甜菜碱在活性染料对棉织物低盐染色中的应用.doc

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1、甜菜碱在活性染料对棉织物低盐染色中的应用通过加入甜菜碱以提高活性染料对棉织物染色的颜 色强度（ K/S 值），研究了甜菜碱浓度、 碱剂浓度、 固色时间、 浴比和温度等对染色织物颜色强度的影响，得到加甜菜碱时 的最佳染色工艺为：活性红B ? 3BF 4% （ ）， NaCO3 35g/L（入染时加入），甜菜碱1.2 g/L,浴比1 : 10,温度60 C, 染色时间80 min。结果表明，加入甜菜碱后活性红B ? 3BF对棉织物染色可减少60%以上的无机盐（Na2SO4）用量，染色牢度也有所提高。并将甜菜碱应用于其它活性染料的染 色,发现其染样的颜色强度都有不同程度的提高。Betaine was

2、 used in reactive dye bath for cotton dyeing to lower the amount of inorganic salt. For this purpose, dyeing of cotton fabrics with reactive dyes using betaine and sodium sulfate was investigated. Factors affecting dyeability such as dye concentration, salt concentration, alkali concentration, fixat

3、ion time, and dyeing temperature were also studied. Results showed that the color strength and fastness properties of dyed fabrics were improved and the hue of dyed fabrics was not changed by adding betaine to the dyebath. The overall results suggest that betaine has potential as an exhaust agent to

4、 reduce the amount of inorganic salt in reactive dyeing of cotton.对纤维素纤维进行改性，如在纤维大分子上引入阳离子 基、氨基等，提高活性染料对它的可染性，这是实现活性染 料无盐染色的有效途径，但由于对纤维改性会大大提高其成 本，同时在改性的过程中也会排放有害物质而造成环境污 染，从而限制了此种方法的大规模工业化生产。用有机盐如 柠檬酸三钠、聚羧酸钠等代替无机盐进行促染，可以减少环 境污染， 但要达到相同的颜色深度， 需要加大有机盐的用量， 而一般情况下， 有机盐比无机盐昂贵， 这必然提高染色成本， 从而使有机盐的应用也受到限制。

5、此外，一些公司如汽巴研 制出低盐活性染料，此种染料分子中带有正电荷，染色时可 以大大减少盐的用量，但此类染料的品种有限，颜色种类不 足，且不易储存、价格昂贵，从而使其无法得到广泛应用。 所以，从总的情况来看，活性染料染色没有真正全面实现低 盐或无盐染色。甜菜碱（Betaine，以下简称BT）是一种无毒易分解的两性化合物，最早发现于甜菜中，主要用于饲料改善膳食的 口味。其分子中带有一个正电荷和一个负电荷，在染液中加 入甜菜碱后，甜菜碱分子中的正离子与染料阴离子形成离子 键结合，由于磺酸基的离解性比羧基的大，甜菜碱正离子与 磺酸基阴离子结合后，将减少活性染料的负电量，从而减小 染料与纤维之间的静电

6、排斥，使染料对纤维的直接性增强。同时，由于甜菜碱中存在羧基，加入甜菜碱后，不会影响染 料的溶解性能，染料的匀染性不会受到影响。本文研究甜菜碱对活性染料染色性能的影响，通过在染 液中加入甜菜碱促进染料的上染，同时结合改进优化染色工 艺，与传统工艺进行对比，实现活性染料低盐染色。1 试验部分1.1 实验材料织物织物为经退煮漂后的纯棉白布， 120 g/m2 ，再经过 5 g/L 碳酸钠和 2 g/L 非离子型皂粉（实验纯，天津科密欧化学试 剂有限公司）沸煮 20 min ,之后充分洗涤到中性， 室温晾干 待用。染料和化学药品所使用的染料为 B 型（双活性基）染料，分别为：活性 红 B ? 3BF

7、、活性红 B ? 3BD 、活性黄 B ? 4GLN 、活性金黄B ? 3RD、活性蓝 B ? RV、活性翠蓝 B ? BGFN、活性黑 B ?GFF,均为上海万德化工有限公司提供；甜菜碱，实验纯， 天津天成制药有限公司生产；其它试剂如无水硫酸钠（SS）、碳酸钠等均为实验纯，天津科密欧化学试剂有限公司生产。1.2 染色条件甜菜碱最佳浓度的确定在染料活性红 B ? 3BF 的每个用量 （ 2%、 4%、 6%、 8%， ）下，分别加入不同浓度的甜菜碱，以确定单个染料用量下的最佳甜菜碱浓度，其中浴比均为1 : 30，Na2CO3的浓度分别为20、20、30、40 g/L （对应以上的每个染料用量）

8、。1.2.2 其它染色工艺参数的优化 为了最大限度地减少无机盐的用量，对其它染色工艺参数如染色温度、浴比、碱剂浓度、固色时间、无机盐浓度等 进行优化，优化的过程中选用的染料为活性红B ? 3BF，用量4% （），甜菜碱浓度为上述确定的最佳浓度；同时， 为了考察甜菜碱的促染作用，对不加甜菜碱时的染色工艺参 数也进行优化，以便于二者形成对比，加与不加甜菜碱的每 步优化过程均在同一常温小样机（型号： ACS ? 24，天津莱 恩科技公司生产）中完成。在每个参数优化的过程中，改变所要优化的参数，固定 其它参数。1.2.3 皂洗处方染样取出后水洗，之后再在含有皂粉为 2 g/L 、浴比为1 : 20的皂

9、液中，于98 C下皂洗10 min，皂洗后充分水洗、 晾干。1.3测试与分析颜色测试染样的颜色强度（皂煮前与皂煮后）以 K/S 值来表征，K/S 值在 Datacolor SF 600 plus 测色配色仪上测得K/S 值提升率以 I 表示，其计算公式如下：式中，Kb为加入甜菜碱后或 Na2SO4 60 g/L时染样皂煮 后的K/S值；K0为不加甜菜碱或 Na2SO4 30 g/L时染样皂煮 后的 K/S 值。牢度测试染样的耐水洗牢度测试按ISO 105 C02 1989;耐摩擦牢度测试按ISO 105 X12 1987。2 结果与讨论2.1 甜菜碱浓度的影响每一个染料用量下都有一个最佳甜菜碱

10、浓度，且每个最 佳浓度都不相同，随着染料用量的增加，甜菜碱的最佳浓度 也在增加， 且与染料用量成比例的增加， 但染料用量很大时， 甜菜碱的最佳浓度却大为减小，由6%（ ）时的1.6 g/L骤降到8%（ ）时的0.4 g/L。这可能是因为染料浓度足 够大时，甜菜碱与染料分子结合的几率快速增大，从而少量 甜菜碱就可以起到较好的封闭效果。加入最佳浓度的甜菜碱 后，染样的颜色强度都有了一定提高，且染料用量越大，染 样颜色强度提高的幅度越大，到8%（ ）时，加入少量甜菜碱可以减少一半以上的盐量。为了最大程度地减少盐 量，以下对其它工艺参数进行优化。2.2 温度的影响不同染色温度下染样的K/S值。固定浴比

11、1 : 30, Na2CO3 30 g/L ，染色 40 min 后升温加碱固色 40 min ，甜菜 碱 0 或 1.2 g/L ， Na2SO4 30 g/L 或 60 g/L。有甜菜碱和无甜菜碱时都有一个最佳染色温度，即都为60 C恒温染色。这主要是因为染色温度过低时，染料与纤 维的反应活性不足，在一定时间内未反应的染料较多，染样 的颜色强度低；而染色温度过高时，染料的水解反应加剧， 不能上染的染料增多，染样的颜色强度也较低。在各个染色 温度下，加入甜菜碱后，染样的颜色强度都有不同程度的提 高，这表明，甜菜碱在各个温度下都可作为低盐染色剂。2.3 碱剂浓度的影响Na2CO3浓度对染样颜色

12、强度的影响。固定浴比为1 :30，甜菜碱 1.2 g/L， Na2SO4 30 g/L 或 60 g/L ，改变 Na2CO3 浓度为 10、15、20、25、30、35、40 g/L。在各碱剂浓度下， 加入甜菜碱后， K/S 值都有明显提高， 且到Na2CO3浓度为35 g/L时，K/S值提高的幅度最大， 高 于 35 g/L 时， K/S 值开始下降，这可能是因为在这个碱剂浓 度下，羧基与磺酸基的电离度相差最大，甜菜碱封闭负电荷 的效果最明显。继续增大碱剂浓度，一方面染料的水解大大 加强，另一方面羧基也完全电离，不能封闭染料的负电荷， 使染样的 K/S 值逐渐下降。2.4 固色时间的影响N

13、a2CO3 加入时间对颜色强度的影响。 固定浴比 1: 30， 甜菜碱 1.2 g/L, Na2SO4 30 g/L 或 60 g/L ,温度 60 C,改 变固色时间为 20、 30、40、 50、60、 70、 80 min 。加或不加甜菜碱时不同固色时间下染样的 K/S 值,不加 甜菜碱的传统染色工艺中染样的 K/S 值随固色时间的延长是 先增大后减小,在上染 30 min 后加碱固色 50 min 时,染样 的 K/S 值达到最大。而加入甜菜碱后,染样的颜色强度是随 固色时间的延长而增大,在入染时加入碱剂染样的 K/S 值最 大,这主要是由于在一定碱性条件下,甜菜碱与染料的电离 度相差

14、较大,封闭阴离子的作用更明显,从而这种封闭作用 时间越长,染料的上染率越大；另外,加入甜菜碱后染样的 颜色强度比传统工艺的大,这表明加入甜菜碱后,合理控制 各项染色参数,可以进行低盐的一浴一步染色,进而可以简 化染色工艺。2.5 染色浴比的影响 浴比对染样颜色强度的影响。 固定 Na2CO3 30g/L ,甜菜 碱 1.2 g/L , Na2SO4 30 g/L 或 60 g/L ,改变浴比为 1 : 50、1 : 40、 1 : 30、 1 : 20、 1 : 10。浴比对活性染料染色有较大影响,浴比减小,染料的浓 度梯度增大,上染动力增强,使染样的 K/S 值增大,在各染 色浴比下,加入甜

15、菜碱后,染样的 K/S 值都有所提高。进行 小浴比染色时,在增大染样颜色强度的同时,不但可以减少 废水的排放,而且能够大大减少盐的用量,加入甜菜碱后, 盐的用量减少，实现活性染料对棉织物的低盐小浴比染色， 对环境保护和提高企业效益有利。2.6 甜菜碱在其它活性染料染色中的应用 不同甜菜碱浓度下经其它染料染色后棉织物的 K/S 值。染料用量 4% (), Na2CO3 30 g/L ,浴比 1 : 30, Na2SO4 30 g/L 或 60 g/L 。加入甜菜碱后各个染料对棉织物的染色强度都有不同 程度的提高，这进一步说明甜菜碱可以作为活性染料的低盐 染色剂。 同时还发现， 各个染料的最佳甜菜

16、碱用量都不相同， 且 K/S 值提高的幅度也不同，这可能是因为各个染料的结构 和所带的磺酸基数量不同所致。经过对各个染色工艺参数进行优化后，得到加甜菜碱时 活性红 B ? 3BF 对棉织物染色的最佳工艺为：染料 4%(), Na2CO3 35 g/L ,甜菜碱 1.2 g/L ,浴比 1 : 10,温度60 C，染色初期加碱固色80 min。为了考察甜菜碱减少盐量的最大程度,在各个盐量下, 分别使用加与不加甜菜碱时活性红B ? 3BF 的最佳工艺进行染色。2.7 无机盐浓度的影响 不加甜菜碱时,染样的颜色强度随无机盐浓度的增加而 增加；加入甜菜碱后,无机盐浓度为 0 时,染样的颜色强 度比不加

17、甜菜碱时为低,加入少量盐、浓度低于 10 g/L 时, 染样的颜色强度随无机盐浓度的增加而快速增加，盐浓度高 于 30 g/L 后染样的颜色强度在误差范围内趋于平衡， 这主要 是因为加入甜菜碱后甜菜碱封闭了染料的阴电荷，再加入少 量的无机盐就可以封闭纤维所带的阴电荷，从而加入少量盐 就可使染样的颜色强度大为增强。加入 1.2 g/L 甜菜碱后， 盐浓度为 10 g/L 时染样的颜色强度与不加甜菜碱、 盐浓度为 60 g/L 时的颜色强度相当， 这表明少量甜菜碱能为活性红 B ? 3BF 减少 80% 的无机盐量，实现了低盐染色的目标。2.8 对色牢度的影响 加或不加甜菜碱时染样的水洗和摩擦色牢

18、度。染料浓度：4% (); Na2CO3 30 g/L ;浴比为 1 : 10; Na2SO4 10 g/L ；甜菜碱 0 g/L或1.2 g/L。于 60 C入染，30 min后加 碱固色 50 min ，然后水洗、皂洗、水洗、晾干、测各项色牢 度。在染液中加入甜菜碱后，各染料染色织物的水洗色牢度 和摩擦色牢度没有降低，有的甚至有所提高。这是由于加入 甜菜碱后染料的水溶性和在棉纤维内的扩散性不受影响反 而有所增加之故。3 结论 经以上研究表明，加甜菜碱时的最佳染色工艺为：活性红 B ? 3BF 4% () , NaCO3 35 g/L (入染时加入)，甜菜 碱1.2 g/L，浴比1 : 10，温度 60 C，染色时间 80 min。加入甜菜碱后活性红 B ? 3BF 对棉织物染色可减少 60% 以 上的无机盐用量，染色牢度也有所提高。并将甜菜碱应用于 其它活性染料的染色，发现其染样的颜色强度都有不同程度 的提高。参考文献（略）