阳离子染料对牛奶蛋白纤维的染色性能研究

　　牛奶蛋白纤维是将液态牛奶去水、脱脂、利用接枝共聚技术将蛋白质分子与丙烯腈分子制成牛奶浆液，再经湿纺新工艺处理而成，使其形成一种在结构中含有牛奶蛋白质氨基酸大分子的线型高分子.因此，可以将牛奶蛋白纤维描述为一种含动物蛋白氨基酸的合成纤维.牛奶蛋白纤维集天然纤维(棉、麻、毛、蚕丝)和化学纤维的优点于一身，不仅具有化学纤维强度高、收缩小、防霉和防蛀的性能，还具有天然纤维柔软、亲肤、吸湿和透气等优点.另外，牛奶蛋白纤维含有多种人体必需的氨基酸，与人体皮肤的亲和性好，具有良好的保健性.由于牛奶蛋白纤维的特殊结构I各类染料(如酸性、中性、直接、活性、阳离子染料等)均能上染，本文主要讨论了阳离子染料上染牛奶蛋白纤维(牛奶蛋白／改性聚丙烯腈纤维)的情况.

　　1实验

　　1.1材料及药品

　　材料：牛奶蛋白纤维(山西恒天纺织新纤维科技有限公司).药品：阳离子红X-GRL，阳离子黄X-GL，阳离子蓝X-GRRL(工业级)；硫酸、NaCl、醋酸(均为分析纯).

　　1.2染色工艺

　　染料2%(owf)，浴比50：1.用醋酸或硫酸溶液调节染浴至一定pH值，40℃入染，采用水浴锅升温至50～100℃，染色20～70min.

　　13测试

　　上染百分率：用紫外-可见分光光度计(uv-1700)；在最大吸收波长处分别测定染色前后染浴的吸光度，计算上染百分率[=(1-A1／AO)x100%，式中：A0为原液吸光度；A1为染色后残液的吸光度]；皂洗牢度：根据IS0105-C10：2006《纺织品色牢度试验C10部分：耐皂洗或肥皂和苏打液洗涤色牢度》标准进行测试；红外光谱(FT-IR)：用美国Nicolet公司制造的MAGNA.IR550型傅立叶变换红外光谱仪做牛奶蛋白纤维的红外吸收光谱曲线.

　　2结果与讨论

　　2.1牛奶蛋白纤维红外光谱分析

　　由图l可知，牛奶蛋白纤维典型的吸收谱带为酰胺基团(一C0一NH一)的谱带，其中329lcm-1处吸收峰为N—H伸缩振动谱带，该谱带较宽，为仲酰胺，1658cm-1处吸收峰为C一0伸缩振动，是酰胺特征峰，称为酰胺I带，1545cm-1处吸收峰为N—H变形振动，即酰胺II带，1254cm-1处吸收峰为C—O伸缩振动；2247cm-1处有吸收峰，说明纤维中含氰基(—C—N)，为生产中加入的丙烯腈；2855cm-1、2923cm-1处吸收峰是C—H伸缩振动谱带：1461cm-1处吸收峰为C—H弯曲振动谱带；1 132cm-1处吸收峰为C—N伸缩振动谱带.因此，牛奶蛋白纤维中含有一NH一、一CH2一、一C—N、C—O等基团，属于蛋白质纤维.

　　图1牛奶蛋白纤维的红外光谱图

　　2.2染色pH值

　　2.2.1牛奶蛋白纤维的耐酸碱性

　　为了确定适合牛奶蛋白纤维染色的大致pH值范围，首先探讨了此纤维的耐酸碱性.配制50mL不同质量浓度的硫酸、烧碱溶液，按浴比50：1加入牛奶蛋白纤维，在不同温度条件下浸30min，观察牛奶蛋白纤维的耐酸碱性.由表1可知，牛奶蛋白纤维即使在很低质量浓度的NaOH溶液中也容易变色，且随NaOH质量浓度的增加，颜色逐渐加深，从黄色到橙红色.在100℃、70g／L NaOH的条件下，牛奶蛋白纤维发生部分溶解：在80℃、90～130g／L NaOH的条件下，基本全部溶解.在不同质量浓度硫酸中不管温度怎么变化，牛奶蛋白纤维都不溶、不变色.说明牛奶蛋白纤维的耐酸性好，耐碱性差.

　　表1牛奶蛋白纤维的耐酸碱性能

　　注：I为不溶、不变色，Y为不溶、呈黄色，CH为不溶、呈橙红色，S为溶解，SS为部分溶解，SJ为加热溶解.

　　2.2.2pH值对上染百分率的影响

　　阳离子染料对染浴的pH值比较敏感，在弱酸性介质中比较稳定，溶解度较好.若溶液pH值过高，尤其在碱性条件下，染料容易发生色光变化，甚至分解、沉淀.基于纤维的耐酸碱性和染料本身的性质，把染浴pH值控制在2～7进行实验.

　　南表2可知，pH值为5～6时，各种染料染色的纤维上染百分率都相对较高.pH值为2～6时，刚离子染料上染纤维是染料的有色阳离子与纤维上带负电荷的基团成盐结合的过程.pH值提高，第三单体聚丙烯腈冈电离所产生的负电荷就越多，对于牛奶蛋白纤维，pH值增加，超过其等电点时所带负电荷也就越多，所以在pH值为5～6时，阳离子染料易上染聚丙烯腈纤维，也易上染牛奶蛋白纤维.但pH值增加到6～7后，会导致染料阳离子不稳定，上染白.分率义下降.由此可见，pH值对上染百分率有较大影响.

　　表2 pH值对上染百分率的影响

　　2.3染色温度

　　由表3可知，在50℃低温染色时，牛奶蛋白纤维的上染百分率就已经很高，达70%左右，说明牛奶蛋白纤维的结构较疏松，染料在温度低时容易进入；达到90℃时，上染百分率已较高，继续升温，上染百分率虽有提高，但幅度不大.差示扫描量热仪分析结果发现，牛奶蛋白纤维在92.7℃时有一分解峰，纤维质量损失3.67%，强力从2.82cN／dtex下降到2.37cN／dtex.为了减小对纤维的损伤，牛奶蛋白纤维染整加工温度都应低于92.7℃.故染料上染牛奶蛋白纤维的最佳温度为90℃左右.

　　表3温度对上染百分率的影响

　　2.4电解质NaCl和染色时问由图2可知，在染色初期加入NaCl，染料的上染百分率下降，其原因是存染浴中加入NaCl后，Na+能与染料阳离子相互竞争染色位置，由于Na+与染料阳离子相比体积小、流动性大，先被纤维吸附，夺占染色位置，然后被染料阳离子(对纤维有较大亲和力)置换，起到缓染作用.但初始上染百分率下降不明显，可能原因是牛奶蛋白纤维存在很多由氨基酸—COOH电离成—C00一所提供的染座，而纤维的结构又较疏松，染料扩散快，食盐对染料上染所起的阻挡作用就非常小，所以，电解质的缓染作用不明显.

　　NaCl质量浓度-—O；●一1O g/L：▲一20g/L

　　染色染料阳离子红X-GRL，pH值5-6，90℃染色

　　图2在不同电解质质量浓度下染色时间对上染百分率的影响

　　另外，染色时间对上染百分率的影响不明显，染色40min时，上染百分率已达到较大值，60min后没有明显增加.考虑到长时问的染色会使纤维强力下降，因此，染色时间以60min为宜.

　　由图3可以看出，加入NaCl会使牛奶蛋自纤维的上染百分率下降，并且随着NaCl质量浓度的增加向下降明显.因此，应该选择合适的NaCl质量浓度，一般不超过10g／L.

　　-一阳离子红X-GRL；●一阳离子黄X-GL；▲一阳离子蓝X-GRRL

　　pH值5-6，90℃染色60min

　　圈3 NaCl质量浓度对红黄蓝3种染料上染牛奶蛋白纤维的影响

　　2.5皂洗牢度

　　由表4可知，阳离子染料对牛奶蛋白纤维染色的皂洗牢度达到3级或3级以上.

　　表4染色皂洗牢度

　　3结论

　　牛奶蛋白纤维采用阳离子染料染色时，染液pH值埘纤维染色性的影响最大，其次是染色温度.染色最佳工艺为：染液pH值5～6，染色温度在90℃左右，染色时问为60min.加入电解质(NaCl)可起到缓染作用，但缓染作用不是很明显.染色皂洗牢度达到3级或3级以上．