，温度60℃，时间20 min，再采用B型活性染料按1.2节工艺对牛奶蛋白纤维(经处理)和棉纤维进行同浴染色，活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸钠20 g/L、氯化钠40 g/L，测试染色后纤维的色差，结果如表4所示。由表4可以看出，3只染料的色差ΔE均在3左右，与表3中不经防染剂对牛奶蛋白纤维进行预处理的色差ΔE相比，与温度为70℃的色差也接近在3左右，经防染剂预处理可以使染色温度降到60℃，主要是考虑到温度升高，碱性条件下会对蛋白纤维造成损伤，损伤的程度有待进一步研究测定。

2.5染色牢度分析

活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，碳酸钠20 g/L、氯化钠40 g/L，按1.2节工艺对棉和经防染剂进行预处理的牛奶蛋白纤维染色，染色纤维的色差ΔE和色牢度性能见表4。由表4可以看出，染色后纤维色差较小，耐洗牢度和耐干摩擦牢度均≥4级，耐湿摩擦牢度≥3～4级。

表4　染色纤维的色差ΔE和色牢度性能

3　结　论

1)使用B型活性染料2%(o.w.f)，浴比1︰50，对经防染剂进行预处理的牛奶蛋白和棉纤维同浴染色，较佳工艺条件为碳酸钠20 g/L、氯化钠40 g/L、染色温度60 ℃、保温50 min，此时纤维可获得较好的同色性，色差ΔE在3左右。

2)在弱碱性条件下，B型活性染料染色牛奶蛋白纤维得色量大于棉纤维，使用弱酸性防染剂可减小两者之间色差，处理的条件为防染剂0.8 g/L，浴比1︰50，温度60℃，时间20min。

3)较佳工艺条件下染色纤维色差较小，色牢度较好，耐洗牢度和耐干摩擦牢度≥4级，耐湿摩擦牢度≥3～4级。

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The union dyeing technique of milk protein fiber and cotton fiber

ZHAO Chengjiana, XU Zhizhongb, GUO Longbinb

(a. Teaching Affairs Department; b. College of Materials and Chemical Engineering, Henan Institute of Engineering,Zhengzhou 451191, China)

In this paper, the B type reactive dyes are used to dye milk protein fiber and cotton fiber in one bath, the effects such as sodiumcarbonate, sodium chloride, dyeing temperature and resisting agent treatment on ΔE, and the color fastness of dyed fibers were tested. The results indicated that the milk protein fiber (treated with resisting agent) and cotton fiber obtained good union dyeing performance when they were dyed with 2%(o.w.f) of reactive dyes, bath ratio at 1︰50, 20 g/L of sodiumcarbonate, 40 g/L of sodium chloride, at 60 ℃ for 50 min. The soaping fastness and dry rubbing fastness of the dyed fibers is not lower than 4 grade, and wet rubbing fastnesses for both fibers is not lower than 3～4 grade.

milk protein fiber; cotton fiber; reactive dyes; one-bath dyeing; union dyeing performance

2015-10-19;

2016-04-13

河南工程学院轻化工程技术研究中心建设项目(GCZX2013003)

赵呈建(1961-)男，硕士研究生，研究方向为数学及在纺织染整中的应用。通信作者：许志忠，教授，xzz708@163.com。

TS193.862

A

1001-7003(2016)05-0029-04引用页码: 051105