摘 要:本文研究高碘酸鈉氧化亞麻短纖維染色工藝的特點(diǎn)，分析了高碘酸鈉濃度?食鹽和碳酸鈉用量?固色時(shí)間對(duì)染色性能的影響?結(jié)果表明:氧化后的亞麻短纖維其上染速率低于未氧化亞麻短纖維?在工藝參數(shù)為高碘酸鈉濃度5g/L?食鹽30g/L?碳酸鈉10g/L及固色時(shí)間30min時(shí)，氧化亞麻短纖維的吸盡率?固色率和色飽和度指標(biāo)最佳，滿足染色成本低?綜合性能好的要求?
關(guān)鍵詞:高碘酸鈉；亞麻；短纖維；染色工藝
亞麻是真正的草本植物，經(jīng)過加工處理后的紡織品彰顯了可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念，是最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品之一?在崇尚時(shí)尚感和現(xiàn)代感的潮流下，消費(fèi)者倍感自然和舒適?因此，亞麻制品充滿著健康的風(fēng)格，低調(diào)又不失高貴?在亞麻原料中，大約有65%~75%的是短纖維?短纖維主要是在生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的，比如在櫛梳機(jī)梳理打成麻的工序中產(chǎn)生的機(jī)器短麻；或是開松機(jī)?粗梳機(jī)工序后獲取的降級(jí)麻；或是在加工打成麻的過程中得到的一粗和二粗短麻?與長麻比較，亞麻短纖維的麻屑和其他雜質(zhì)含量較高，短纖維混合交叉在一起，長度?細(xì)度及強(qiáng)度等級(jí)都不同，所以短麻的利用和改性比長麻難度更大?程友剛?劉艷等[1]用絲膠蛋白處理氧化后的亞麻纖維，使亞麻變得柔軟，易吸濕，抗折皺性提高，并且使纖維表面達(dá)到了真絲般的成效?趙兵?張峰等[2]采用HBP-NH2對(duì)氧化纖維素進(jìn)行接枝，主要研究了其無鹽染色性能和抗菌性能?對(duì)伯羥基的氧化，近年來，TEMPO共氧化劑氧化體系被應(yīng)用的較為頻繁，該體系反應(yīng)條件比較緩和，反應(yīng)過程也相對(duì)簡單[3]?Chang等[4]首次選用該氧化體系對(duì)纖維素等水不溶性葡聚糖進(jìn)行氧化，得出了令人滿意的結(jié)果:產(chǎn)率很高，伯羥基幾乎被完全的氧化?Saito等[5]研究了用該體系對(duì)天然纖維素進(jìn)行氧化，Isogai等[6-9]也應(yīng)用此氧化體系對(duì)纖維素材料進(jìn)行了研究?紡織方面，Liu等[10]以高碘酸鈉氧化棉纖維合成雙醛纖維素為橋梁與殼聚糖反應(yīng)，制備了一種新型棉纖維，經(jīng)過處理后，棉纖維表面有能夠承載和控制釋放中藥，因此這種新型纖維成為了藥物釋放的載體?本文對(duì)煮練后的亞麻短纖維用高碘酸鈉進(jìn)行選擇性氧化，在纖維素大分子上引入醛基，利用醛基可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌墓倌軋F(tuán)，開發(fā)亞麻短纖維的功能和用途，并通過染色工藝的研究改善產(chǎn)品的應(yīng)用性能，為染色工序提供理論依據(jù)?
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1材料及試劑
亞麻短纖維:齊齊哈爾克山金鼎亞麻有限公司；高碘酸鈉(分析純):天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；食鹽(分析純):長春化學(xué)試劑廠；碳酸鈉(分析純):西安化學(xué)試劑廠；活性橙HRF-150%:上?？祁伝瘜W(xué)制品有限公司?
1.2儀器及設(shè)備
HH-SII6數(shù)顯水浴鍋:金壇華峰儀器有限公司；Y802K快速烘箱:萊州電子儀器有限公司；FA1004電子分析天平:上海上平儀器公司；WSD-Ⅲ測(cè)色儀:北京康光儀器有限公司?
1.3亞麻短纖維氧化處理
稱取一定質(zhì)量的亞麻短纖維至于棕色錐形瓶中，加入預(yù)先配好的高碘酸鈉溶液，避光氧化處理相應(yīng)時(shí)間，得到氧化的亞麻短纖維?將氧化后的亞麻短纖維于0.1mol/L的丙三醇溶液中浸泡45min，用去離子水充分洗滌，然后置于空氣中晾干，放入干燥器中，待恒重稱其質(zhì)量[11]?
1.4色飽和度的測(cè)定
對(duì)染色后的亞麻短纖維采用WSD-Ⅲ測(cè)色儀測(cè)定其色飽和度，用D65(相關(guān)色溫約為6500K的平均晝光)的標(biāo)準(zhǔn)照明體，照明及測(cè)試條件為o/d垂直/漫射)，測(cè)試孔口徑為Φ22/6mm，標(biāo)準(zhǔn)觀察者:10°視場?
2.1高碘酸鈉濃度對(duì)染色性能的影響
高碘酸鈉是氧化性很強(qiáng)的一種氧化劑，雖然可以對(duì)亞麻短纖維進(jìn)行改性，但對(duì)纖維的損傷也很大，因此，高碘酸鈉濃度的確定很重要?一般采用對(duì)氧化后纖維進(jìn)行染色，通過吸盡率?固色率以及斷裂強(qiáng)度的綜合指標(biāo)來衡量高碘酸鈉的用量?表1高碘酸鈉濃度對(duì)吸盡率?固色率及斷裂強(qiáng)度的影響
表1 高碘酸鈉濃度對(duì)吸盡率、固色率及斷裂強(qiáng)度的影響
從表1中數(shù)據(jù)可以看出，高碘酸鈉的濃度為5g/L時(shí)，吸盡率和固色率都達(dá)到最大；但是當(dāng)高碘酸鈉的濃度達(dá)到6g/L時(shí)，經(jīng)過染色處理后亞麻短纖維的斷裂強(qiáng)度明顯減小，即可紡性降低，纖維呈現(xiàn)較糟亂的狀態(tài)；且在對(duì)短纖維進(jìn)行皂煮的過程中，纖維幾乎完全的斷裂，呈現(xiàn)碎末的狀態(tài)，說明氧化過度?因此，為探究氧化后亞麻短纖維的最佳染色工藝，選用高碘酸鈉的濃度為5g/L為宜?對(duì)未氧化和氧化的亞麻短纖維進(jìn)行染色，工藝處方:染料用量:2%(o.w.f.)?NaCl30g/L?Na2CO310g/L?染色時(shí)間120min?浴比1∶30?溫度60℃?對(duì)其上染速率進(jìn)行對(duì)比，并繪制其上染速率曲線，見圖1?
圖1 未氧化與氧化亞麻短纖維上染速率曲線
由圖1可以看出，在染色過程相同條件下，亞麻短纖維和氧化亞麻纖維隨著時(shí)間的延長，染料的上染百分率逐漸的增大；加鹽促染后上染速率急劇增加；而堿固色后上染百分率逐漸上升?當(dāng)染色90min左右，上染率趨于平緩?這是因?yàn)樵谥行曰驂A性體系中亞麻纖維素分子上的羥基易電離，纖維帶負(fù)電荷，由于活性橙HRF-150%分子上帶有陰離子基團(tuán)，在接近亞麻纖維界面時(shí)，活性橙HRF-150%分子受到纖維所帶電荷斥力的影響，因此在染色的最初15min內(nèi)上染速率曲線比較平緩；加入食鹽后，在鈉離子的屏蔽下，染料向纖維表面游離時(shí)所受的斥力減弱，染料由染浴向纖維表面轉(zhuǎn)移的傾向增加[12]，因此加入食鹽后平衡上染百分率增加明顯?另外，活性染料與纖維素大分子反應(yīng)，主要是靠染料分子上的活性基團(tuán)與纖維素葡萄糖環(huán)上的伯羥基反應(yīng)，形成共價(jià)鍵牢固地固定在纖維分子上，而高碘酸鈉對(duì)亞麻短纖維的選擇性氧化只發(fā)生在仲羥基?由圖1可知，氧化后的亞麻短纖維其上染速率低于未氧化亞麻短纖維?這是因?yàn)檠趸罄w維上的部分羥基轉(zhuǎn)變?yōu)槿┗?，與活性染料可反應(yīng)的羥基數(shù)目減少，因此，從上染速率上來說氧化后的亞麻短纖維會(huì)比未氧化亞麻短纖維低?此外，亞麻短纖維在前處理漂白工藝中，漂白劑會(huì)使纖維發(fā)生非選擇性的氧化，也會(huì)減少可反應(yīng)的伯羥基的數(shù)目?
2.2食鹽的用量對(duì)吸盡率?固色率及色飽和度的影響
采用活性橙HRF-150%，2%(o.w.f.)，按照K型活性染料染色工藝對(duì)氧化后的亞麻短纖維進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)?活性染料的直接較低，一般中性電解質(zhì)食鹽的用量較高，主要是提高活性染料的直接性和上染百分率?亞麻短纖維的纖維素在堿性染液中帶負(fù)電荷，食鹽的促染效果非常顯著?食鹽成本較低，但用量過大會(huì)造成染料的色澤鮮艷度及溶解性降低?調(diào)整食鹽的用量，染色后氧化亞麻短纖維的吸盡率?固色率以及色飽和度的變化見圖2?圖3?
圖2 食鹽用量對(duì)吸盡率和固色率的影響
圖3 食鹽用量對(duì)色飽和度的影響
由圖2可以發(fā)現(xiàn)，食鹽能明顯的加快活性染料染色的染色效果，主要是為了提高染料的吸盡率，因此，隨著鹽濃度的增加，吸盡率逐漸增加，但達(dá)到30~50g/L時(shí)，吸盡率趨于平緩的趨勢(shì)，而固色率則是呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢(shì)?當(dāng)食鹽的用量達(dá)到30g/L時(shí)，固色率達(dá)到最大?由圖3可以看出，色飽和度隨著食鹽用量的改變則呈現(xiàn)先增大的趨勢(shì)，20g/L之后，則逐漸的降低?也就是說食鹽對(duì)纖維內(nèi)染料有促染作用，而對(duì)外觀上的顏色則沒有明顯的影響?綜合考慮吸盡率?固色率和色飽和度指標(biāo)，食鹽的用量30g/L為最佳?
2.3碳酸鈉的用量對(duì)吸盡率?固色率和色飽和度的影響
活性染料固色pH值一般以10~11較合適?一般根據(jù)活性染料活性基反應(yīng)性的不同，選用堿劑的堿性強(qiáng)弱也不同，同時(shí)也隨固色速率而定?通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，堿性大小對(duì)活性染料和亞麻短纖維反應(yīng)的影響較大?本研究采用碳酸鈉做固色劑，可維持染液pH值在10.5左右，有利于提高勻染和透染效果?染色后氧化亞麻短纖維的吸盡率?固色率以及色飽和度的變化見圖4?圖5?
圖4 碳酸鈉用量對(duì)吸盡率和固色率的影響
圖5 碳酸鈉用量對(duì)色飽和度的影響
由圖4?圖5可知，碳酸鈉的用量對(duì)活性染料染色的吸盡率和固色率都有較大的影響，隨著碳酸鈉濃度的增加，吸盡率和固色率都有增加，而色飽和度當(dāng)碳酸鈉用量達(dá)到8g/L以后，隨著碳酸鈉的用量增加而逐漸的增大，碳酸鈉對(duì)染料進(jìn)去纖維有固色的作用，因此，當(dāng)碳酸鈉的用量增加時(shí)，亞麻短纖維的顏色也逐漸的加深，因此色飽和度也逐漸的增加，但就成本和環(huán)境上考慮來說，碳酸鈉用量選10g/L為宜?
2.4固色時(shí)間對(duì)吸盡率?固色率及色飽和度的影響
圖6 固色時(shí)間對(duì)吸盡率和固色率的影響
圖7 固色時(shí)間對(duì)色飽和度的影響
固色時(shí)間是影響染色性能的一個(gè)重要因素?采用活性橙HRF-150%，2%(o.w.f.)，按照K型活性染料染色工藝對(duì)氧化后的亞麻短纖維進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)?實(shí)驗(yàn)方案:純堿10g/L，食鹽30g/L，固色溫度90℃，浴比1∶30?染料殘液稀釋至50mL，然后取出10mL至50mL量瓶中，稀釋至50mL測(cè)吸光度，而標(biāo)準(zhǔn)染液則先稀釋至50mL，再移取5mL至50mL量瓶中，稀釋至50mL測(cè)吸光度?染色后氧化亞麻短纖維的吸盡率?固色率以及色飽和度的變化見圖6?圖7?從圖6和圖7中可以看出，隨著固色時(shí)間的延長，吸盡率先增大，達(dá)到20min后吸盡率的變化比較平緩；而固色率則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，固色時(shí)間達(dá)到30min時(shí)固色率達(dá)到最大；色飽和度隨著固色時(shí)間的延長呈現(xiàn)先增大的趨勢(shì)，達(dá)到30min后變化比較平穩(wěn)?因此，綜合分析，固色時(shí)間30min為最佳選擇?
3結(jié)論
高碘酸鈉氧化亞麻短纖維的最佳濃度為5g/L?由于氧化處理使纖維上的羥基發(fā)生了一定的性能改變，因此，氧化后的亞麻短纖維的上染速率低于未氧化亞麻短纖維的上染速率?由不同因素的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氧化后的亞麻短纖維的染色條件為:食鹽30g/L，碳酸鈉10g/L，固色時(shí)間30min，染色綜合性能好，紡紗時(shí)粘色少，保證在棉紡設(shè)備上紡制的技術(shù)要求?
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文章摘自：高潔，崔瑩，諸葛學(xué)靜，佟瀟.高碘酸鈉氧化亞麻短纖維染色工藝探討[J].染料與染色，2022，59(05):47-50.
