CN111996816A - 木棉纤维的天然染料染色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种木棉纤维的天然染料染色方法，包括：对木棉纤维进行碱处理，得碱处理后的木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维置于聚乙二醇溶液中，处理后水洗烘干；将聚乙二醇处理后的木棉纤维进行等离子体表面处理，得到等离子体处理后的木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维置于阳离子改性剂中搅拌，取出后进行焙烘处理，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行水洗烘干，得到改性木棉纤维；取改性木棉纤维加入媒染剂进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维置于天然染料中染色。上述技术方案中提供的木棉纤维的天然染料染色方法，能有效解决背景技术中涉及的活性染料染色木棉纤维会产生大量的有色污水，增加治理难度以及色牢度无法保证的问题。
Description
技术领域
本发明涉及木棉纤维染色技术领域，具体涉及一种木棉纤维的天然染料染色方法。
背景技术
木棉纤维作为一种天然纤维素纤维，有着几近透明的薄胞壁；中空度高，是目前中空度最高的纤维；比重小、仅仅为棉纤维的1/5；因此其在保暖隔热、隔音，抗菌除螨以及亲肤性等方面表现出非常好的性能。目前，木棉纤维已在棉衣被的絮填物、隔热吸声材料、水上救生用品的浮力材料、吸油材料等方面有了很好的应用。
与普通纤维相比，木棉纤维成份中纤维素含量低而木质素含量高并且它的表面被脂肪蜡等异质物所覆盖，因此染料不易在纤维表面铺展，直接造成上染困难，染色效果差等问题。申请公布号为CN105696387A的发明专利申请公开了一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其中采用活性染料对改性后的木棉纤维进行染色，但是由于活性染料本身的特性，使得活性染料的利用率不高，而且会产生大量的有色污水，大大增加了治理活性染料染色废水的难度，同时合成染料中或多或少隐藏着生命危害和环境污染的物质，不能满足市场要求。因此亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种木棉纤维的天然染料染色方法，能有效解决背景技术中涉及的活性染料染色木棉纤维会产生大量的有色污水，增加治理难度以及色牢度无法保证的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种木棉纤维的天然染料染色方法，包括以下步骤：
S1.对木棉纤维进行前处理；取定量木棉纤维，置于为浓度为4～5g/L的NaOH溶液中，加入渗透剂搅拌后，在25～35℃下水浴加热25～35min后取出，使用蒸馏水洗涤木棉纤维至呈中性后烘干，即得碱处理后的木棉纤维；
S2.聚乙二醇改性木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维置于体积百分浓度为9～11％的聚乙二醇溶液中，处理25～35min后水洗烘干，得到聚乙二醇处理后的木棉纤维；
S3.等离子体处理木棉纤维；将聚乙二醇处理后的木棉纤维进行等离子体表面处理，得到等离子体处理后的木棉纤维；
S4.阳离子改性剂处理木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维置于浓度为3～5g/L的阳离子改性剂中搅拌0.5～1.5h，取出后进行焙烘处理，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行水洗烘干，得到改性木棉纤维；
S5.采用天然染料对改性木棉纤维进行染色；取改性木棉纤维加入媒染剂在50～70℃下进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维置于天然染料中，于60～80℃下染色90～110min。
其中，阳离子改性剂的制备方法包括：
按照1:3.5～4.0的质量比取壳聚糖季铵盐和N-羟甲基丙烯酰胺混合后置于水中溶解，加入催化剂和阻聚剂，配成质量百分比为8～12％的溶液；
将溶液置于135～145℃温度下加热至沸腾，反应5～15min后冷却，加入丙酮抽滤，得到不溶于丙酮的固体；
将固体用酒精和丙酮混合液洗涤，后在45～55℃下烘干，得反应性壳聚糖季铵盐，备用；其中，催化剂为NH4Cl，阻聚剂为4-甲氧基苯酚；酒精和丙酮混合液中酒精与丙酮的体积比为1:1。
按照4～6:1的质量比称取NaHCO3和反应性壳聚糖季铵盐，加水配成3～5g/L的阳离子改性剂。
步骤S1中木棉纤维与NaOH溶液的质量体积比为1:100。
步骤S2中碱处理后的木棉纤维与聚乙二醇溶液的质量体积比为1:50。
步骤S3中等离子体处理条件为氧气氛200W处理3～5min。
步骤S4中等离子体处理后的木棉纤维与阳离子改性剂的质量体积比为1:50。
其中，焙烘处理的条件为75～85℃预烘4～6min，之后升温至120～140℃焙烘2.5～3.5min。
其中，媒染剂为硫酸铝，且硫酸铝的用量为2％(o.w.f)；改性木棉纤维与天然染料的质量体积比为1:50，且染液的pH为5。
其中，天然染料为栀子黄色素，且栀子黄色素的配制方法为：将栀子黄粉配成8～10g/L的溶液后，在55～65℃水浴条件下搅拌0.5～1.5h，之后抽滤除去不溶固体杂质，即得。
上述技术方案中提供的木棉纤维的天然染料染色方法，采用天然染料代替活性染料，有效避免了对水体的污染，天然染料是一种绿色燃料，对自然环境无害、对皮肤温和，同时还具有特有的色泽且对人体有益，但是由于天然染料上染比较困难，因此本发明对木棉纤维进行如下处理：依次对木棉纤维进行碱处理，聚乙二醇处理和等离子体处理，并采用阳离子改性剂对等离子体处理后的木棉纤维进行改性，最终得到改性后的木棉纤维，再对改性后的木棉纤维进行天然染料染色，采用上述方式染色的木棉纤维，上染率和固色率均得到有效提高。
本发明的阳离子改性剂由壳聚糖季铵盐、N-羟甲基丙烯酰胺作为原料，以NH4Cl作为催化剂，4-甲氧基苯酚为阻聚剂，反应之后用丙酮抽滤，得到的固体采用酒精和丙酮洗涤，烘干后与NaHCO3混合，配成阳离子改性剂；其中制备得到的反应性壳聚糖季铵盐能功能接入所需的化学键或基团，与NaHCO3制成阳离子改性剂，采用该阳离子改性剂对木棉纤维进行处理，处理后的木棉纤维峰强均有增强。
本发明以硫酸铝作为媒染剂，对木棉纤维进行预媒染，由于媒染剂中的金属离子能很好地使染料分子中的化学键与纤维结合并固着于纤维，因此媒染剂的加入使得上染率和固色率均得到很大的提升。
附图说明
图1对比例不同前处理木棉纤维的染色性能图表；
图2为栀子黄色素的光谱扫描图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
天然染料配制
将栀子黄粉配成10g/L的溶液，放入恒温水浴锅中60℃搅拌加热1h后用砂芯漏斗对其抽滤除去不溶固体杂质得到染色原液，装入容量瓶待用。
阳离子改性剂配制
取4.8g壳聚糖季铵盐和18.4g N-羟甲基丙烯酰胺混合，蒸馏水作为溶剂，2g的NH4Cl作为催化剂，0.04g 4-甲氧基苯酚作为阻聚剂，配成浓度为10％的溶液；140℃油浴加热至沸腾后反应10min；冷却后加丙酮抽滤，得到不溶于丙酮的固体，将固体用酒精：丙酮＝1:1的液体洗涤数次后50℃烘干；之后称20g NaHCO3和4g制得的反应性壳聚糖季铵盐，用1000mL容量瓶配成4g/L的阳离子改性剂备用。
实施例1
对木棉纤维进行前处理；称取0.4g木棉纤维，量取40mLNaOH溶液，按照1:100的浴比置于为浓度为4g/L的NaOH溶液中，加入0.1mL渗透剂搅拌后，放入恒温水浴锅再25℃下水浴加热35min后取出，使用蒸馏水洗涤木棉纤维至呈中性后50℃烘干，即得碱处理后的木棉纤维；
聚乙二醇改性木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于体积百分浓度为9％的聚乙二醇溶液中，处理35min后水洗烘干，得到聚乙二醇处理后的木棉纤维；
等离子体处理木棉纤维；将聚乙二醇处理后的木棉纤维黏在20×1.5cm的纸板上，放入等离子体处理仪中，氧气氛200W处理3min后得到等离子体处理后的木棉纤维；
阳离子改性剂处理木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于浓度为3g/L的阳离子改性剂中搅拌0.5h，取出后进行75℃预烘6min，再120℃焙烘2.5min，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行去离子水清洗，80℃烘干，得到改性木棉纤维；
采用天然染料对改性木棉纤维进行染色；加入按照2％(o.w.f)媒染剂用量对改性木棉纤维在50℃下进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维以1:50的浴比置于天然染料中，调节染液的pH值为5，于60℃下染色110min。
实施例2
对木棉纤维进行前处理；称取0.4g木棉纤维，量取40mLNaOH溶液，按照1:100的浴比置于为浓度为5g/L的NaOH溶液中，加入0.1mL渗透剂搅拌后，放入恒温水浴锅再30℃下水浴加热30min后取出，使用蒸馏水洗涤木棉纤维至呈中性后50℃烘干，即得碱处理后的木棉纤维；
聚乙二醇改性木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于体积百分浓度为10％的聚乙二醇溶液中，处理30min后水洗烘干，得到聚乙二醇处理后的木棉纤维；
等离子体处理木棉纤维；将聚乙二醇处理后的木棉纤维黏在20×1.5cm的纸板上，放入等离子体处理仪中，氧气氛200W处理4min后得到等离子体处理后的木棉纤维；
阳离子改性剂处理木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于浓度为4g/L的阳离子改性剂中搅拌1h，取出后进行80℃预烘5min，再130℃焙烘3min，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行去离子水清洗，80℃烘干，得到改性木棉纤维；
采用天然染料对改性木棉纤维进行染色；加入按照2％(o.w.f)媒染剂用量对改性木棉纤维在60℃下进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维以1:50的浴比置于天然染料中，调节染液的pH值为5，于70℃下染色100min。
实施例3
对木棉纤维进行前处理；称取0.4g木棉纤维，量取40mLNaOH溶液，按照1:100的浴比置于为浓度为4.5g/L的NaOH溶液中，加入0.1mL渗透剂搅拌后，放入恒温水浴锅再35℃下水浴加热25min后取出，使用蒸馏水洗涤木棉纤维至呈中性后50℃烘干，即得碱处理后的木棉纤维；
聚乙二醇改性木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于体积百分浓度为11％的聚乙二醇溶液中，处理25min后水洗烘干，得到聚乙二醇处理后的木棉纤维；
等离子体处理木棉纤维；将聚乙二醇处理后的木棉纤维黏在20×1.5cm的纸板上，放入等离子体处理仪中，氧气氛200W处理5min后得到等离子体处理后的木棉纤维；
阳离子改性剂处理木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维按照1:50浴比置于浓度为5g/L的阳离子改性剂中搅拌1.5h，取出后进行85℃预烘4min，再140℃焙烘3.5min，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行去离子水清洗，80℃烘干，得到改性木棉纤维；
采用天然染料对改性木棉纤维进行染色；加入按照2％(o.w.f)媒染剂用量对改性木棉纤维在70℃下进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维以1:50的浴比置于天然染料中，调节染液的pH值为5，于80℃下染色90min。
上染率测定
另外采用UV-1800pc型紫外可见分光光度计，对上染率进行测定，开机预热后将稀释好的染色原液放入比色皿(液体不能超过比色皿的3/4)进行光谱扫描，设置波长读取范围为350nm～780nm，结果如图2所示，在波长为440nm左右时出现波峰，可确定栀子黄染料的最大吸收波长为440nm。
设定好波长440nm，依次放入稀释相同倍数后的原液和染色残液，记录下吸光度值。
上染率＝(1-A1/A0)×100％
A0为染色原液的吸光度；A1为染色残液的吸光度。
固色率测定
将染色后的木棉纤维用热水洗涤→60℃烘干→皂煮(皂片2g/L，Na2CO32g/L，浴比1:50，95℃皂煮10min)→水洗→60℃烘干；将收集好的染色后的残液、热水洗涤后的残液、皂煮液和皂煮后再次水洗得到的残液合并、稀释后测定吸光度值。
固色率＝(上染率-nA2/mA0)×100％
A0为染色原液的吸光度；A2为所有染色残液的吸光度；m、n分别指原液和混合液稀释的倍数
L*、a*、b*、c*值测定
采用CE7000A型电脑测配色系统，L*表示明暗度(黑白)，a*表示从绿光到红光的光谱变化(a*为正表示颜色为红色，a*为负表示颜色为绿色)，b*表示从蓝光到黄光的光谱变化(b*为正表示颜色为黄色，b*为负表示颜色为蓝色)，c*表示色彩的饱和程度即鲜艳度。
下表为实施例1～3中染色温度和媒染温度的对比
由上表可知，对于染色温度，随着温度升高，明度L*值总体变大，色相a*，b*值先升高后下降，黄光在70℃增加较多，红光基本不变，c*变化趋势和a*、b*一样，表明在70℃木棉颜色最鲜艳；综合考虑，染色温度选择70℃(实施例2)为最佳。
对于媒染温度，明度L*值随温度先增后减，表明随温度升高木棉颜色越来越亮，色相a*、b*值也是先增大后减小，表明红光、黄光在都是先随温度增高而变大的，在媒染温度为60℃时达到最大，鲜艳度c*值变化趋势是一样的，表明在媒染温度为60℃时染色木棉是黄光最多，最亮最鲜艳的；综合考虑，选择媒染温度为60℃(实施例2)为最佳。
对比例
在实施例2的条件下(无媒染剂)，对六组经过不同前处理(分别为原样、5％NaOH处理、10％NaOH处理、等离子处理、5％NaOH+等离子、5％NaOH+聚乙二醇+等离子+改性)的木棉纤维进行染色。结果图1所示，原样的染色上染率、固色率最低，染色后的织物肉眼可见很不均匀，这是因为木棉表面存在较多木质素和腊质等异质物不利于染料上染；经NaOH处理后的木棉纤维上染率和固色率均有所提高，这可能是因为NaOH处理能够部分去除木棉纤维表面不利于上染的杂质，且10％NaOH效果比5％NaOH强很多；经等离子以及5％NaOH结合等离子的木棉纤维上染较原样同样有所提高；但是经5％NaOH+聚乙二醇+等离子+改性后的木棉纤维上染率和固色率是最高的，分别为70.5％和52.82％。
采用上述测量方式，对实施例1～3染色的木棉纤维分别进行上染率和固色率的测定，且通过比较，得到实施例2的最高，上染率达到83.65％，固色率达到61.32％。
上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对木棉纤维进行前处理；取定量木棉纤维，置于为浓度为4～5g/L的NaOH溶液中，加入渗透剂搅拌后，在25～35℃下水浴加热25～35min后取出，使用蒸馏水洗涤木棉纤维至呈中性后烘干，即得碱处理后的木棉纤维；
S2.聚乙二醇改性木棉纤维；将碱处理后的木棉纤维置于体积百分浓度为9～11％的聚乙二醇溶液中，处理25～35min后水洗烘干，得到聚乙二醇处理后的木棉纤维；
S3.等离子体处理木棉纤维；将聚乙二醇处理后的木棉纤维进行等离子体表面处理，得到等离子体处理后的木棉纤维；
S4.阳离子改性剂处理木棉纤维；将等离子体处理后的木棉纤维置于浓度为3～5g/L的阳离子改性剂中搅拌0.5～1.5h，取出后进行焙烘处理，之后对焙烘处理后的木棉纤维进行水洗烘干，得到改性木棉纤维；
S5.采用天然染料对改性木棉纤维进行染色；取改性木棉纤维加入媒染剂在50～70℃下进行预媒染，之后将媒染后的木棉纤维置于天然染料中，于60～80℃下染色90～110min。
2.根据权利要求1所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于，阳离子改性剂的制备方法包括：
按照1:3.5～4.0的质量比取壳聚糖季铵盐和N-羟甲基丙烯酰胺混合后置于水中溶解，加入催化剂和阻聚剂，配成质量百分比为8～12％的溶液；
将溶液置于135～145℃温度下加热至沸腾，反应5～15min后冷却，加入丙酮抽滤，得到不溶于丙酮的固体；
将固体用酒精和丙酮混合液洗涤，后在45～55℃下烘干，得反应性壳聚糖季铵盐，备用；
按照4～6:1的质量比称取NaHCO3和反应性壳聚糖季铵盐，加水配成3～5g/L的阳离子改性剂。
3.根据权利要求2所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：催化剂为NH4Cl，阻聚剂为4-甲氧基苯酚；酒精和丙酮混合液中酒精与丙酮的体积比为1:1。
4.根据权利要求3所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：步骤S1中木棉纤维与NaOH溶液的质量体积比为1:100。
5.根据权利要求4所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：步骤S2中碱处理后的木棉纤维与聚乙二醇溶液的质量体积比为1:50。
6.根据权利要求5所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：步骤S3中等离子体处理条件为氧气氛200W处理3～5min。
7.根据权利要求6所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：步骤S4中等离子体处理后的木棉纤维与阳离子改性剂的质量体积比为1:50。
8.根据权利要求7所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：焙烘处理的条件为75～85℃预烘4～6min，之后升温至120～140℃焙烘2.5～3.5min。
9.根据权利要求8所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：媒染剂为硫酸铝，且硫酸铝的用量为2％(o.w.f)；改性木棉纤维与天然染料的质量体积比为1:50，且染液的pH值为5。
10.根据权利要求9所述的木棉纤维的天然染料染色方法，其特征在于：天然染料为栀子黄色素，其配制方法为：将栀子黄粉配成8～10g/L的溶液后，在55～65℃水浴条件下搅拌0.5～1.5h，之后抽滤除去不溶固体杂质，即得。
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