尿素对亚麻纤维轧染染色性能的改进

1、第22卷第1期2005年2月黑龙江大学自然科学学报JOURNAL OF NAT URAL SC I E NCE OF HE I L ONGJ I A NG UN I V ERSI TYVol 122No 11February,2005尿素对亚麻纤维轧染染色性能的改进姜宪凯1,孙虹雁1,林珑1,白续铎1,刘景峰2,冯昊2(1.黑龙江大学化学化工与材料学院,黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨亚麻集团公司亚麻漂染有限公司,黑龙江哈尔滨150040摘要:利用尿素对亚麻纤维进行改性,以提高其轧染的染色性能和染色深度。对改性工艺条件如尿素溶液的浓度、微波处理功率及时间等条件进行了详细研究。通过对改性后的

2、亚麻纤维SE M 观察和X -ray 衍射分析,探讨了改性后亚麻纤维染色性能提高的原因,并对改性后的亚麻纤维力学强度进行了测定。关键词:亚麻纤维;尿素;改性;染色中图分类号:TS1021221文献标识码:A文章编号:1001-7011(200501-0074-04 收稿日期:2004-09-10基金项目:黑龙江省科技攻关计划资助项目(GC03A605;黑龙江省教育厅科技资助项目(10541162作者简介:姜宪凯(1978-,男,英国利兹大学理学硕士,讲师,主要研究方向:涂料与染料O 引言随着生活质量的提高,天然纤维生产的绿色生态服装越来越受到广大消费者的青睐。亚麻纤维以其良好的卫生性能、超强透

3、气、防腐抑菌、清新自然、粗犷豪放、防紫外线等优异性能备受消费者喜爱,是国际市场上最受欢迎的纺织品之一。但亚麻纤维染色难的问题一直在不同程度上制约着产品的质量和档次及企业的经济效益1。亚麻纤维染色难的主要原因是亚麻纤维的结晶度和取向度高,染色时染料渗透困难,上染率低2。为解决亚麻纤维可染性差的问题,国内外一直在对亚麻纤维进行改性研究,以提高其上染率。这些研究工作主要包括国内有研究人员对亚麻纤维进行丙烯腈接枝的研究3,对亚麻纤维进行N -羟甲基丙烯酰胺接枝及胺化改性的研究4,利用环氧类季铵盐、AM 改性剂对亚麻纤维进行改性研究等5;国外有研究人员利用溶胀剂对亚麻纤维进行溶胀改性6,利用酶来提高亚麻

4、纤维的染色性能7-8,对其接枝甲基丙烯酸甲酯等研究9。上述方法一定程度上提高了亚麻纤维的上染率,但大多限于实验室而不易工业化。本课题的研究目的是探求一种适用于工业化的亚麻纤维改性方法,因此从适用于工业生产的角度利用尿素对亚麻纤维改性进行了研究,以达到提高其轧染时上染率和染色深度的目的。同时讨论了尿素溶液的浓度,微波处理功率及时间等因素对亚麻纤维染色效果的影响,以及改性对其表面形态、力学强度、结晶度和取向度等方面的影响。1实验部分111试剂材料及仪器尿素(AR ,微波炉LGW P700(MS -2089T ,活性红染料(哈尔滨亚麻厂提供,Ciba C -R 活性红,亚麻布(半漂2008,哈尔滨亚

5、麻厂提供,BVHP350轧染装置,SC -80C 全自动色差计,D /MAX -3BX 射线衍射仪,WDT90微机控制电子拉力试验机,电子显微镜(KYKY -1000B 。112改性工艺条件的优化1微波处理功率及时间的优化:将亚麻布放入浓度为250g L -1的尿素溶液中室温浸泡完全,取出,在一定微波功率条件下做一定时间的烘干处理。处理后用60温水清洗,烘干,染色。染色后利用对色深值的测量对微波处理功率及时间进行优化。2尿素溶液浓度的优化:用浓度为:50、100、150、200、250、300、350、400、450、500g L -1的尿素溶液分别对亚麻纤维室温浸泡完全,之后在相同微波条件下

6、进行烘干处理。处理后用60温水清洗,烘干,染色。染色后利用对色深值的测量对尿素溶液的浓度进行优化。113轧染染色工艺染液配方:Ciba C -R 活性红染料13g L -1,尿素100g L -1,Na 2CO 310g L -1。染色工艺:控制轧车轧余率70%,轧染后90预烘67m in,烘干,再在145150焙烘固色5m in 。染色后80水洗,4g L -1净洗剂配制的洗液80皂洗,然后80水洗,晾干。114染色后亚麻纤维色深值及力学性能的测定用SC -80C 全自动色差计对染色后的亚麻纤维进行颜色(L 3,a 3,b 3的测定。将亚麻纤维裁成30×5c m 的条形,用WDT9

7、0微机控制电子拉力试验机对亚麻纤维的经向强度和纬向强度进行测定。2结果与讨论211微波处理功率及时间的优化尿素溶液浸泡后的亚麻纤维经相应功率及时间的微波处理改性后染色色深值如表1所示:表1尿素溶液浸泡后的亚麻纤维经相应功率及时间的微波处理改性后染色色深值Table 1The i n fluence of m i crowave power and trea t m en t ti m e on the dye i n g colour depth 微波烘干工艺第一次功率(W 时间(m in 第二次功率(W 时间(m in 色深值L 3微波烘干工艺第一次功率(W 时间(m in 第二次功率(W

8、时间(m in 色深值L 32103350143.302104490242.232103350243.112104700141.122103490143.142104700240.992103490243.01350 2.5490142.262103700141.68350 2.5490241.952103700241.23350 2.5700141.052104350242.95350 2.5700 1.540.942104490142.813502.5700241.01与未改性的亚麻纤维染色后的色深值L 3=43144相比,结果表明,亚麻纤维经过微波条件下尿素的改性,其染色后的颜色深度比未

9、改性的亚麻纤维染色后的颜色深度有所加深。其中经250g L -1的尿素溶液浸泡后,经过功率为350W ,时间为215m in 的微波处理,再经过功率为700W ,时间为115m in 的微波处理改性后染色的色深值比较理想,色深值L 3=40194。在微波条件下尿素对亚麻纤维的改性利用的是通过浸泡渗透存在于纤维当中的尿素可以在130°C 左右时发生熔融并气化分解成气体,这一过程中亚麻纤维会由于尿素的熔融和气化发生溶胀,增加了其毛效和表面粗糙程度。在轧染染色时这样的亚麻纤维对染液有较好的吸附能力,提高了染料与亚麻纤维发生反应实现染色的机会,从而提高了染色时的上染率,提高了染色深度。微波条

10、件下尿素对亚麻纤维的改性应使尿素在亚麻纤维当中发生熔融并气化分解,所以,温度过低尿素无法发生熔融和气化,温度过高会对纤维起到破坏作用,都达不到良好的改性目的。尿素溶液浸泡后采用两步微波处理的优点为:首先使尿素溶液中的水分蒸发完全,排除水分蒸发的干扰后再使存在在纤维中的尿素熔融并气化分解,来达到预期的改性目的。212尿素溶液浓度的优化亚麻纤维经过浓度分别为50、100、150、200、250、300、350、400、450、500g L -1的尿素溶液浸泡完全后经过相同微波处理改性后染色得到的尿素浓度优化结果如表2所示。57第1期姜宪凯等:尿素对亚麻纤维轧染染色性能的改进 表2亚麻纤维经过不同浓

11、度尿素溶液浸泡后在相同微波条件下改性后染色的色深值Table 2The i n fluence of the concen tra ti on of urea soluti on on the dye i n g colour depth 尿素浓度(g L -150100150200250色深值(L 34219642138411874113140194尿素浓度(g L -1300350400450500色深值(L 34014940131401294012740126结果表明尿素浓度为350g L -1时改性结果比较理想,色深值L 3=40131。尿素浓度过小起不到溶胀增加毛效和增加纤维表面粗糙

12、程度的改性作用,浓度大于350g L -1时经改性后的效果没有明显的提高,而且浓度过大会使亚麻纤维变黄变质。此外浓度过大对尿素消耗的增加也会带来改性工艺成本的加大。213尿素对亚麻纤维改性后的表征(1表面形态用电子显微镜观察亚麻纤维改性前后的表面形态如图1所示。从图1可以看出,未改性的亚麻纤维表面比较光滑,改性后的亚麻纤维表面变得非常粗糙,改性有助于轧染过程中提高亚麻纤维对染液的吸附能力,有助于染液对亚麻纤维的透染,即提高了染料与亚麻纤维发生反应实现染色的机会,从而提高了染色时的上染率,提高染色深度。(2力学强度改性前后亚麻纤维的力学强度测定结果见表3。表3改性前后亚麻纤维的力学强度Table

13、 3Ten sile strength of the paren t fl ax fabr i c and the m od i f i ed fl ax fabr i c经向强度(N 纬向强度(N 改性前亚麻纤维的力学强度398±50403±50改性后亚麻纤维的力学强度374±50396±50上述结果表明,经过改性的亚麻纤维强度稍有下降,但下降程度极小。亚麻纤维强度下降的原因就是由于处理后亚麻纤维表面部分纤维发生溶胀和断裂翘起所导致。(3X -ray 射线衍射图图2是亚麻纤维改性前后的X 射线衍射图。图2表明,经过改性的亚麻纤维的结晶度和取向度与未改性

14、的亚麻纤维的结晶度和取向度相比变化不大,表明尿素对亚麻纤维的改性对其结晶度和取向度的影响很小。67黑龙江大学自然科学学报第22卷3结论利用尿素对亚麻纤维的改性,提高了其轧染时的染色性能和染色深度。经过尿素对亚麻纤维的改性使纤维发生溶胀,提高了其表面粗糙程度,增加了其毛效,这有利于在轧染染色过程中亚麻纤维对染液的吸附,有助于提高染料与纤维发生染色反应的机率,从而提高其轧染染色时的上染率和染色深度。实验数据表明较为理想的改性工艺为:用浓度为350g L -1的尿素溶液室温浸泡完全后经功率为350W ,时间为215m in 的微波处理,再经微波功率为700W ,时间为115m in 的微波处理。尿素

15、对改性亚麻纤维的结晶度和取向度的改变极小。尿素对亚麻纤维的改性使其力学强度稍有下降,但下降的程度极小。经优化后的工艺对亚麻纤维的改性使得其轧染染色后的色深值(L 3加深了3113,此改性工艺适于工业化生产。参考文献:1戴玉琪.亚麻纺织业的现状及发展J .山东纺织科技,2001,(5:51-54.2史加强.亚麻纤维理化性能对染色机理的影响J .纺织学报,1999,20(1:16-18.3张海明,李青山,高洁,等.亚麻接枝改性新发展J .黑龙江纺织,2000,(3:14-16.4郭雅琳,赵明,邓丽丽,等.用化学方法改善亚麻可染性的研究J .印染,2001,27(5:23-25.5李红.亚麻的染色改

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