大豆纤维表面处理对染色性能的影响

摘要：大豆纤维可用中性、弱酸性、活性等多种染料染色。文章根据活性染料具有鲜艳亮丽、成本相对较低的特点，重点讨论采用多种表面处理工艺对大豆纤维进行染前及染后表面处理，从而改变纤维因表面结构特性及制造工艺等因素在用活性染料染色时染色性能差的问题，以期提高活性染料的上染速率、得色量、染料利用率及降低染色废水色度。 　　一、概述 　　大豆纤维的制造工艺和纤维本身的结构特点，对其染色性能有较大的影响。由豆粕分离出来的球蛋白提纯后，经化学接枝、共聚、混合成一定浓度的蛋白质混合溶液，再进行湿法纺丝而成的大豆纤维，其纤维结构主要为皮芯层。皮层结构紧密，外面还有厚韧的表皮层，它将影响纤维对染料的快速吸附、扩散、使纤维上染速度慢，对染料吸附率低，得色量不高，染色色泽也不太滋润丰满。芯层呈海绵多孔状，对入射光反射方向不一致，也使染色后色泽看上去偏淡。另外大豆纤维表面积大，染料用量相对要增加。 　　大豆纤维特殊的制造工艺，在缩醛化处理后也大大影响了它的染色性能，这是因为：（1）原来无定形区的大量羟基在缩醛化处理后，部分分子链上的羟基与甲醛生成亚甲醚键而降低了对染料的吸附量；（2）采用高温热定形，高的湿热拉伸倍数引起纤维结晶度、取向度的相应增高，降低了纤维对染料的吸收力。 　　实践证明，对大豆纤维进行预处理，使纤维表面性能有不同程度的改变，可以提高染色性能。 　　二、染色前的表面处理 　　1、预洗涤处理 　　大豆纤维在制造过程中吸附了各种表面活性剂、油剂，加上大豆纤维表皮层结构的特性，在染色时对染料的吸附能力有一定影响。预处理工艺采用纯碱0.5%、平平加0.1%，洗涤剂209 0.2%、pH值7.5-8、65℃、15min。这个洗涤处理过程能将纤维表面上的油剂从纤维上分离下来，经清洗后的纤维表面增加了对染料的吸附能力，并使纤维表皮层软化，可增加染色得色量5%以上。 　　2、漂白处理 　　带有天然色素的大豆纤维，在染大部分色泽前都需漂白的，尤其是浅色及漂亮的色泽。因此选择经济的漂白成本，又能达到理想的白度效果的工艺十分重要。 　　采用增加双氧水活性的快速漂白工艺，组合使用含硅和非含硅的双氧水稳定剂可以保持漂白过程中pH值呈碱性，更有利于活化双氧水氧化色素的能力，加快漂白速度。因为双氧水的稳定性与pH值有关，通常在弱酸条件下比较稳定。实践证明，双氧水在强酸中处理对大豆纤维不适用，漂白作用不明显，且双氧水稳定性也差；当pH值在7-14时，虽有一定漂白作用，但在一定的时间、温度中处理，大豆纤维损伤仍比较严重，特别是当pH值在10以上时，纤维的氧化损伤很大；选择pH值在8-9.5，则漂白效果显著，而且纤维损伤也不明显，也这样可以使大豆纤维表皮层粗糙化，有利于活性染料吸附、扩散。 　　此外加入一定量的含硅稳定剂，能将漂白液中的钙、镁离子反应成硅酸钙、镁胶体，吸附在催化剂周围，起到阻止双氧水过度分解的作用，使纤维有较好的白度。采用非含硅稳定剂，如EDTA及部分磷酸盐，可减少硅垢造成的一些疵点。组合使用这2类稳定剂，既可保持必要的pH值，提高双氧水活性，又可阻止双氧水过度催化使纤维氧化受到较大损伤。总之，漂白处理能使纤维表皮层微结构得到改变，明显提高上染速度、扩散率，从而改善染色效果，经漂白处理后的大豆纤维得色量能提高10%-15%。 　　3、生物酶处理 　　大豆纤维的染色性能带有两重性：从其结构看有明显皮芯结构的纤维素纤维的亲水特点；从其在纺丝制造过程中经过缩醛化处理的角度看，又具有疏水性合成纤维的特点。因此在采用生物酶处理时它可以用纤维素酶，也可以用蛋白酶。经多次染色试验表明，使用酸性纤维素酶AL109和蛋白酶823处理大豆纤维后，对大豆纤维表皮层的微结构都有影响，能膨润表皮，疏松表皮层结构，使其发生粗糙化，有利于活性染料吸附并扩散，提高上染速度及上染率，同时透染性大大提高，染色后光泽、色泽深度及手感都明显改善。 　　4、纤维表面离子性处理 　　大豆纤维在制造过程中，当缩醛化处理后，纤维表面与染料可结合的羟基已经减少，这会影响活性染料对大豆纤维的上染性能，即使在电解质作用下，纤维表面对阴离子表面活性染料仍存在一定的排斥作用。因此，最直接的处理方法是改变纤维表面的带电性，增加对阴离子染料的吸附量，从而提高上染速度。 　　试验表明，采用水溶性聚合物K（弱阳离子高密性）和改性聚合物G（强阳离子低密性）分别处理大豆纤维后，都能不同程度地增加纤维的上染速度和得色量。这是因为弱阳离子高密性的聚合物K处理纤维后，能增加纤维反应的活泼性，加大了活性染料在大豆纤维上的吸附量，加快上染速度，增加得色量；而强阳离子低密性的G是一类改性的聚酰胺聚合物，大豆纤维经处理后，纤维表面带有阳离子性，染色时能明显提高纤维与阴离子活性染料结合的能力。 　　三、染色后的表面处理 　　综上，大豆纤维染色前的表面处理，或直接使纤维表皮层微结构发生变化，或改变纤维表面的带电极性，都使染料与纤维的结合速度远远大于染料与水的水解速度，加快纤维与染料的结合，使染色性能得到提高。但是，值得注意的是染色后的表面后处理同样也很重要，因为它能间接对纤维与染料的结合起作用。 　　1、固色后冲洗 　　染色结束和降温固色后，首先对纤维要进行必要的冲洗，先热水、再冷水冲洗后，适当施加醋酸进行酸化处理，不仅可提高染色鲜艳度，还能防止将固色过程中的碱质带进皂洗后处理工艺中引起色变，烘干后出现局部“风印”。 　　2、皂洗后处理 　　活性染料对大豆纤维染色后，纤维上不可避免地留有剩余的未与纤维结合的部分水解染料，必须充分洗除。采用助剂皂洗处理时，要避免使用碱作洗涤剂，因为染色后染料与纤维的结合键对碱质十分敏感，若皂洗工艺不当会引起局部染料水解、色光改变和色牢度下降。因此建议采用合成洗涤剂进行高温皂洗，以提高活性染料与纤维结合键的稳定性。同时洗除一些残留在纤维表面未与纤维结合的水解染料，还能避免在烘干时因水分蒸发，染料移向纤维表面而形成的泳移现象，提高纤维染色后的鲜艳度和色牢度，使纤维达到良好的染色效果。 　　四、结论 　　（1）染色前采用生物酶处理、漂白处理，能使大豆纤维表皮层微结构发生变化，明显改善上染速度、得色量等染色性能。 　　（2）大豆纤维表面离子性预处理，能提高纤维表面对阴离子性活性染料的活性，增加上染率，并提高活性染料的利用率。 　　（3）染色后采用不含碱的表面后处理，可增加活性染料与纤维结合键的稳定性并提高染色牢度。