CN106436271A - 一种基于气凝胶表面改性的染色织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于气凝胶表面改性的染色织物的结构依次为基布层、气凝胶层、染料助剂层，具体制备方法为：将天然染料原料洗净晒干后，研磨形成染料粉末，加入溶剂中，超声处理，提取，纯化浓缩后得到天然染料溶液；将基布层的表面洗净后，经低温等离子体预处理后，浸渍于含气凝胶的分散液中，取出，烘干，得到气凝胶改性的基布；将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加入助剂，超声处理，振荡，二浸二轧，烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。本发明制备的织物经气凝胶处理后天然染料染色性能明显提高，色牢度和着色度好。

Description

一种基于气凝胶表面改性的染色织物及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种基于气凝胶表面改性的染色织物及其制备方法。
背景技术
我国对纺织品染色有着深远的历史，与现如今的合成染料相比具有自然无毒无害，对环境无负担，而且染料可生物降解等多种无可比拟的优点，在绿色环保潮流的今天，天然染料的研究又掀起了热潮。但是，天然染料与合成染料的染色性能方面还存在很大的差距，染料的上染率、染色后织物对光、pH值的色光稳定性以及色牢度方面都有待改善，因此，为了既满足人们的心理需求，又满足人们的美观需求，对天然染料的染色方面的改性都势在必行。
气凝胶是一种三维多孔纳米材料，具有来源广泛、可降解、生物相容性好、超高的比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等特性，在力学、热学和光学等众多领域有广泛的应用。中国专利CN 202514650U公开的具有隔热吸汗透气防水功能的衣料，包括外层、隔热层和内层，衣料的结构中外层包覆在隔热层外，隔热层包覆在内层外，而且隔热层外包覆有多孔性半透膜，隔热层是由二氧化硅气凝胶与诺梅克斯纤维与成型体构成复合材料。中国专利CN105148868A公开的纳米纤维素基复合气凝胶型有机染料吸附材料的制备方法，将表面含羧基的纳米纤维素和表面含胺基的纳米纤维素作为主要原料，通过羧化壳聚糖、海藻酸钠或者壳聚糖作为助剂，辅助交联剂，经冷冻干燥制备形成复合气凝胶。该方法制备的复合气凝胶对多种染料的吸附率高。
由上述现有技术可知，目前将气凝胶运用于纺织领域，多是对面料进行隔热保温整理，利用气凝胶的吸附性能也是针对染料的回收吸附方面，将气凝胶运用于染料染色方面的应用并不多见。
本发明的申请人基于对气凝胶吸附性能的了解，将气凝胶材料作为强效轻薄的吸附剂添加到织物的表面，既吸附染料也吸附面料，在提高天然染料染色性能的基础上，还不影响面料的透气透湿等服用性能，具有一定的市场前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于气凝胶表面改性的染色织物及其制备方法，将气凝胶材料运用于天然植物染料对天然织物的染色中，通过将气凝胶对天然织物进行预整理，在用天然织物染料对织物进行直接染色，利用气凝胶作为介质提高天然织物对天然织物染料的吸附性能，从而改善天然织物染料对天然织物的染色性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于气凝胶表面改性的染色织物，所述基于气凝胶表面改性的染色织物的结构依次为基布层、气凝胶层、染料助剂层。所述基布层为天然纤维织物，所述天然纤维织物为蛋白质纤维织物和纤维素纤维织物，所述气凝胶层为纳米多孔气凝胶材料，所述染料为天然植物染料。
作为上述技术方案的优选，所述纳米多孔气凝胶材料为二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶的一种或者两种。
作为上述技术方案的优选，所述天然植物染料为茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄中的一种或几种。
本发明提供一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将天然染料原料洗净晒干后，研磨形成染料粉末，加入溶剂中，超声处理，提取，纯化浓缩后得到天然染料溶液；
(2)将基布层的表面洗净后，经低温等离子体预处理后，浸渍于含气凝胶的分散液中，取出，去除表面多余的分散液，烘干，得到气凝胶改性的基布；
(3)将步骤(2)制备的气凝胶改性的基布置于步骤(1)制备的天然染料溶液中，加入助剂，超声处理，振荡，二浸二轧，烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，染料粉末的粒径为100-150目。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，溶剂为乙醇、甲醇和去离子水中的一种或几种。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，天然染料溶液的质量分数为10-25％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，含气凝胶的分散液中含有气凝胶、三甲基氯硅烷、乙醇和去离子水。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.01-0.1％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，助剂为壳寡糖。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于气凝胶表面改性的染色织物经气凝胶预处理，织物先经低温等离子体处理后，织物表面含有多种活性基团，再浸渍含气凝胶的分散液，将表面修饰的气凝胶与织物表面结合，形成牢固的轻薄的处理层，为之后的染色工艺打下良好的基础。
(2)本发明制备的基于气凝胶表面改性的染色织物经气凝胶预处理后用天然植物染料进行直接染色，天然植物染料中的植物染料分子细小，可以被气凝胶牢固的吸附于织物的表面，提高天然植物染料的上染率，而且由于气凝胶吸附性好，织物的色牢度和着色度也高。
(3)本发明制备的基于气凝胶表面改性的染色织物还包含壳寡糖，壳寡糖的分子量小于壳聚糖，水溶性、成膜性和抗菌性更好，可以帮助植物染料更好的吸附于织物的表面，并且在植物染料的表面形成薄膜，降低植物染料对环境的响应，提高植物染料染色的稳定性能。
(4)本发明制备的基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法简单，可操控性强，绿色环保，而且在提高天然染料染色性能的基础上，不影响面料的透气透湿等服用性能，制备的面料还具有一定的隔热保温抗菌功效，具有一定的市场前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将天然染料原料茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成100目的染料粉末，以料液比为1g:25ml，加入体积比为1:1的乙醇和去离子水的溶剂中，在200W功率下超声处理30min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为10％的天然染料溶液。
(2)将天然蛋白质纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以200W功率低温等离子体预处理30s，以浴比为1:30，然后在30℃下浸渍于含气凝胶的分散液中20min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括二氧化硅气凝胶3份、三甲基氯硅烷4份、乙醇15份和去离子水40份，取出去除表面多余的分散液，在60℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.01％。
(3)以浴比1:40，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加5质量份的壳寡糖助剂，在30℃下超声处理20min，恒温振荡60min，二浸二轧，轧余率为85％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
实施例2：
(1)将天然染料原料茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成150目的染料粉末，以料液比为1g:40ml，加入乙醇、甲醇和去离子水的溶剂中，在250W功率下超声处理50min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为25％的天然染料溶液。
(2)将天然蛋白质纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以250W功率低温等离子体预处理60s，以浴比为1:50，然后在40℃下浸渍于含气凝胶的分散液中30min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括纤维素基气凝胶8份、三甲基氯硅烷6份、乙醇35份和去离子水60份，取出去除表面多余的分散液，在70℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为-0.1％。
(3)以浴比1:50，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加10质量份的壳寡糖助剂，在40℃下超声处理30min，恒温振荡90min，二浸二轧，轧余率为90％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
实施例3：
(1)将天然染料原料茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成120目的染料粉末，以料液比为1g:30ml，加入乙醇、甲醇和去离子水的溶剂中，在220W功率下超声处理40min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为15％的天然染料溶液。
(2)将天然纤维素纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以220W功率低温等离子体预处理40s，以浴比为1:40，然后在35℃下浸渍于含气凝胶的分散液中25min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶5份、三甲基氯硅烷5份、乙醇20份和去离子水45份，取出去除表面多余的分散液，在65℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.5％。
(3)以浴比1:45，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加8质量份的壳寡糖助剂，在35℃下超声处理25min，恒温振荡70min，二浸二轧，轧余率为88％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
实施例4：
(1)将天然染料原料茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成150目的染料粉末，以料液比为1g:35ml，加入乙醇、甲醇和去离子水的溶剂中，在200W功率下超声处理45min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为20％的天然染料溶液。
(2)将天然纤维素纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以250W功率低温等离子体预处理50s，以浴比为1:35，然后在30-℃下浸渍于含气凝胶的分散液中20min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶7份、三甲基氯硅烷4份、乙醇25份和去离子水55份，取出去除表面多余的分散液，在70℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.08％。
(3)以浴比1:50，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加6质量份的壳寡糖助剂，在40℃下超声处理20min，恒温振荡90min，二浸二轧，轧余率为85％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
实施例5：
(1)将天然染料原料茜草、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成100目的染料粉末，以料液比为1g:40ml，加入乙醇、甲醇和去离子水的溶剂中，在210W功率下超声处理30min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为15％的天然染料溶液。
(2)将天然纤维素纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以250W功率低温等离子体预处理60s，以浴比为1:35，然后在35℃下浸渍于含气凝胶的分散液中25min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶8份、三甲基氯硅烷4份、乙醇20份和去离子水55份，取出去除表面多余的分散液，在60℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.07％。
(3)以浴比1:50，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加6质量份的壳寡糖助剂，在40℃下超声处理25min，恒温振荡70min，二浸二轧，轧余率为88％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
实施例6：
(1)将天然染料原料茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄洗净晒干后，研磨形成100-150目的染料粉末，以料液比为1g:40ml，加入乙醇、甲醇和去离子水的溶剂中，在250W功率下超声处理40min，提取，纯化浓缩后得到质量分数为18％的天然染料溶液。
(2)将天然纤维素纤维基布层的表面洗净后，在氮气氛围下，以215W功率低温等离子体预处理45s，以浴比为1:45，然后在40℃下浸渍于含气凝胶的分散液中30min，其中含气凝胶的分散液中的组分，按重量份计，包括二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶6份、三甲基氯硅烷5份、乙醇20份和去离子水45份，取出去除表面多余的分散液，在70℃下烘干，得到气凝胶改性的基布，其中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.03％。
(3)以浴比1:50，将气凝胶改性的基布置于天然染料溶液中，加10质量份的壳寡糖助剂，在40℃下超声处理20min，恒温振荡70min，二浸二轧，轧余率为90％，在80℃下烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
经检测，实施例1-6制备的基于气凝胶表面改性的染色织物以及未用气凝胶处理的染色织物的染色性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于气凝胶表面改性的染色织物的上染率高，着色的好，而且色牢度好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于气凝胶表面改性的染色织物，其特征在于：所述基于气凝胶表面改性的染色织物的结构依次为基布层、气凝胶层、染料助剂层。所述基布层为天然纤维织物，所述天然纤维织物为蛋白质纤维织物和纤维素纤维织物，所述气凝胶层为纳米多孔气凝胶材料，所述染料为天然植物染料。
2.根据权利要求1所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物，其特征在于：所述纳米多孔气凝胶材料为二氧化硅气凝胶和纤维素基气凝胶的一种或者两种。
3.根据权利要求1所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物，其特征在于：所述天然植物染料为茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄中的一种或几种。
4.一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将天然染料原料洗净晒干后，研磨形成染料粉末，加入溶剂中，超声处理，提取，纯化浓缩后得到天然染料溶液；
(2)将基布层的表面洗净后，经低温等离子体预处理后，浸渍于含气凝胶的分散液中，取出，去除表面多余的分散液，烘干，得到气凝胶改性的基布；
(3)将步骤(2)制备的气凝胶改性的基布置于步骤(1)制备的天然染料溶液中，加入助剂，超声处理，振荡，二浸二轧，烘干，得到基于气凝胶表面改性的染色织物。
5.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，染料粉末的粒径为100-150目。
6.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂为乙醇、甲醇和去离子水中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，天然染料溶液的质量分数为10-25％。
8.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，含气凝胶的分散液中含有气凝胶、三甲基氯硅烷、乙醇和去离子水。
9.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，气凝胶改性的基布中气凝胶的质量分数为0.01-0.1％。
10.根据权利要求4所述的一种基于气凝胶表面改性的染色织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，助剂为壳寡糖。
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