CN105696387A - 提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维 - Google Patents

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Abstract

一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，涉及纺织品染整技术领域，该染整方法首先对木棉纤维进行等离子体表面改性处理，其次采用壳聚糖季铵盐对木棉纤维进行阳离子改性处理，再进行染色。该染整方法工艺简单，减少化学药品的使用，减少污染，成本低，而且减少对木棉纤维的损伤，提高木棉纤维的染色性能，并保留了纤维的保暖和抗菌等优良性能，不改变其力学性能。本发明还提供一种染色木棉纤维，其染色性能好，力学性能好。

Description

提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维
技术领域
本发明涉及一种纺织品染整技术领域，且特别涉及一种提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维。
背景技术
木棉属天然纤维素纤维，木棉纤维外观主要有白、黄、黄棕色三种颜色，纤维长约8-32mm，直径约20-45μm；纵向外观呈圆柱形，表面光滑；中段较粗，具有独特的薄壁大中空结构。木棉纤维具有一些特殊的理化性能，主要有：木棉纤维有着高达80％-90％的中空度，是最理想的保暖材料；木棉纤维的线密度为0.4-0.7dtex，仅为棉纤维的1/2，是目前生态纤维中最细、最轻的纤维，而且木棉纤维表面光滑；木棉纤维具有极佳的吸湿性能，但其吸水性差，水洗后干燥速度极快。
染整指对纺织材料(纤维、纱线和织物)进行以化学处理为主的工艺过程，现代也通称为印染。虽然木棉纤维是一种具有许多出众性能的纯天然纤维，但长期以来常见的活性染料对于木棉纤维的上染率较低，主要可能有以下两个方面原因。
一方面，由木棉纤维的成分上来看，活性染料主要依靠与纤维中的纤维素的羟基键合，达到上染纤维的目的，但木棉纤维成分中的纤维素含量低于50％，木质素含量在20％左右，纤维素含量少，因此羟基相对较少。而且木棉纤维表面还含有大量的蜡质、半纤维素，使纤维素的部分羟基被阻，导致了活性染料在木棉纤维上的上染率较低，木棉纤维的染色性能不佳。
另一方面，从木棉纤维结构上来看，木棉纤维表面高度光滑，木棉纤维与水的接触角为117°，与柴油的接触角为13°，具有疏水亲油性，溶有活性染料的染液不易吸附到木棉纤维表面，导致活性染料难以上染，木棉纤维的染色性能不佳。
综合上述两方面原因，要想提高木棉纤维的染色效果，必须对木棉纤维进行前处理，以去除纤维内影响染色的杂质。传统的前处理方式是采用碱处理，但是因为木棉纤维细胞壁较薄，碱处理会使木棉纤维由圆柱形截面渐渐呈扁平状，纤维空腔表现出被压溃的现象，导致木棉纤维的力学性能有所下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，先对木棉纤维进行等离子体表面改性处理及壳聚糖季铵盐阳离子改性处理，再染色，能提高木棉纤维的染色性能，工艺简单，成本低，能减少污染。
本发明的另一目的在于提供一种染色木棉纤维，其染色性能好，力学性能好。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其包括：
将洗净干燥后的木棉纤维进行等离子体表面改性处理，得到第一改性木棉纤维；
采用壳聚糖季铵盐配制改性溶液，并将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，得到第二改性木棉纤维；以及
采用活性染料对第二改性木棉纤维进行染色。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述采用等离子发生器对木棉纤维进行等离子体表面改性处理。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述等离子表面改性处理的工作气压为1个大气压，等离子表面改性处理的电子温度为103-105K，等离子表面改性处理的处理时间为45-120s。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述制备壳聚糖季铵盐的方法是：将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30-90min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述改性溶液是将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制而成，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％-1.2％。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述接枝整理的浴比为1:35-1:45。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述接枝整理的温度为50-80℃，接枝整理的时间为40-60min。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述染色的方法是：将活性染料配制成质量浓度为2-4％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为10-30min，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为30-90min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为30-90min，染色后自然降温，洗净烘干。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述染色的浴比为1:80-1:120；染色的温度为30-70℃。
一种染色木棉纤维，采用上述提高木棉纤维染色性能的染整方法进行处理、染色得到。
本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维的有益效果是：本发明实施例采用环境友好的等离子技术对木棉纤维进行等离子体表面改性处理，并结合环境友好的壳聚糖季铵盐对木棉纤维进行阳离子改性前处理，该染整方法工艺简单，减少化学药品的使用，减少污染，成本低，而且减少对木棉纤维的损伤，提高了活性染料染色的上染率，提高木棉纤维的染色性能，并保留了纤维的保暖和抗菌等优良性能，不改变其力学性能，制得的染色木棉纤维染色性能好，力学性能好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维进行具体说明。
一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其包括：
S1等离子改性：将洗净干燥后的木棉纤维进行等离子体表面改性处理，得到第一改性木棉纤维。
本实施例优选采用等离子发生器对木棉纤维进行等离子体表面改性处理，等离子发生器的主要工作原理是将低电压通过升压电路升至正高压及负高压，利用正高压及负高压电离空气(主要是氧气)产生大量的正离子及负离子，等离子发生器具体选用购买的型号QH350常温常压等离子发生器，等离子发生器的等离子体气氛为空气，并采用电晕放电产生等离子。等离子发生器的功率为300-550w，板间距为4.5mm。
本实施例中，等离子表面改性处理的工作气压为1个大气压，等离子表面改性处理的电子温度为103-105K，等离子表面改性的处理时间为45-120s。
本实施例中，采用QH350常温常压等离子发生器对木棉纤维进行等离子体表面改性处理时，等离子发生器产生的低温等离子体中的粒子能量一般约为几个至十几电子伏特，该能量大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以破裂材料有机大分子的化学键，形成新键，但该能量远低于高能放射性射线，只作用材料表面，不影响材料的性能。当材料处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高中性粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室温，这些优点为热敏性高分子聚合物材料表面改性提供了适宜的条件。通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使材料的亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能均得到改善。因此，通过等离子改性技术仅仅对纤维表面进行刻蚀，减少碱的用量，减少了对纤维的伤害。
S2阳离子改性：采用壳聚糖季铵盐(阳离子改性剂)配制改性溶液，采用浸渍工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，得到第二改性木棉纤维。
本实施例中，阳离子改性剂选用天然高分子材料衍生物——壳聚糖季铵盐，这种助剂既保持了壳聚糖原有的生物相容性、无毒、可生物降解和成膜性等，又在溶解性、抑菌性、保湿性和絮凝性等方面有了明显的改善与提高。首先通过等离子改性技术去除木棉纤维表面的蜡质，对表面形成刻蚀，产生了大量的羟基、氨基等亲水性基团，提高阳离子改性时阳离子改性剂与木棉纤维结合的作用力，有效减少或消除纤维上负电荷效应，从而提高纤维吸附染料的能力，以提高活性染料在木棉纤维上的上染率和固色率等染色性能。
具体地，制备壳聚糖季铵盐的方法是：将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30-90min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。
具体地，改性溶液是将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制而成，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％-1.2％。接枝整理时的浴比为1:35-1:45，接枝整理的温度为50-80℃，接枝整理的时间为40-60min。
S3染色：采用活性染料对第二改性木棉纤维进行染色。
染料选择国内最普遍的活性染料类型X型、K型及KN型。
染色的具体方法是：将活性染料配制成质量浓度为2-4％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为10-30min，在染液中加入硫酸钠(促染剂)进行促染，促染时间为30-90min，再在染液中加入碳酸钠(固色剂)进行固色，固色时间为30-90min，染色后自然降温，洗净烘干。本实施例中，染色的浴比为1:80-1:120；染色的温度为30-70℃。
本发明还提供一种木棉纤维，采用上述提高木棉纤维染色性能的染整方法进行处理、染色得到。
以下结合实施例和对比例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
实施例1提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：
将洗净干燥后的木棉纤维放入等离子发生器中进行等离子体表面改性处理，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时间为45s，得到第一改性木棉纤维。
将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。
将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制成改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％，采用浸渍工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整理时的浴比为1:35，接枝整理的温度为50℃，接枝整理的时间为40min，得到第二改性木棉纤维。
将X型活性染料配制成质量浓度为2％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为10min，染色的浴比为1:80，染色的温度为30℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为30min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为30min，染色后自然降温，洗净烘干。
实施例2
实施例2提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：
将洗净干燥后的木棉纤维放入等离子发生器中进行等离子体表面改性处理，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时间为120s，得到第一改性木棉纤维。
将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应90min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。
将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制成改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为1.2％，采用浸渍工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整理时的浴比为1:45，接枝整理的温度为80℃，接枝整理的时间为60min，得到第二改性木棉纤维。
将KN型活性染料配制成质量浓度为4％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为30min，染色的浴比为1:120；染色的温度为70℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为90min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为90min，染色后自然降温，洗净烘干。
实施例3
实施例3提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：
将洗净干燥后的木棉纤维放入QH350常温常压等离子发生器中进行等离子体表面改性处理，等离子发生器的功率为300-550w，板间距为4.5mm，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时间为90s，得到第一改性木棉纤维。
将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应60min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。
将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制成改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.8％，采用浸渍工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整理时的浴比为1:40，接枝整理的温度为65℃，接枝整理的时间为50min，得到第二改性木棉纤维。
将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为1:100；染色的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为45min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min，染色后自然降温，洗净烘干。
对比例1
对比例1提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：
将木棉纤维置于烧碱溶液中，控制温度为95℃进行碱处理2h，水洗烘干。
将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将碱处理后的木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为1:100；染色的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为45min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min，染色后自然降温，洗净烘干。
对比例2
对比例2提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：
将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为1:100；染色的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为45min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min，染色后自然降温，洗净烘干。
产品性能评测：
一、对比实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2的染色木棉纤维的染色效果(上染率)，结果如下：
实施例3＞实施例2＞实施例1＞对比例1＞对比例2，而且实施例1、实施例2、实施例3的染色木棉纤维的染色效果明显优于对比例1、对比例2的染色木棉纤维的染色效果，说明采用本发明实施例的染整方法能提高木棉纤维的染色性能，这是因为采用本发明实施例的技术方案，降低了碱的使用，对木棉纤维的力学性能影响较小，在一定程度上解决了木棉纤维染色性能较低的问题。
二、通过显微镜分别观察实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2的染色木棉纤维的结构，发现实施例1、实施例2、实施例3和对比例2的染色木棉纤维未变形，仍为圆柱形；而对比例1的染色木棉纤维呈扁平状，部分纤维空腔已被压溃，说明采用本发明实施例的染整方法不会影响木棉纤维的力学性能。
综上所述，本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法能提高木棉纤维对于活性染料的染色性能，工艺简单，成本低，能减少污染，而且制得的染色木棉纤维染色性能好，力学性能好。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，其包括：
将洗净干燥后的木棉纤维进行等离子体表面改性处理，得到第一改性木棉纤维；
采用壳聚糖季铵盐配制改性溶液，并将所述第一改性木棉纤维浸渍于所述改性溶液中进行接枝整理，得到第二改性木棉纤维；以及
采用活性染料对所述第二改性木棉纤维进行染色。
2.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，采用等离子发生器对所述木棉纤维进行所述等离子体表面改性处理。
3.根据权利要求2所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述等离子表面改性处理的工作气压为1个大气压，所述等离子表面改性处理的电子温度为103-105K，所述等离子表面改性处理的处理时间为45-120s。
4.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，制备所述壳聚糖季铵盐的方法是：将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30-90min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干。
5.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述改性溶液是将所述壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO3水溶液中配制而成，所述改性溶液中所述壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％-1.2％。
6.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述接枝整理的浴比为1:35-1:45。
7.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述接枝整理的温度为50-80℃，所述接枝整理的时间为40-60min。
8.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述染色的方法是：将所述活性染料配制成质量浓度为2-4％的染液，将所述第二改性木棉纤维浸入所述染液中进行入染，入染时间为10-30min，在所述染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为30-90min，再在所述染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为30-90min，染色后自然降温，洗净烘干。
9.根据权利要求1所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法，其特征在于，所述染色的浴比为1:80-1:120；所述染色的温度为30-70℃。
10.一种染色木棉纤维，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的提高木棉纤维染色性能的染整方法进行处理、染色得到。
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