CN106436278A - 一种苎麻纤维的氨化改性方法及其在液氨溶剂染色中的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苎麻纤维的氨化改性方法及其在液氨溶剂染色中的应用方法，属于纺织化学技术领域。本发明先对苎麻纤维进行预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7‑8，即得到预处理纱线；再对预处理纱线进行改性：往250ml三颈烧瓶内加入10‑15mL甲醛，1‑2mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入预处理后的苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6‑7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。将本发明苎麻纤维的氨化改性方法用于苎麻纤维液氨溶剂染色中，可明显提高苎麻纤维的染色均匀度。
Description
技术领域
本发明属于纺织化学技术领域，具体涉及一种苎麻纤维的氨化改性方法及其在液氨溶剂染色中的应用方法。
背景技术
纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业和重要的民生产业，也是国际竞争优势明显的产业，苎麻纤维是纺织面料的主要原料之一，在纺织面料中占有重要地位。我国是世界上麻类资源最丰富的国家之一，主要有苎麻、剑麻、亚麻和黄洋麻等，其中，苎麻以其生长速度快、产量高、易存活等优点在我国广泛种植。苎麻纤维织成的织物具有透气、吸湿排汗等优点，是理想的夏季高级服装面料。
近年来，我国纺织工业生态循环经济发展矛盾日益突出，对水资源的高度依赖和高排放造成的环境问题严重制约着该行业的可持续发展。据统计，我国纺织印染行业年耗水量17亿吨，污染排放高达16亿吨。与国外相比，我国纺织印染行业的用水量是国外的2-3倍，能耗是国外的3-5倍。为了解决能耗高的难题，申请人研究了苎麻纤维的无水染色，即将苎麻纤维放入液氨溶剂体系中染色，利用液氨的挥发性将液氨溶剂进行回收循环使用。在此过程中，申请人发现了一个问题，即苎麻纤维分子与液氨分子的浸润性较差。
苎麻纤维与水溶液具有较好的相容性，这是因为其含有很多亲水性基团，如氢氧根等。申请人在液氨体系中研究了苎麻纤维的染色，结果发现，苎麻纤维在液氨溶剂中的润湿性较差。当苎麻纱线较多时，缠绕在里面的纱线染色效果较差，申请人发现是由于苎麻纱线未能完全浸润在液氨溶剂中，从而导致纱线的染色不均匀。在相同条件下，在水溶剂染色时，缠绕在里面的纱线则可以得到较好的染色效果。针对这个问题，申请人提出对苎麻纱线进行氨化改性，使苎麻表面增加更多的氨基。当苎麻纤维的氨基较多时，根据“相似相溶”原理和苎麻纤维与氨分子之间可以产生氢键或范德华力的特点，苎麻纤维将会较好地浸润在液氨溶剂中，从而实现液氨溶剂中的染色。
目前，苎麻纤维的氨化改性的报道较少，其中，有一篇关于苎麻纤维的胺化改性的专利报道，申请号为88100237.2的专利申请公开了一种苎麻纤维胺化改性工艺，该发明用氢氧化钠溶液对苎麻纤维进行消晶，然后采用1-氯-2-羟基丙基三烷基氯化铵为胺化剂进行胺化反应，该反应有效地实现了在苎麻纤维表面引入带电荷的阳离子的胺基，其化学结构式为但是，本发明是在纤维表面引入不带电荷的氨基，其化学结构式为-NH2，与前者有本质的不同。
国内外市场对生态纺织品和环境保护的要求越来越高，少水或无水染色技术的需求越来越大，为了实现此种新技术方法，在此过程中有若干技术难题需要进一步突破。本发明申请就是为了实现苎麻纤维在液氨溶剂体系中染色而发明的。
发明内容
本发明针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种苎麻纤维的氨化改性方法及其在液氨溶剂染色中的应用方法，使苎麻表面增加更多的氨基。当苎麻纤维的氨基较多时，根据“相似相溶”原理和苎麻纤维与氨分子之间可以产生氢键或范德华力的特点，苎麻纤维将会较好地浸润在液氨溶剂中，从而实现液氨溶剂中的染色。
为了实现本发明的上述目的，发明人经过大量的试验研究，开发出了一种苎麻纤维的氨化改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2-5g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7-8，即得到预处理纱线；此步骤是对苎麻纤维进行碱处理，从而使苎麻纤维发生润膨化现象，使纤维素变得富有弹性和光泽，同时使纤维素中的低聚合度部分溶解，从而提高纤维素分子量的均一性，使纤维的物理化学变化和结构变异以改善纤维本身化学反应能力；
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入10-15mL甲醛，1-2mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1-2g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线；
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增幅多达9-16倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
进一步地，上述技术方案中步骤(2)改性方法中的反应可以用如下方程式表示：
上述反应为Mannich反应，其反应原理如下：首先，氨分子与甲醛反应，脱去水分子得到亚胺离子中间体；然后，亚胺离子中间体进攻苎麻纤维上的活泼氢原子，脱除质子得到氨化改性苎麻纱线。
本发明还提供一种上述苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
第一步，选取一定质量的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染色条件为：染料用量10-15％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间20-50秒，得到染色物；
第二步，观察此染色物，结果发现，氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明对苎麻纤维进行氨化改性，使苎麻纤维表面增加更多的氨基。当苎麻纤维的氨基较多时，根据“相似相溶”原理和苎麻纤维与氨分子之间可以产生氢键或范德华力的特点，苎麻纤维将会较好地浸润在液氨溶剂中，从而实现液氨溶剂中的染色；
(2)本发明中氨化改性的苎麻纱线在液氨中具有良好的浸润性，为苎麻纱线在液氨中的染色提供条件，解决了苎麻纱线染色过程中色差不均一等问题；其应用方法具有染色工艺步骤少，染色时间短，染后染料可循环利用，减少环境污染等优点，可实现苎麻纱线染色过程中无水染色要求。
具体实施方式
以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7.6，即得到预处理纱线。
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入10mL甲醛，1mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增大倍数约13倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法：
第一步，选取一定质量的步骤(2)得到的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染料用量15％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间20秒的条件下，得到染色物。
第二步，观察此染色物，结果发现：氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
实施例2
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7.3，即得到预处理纱线。
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入12mL甲醛，1.5mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增大倍数约11倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法：
第一步，选取一定质量的步骤(2)得到的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染料用量10％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间30秒的条件下，得到染色物。
第二步，观察此染色物，结果发现：氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
实施例3
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7.1，即得到预处理纱线。
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入12mL甲醛，1.5mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增大倍数约9倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法：
第一步，选取一定质量的步骤(2)得到的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染料用量15％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间40秒的条件下，得到染色物。
第二步，观察此染色物，结果发现：氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
实施例4
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7.5，即得到预处理纱线。
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入15mL甲醛，2mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1.5g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增幅多达16倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法：
第一步，选取一定质量的步骤(2)得到的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染料用量15％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间50秒的条件下，得到染色物。
第二步，观察此染色物，结果发现：氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
实施例5
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7.4，即得到预处理纱线。
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入13mL甲醛，1.5mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线。
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增幅多达11倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法：
第一步，选取一定质量的步骤(2)得到的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染料用量12％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间30秒的条件下，得到染色物。
第二步，观察此染色物，结果发现：氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
Claims (3)
1.一种苎麻纤维的氨化改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)苎麻纤维的预处理：苎麻纤维选取苎麻纱线，将2-5g苎麻纱线放入200mL浓度为15％的NaOH溶液，将其加热至50℃，保温4h，用自来水清洗，直到洗出液pH为7-8，即得到预处理纱线；
(2)改性方法：往250ml三颈烧瓶内加入10-15mL甲醛，1-2mL硼酸和150mL去离子水，均匀搅拌，加入步骤(1)的预处理后的1-2g苎麻纱线，将反应温度升高至40℃，再通入氨气，回流搅拌反应3小时，反应完成后，将纱线取出，用去离子水冲洗，待洗出液pH为6-7时将纱线烘干，即得氨化改性苎麻纱线；
(3)将改性纱线与未改性纱线做元素分析，得到如下结果：
由元素分析结果可知：苎麻纱线经过改性后，主要元素碳(C)、氢(H)均没有明显的变化，而氮含量明显增加，增幅多达9-16倍，说明氨基(-NH2)被成功的接枝到纤维上。
2.根据权利要求1所述的苎麻纤维的氨化改性方法，其特征在于：步骤(2)改性方法中的反应可以用如下方程式表示：
上述反应为Mannich反应，其反应原理如下：首先，氨分子与甲醛反应，脱去水分子得到亚胺离子中间体；然后，亚胺离子中间体进攻苎麻纤维上的活泼氢原子，脱除质子得到氨化改性苎麻纱线。
3.一种权利要求1-2任意一项所述的苎麻纤维的氨化改性在液氨溶剂染色中的应用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
第一步，选取一定质量的氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线，将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线分别缠绕成密实的一束，将能溶于液氨中的活性染料活性红195溶解在液氨中，分别将氨化改性苎麻纱线和未改性的纱线浸入到液氨染液中进行染色，染色条件为：染料用量10-15％(o.m.f)，浴比1：20，染色时间20-50秒，得到染色物；
第二步，观察此染色物，结果发现，氨化改性苎麻纱线染色物颜色均匀，无花色现象，缠绕在里面的纱线和外面的纱线染色效果均一致；未改性的纱线染色物表面颜色较均匀，表面无明显花色现象，缠绕在里面的纱线染色不均匀。
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