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提高K型活性染料在真丝绸上固色率的研究




染 整 技 术

Vol.29 No.1 Jan.2007

提高 K型活性染料在真丝绸上固色率的研究
董 玮 , 谢维斌 , 何瑾馨
( 东华大学化学与化工学院, 上海

201620)

摘要:

在K型活性染料上染真丝绸的过程中加

入三种叔胺类化合物: 烟酸、 吡啶, 三甲胺, 研究了染色pH

值、 温度、 时间及各叔胺类化合物的用量对活性染料在真丝绸上固色率的影响, 在此基础上确定了叔胺类化合 物的最佳应用工艺。结果表明, 与常规染色工艺相比, 加入叔胺类化合物可使K型活性染料在中性条件下上染 真丝绸并提高其固色率。此外, 染色织物的各项牢度指标均符合服用要求, 且染后纤维受损伤程度较小。 关键词:

K型活性染料; 真丝; 叔胺类化合物; 固色率
文献标识码: A 文章编号: 1005- 9350 2007) 01- 0006- 04 (

中图分类号: TS193.632

活性染料具 有非常鲜艳 的色 泽 和 优 良 的 染 色 牢度, 是唯一能与真丝纤维以共价键结合的反应性 染料, 其共价键的键能远大于氢键、 范德华力, 因而 应用活 性染料染色 有望从根本 上解决真 丝织物的 水洗牢度问题。 然而, K型( 一氯均三嗪) 活性染料上 染真丝的提升性属于中等到差。已有研究表明, 由 于常规染色是在高温、 碱性条件下 ( pH=10 , 固色温 度 90 ℃) 进行的, 因此染色过程中存在着成键和断 键两种竞争性反应, 染料 - 纤维键的水解是导致此 类活性染料在真丝绸上固色率较低的直接原因 。
〔1〕

本文选取三种常见的叔胺类化合物, 作为 K型 活性染料上染真丝绸的催化剂, 探讨了各项染色工 艺参数对其催化效果的 影响, 并就固 色率、 染色牢 度及织物受损情况与常规染色工艺进行了比较。


1.1

实验
材料及药品 织物: 电力纺 11218。 染料及主要试剂: 活性红 K- 2G、 烟酸、 吡啶、 三

甲胺、 元明粉、 2CO3。 Na 仪器及设备: DKZ- 450B型电热恒温振荡水槽、

叔胺类化合物易与染料形成季铵盐结构, 可提 高氯代均三嗪染料的反应活性, 从而缓和真丝绸的 固色条件, 降低染料- 纤维键的水解程度。K型活性 染料反应历程如下 :
〔2〕

PHSJ- 4A实 验室 pH 计、 Datacolor SF600 Plus 型 电 脑
测色配色 仪、 Unico UV- 2000 型 紫 外 可 见 分 光 光 度 计、 Sartorius BS224 型 分 析 天 平 、 ROACHES wash-



NH

Cl

NR3



NH

NR3



wheel 型 皂 洗 牢 度 仪 、 ATLAS CM- 5 型 摩 擦 牢 度 仪 、 ATLAS XENOTEST 150S+型日晒牢度测试仪。 1.2
染色方法
〔 常规染色工艺 3〕

R NH2- SilK R NH NH

R SilK

1.2.1

( 1 ) 一浴两步法 活性红 K- 2G 2 % ( o.w.f. ) , 元明粉 40 g/L, 浴比


收稿日期: 2006- 08- 25 作 者 简 介 : 董 玮 ( 1981- ) , 女 , 硕 士 研 究 生 , 研 究 方 向 为 活 性 染料固色率的提高

1∶ , 70 ℃下染色 30 min 后加 2 g/L纯碱, 90 ℃续染 50 45 min。
( 2 ) 一浴一步法 染料与元明粉等条件与上同。纯碱用量为2 g/L,

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在染色开始时加入, 90 ℃染75 min 。

1.2.2

催化染色 染料用量 2 % ( o.w.f. ) , 元 明粉 40 g/L, 按 浴 比 1∶
固色率 /%

50 配制染液, 叔胺类化合物在染色开始时加入。实
验采用单因素分析法, 分别考察了染色pH值、 温度、 时间及叔胺 类化合物用 量等工艺参 数对染料在 织 物上固色率的影响, 进而确定各种叔胺类化合物的 最佳催化染色工艺。

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

烟酸 三甲胺 吡啶






染液 pH





图1

染液 pH 值对染料固色率的影响

1.3 1.3.1

测试及计算方法 固色率的测定 固色率 F表示与纤维键合的染料占投入到染浴

随染液pH值升高而增大, 在中性条件下达到最大, 而后随pH值的继续升高而有所下降。 在染浴中加入叔胺类化合物后, 一氯均三嗪型 活性染料首先与其反应生成染料季铵盐, 该结构具 有较高的反应活性〔4〕 在染浴中一方面与真丝发生 , 成键反 应 , 一方面发 生水解而释 放出叔胺 类化合 物, 使其继续起催化作用。在染液 pH 较低时, 升高

中的染料总量的百分率。 测试时在染料的最大吸收 波长处测定染色原液、残液及皂洗液的吸光度, 按 下式计算固色率: 〔 F = 1- ( A1/A0) - ( A2/A0) 〕×100 % 式中: A0—染色原液吸光度;

pH有利于染料与织物的成键反应, 提高了固色率;
随着染液 pH进一步升高, 叔胺类化合物能同时催化 固色反应和水解反应, 水解反应速率的加快导致固 色率反而下降。因此, 叔胺类化合物在中性条件下 具有最佳的催化染色效果。

A1—染色残液吸光度; A2—皂洗液吸光度。 1.3.2
染色织物表观颜色深度 K/S值的测定 采用美国 DATACOLOR 公司生产的 Spectraflash

SF600 Plus型测色配色仪测定织物表观颜色深度K/S
值。

2.1.2

温度对染料固色率的影响 在染色 pH=7 , 上染 时间 75 min, 叔 胺 类 化 合 物

1.3.3

染色牢度评定 染色织物的耐洗色牢度、 耐摩擦色牢度及耐光

用量 4 g/L时, 测试染色温度对活性红 K- 2G在真丝 绸上固色率的影响, 结果如图2 。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50
图2

色 牢 度 的 测 试 按 照 国 标 GB/T 3921.3 - 1997、 GB/T —— 3920- 1997及GB/T 8426—1998进行。

1.3.4

断裂强力及断裂延伸度的测试 织 物 断 裂 强 力 及 延 伸 度 的 测 试 按 国 标 GB/T
固色率 /%

《 3923—1997 纺织品 织物拉伸性能 第一部分: 断裂 强力和断裂伸长的测定 条样法》 进行。

烟酸 三甲胺 吡啶


2.1 2.1.1

结果与讨论
催化染色工艺的确定 染液pH值对染料固色率的影响 在染色温度 90 ℃, 上 染 时 间 75 min, 叔 胺 类 化

60

70
温度 /℃

80

90

温度对染料固色率的影响

由图 2 可以看出, 在染色温度较低时, 随着温度 的升高各种叔胺类化合物的催化效果显著增加, 经 烟酸、 吡啶催化的活性染料在70 ℃时固色率达到最 高, 继续升高温度, 固色率略为下降; 而三甲胺的效 果在 80℃时最为明显。由此可知, 三种叔胺类化合 物的最佳催化染色温度均低于常规工艺条件( 染色

合物用量 4 g/L时, 测试催化染色过程中染液 pH 值 对活性红 K- 2G在真丝绸上固色率的影响, 结果如 图 1。 由图1 可以看出, 染液pH值对三种叔胺类化合 物催化效果的影响相似。 染料在织物上的固色率先



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固色率 /%

温度为90 ℃) 。这是因为染料季铵盐能够降低亲核 取代反应的活化能〔5〕 使固色反应在较低的的温度 , 下发生。而继续升高温度, 一方面会增加染料在水 中的溶解度, 降低染料对 纤维的直接 性, 另一方 面 还会加快染料的水解速率, 从而导致固色率反而有 所下降。 因此, 烟酸、 吡啶催化工艺的最佳温度定为

60 40 20 0 0 2 4
烟酸 三甲胺 吡啶

70 ℃, 三甲胺的最佳温度为80 ℃。 2.1.3
染色时间对染料固色率的影响 在染色 pH=7 , 染色温度 75 ℃, 叔胺类化合物用 量 4 g/L时, 测试染色时间对活性红 K- 2G在真丝绸 上固色率的影响, 结果如图3。
100 80
固色率 /% 图4

6 催化剂质量浓度 /( g L- 1) ?



催化剂质量浓度对染料固色率的影响

离子结合。同时, 染料分子量的增大又在一定程度 上起到了提 高染料直 接性、降低染 料溶解度的 作 用, 从而使更多染料参与固色反应, 提高了固色率; 另一方面催化剂的浓度直接和反应速率有关, 催化 剂在溶液中的浓度越高, 固色反应和水解反应均越 快, 所以在催化剂用量 较少的时候 , 固色率总是 随 其浓度增加而提高, 但催化剂浓度高到一定程度后,

60 40 20 0 15 30
烟酸 三甲胺 吡啶

只会更有利于加快水解反应, 使固色率反而下降。 由 图可知: 烟酸、 三甲胺催化工艺的最佳质量浓度为 2
75

45 时间 /min

60

g/L, 吡啶催化工艺的最佳质量浓度选取4 g/L。 2.2
活性红K- 2G染色效果的比较 将经最佳催 化染色工艺 与常 规 染 色 工 艺 处 理 后的真丝织物的表观颜色深度及固色率进行比较, 结果如表 1。
表1 活性红K- 2G上染真丝的常规工艺与催化工艺比较结果 染色工艺 一浴 一步法 一浴 两步法 烟酸催 化染色 吡啶催 三甲胺

图3

染色时间对染料固色率的影响

由图 3 可看出, 在中性浴中加入各种叔胺类化 合物后, 在较短的时间内便可达到染色平衡。经烟 酸与三甲胺作用后, 染料在 60 min 时固色率达到最 大值, 超过 60 min 后固色率几乎不再发生变化; 而 吡啶更显著减少了固色所需时间, 染色 30 min 后染 料的固色率已经超过了 80 % , 45 min 后固色率几乎 不再发生变化。 叔胺类化合物降低染料亲核取代反 应活化能的作用再次被验证。 因此, 将烟酸、 三甲胺 催化工艺的最佳染色时间定为 60 min, 吡啶催化工 艺的最佳染色时间为45 min。

化染色 催化染色

K/S值
固色率 /%

8.2651 72.9

6.8259 62.4

9.6046 83.6

10.2356 88.0

8.9125 75.4

由表 1 可以看出, 使用一浴一步法, 染料一边上 染一边和纤维反 应 , 固色率 比一浴两步 法高; 而经 吡啶、 烟酸、 三甲胺催化染色后 , 染料上染真丝的固 色率较传统的一浴一步、 两步法均有不同程度的提 高。其中以吡啶效果最为明显。

2.1.4

催化剂浓度对染料固色率的影响 在染色pH=7 , 上染时间60 min , 元明粉 40 g/L的

条件下, 测试不同叔胺类化合物用量对染料在真丝 绸上固色率的影响, 结果如图 4 。 由图 4 可看出, 与不加催化剂相比( 固色率仅为

2.3

真丝织物染色牢度的评定 由表1 可知, 经叔胺类化合物处理后, 活性红K-

2G染色的真丝织物色泽较常规工艺更为鲜艳, 但具
体到染色织物的服用性能, 我们必须从多方面来考 虑, 其中染色牢度就是非常重要的一项。真丝织物 主要应用于夏季服饰, 经常要经受日晒和洗涤, 所 以耐光牢度、 耐洗牢度和耐摩擦牢度都必须达到一 定的要求。 本实验分别对经吡啶、 烟酸、 三甲胺在其

17.2 % ) , 中性染浴中加入叔胺类化合物能有效提
高固色率。 这是由于真丝的等电点处于 3.5 ̄5.2 范围 内, 在中性浴中, 真丝带负电荷, 对染料阴离子斥力 较大, 而在染料分子中引入叔胺类化合物可使染料 活性基上具有一个阳离子基, 有助于染料和纤维阴

第 29 卷第 1 期 2007 年 1 月



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最佳催化染 色工艺条件 下处理后的 真丝绸进行 了 以上三项牢度的评定, 并与经固色率较高的一浴一
表2 染色工艺 变褪色 一浴一步法 烟酸催化染色 吡啶催化染色 三甲胺催化染色 沾丝 沾棉

步法工艺处理的染色织物进行了比较。结果如表 2 所示:

经催化染色及常规工艺处理的真丝绸的各项牢度指标的评定 耐洗牢度 干 耐摩擦牢度 耐光牢度 湿

4 ̄5 4 4 ̄5 4 ̄5

5 4 ̄5 4 ̄5 4 ̄5

4 ̄5 4 ̄5 4 ̄5 5

5 5 4 ̄5 4 ̄5

3 ̄4 3 ̄4 3 ̄4 3 ̄4

5 ̄6 6 6 5 ̄6

由表 2 可以看出, 经各种叔胺类化合物作用后, 真丝织物仍具有较为优异的牢度指标, 耐洗色牢度 ( 变色及沾色) 及耐干摩擦色牢度均在 4 级以上, 耐 湿摩擦色牢度也都在 3 ̄4 级之间, 与常规工艺相当。 而经烟酸、 吡啶处理后的染色织物其耐光牢度较常 规工艺相比更是稍有提高。因此, 染色织物在实际 使用过程中具有优异的服用性能。

指标之一。对真丝绸进行染色处理的目的不仅仅是 为了获得鲜艳的色泽, 如何尽可能减少纤维受损, 使 染色后织物具有更为优良的服用耐久性也是染整工 作者们追求的目标之一。因此, 本次实验对各种叔胺 类化合物在其最佳催化染色工艺条件下处理的真丝 绸进行了断裂强力及断裂延伸度的测定, 并与常规 工艺处理的染色织物进行了比较。 断裂强力与断裂延伸度的测试结果 如表3所 示:

2.4

断裂强力及延伸度的测试 强力是反映纤维在染整处理过程中受损情况的
表3 染色工艺

经催化染色及常规工艺处理的真丝绸的断裂强力及延伸度的比较 经向 强力 /N 延伸度 /mm 强力 /N 纬向 延伸度 /mm

一浴一步法 烟酸催化染色 吡啶催化染色 三甲胺催化染色

731. 7 758.7 760.5 745.1

39.814 55.358 56.971 49.358

230.2 246.5 248.7 236.5

29.814 34.568 36.230 32.568

由表 3 可以看 出, 经烟酸、 啶、 吡 三甲胺催 化染 色后, 真丝织物的断裂强力及断裂延伸度较常规工 艺处理后有明显的增高。 这主要是由于常规染色工 艺是在碱性 ( pH=10) 、 温 ( 90 ℃) 条 件 下 进 行 的 , 高 而在催化染色工艺中, 染料始终在中性( pH=7) 、 中 温 ( 70 ̄80 ℃) 条 件 上 染 真 丝 纤 维 , 且 处 理 时 间 更 短, 因此对减少真丝受损有益。

料固色率可达90 % 左右。 ( 3 ) 经各种叔胺 类化合物作 用 后 , 真 丝 织 物 的 各项牢度指标符合服用要求, 断裂强力及断裂延伸 度较常规工艺处理后有明显的增高。



参考文献
展评论, 1993 , 23 : 44- 49

〔1 〕蔡 杰 译 , 陈 水 林 校 . 蚕 丝 的 反 应 性 染 料 染 色 J〕 染 整 进 〔 . 〔2 〕王菊生 . 染整工艺原理( 第三册) M〕 北京: 中国 纺 织 出 〔 . 版社, 1984 : 432- 437 〔 . 〔3 〕周 宏 湘 主 编 . 真 丝 绸 染 整 新 技 术 M〕北 京 : 中 国 纺 织 出 版社, 1997 : 141- 144 〔4 〕 T.L.Dawson. The Reaction Mechanism and Fixation



结论
( 1 ) 实验选用的三种叔胺类化合物均在中性条

件下具有最佳的 催化染色 效果, 且处理 温度、 时间 都低于常规工艺, 既避免了传统工艺中碱剂的使用 所造成的污染, 又有利于节约能源, 降低成本。 ( 2 ) 与常规染色 工艺相比, 三 种 叔 胺 类 化 合 物 均可在不同程度上提高活性红 K- 2G在真丝绸上的 固色率 , 其中以吡啶 效果最为明 显, 经其催 化后染

Monochlo - s - triazine Dyes on Cellulose Using Tertiary Amine Catalysts 〔J〕 Journal of the Society of Dyers and . Colourists, 1964 , 80 : 135- 143
〔5 〕宋心远, 沈煜如 . 活性染料染色的理论和实践 M〕北京: 〔 . 纺织工业出版社, 1991 : 429- 452


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