全 文 ：印 染 助 剂TEXTILE AUXILIARIES Vol.29 No.6Jun.2012第29卷第6期2012年6月
高 静 1，赵 涛 1，2
(1. 东华大学化学化工与生物工程学院, 上海 201620; 2. 东华大学国家生态纺织教育部重点实验室, 上海 201620)
摘 要：探讨了上染温度、时间、染料用量和盐用量对直接染料上染牛角瓜纤维的影响,以及沙拉菲尼尔染料翠蓝对牛角瓜
纤维上染的吸附类型.结果表明沙拉菲尼尔直接染料上染牛角瓜纤维的最佳工艺为:70 ℃,60~70 min,染料用量1%(owf),盐用量20 g/L;
直接染料沙拉菲尼尔翠蓝对牛角瓜纤维的上染可用Freundlich类型的吸附等温线描述.
关键词： 牛角瓜纤维；直接染料; 染色性能; 吸附等温线
中图分类号: TQ615.4；TQ619.2 文献标识码: B 文章编号: 1004-0439(2012)06-0033-03
Dyeing behavior of calotropis gigantea fiber with direct dyes
GAO Jing1, ZHAO Tao1,2
(1. College of Chemistry, Chemical Engineering and Biotechnology, Donghua University, Shanghai 201620, China; 2. Key
Laboratory of Science and Technology of Eco-Textile, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620, China)
Abstract: The influences of dyeing temperature, time, dye content and salt content on calotropis gigan⁃
tea fiber dyeing with direct dyes, and the adsorption type of Solophenyl light blue dyeing calotropis gigantea fi⁃
ber were discussed. The results showed that the optimal dyeing process of calotropis gigantea fiber with di⁃
rect dyes was 70 ℃ of temperature, 60~70 min of dyeing time, 1%(owf）of dye content, 20 g/L of salt con⁃
tent. The adsorption isotherm of direct dye Solophenyl light blue on calotropis gigantea fiber was similar with
the type of Freundlich adsorption isotherm.
Key words: calotropis gigantea fiber; direct dyes; dyeing behavior; adsorption isotherm
收稿日期：2011-09-20
作者简介：高 静(1986-),女,河南开封人,硕士,主要从事新型纤维及其染整技术研究工作.
牛角瓜纤维是一种天然纤维素纤维,经 SEM观
察,纤维表面光滑、无扭曲,横截面中空度高达 80%~
90%,该纤维可替代棉纤维而用于纺织生产,织成的面
料具有丝绸的滑爽质感,又有类似棉织物的透气性和
舒适感[1],是一种生态环保的新型纤维材料.但牛角瓜
纤维的刚性大,无天然扭曲,对纤维的纺纱不利.国外
学者对牛角瓜纤维进行一定的预处理后,再与棉、涤
纶或粘胶纤维进行混纺,可以改善其纺纱性能.[2]
牛角瓜纤维的染色性能目前还没有相关的报道,
因此,本文针对沙拉菲尼尔直接染料上染纤维的染色
过程以及染色温度、染色时间、盐用量和染料用量对
纤维上染率的影响,以及直接染料在牛角瓜纤维上的
吸附特征进行了探索性研究.
1 试验
1.1 材料及仪器
材料:牛角瓜纤维(云南).染料:沙拉菲尼尔黄、沙
拉菲尼尔大红、沙拉菲尼尔翠蓝(亨斯迈公司).
设备:U-3310紫外分光光度仪(日本日立公司),
JSM-5600LV型 SEM(日本 JEOL厂家),UV-2000紫外
可见分光光度计 [龙尼柯 (上海)仪器有限公司],
YP502-N分析电子天平(上海精科),JY常温电脑程控
染样机(江苏靖江市华泰染整设备有限公司).
1.2 纤维形态结构测定
用SEM观察牛角瓜纤维表面及横截面结构.测试
条件:温度为 20 ℃,相对湿度为 65%,加速电压为 15
直接染料对牛角瓜纤维的染色性能
印 染 助 剂 29卷
kV,高真空分辨率为 3.5 nm,低真空分辨率为 4.5 nm,
放大倍数为18~300 000,横截面制样方法为液氮脆断,
测试前样品经喷金处理.
1.3 最大吸收波长测定
精确称量 0.100 g直接染料,定容至 100 mL,取 1
mL定容至 50 mL(稀释 50倍至 0.02 g/L).用紫外分光
光度仪在 350~700 nm全波段扫描,测其波长与吸光
度的关系曲线,从而找出染料的最大吸收波长.
1.4 染色工艺曲线
1.5 制作标准工作曲线
准确配制不同质量浓度的染液,在最大吸收波长
下测定其吸光度A,以染液质量浓度ρ(mg/L)为横坐标,
吸光度A为纵坐标,进行线性回归分析,得到染液质量
浓度与吸光度相关的标准曲线.[3]
1.6 上染百分率的测定
将配好的染液先吸取 10 mL,再稀释 n倍,然后将
1 g纤维用 30 mL染液染色,染色结束后,将水洗残液
和染液合并,稀释到原来染液体积的m倍,然后按下
式计算上染百分率E[4]:
式中:B为染色残液吸光度,m为染色残液稀释倍数,A
为染色原液吸光度,n为染色原液稀释倍数.
2 结果与讨论
2.1 牛角瓜纤维的形态结构
由图 1(a)知,牛角瓜纤维的横截面接近圆形,中空
度高,纤维壁薄.纤维壁厚 0.6~1.2 μm,中腔直径与壁
厚比值约为26,中空度达90%以上.图1(b)纵向表面光
滑,呈圆柱形,几乎无扭曲.
2.2 直接染料的最大吸收波长
根据图 2得出,沙拉菲尼尔翠蓝、沙拉菲尼尔大
红和沙拉菲尼尔黄的最大吸收波长λmax分别为 608
nm、495 nm和402 nm.
2.3 影响直接染料上染率的因素
2.3.1 盐用量
由图3可知,随着氯化钠用量的增加,染料上染率
不断增加,20 g/L时,上染率为 49.17%,继续提高盐用
量,染料上染率提高不大.主要原因为加入适量的中
性电解质可以屏蔽纤维表面的负电荷,纤维表面的动
电层电位变小,使染料更容易吸附到纤维上去,增强
染料的直接性,促进染料的上染,而过量电解质将引
起染料聚集,减少染料与纤维的结合.因此,盐用量 20
g/L较为合适.
2.3.2 染色温度
染色温度对直接染料上染纤维的影响见图4.
由图 4可见,随着温度的上升,上染率逐步提高,
30 ℃
纤维1 g↓
浴比1∶30
2 ℃/min
15 min1/2盐↓ 15 min1/2盐↓
水洗
100 ℃
2 g/L皂片↓ 10 min
水洗
E =（1- ）×100%B×m
A×n
(a)横截面 (b)表面形貌
图1 牛角瓜纤维的形态结构
吸
光
度
700
0.2
6506005505004504003500.0
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2 1
2 3
波长/nm
1—沙拉菲尼尔黄;2—沙拉菲尼尔大红;3—沙拉菲尼尔翠蓝
图2 3种染料的光谱曲线
盐用量/(g·L-1)
沙拉菲尼尔翠蓝2%(owf),45 min,70 ℃
图3 不同盐用量对直接染料上染纤维的影响
上
染
率
(%)
25
0 10
■■■■■■
■
■
■
20 30 40 5015
35
45
55
染色温度/℃
沙拉菲尼尔翠蓝2%(owf),45 min,盐20 g/L
图4 染色温度对直接染料上染纤维的影响
上
染
率
(%)
105
30 40 50 60 70 800
1520
2530
3540
45
34
6期
70 ℃时,上染率高达41.28%,超过70 ℃以后,上染率反
而下降.由此可见,染色温度对牛角瓜纤维直接染料
染色的平衡上染率影响较大,从中也可推出,沙拉菲
尼尔翠蓝为中温型染料.因此,采用70 ℃染色.
2.3.3 染料用量
由图5可以看出,随着染料用量的增加,上染率越
来越小,因为牛角瓜纤维的中腔较大,当染料用量较
低时,染料分子可以充分地在纤维孔道壁上发生单分
子层吸附,染料的利用率较高.当染料高于某一用量
时,染料分子在纤维上更多的是解吸和吸附的动态平
衡,染料利用率较低.而直接染料又较容易褪色,因此
为了提高染料利用率,顺应节能环保,采用染料用量
为1%(owf).
2.3.4 染色时间
由图6可见,随着染色时间的延长,上染率逐渐增
大,一定时间后,上染率增幅变小,因此,可以根据上染
率达到平衡的时间得出最佳的上染时间.3只染料中,
沙拉菲尼尔黄的平衡上染率最高,而沙拉菲尼尔翠蓝
的平衡上染率最低.另外,沙拉菲尼尔大红和沙拉菲
尼尔黄的最佳染色时间为 60 min,而沙拉菲尼尔翠蓝
的最佳染色时间是70 min.
2.4 沙拉菲尼尔翠蓝上染牛角瓜纤维的吸附等温线
2.4.1 标准工作曲线
沙拉菲尼尔翠蓝染料的标准工作曲线如图 7所
示.通过线性回归求得标准工作曲线为:Y=-0.023 67+
31.284 91X,式中:Y为吸光度;X为染液质量浓度.
2.4.2 吸附等温线
由图 7中的标准曲线得出染料在纤维上及染液
中的质量浓度 [Df]和 [Ds],结果如图 8所示;分别按
Freundlich和 Langmuir吸附等温方程进行线性拟合,
结果见图9.
由图 9可知,沙拉菲尼尔翠蓝更符合 Freundlich
吸附等温线,ln[Df]与 ln[Ds]近似成直线关系,其直线方
程可表示为:ln[Df]=lnK+nln[Ds];其中 lnK为截距,n为斜
率.对上述线性方程进行线性回归,得到近似回归方
程:ln[Df]=-0.382 55+0.529 45ln[Ds],即牛角瓜纤维对沙
拉菲尼尔翠蓝的吸附可以用物理吸附(非定位吸附)
来解释,纤维上染料质量浓度随染液中染料质量浓度
增加而增加,但增加速率越来越慢.离子型染料以范
德华力和氢键吸附固着于纤维,染料分子的热运动促
使染料分子在染液中作均匀分布,从而在界面形成一
个染料质量浓度逐渐降低到与染液本体质量浓度基
本一致的扩散吸附层.
(下转第38页)
染料用量(%,owf)
盐20 g/L,45 min,70 ℃
图5 沙拉菲尼尔翠蓝上染牛角瓜纤维的平衡上染率
上
染
率
(%)
40
0
■
2
■■
■
■
■
■
■
4 6 830
50
60
70
染色时间/min
■—沙拉菲尼尔大红;▲—沙拉菲尼尔翠蓝;●—沙拉菲尼尔黄
70 ℃,盐20 g/L,染料1%(owf)
图6 染色时间对直接染料上染纤维的影响
上
染
率
(%)
20
0 10020
100 ●
▲
■
40 60 80
40
60
80
●
▲
■●
▲
■●
▲
■●
▲
■●
▲
■●
▲
■●
▲
■
●
▲
■
●
▲
■●
▲
■
染液质量浓度ρ/(g·L-1)
图7 标准溶液吸光度和拟合曲线
吸
光
度
A
0.008
0.3 ■
0.0260.012 0.016 0.020
■
■
■
■
■
■
■
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8 R2=0.999 97
[Ds]
图8 [Df]与[Ds]的关系
[D f]
0.0 0.4
0.3
■
0.8 1.2 1.6 2.0
■
■
■
■
■
■
■
0.2
0.40.5
0.60.7
0.80.9
1.0
ln[Ds]
(a)Freundlich
ln[D
f]
-3 -2
■
■
■ ■
■■■
■
-2
-1
0
1
-1 0 1
R2=0.999 19
1/[Ds]
(a)Langmuir
1/[D
f]
■■■
■■
■
■
■
2.0
0 8
R2=0.967 20
2 4 6 10
3.0
4.0
5.0
1.0
图9 染料的吸附等温线
高 静，等：直接染料对牛角瓜纤维的染色性能 35
印 染 助 剂 29卷
醛含量逐渐增加,可能原因是温度升高,部分醚键分
解,醚化逆反应速率增加.织物的折皱回复角逐渐降
低,而经纬向撕破强力保留率逐渐增加,说明随着温
度的升高,树脂的交联活性有所降低.树脂的羟甲基
甲醛含量及整理织物上游离和水解的甲醛含量随着
温度的升高呈先降低后增加的趋势,55~57 ℃时,达到
最低值.较低温度条件下醚化树脂的交联活性较好,
55~57 ℃醚化的树脂综合性能较好.综合考虑,选择醚
化温度为55~57 ℃.
2.1.4 醚化时间
从表4可知,随着醚化时间的延长,树脂的羟甲基
甲醛含量和游离甲醛含量逐渐降低,织物上游离和水
解的甲醛含量及折皱回复角逐渐降低,经纬向撕破强
力保留率逐渐增加,但反应 4 h后树脂及整理织物的
各项性能基本都已达到平衡,从节能角度考虑,选定
醚化时间为4 h.
2.2 乙二醇、二甘醇醚化DMDHEU树脂性能比较
用乙二醇和二甘醇的优化工艺分别对DMDHEU
树脂进行醚化,并比较其整理织物的各项性能,表5数
据表明,乙二醇醚化工艺相较传统二甘醇醚化工艺所
醚化的DMDHEU树脂,其在织物上的整理效果相当.
乙二醇用量仅为二甘醇用量的 2/3,醚化温度较二甘
醇低15 ℃,降低了生产成本,提高了经济效益.
3 结论
(1)乙二醇醚化DMDHEU树脂的较佳工艺:乙二
醇 24%(对 DMDHEU质量),55~57 ℃,pH 3.2,4 h,醚化
后树脂的游离甲醛含量低于0.3%.
(2)用优化工艺醚化的DMDHEU树脂对织物进行
整理,整理后织物上游离和水解的甲醛含量为 33.18
mg/kg,折皱回复角较原布提高了近 100°,经纬向撕破
强力保留率均高于50%.
参考文献:
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时间/h
1
2
3
4
5
6
羟甲基甲醛
含量(%)
13.66
12.86
12.74
12.32
12.10
11.91
游离
甲醛(%)
0.310
0.296
0.292
0.286
0.285
0.282
游离和水
解的甲醛/(mg·kg-1)
40.59
36.89
35.41
33.18
33.18
32.44
折皱
回复角/(°)
232.77
229.27
227.78
227.09
226.18
225.30
撕破强力保留率(%)
经向
49.26
50.15
51.59
52.48
52.92
52.92
纬向
48.39
49.56
51.11
51.65
51.65
52.74
表4 醚化时间对醚化树脂性能的影响
注:反应体系pH为3.2,55~57 ℃,醚化剂24%(对DMDHED质量).
树脂
乙二醇醚化
二甘醇醚化
游离和水解
的甲醛/(mg·kg-1)
33.18
30.96
折皱
回复角/(°)
227.09
223.32
撕破强力保留率(%)
经向
52.48
51.33
纬向
51.65
50.91
表5 整理织物性能比较
(上接第35页)
3 结论
(1)沙拉菲尼尔翠蓝染色的最佳工艺为:70 ℃,染
料用量1%(owf),70 min,盐20 g/L.
(2)沙拉菲尼尔大红的最高上染率可以达到95%,
沙拉菲尼尔黄的最高上染率可以达到98%,沙拉菲尼
尔翠蓝的最高上染率仅接近49%.
(3)牛角瓜纤维对沙拉菲尼尔翠蓝的吸附以物理
吸附为主,其吸附等温线符合Freundlich类型.
参考文献:
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􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼􀤼
38