CN108385416A - 一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，属于固色剂制备技术领域。本发明首先以富含金属元素和高孔隙率的高炉矿渣作为原料，将高炉矿渣浸入氯化亚铁溶液中，利用菲洛嗪对亚铁离子的特异性络合作用，得到改性高炉矿渣，再将柠檬汁和松香混合发酵改性，制得植物染料固色剂，其中柠檬汁和松香发酵的过程中，这些活性基团能与天然染料和织物纤维表面的活性基团发生交联结合形成氢键和分子间结合，提高了天然染料的色牢度，松香进一步提高了植物燃料的色牢度和上染率，本发明还引入了部分有机羧酸‑柠檬酸，有机羧酸可以促进水解，促使高聚糖降解为低聚糖，再一次提高染料和纤维之间的内聚力，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法
技术领域
本发明涉及一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，属于固色剂制备技术领域。
背景技术
目前，一些以合成染料加工的纺织品对人体的健康安全与人类的生存环境产生了相对严重的危害和破坏。随着人们对合成染料危害性的深入理解及全球环保关注度的提高，研发环境友好型、人类友好型生态纺织纺品已经成为学者和专家们共同关注的焦点。于是，天然植物染料以其无毒无害、色泽柔和、自然典雅、废物极易分解并利用，特别是其带有天然的芳香气味，并具有药理保健功效，从而重新受到人们的青睐的推崇。植物染料是从植物中提取的染料，具有较好的生物降解性和环境相容性，某些植物染料来自药用植物，自身还有一定的医疗和保健作用.故植物染料的纺织品需求量在欧美、日韩等国家大增。利用天然植物染料开发生态、安全型面料已成为今后纺织品发展的方向之一，植物染料通常存在着上染率低和色牢度差等缺陷，使其推广受到了一定的局限。
植物染料在棉织物上的主要染色方法：媒染法一般使用含重金属离子的传统媒染剂来获取植物染料对织物的染色牢度，但许多媒染剂是有害的，会引发较严重的污染问题，而且不少金属离子络合后牢度并不理想；直接染色法一般需要采用化学合成的固色剂或者对棉进行化学改性等手段来提高植物染料的色牢度与上染率。这些固色剂和改性剂在合成和应用过程中有可能残留或者分解出对人体和环境有害的物质，从而失去真正意义上的植物染料染色织物的“天然性”及染色加工过程的“绿色性”。
因此，发明一种上染率高、色牢度强的植物染料固色剂对固色剂制备技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见的植物染料固色剂使用后色牢度和上染率低的缺陷，提供了一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理20～30min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；
（2）将上述高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液混合后装入超声振荡仪中，超声振荡浸渍8～10h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为预处理高炉矿渣；
（3）将上述预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附10～12h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；
（4）称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至70～80℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入柠檬汁，继续保温搅拌混合30～40min，得到混合液；
（5）将上述混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入酵母粉和水，用无菌棒搅拌10～15min后密封罐口，静置发酵1～2天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；
（6）按重量份数计，称取25～35份改性松香、10～15份备用的改性高炉矿渣、70～80份无水乙醇和200～300份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至70～80℃，以50～60r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应1～2h后出料即得植物染料固色剂。
步骤（1）中所述的球磨处理的转速为70～80r/min。
步骤（2）中所述的高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液的质量比为1:10，超声振荡浸渍的频率25～30kHz。
步骤（3）中所述的预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液的质量比为1:8。
步骤（4）中所述的柠檬汁的加入量为松香质量的20%。
步骤（5）中所述的酵母粉的加入量为发酵底物质量的5%，水的加入量和发酵底物质量相等，静置发酵的温度为40～45℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以富含金属元素和高孔隙率的高炉矿渣作为原料，先经研磨粉碎后利用菲洛嗪溶液浸渍，使得菲洛嗪固载吸附于高炉矿渣孔隙中，接着再将高炉矿渣浸入氯化亚铁溶液中，利用菲洛嗪对亚铁离子的特异性络合作用，向高炉矿渣表面以及孔隙中移入亚铁离子，得到改性高炉矿渣，再将柠檬汁和松香混合发酵改性，最后将改性松香、改性高炉矿渣以及其他原料共混制得植物染料固色剂，其中柠檬汁和松香发酵的过程中，微生物会将部分柠檬汁降解，产生活性羧基和氨基基团，而剩下的柠檬酸则会掺入松香中，产生的活性羧基和氨基基团又会在微生物的自交联作用下被引入松香表面，而这些活性基团能与天然染料和织物纤维表面的活性基团发生交联结合形成氢键和分子间结合，提高了天然染料的色牢度，而松香作为一种天然树脂，带有大量羟基、氨基、不饱和双键及羧基，而双键和羧基作为两个反应中心，会与染料、织物纤维表面发生化学键合或形成氢键和分子间结合，进一步提高了植物燃料的色牢度和上染率；
（2）本发明在发酵改性松香的过程中还引入了部分有机羧酸-柠檬酸，当本发明的固色剂作用于植物纤维表面时，在和染料接触时，会出现轻微缓慢的水解，而有机羧酸可以促进水解，水解又能促使平行的、后继的，甚至交叉的化学作用的发生，并可促使高聚糖降解为低聚糖，甚而为单糖、聚木糖等，水解导致糠醛以及其他活性水解产物产生，此时改性高炉矿渣中螯合的亚铁离子发生作用，亚铁离子在和染料接触时，会在固液界面上活化，并促使高炉矿渣产生活性自由基，这些活性自由基可以引发染色过程中水解产物发生原位聚合反应直接在织物纤维表面生成大分子量的聚合物，聚合物最终沉积在纤维上，和天然树脂松香共同作用，对纤维表面的染色剂进行包覆固着，避免染料和水的接触，可减少植物染料的溶落，实现植物染料色牢度和上染率的再一次提高，而高炉矿渣中富含的金属离子也会和织物纤维表面的活性基团形成金属配位键，再一次提高染料和纤维之间的内聚力，也有助于植物染料色牢度的提高，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，以70～80r/min的转速球磨处理20～30min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；将高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液按质量比为1:10混合后装入超声振荡仪中，以25～30kHz的频率超声振荡浸渍8～10h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为预处理高炉矿渣；按质量比为1:8将预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附10～12h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至70～80℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入松香质量20%的柠檬汁，继续保温搅拌混合30～40min，得到混合液；将混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的酵母粉和发酵底物等质量的水，用无菌棒搅拌10～15min后密封罐口，在40～45℃下静置发酵1～2天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；按重量份数计，称取25～35份改性松香、10～15份备用的改性高炉矿渣、70～80份无水乙醇和200～300份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至70～80℃，以50～60r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应1～2h后出料即得植物染料固色剂。
实例1
称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，以70r/min的转速球磨处理20min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；将高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液按质量比为1:10混合后装入超声振荡仪中，以25kHz的频率超声振荡浸渍8h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为预处理高炉矿渣；按质量比为1:8将预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附10h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至70℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入松香质量20%的柠檬汁，继续保温搅拌混合30min，得到混合液；将混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的酵母粉和发酵底物等质量的水，用无菌棒搅拌10min后密封罐口，在40℃下静置发酵1天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；按重量份数计，称取25份改性松香、10份备用的改性高炉矿渣、70份无水乙醇和200份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至70℃，以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应1h后出料即得植物染料固色剂。
实例2
称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，以75r/min的转速球磨处理25min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；将高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液按质量比为1:10混合后装入超声振荡仪中，以28kHz的频率超声振荡浸渍9h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为预处理高炉矿渣；按质量比为1:8将预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附11h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至75℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入松香质量20%的柠檬汁，继续保温搅拌混合35min，得到混合液；将混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的酵母粉和发酵底物等质量的水，用无菌棒搅拌13min后密封罐口，在43℃下静置发酵1天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；按重量份数计，称取30份改性松香、13份备用的改性高炉矿渣、75份无水乙醇和250份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至75℃，以55r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应1.5h后出料即得植物染料固色剂。
实例3
称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，以80r/min的转速球磨处理30min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；将高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液按质量比为1:10混合后装入超声振荡仪中，以30kHz的频率超声振荡浸渍10h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为预处理高炉矿渣；按质量比为1:8将预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附12h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至80℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入松香质量20%的柠檬汁，继续保温搅拌混合40min，得到混合液；将混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的酵母粉和发酵底物等质量的水，用无菌棒搅拌15min后密封罐口，在45℃下静置发酵2天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；按重量份数计，称取35份改性松香、15份备用的改性高炉矿渣、80份无水乙醇和300份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至80℃，以60r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应2h后出料即得植物染料固色剂。
对比例
以杭州市某公司生产的化学类染料固色剂作为对比例
对本发明制得的植物染料固色剂和对比例中的化学类染料固色剂进行检测，检测结果如表1所示：
1、甲醛含量测试
按照GB/T2912.1-2912.2标准进行测试，当甲醛含量<20ppm认为未检出。
2、皂洗牢度测试
按照GB/T3921标准进行测试。
3、水渍牢度测试
按照GB/T5713标准进行测试。
4、摩擦牢度测试
按照GB/T3920标准进行测试。
表1性能测定结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
皂洗牢度（级） 5 5 5 2
水渍牢度（级） 4 5 5 2
摩擦牢度（级） 4 5 5 2
在阳光下暴晒5天后颜色变化情况 不变色 不变色 不变色 轻微褪色
在阳光下暴晒15天后颜色变化情况 轻微变色 不变色 不变色 明显变色
固色处理后织物布面甲醛含量（ppm） 未检出 未检出 未检出 56
由表1数据可知，本发明制得的植物染料固色剂对纯棉织物、真丝织物及羊毛织物进行固色处理后，其染色牢度有了较为明显的提高与改善。其皂洗牢度、摩擦牢度及水渍牢度都达到了一定的标准，且处理的织物无甲醛含量，对人体和环境无害，具有较高的经济效益。

Claims (6)

1.一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取高炉矿渣放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理20～30min后过200目筛，收集过筛粉末，得到高炉矿渣粉末；
（2）将上述高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液混合后装入超声振荡仪中，超声振荡浸渍8～10h，超声振荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为 预处理高炉矿渣；
（3）将上述预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液混合后装入烧杯中，再将烧杯固定在摇床中，振荡吸附10～12h，振荡吸附结束后，过滤分离得到吸附滤渣，即为改性高炉矿渣，备用；
（4）称取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再将松香放入烧杯中，用水浴锅对烧杯加热升温至70～80℃，保温搅拌直至松香熔化，再向烧杯中加入柠檬汁，继续保温搅拌混合30～40min，得到混合液；
（5）将上述混合液装入发酵罐中作为发酵底物，再向发酵罐中加入酵母粉和水，用无菌棒搅拌10～15min后密封罐口，静置发酵1～2天，发酵结束后过滤去除滤液，得到发酵改性松香；
（6）按重量份数计，称取25～35份改性松香、10～15份备用的改性高炉矿渣、70～80份无水乙醇和200～300份去离子水，首先将上述发酵改性松香和无水乙醇以及去离子水装入反应釜中，加热升高反应釜温度至70～80℃，以50～60r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将备用的改性高炉矿渣加入反应釜中，继续搅拌反应1～2h后出料即得植物染料固色剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的球磨处理的转速为70～80r/min。
3.根据权利要求1所述的一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的高炉矿渣粉末和质量分数为30%的菲洛嗪溶液的质量比为1:10，超声振荡浸渍的频率25～30kHz。
4.根据权利要求1所述的一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的预处理高炉矿渣和质量分数为50%的氯化亚铁溶液的质量比为1:8。
5.根据权利要求1所述的一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的柠檬汁的加入量为松香质量的20%。
6.根据权利要求1所述的一种利用高炉矿渣制备植物染料固色剂的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的酵母粉的加入量为发酵底物质量的5%，水的加入量和发酵底物质量相等，静置发酵的温度为40～45℃。
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