稀土作为蒲黄改性腈纶同浴媒染色媒染剂的研究

李田田，乔自阳，黄鸿宇，李永贺，孟春丽，曹机良

(河南工程学院 材料与化学工程学院，河南 郑州 450007)

稀土作为蒲黄改性腈纶同浴媒染色媒染剂的研究

李田田，乔自阳，黄鸿宇，李永贺，孟春丽，曹机良

(河南工程学院 材料与化学工程学院，河南 郑州 450007)

采用三乙烯四胺对腈纶进行改性，对改性后的腈纶用蒲黄色素染色，用稀土氯化镧、氯化铈作为媒染剂，探讨了染色温度、pH值、时间、媒染剂和蒲黄用量对改性腈纶染色性能的影响，测试了染色腈纶的K/S值及耐洗性能.结果表明，当蒲黄用量为5%owf、媒染剂质量浓度为0.5 g/L、pH值为4时，温度为90～98 ℃的条件下较适合蒲黄对改性腈纶的染色，而且稀土作为媒染剂对染色改性腈纶色光的影响较小，耐洗性有所提高.

天然染料；蒲黄；媒染；稀土；腈纶

随着生活水平的提高，人们对生活品质的要求也越来越高，天然环保材料逐渐引起了人们的关注.天然染料无毒无害、无污染、易降解，主要用于天然纤维染色，一般需要使用媒染剂或其他处理方法[1-3].为提高天然染料的染色效果，常用金属离子为媒染剂进行染色，但对环境有一定污染[4-6].近年来，也有少量研究将天然染料用于合成纤维染色，获得了较好的结果.腈纶纤维的性能与羊毛极其相似，有“人造羊毛”之称，具有色泽艳丽、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，而且腈纶在内部大分子结构上呈不规则螺旋构象，没有严格的结晶区，只有高序排列和低序排列之分，这使腈纶具有较好的热弹性[7].

目前，腈纶改性通常采用盐酸羟胺、三乙烯四胺等改性剂，通过改性使腈纶的氰基与改性剂反应，改性腈纶接枝上氨基后，其亲水性、抗静电性及对阴离子染料的染色性能增强.蒲黄的价格较为便宜，可作为天然染料，但当前对其研究较少.稀土作为天然染料染色媒染剂的优点之一是对天然染料本身的色光影响较小，保持了天然染料染色织物本身较为鲜艳的颜色.鉴于此，本课题对腈纶纤维用三乙烯四胺进行改性，提高其亲水性及抗静电性能，再用天然染料蒲黄对其进行染色，探究用稀土离子做媒染剂时改性腈纶的染色性能.

1 实验材料与方法

1.1实验材料

纤维：腈纶散纤维1.67 dtex.染料：蒲黄色素，陕西澳源生物技术有限公司生产.化学药品：氯化铈、氯化镧，均为化学纯.

1.2实验方法

1.2.1腈纶改性方法

用红外线高温染色机对腈纶进行改性处理，在染杯中加入三乙烯四胺和水(体积比为2∶1)的混合液，然后投入腈纶纤维，浴比为1∶30，在室温下开始处理.以2 ℃/min升温至120 ℃，保温3 h，然后以2 ℃/min降温至60 ℃，取出纤维用蒸馏水水洗，然后用醋酸中和至中性，再次水洗，最后烘干待用.

1.2.2染色方法

蒲黄用量为x%owf，媒染剂质量浓度为zg/L，用醋酸分别调节pH值至2，4，7，9，在浴比为1∶50的条件下，室温入染，以1 ℃/min升温至指定温度，保温所需时间，染毕，水洗，烘干.

1.3测试方法

1.3.1颜色特征值

采用Color-Eye 7000A型测色仪测定样品颜色特征值，采用D65光源和10°视场角，每个样品测4次，取平均值，染色腈纶的颜色深度ΔE按式(1)计算：

(1)

式中：L1，a1，b1是改性腈纶颜色特征值；L2，a2，b2是染色后的改性腈纶颜色特征值.另，耐洗性能测试时的L1，a1，b1为洗涤0次时染色腈纶的颜色特征值.

1.3.2耐洗性

用标准合成洗涤剂4 g/L，在浴比为1∶50的条件下，将洗涤液升温至40 ℃，投入染色纤维洗涤10 min并水洗，烘干，这个过程为1次水洗，分别在此条件下洗涤不同次数后，测试纤维的颜色特征值.

2 结果与讨论

2.1pH值对染色的影响

蒲黄用量为5%owf，媒染剂质量浓度为0.5 g/L，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至90 ℃，保温60 min，在不同pH值条件下染色，测定pH值对染色样品颜色特征值的影响，结果如表1所示.

表1 pH值对改性腈纶染色特征值的影响Tab.1 Effect of dyeing pH value on color characteristic value of dyed acrylic fibers

表1列出了两种媒染剂染色后纤维的颜色特征值，可以看出随着pH值的增加，染色腈纶纤维明度L*逐渐增加，说明染色纤维的颜色变浅，这一点从色深值ΔE的逐渐降低可得到佐证.红绿指数a*、蓝黄指数b*、彩度c*及色相角h°的变化趋势不是很明显，说明染色pH值及媒染剂的加入对染色腈纶的色光影响较小.综合考虑，建议用稀土做媒染剂时改性腈纶蒲黄染色适合在弱酸性条件下进行，pH值可定为4左右.

2.2温度对染色的影响

在pH值为4的条件下，蒲黄用量为5 %owf，媒染剂质量浓度为0.5 g/L，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至指定温度，保温60 min，不同温度条件下染色，测定染色温度对样品颜色特征值的影响,结果见表2.

表2 温度对改性腈纶蒲黄染色特征值的影响Tab.2 Effect of dyeing temperature on color characteristic value of dyed acrylic fibers

由表2知蒲黄染色改性腈纶纤维的明度L*随染色温度的升高而逐渐降低，这说明染色腈纶的颜色变深，这一点由色深值ΔE逐渐增加得到佐证.染色腈纶的红绿指数a*随温度升高而逐渐增加，说明染色腈纶的红光加深，黄蓝指数b*变化不是很明显，色相角h°随温度升高呈下降趋势.这可能是温度逐渐增加达到了改性腈纶的玻璃化温度，纤维体积膨胀，使染料较易进入纤维内部.由此可见，用蒲黄对改性腈纶染色时，合适的染色温度为90～98 ℃.

2.3蒲黄用量对染色的影响

在pH值为4的条件下，媒染剂质量浓度为0.5 g/L，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至98 ℃，保温60 min，测定蒲黄用量对样品颜色特征值的影响，结果见表3.

表3 蒲黄含量对颜色特征值的影响Tab.3 Effect of dosage of Cattail pollen on color characteristic value of dyed acrylic fiber

由表3可以看出，无媒染剂蒲黄腈纶染色时，随着蒲黄用量的增加，纤维明度L*、色相角h°逐渐降低，蓝黄指数b*和彩度c*、红绿指数a*及色深ΔE则逐渐增大，说明蒲黄用量增加可以提高染色腈纶的颜色深度.加入稀土离子铈与镧后染色结果变化趋势与无媒染剂时相同，但染色的色深不如未加媒染剂的效果.

2.4媒染剂用量对染色的影响

在pH值为4的条件下，蒲黄用量为5%owf，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至98 ℃，保温60 min，测定媒染剂浓度对样品颜色特征值的影响，结果见表4.

表4 媒染剂用量对改性腈纶染色特征值的影响Tab.4 Effect of dosage of mordant on color characteristic value of dyed acrylic fibers

由表4可知，随着镧离子浓度的增加，纤维明度L*逐渐增加，红绿指数a*、蓝黄指数b*和彩度c*及色相角h°呈先上升后下降再上升的趋势，色深ΔE则是先增大后变小，可以看出最适合的媒染浓度是0.50 g/L，但相比较无媒染剂蒲黄腈纶染色时，加入媒染剂后，色深值整体上降低了.对比加入氯化铈做媒染剂，铈离子浓度增加，纤维明度L*逐渐变小，红绿指数a*、蓝黄指数b*呈上升趋势，彩度c*及色相角h°呈先下降后上升再下降的趋势，色深ΔE则是先变大后变小.同样，其媒染色深值整体上比无媒染剂存在时低.

2.5媒染时间对染色的影响

在pH值为4的条件下，蒲黄用量为5%owf，媒染剂质量浓度为0.5 g/L，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至指定温度，测试染色时间对样品颜色特征值的影响，结果见表5.

表5 染色时间对改性腈纶蒲黄染色特征值的影响Tab.5 Effect of dyeing time on color characteristic value of dyed acrylic fibers

表5(续)

观察表5发现，无媒染剂时随时间增加，纤维明度L*、色相角h°整体呈下降趋势，红绿指数a*呈先上升后下降再上升的趋势，蓝黄指数b*和彩度c*呈先下降后上升再下降的趋势，色深ΔE总体上增加，即染色效果越来越好.对比加入媒染剂氯化镧与氯化铈后纤维明度L*、色相角h°整体呈下降趋势，红绿指数a*及色深ΔE逐渐增加，与不加媒染剂的蒲黄改性腈纶染色结果对比可以看出，随染色时间的增加，加入媒染剂并未明显提高染料上染率.产生这种结果的原因可能是纤维的螯合能力有限或是织物与染料生成了溶性络合物附着在纤维表面阻止更多的染料进入纤维内部，或者是纤维提供的配位基有限[8-10].但是，加入氯化镧后蓝黄指数b*和彩度c*呈上升趋势，加入氯化铈后蓝黄指数b*和彩度c*呈下降趋势，这可能是因为镧和铈虽都是镧系元素，化学性质相似但也有细微差别.这种差别主要是由镧系收缩引起的，因为核内每增加一个质子，相应进入4f亚层的电子却太分散，不像定域程度更高的内层电子那样能有效地屏蔽核电荷，所以随着镧系元素原子序数的增加，原子核对最外层电子的引力就不断增加，这使原子体积逐渐变小，镧和铈做媒染剂时结果有所不同.

2.6洗涤次数对染色的影响

在pH值为4的条件下，蒲黄用量为5%owf，媒染剂质量浓度为0.5 g/L，浴比为1∶50，室温下投入纤维，以1 ℃/min升温至 98 ℃，保温60 min，染色腈纶洗涤不同次数，测定洗涤次数对样品颜色特征值的影响，结果见表6.

表6 洗涤次数对改性腈纶蒲黄染色特征值的影响Tab.6 Effect of washing times on color characteristic value of dyed acrylic fiber

表6(续)

由表6可看出，无媒染剂时蒲黄腈纶染色的纤维明度L*与ΔE逐渐增加，红绿指数a*、色相角h°、蓝黄指数b*和彩度c*整体呈下降趋势，说明蒲黄改性腈纶染色色深随洗涤次数的增加而降低.对比加入稀土离子做媒染剂时，染色特征值变化趋势与无媒染剂时相同，但ΔE数值较无媒染剂时小，说明稀土离子镧和铈对织物的水洗牢度有影响，提高了蒲黄染色腈纶的耐洗性.

3 结论

(1)蒲黄改性腈纶染色适合在弱酸性条件下进行，温度90～98℃、保温时间60 min左右时效果较好.

(2)三乙烯四胺改性腈纶在稀土离子镧、铈做媒染剂条件下用天然染料蒲黄进行染色，对蒲黄染色改性腈纶本身的色光影响甚微，其水洗牢度有所提高.

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StudyofrareearthasonebathmordantdyeingofmodifiedacrylicfiberwithCattailpollen

LITiantian,QIAOZiyang,HUANGHongyu,LIYonghe,MENGChunli,CAOJiliang

(CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China)

Triethylene tetra mine was used to modify acrylic fibers, and the modified acrylic fibers are conducted dyeing with Cattail pollen, and lanthanum chloride, cerium chloride as mordant. The effects of dyeing temperature, pH, time and amount of Cattail pollen and mordant on dyeing performance of modified acrylic fiber was researched. The K/S value and washing fastness of dyed acrylic fibers were tested. The results showed that when the Cattail pollen dosage were 5% owf, the optimal dyeing process was pH=4, mordant was 0.5 g/L. Dyeing at 90～98 ℃ for 60 min, rare earth as a mordant has little effect on dyeing modified acrylic light, and washing resistance was increased.

natural dyes; Cattail pollen; mordant; rare earth; acrylic fibers

TS193.6

A

1674-330X(2017)03-0004-06

2017-06-08

2016年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201611517047)

李田田(1991-)，女，河南西华人，河南工程学院材料与化学工程学院轻化工程专业学生，研究方向为纺织品染整工艺.

曹机良(1982-)，男，湖南湘阴人，讲师，博士研究生，主要从事纺织品染整工艺与理论研究.E-mail：caojiliang301@163.com.