CN115852716B - 一种生物酶预处理的芳纶染色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物酶预处理的芳纶染色方法，先对芳纶纤维进行预处理，再对预处理后的芳纶纤维进行染色；预处理采用生物酶和烯丙基缩水甘油醚单体，预处理的过程中生物酶活化芳纶纤维中的苯环形成自由基I，自由基I与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合。本发明的染色方法高效实用、条件温和环保；采用本发明方法染色的芳纶具有良好的色牢度、匀染度且颜色鲜艳。
Description
技术领域
本发明属芳纶纤维纺织生产技术领域，涉及一种环境友好的生物酶预处理的芳纶染色方法。
背景技术
芳纶纤维是指以芳香族化合物为原料经过缩聚、纺丝而制得，是一种刚性分子，具有较高的分子对称性、结晶度和玻璃化温度，这些结构特点赋予其高比强度、高比模量、耐疲劳等优异性能，因此，在航天航空、体育用品、橡胶工业等领域得到了广泛应用。
芳纶的结构特点使得其染色非常困难，采用常规的染色方法很难上染，具体原因为：①芳纶的分子链中含有苯环，苯环将分子结构上的酰胺基团分离并与其形成π共轭效应，内旋转位能非常高；②构成芳纶主链的共价键键能非常大，分子链节呈平面刚性伸直链的构象，链间通过中等强度的氢键连接使聚酰胺分子平行堆砌，形成片状微晶，这样的氢键平面使其在剪切和拉伸流动的作用下形成液晶，使纤维在轴向产生结晶和取向，因此芳纶具有较高的强度和结晶度；③大分子之间平行排列，分子间空隙较小，相互作用力较强，分子中含有较多的极性基团，从而模量较高。
目前，芳纶纤维一般采用三种染色方法：热熔染色法、高温高压染色法和载体染色法。
热熔染色法能够连续化生产，染色生产效率高，用水量少，污水少。然而存在一些弊端，如：对使用的染料有一定的条件限制，例如对使用的染料要求耐升华牢度较高；染色时由于织物受张力较大，染色织物手感及色泽鲜艳度不佳；需要提供高染色温度，因此耗能巨大；设备占地面积大；染料的利用率较低。
高温高压染色法适合升华牢度低和分子量较小的低温型染料品种，用这类染料染色匀染性好，色泽浓艳，手感良好，织物透芯程度高，适合于小批量、多品种生产，常用于涤棉混纺织物的染色，适宜于染深浓色泽。然而染色时pH值一般控制在5~6，需维持高压强和高温度，常用醋酸和磷酸二氢铵来调节pH值，此外，为使染浴保持稳定，染色时尚需加入分散剂和高温匀染剂。
载体染色法是一种在染浴中加入载体助剂，使分散染料在常压100℃左右的条件下具有较高的上染率和吸附量的一种低温染色法，该法染色织物色泽鲜艳，得色均匀，各项色牢度较高，载体和染料同浴染色，操作简单，对染色设备和染料性能要求较低，易于工业化大生产，可实现芳纶的常压低温染色。然而芳纶的染色效果仍有待于进一步提高。
染色前对芳纶进行改性处理能够提升芳纶的染色效果。文献1（芳纶1414纱线碱/酸改性的染色工艺[J]. 印染, 2011, (19): 28-32.）采用酸（15g/L磷酸）和碱（8g/L氢氧化钠）改性的方法对芳纶进行预处理，通过选择合适的染料、纤维改性方法及染色方法对纤维进行染色，探讨改性条件、染料种类和用量、染浴pH值、染色温度、染色时间等对染色性能的影响，发现预处理后芳纶的断裂强度和断裂伸长率有明显下降，对其应用造成极大限制，不能将此方法应用于实际生产中；文献2（一种芳纶纤维的改性、染色及多功能复合整理的方法: 中国, 101570940[P]. 2009-11-04.）在对芳纶染色之前，将清洗过的纤维置于等离子体发生仪的反应室中进行处理，染色后纤维的染色性能、抗紫外老化性能和吸湿透气均比未经处理过的纤维有所增强，但操作流程复杂。
酶是一种生物催化剂，只改变反应速度而不改变反应的方向和平衡点，且在反应后不发生变化。酶具有高选择性，反应条件温和以及高催化效率等优点，酶催化反应在众多领域，特别是在高新产业有诱人的应用前景。现在，用生物酶对高分子合成纤维预处理并应用于芳纶染色领域还是一项新技术。
综上所述，因芳纶的结构特点，各类芳纶染色方法虽然各有优点，但也存在各式各样的缺点，如能采用生物酶预处理方法对芳纶进行染色处理，将有望弥补现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种生物酶预处理的芳纶染色方法，对芳纶进行简单处理即可明显提升芳纶的染色效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，先对芳纶纤维进行预处理，再对预处理后的芳纶纤维进行染色；预处理采用生物酶和烯丙基缩水甘油醚单体，预处理的过程中生物酶活化芳纶纤维中的苯环形成自由基I，自由基I与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合；
生物酶预处理在材料预处理方面，生物酶的反应条件温和以及高催化效率等优点决定了其能够对表面疏水性的芳纶纤维进行有效改性，也避免了其他改性法对芳纶进行改性时会带来的问题；由此该过程条件温和，能耗低，且对材料的使用性影响较小，是一种环境友好型预处理技术；
本发明除了在芳纶纤维保持结构性能、提升芳纶染色性能方面，还在于生物酶等温和型的方法引入芳纶纤维染色领域的结合创新点，相较于之前的研究工作，芳纶染色的研究重点更多地集中在热熔染色法、高温高压染色法和载体染色法，正是由于生物酶预处理芳纶纤维染色方法弥补了目前已知的芳纶纤维染色方法的缺陷，使得其在环境友好的芳纶染色方法方面的应用更重要与迫切。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，生物酶为辣根过氧化物酶、牛肝过氧化氢酶或者黄嘌呤过氧化酶。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，预处理还采用过氧化氢，预处理的过程中过氧化氢活化芳纶纤维中的苯环形成自由基II，自由基II与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）清洗芳纶纤维；
（2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（3）向步骤（2）的体系中滴加过氧化氢溶液；
（4）加热步骤（3）的体系，得到预处理后的芳纶纤维；
（5）对预处理后的芳纶纤维进行染色。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，步骤（1）中，芳纶纤维为对位芳纶、间位芳纶或者杂环芳纶，芳纶纤维的单丝平均断裂强力为35~50cN；清洗的过程为：将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，步骤（2）中，磷酸盐缓冲液的浓度为0.067~0.20mol/L，pH值为6.4~7.6。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，步骤（3）中，过氧化氢溶液的体积分数为20%~30%，滴加速率为10~20mL/h；滴加结束后，步骤（3）的体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为100~200:50~80:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为100~1000:1。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，步骤（4）中，加热的温度为35~50℃，时间为20~30h，预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为40%~70%。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，步骤（5）中，所述染色工艺为：将所述预处理的芳纶纤维置于40~60℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂，在压力为0.1MPa、pH为4.5~6且温度为110~130℃条件下染色45~75min，最后取出后清洗、干燥；其中，芳纶、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为50~200:1:2~5:1~3。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，所述分散型染色载体为对苯二甲酸二甲酯、水杨酸甲酯、碳酸丙烯酸酯，这些都是酯类化合物，无毒且易分解，去除容易且对环境无影响；所述染色剂为分散艳红SF-B、分散黄G或者分散深蓝HGL；所述助染剂为助染剂A-N、助染剂P、助染剂PNS。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，清洗是指用浓度为1~3g/L的皂液在45~60℃条件下清洗，清洗后在105~120℃真空干燥10~15h。
如上所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，染色后的芳纶纤维上染率为90%~100%，耐皂洗沾色牢度为4~5级，耐皂洗褪色牢度为4~5级。
本发明的原理如下：
本发明通过对芳纶纤维进行预处理增强了芳纶纤维的可染性和色牢度，主要原因如下：
可染性提升：生物酶与过氧化氢活化芳纶纤维中的苯环形成自由基后，该自由基与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合，从而在芳纶表面修饰活性官能团，改变芳纶纤维表面活性官能团的种类（由氢原子变为羟基），同时芳纶纤维经过生物酶处理后活性官能团和表面粗糙度会增加，活性官能团的改变会导致芳纶纤维整体结晶度下降，活性官能团数量和表面粗糙度的提升使得芳纶纤维对去离子水和乙二醇的接触角降低，芳纶纤维表面自由能增加，从而提升芳纶表面与染料分子的结合性能，并且可以在一定程度上破坏芳纶大分子之间的氢键，降低芳纶分子间的范德华力，有利于染料进入纤维内部而提升染料上染率。
色牢度提升：生物酶预处理芳纶染色，一方面，芳纶表面羟基等官能团和染料分子间形成氢键等较强分子间相互作用，增加了芳纶和染料分子的结合力；另一方面，由于芳纶表面粗糙度提升，芳纶纤维整体结晶度下降，染料分子更容易进入到芳纶纤维非结晶区，使其附着程度提升，从而，此方法对芳纶纤维的染色色牢度有提升。
此外，由于生物酶所具有的高选择性，不会对芳纶聚合物分子结构产生破坏，处理后芳纶纤维的内部晶体结构——高度伸直的刚性链构象、高结晶度、高度有序的微纤结构得以保持，并且不会影响纤维的力学性能。
有益效果
（1）本发明的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具有环境友好、操作简单、可对环境造成污染的原料使用较少等特点；
（2）本发明的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，芳纶纤维具有高上染率，染色后具有高耐皂洗色牢度、匀染性好；
（3）本发明的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，避免了芳纶结构高结晶和高取向的问题，利用生物酶预处理的方法将芳纶表面活化，且不影响纤维的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下各实施例中相关物质的厂商和牌号如下：
辣根过氧化物酶：品牌为AMRESCO，货号为0417-100000U；
牛肝过氧化氢酶：品牌为PERFEMIKER，货号为PM11586；
黄嘌呤过氧化酶：品牌为Gentihold，货号为X1189；
分散艳红SF-B：厂商为浙江闰土股份有限公司；
分散黄G：厂商为湖北鑫鸣泰化学；
分散深蓝HGL：厂商为湖北恒景瑞化工有限公司；
助染剂A-N：厂商为常熟市虞西化工有限公司；
助染剂P：厂商为江苏派仕美高分子新材料有限公司；
助染剂PNS：厂商为柏安美创新科技有限公司；
丙酮：分析纯，厂商为国药集团化学试剂有限公司；
石油醚：沸点为60~90℃，含量≥95%；厂商为国药集团化学试剂有限公司；
以下各实施例中相关性能的测试方法如下：
芳纶纤维力学性能测试方法为：使用XQ-1型纤维细度仪和XQ-1C型纤维强度仪测量改性前后和染色前后芳纶纤维的线密度、单丝平均断裂强力、断裂强度、断裂伸长率；为保证测试结果的准确性，每组试样测量30~50次，然后取其平均值作为实验结果。
染色后的芳纶纤维上染率是指染料上染到纤维上的量与最初染浴中总量之比，一般用百分数形式表示，测试方法如下：
分别精确量取2mL染色前染液、7mL染色后染液，在20℃条件下，然后各自转移到25mL容量瓶中稀释至刻度，摇匀后静置待测；然后，使用721型分光光度计测量染色前后染液的吸光度，按公式计算上染百分率：F (%) = (1-nA1/mA0) ×100%；
式中：F(%)—上染百分率；
m—染色前染液稀释的倍数；
n—染色后染液稀释的倍数；
A0—染色前染液稀释m倍后的吸光度；
A1—染色后染液稀释n倍后的吸光度。
染色后的芳纶纤维耐皂洗沾色牢度和耐皂洗褪色牢度的测试方法为：依照 GB /T3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行；将适量染色纤维样品与多组分贴衬织物(英国SDC公司，SDC DW多纤维布)缝合成组合试样；然后在皂液质量浓度5.0g/L、浴比1:50、温度40℃条件下，在SW-12 型耐洗色牢度试验机上洗涤30min；洗涤结束后取出组合试样，用流动清水冲洗干净，并在室温下自然晾干；最后在D65光源下，利用褪色样卡和沾色样卡分别对试样的褪色和贴衬织物的沾色牢度进行评级。
实施例1
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为35cN的杂环芳纶，线密度为1.55dtex，单丝平均断裂强力为35cN，断裂强度为13cN/dtex，断裂伸长率为2.5%；
生物酶：黄嘌呤过氧化酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液（溶剂为水，下同）：体积分数为22%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.067mol/L，pH值为6.4；
染色剂：分散黄G；
助染剂：助染剂A-N；
分散型染色载体：碳酸丙烯酸酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为10mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为124:50:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为100:1；
（2.4）在35℃温度下加热步骤（2.3）的体系30h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为40%，芳纶纤维的线密度为1.54dtex，单丝平均断裂强力为34cN，断裂强度为12.5cN/dtex，断裂伸长率为2.4%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于40℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为6且温度为110℃条件下染色75min，最后取出后用浓度为1g/L的皂液在48℃条件下清洗，清洗后在107℃条件下真空干燥10h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为50:1:2:1；
染色后的芳纶纤维上染率为90%，耐皂洗沾色牢度为4级，耐皂洗褪色牢度为5级，线密度为1.54dtex，单丝平均断裂强力为33cN，断裂强度为12.3cN/dtex，断裂伸长率为2.4%。
对比例1
一种芳纶染色方法，基本同实施例1，不同之处仅在于芳纶纤维不经过预处理。
染色后的芳纶纤维上染率为50%，耐皂洗沾色牢度为2级，耐皂洗褪色牢度为2级。
将实施例1与对比例1对比可以看出，其他条件相同，芳纶纤维不经预处理，芳纶纤维上染率低，耐皂洗沾色牢度和耐皂洗褪色牢度等级均更低，这是因为预处理能够让芳纶纤维表面形成更多活性位点，与染料分子相互作用更充分，提升上染率以及染料的结合度。
实施例2
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为37cN的杂环芳纶，线密度为1.64dtex，单丝平均断裂强力为37cN，断裂强度为13.5cN/dtex，断裂伸长率为2.7%；
生物酶：辣根过氧化物酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为20%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.15mol/L，pH值为7；
染色剂：分散艳红SF-B；
助染剂：助染剂P；
分散型染色载体：对苯二甲酸二甲酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为12mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为134:55:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为200:1；
（2.4）在40℃温度下加热步骤（2.3）的体系27h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为45%，芳纶纤维的线密度为1.61dtex，单丝平均断裂强力为36.6cN，断裂强度为13.4cN/dtex，断裂伸长率为2.6%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于40℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为5.5且温度为110℃条件下染色75min，最后取出后用浓度为1.5g/L的皂液在45℃条件下清洗，清洗后在105℃条件下真空干燥15h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为80:1:3:2；
染色后的芳纶纤维上染率为92%，耐皂洗沾色牢度为5级，耐皂洗褪色牢度为4级，线密度为1.6dtex，单丝平均断裂强力为36.5cN，断裂强度为13.3cN/dtex，断裂伸长率为2.58%。
实施例3
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为40cN的间位芳纶，线密度为1.73dtex，单丝平均断裂强力为40cN，断裂强度为14.5cN/dtex，断裂伸长率为3.3%；
生物酶：牛肝过氧化氢酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为23%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.15mol/L，pH值为7.6；
染色剂：分散艳红SF-B；
助染剂：助染剂P；
分散型染色载体：对苯二甲酸二甲酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为15mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为130:60:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为350:1；
（2.4）在40℃温度下加热步骤（2.3）的体系25h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为52%，芳纶纤维的线密度为1.72dtex，单丝平均断裂强力为39cN，断裂强度为14.3cN/dtex，断裂伸长率为3.2%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于45℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为5.5且温度为120℃条件下染色65min，最后取出后用浓度为2g/L的皂液在46℃条件下清洗，清洗后在109℃条件下真空干燥11h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为100:1:4:1；
染色后的芳纶纤维上染率为94%，耐皂洗沾色牢度为4级，耐皂洗褪色牢度为5级，线密度为1.7dtex，单丝平均断裂强力为38.8cN，断裂强度为14.2cN/dtex，断裂伸长率为3.1%。
实施例4
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为42cN的间位芳纶，线密度为1.88dtex，单丝平均断裂强力为42cN，断裂强度为15cN/dtex，断裂伸长率为3.8%；
生物酶：辣根过氧化物酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为25%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.067mol/L，pH值为7；
染色剂：分散黄G；
助染剂：助染剂A-N；
分散型染色载体：水杨酸甲酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为17mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为135:62:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为500:1；
（2.4）在45℃温度下加热步骤（2.3）的体系23h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为55%，芳纶纤维的线密度为1.8dtex，单丝平均断裂强力为39.5cN，断裂强度为14.9cN/dtex，断裂伸长率为3.5%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于55℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为5且温度为120℃条件下染色60min，最后取出后用浓度为2.4g/L的皂液在50℃条件下清洗，清洗后在112℃条件下真空干燥12h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为120:1:4:3；
染色后的芳纶纤维上染率为95%，耐皂洗沾色牢度为5级，耐皂洗褪色牢度为4级，线密度为1.72dtex，单丝平均断裂强力为38cN，断裂强度为16.1cN/dtex，断裂伸长率为3.2%。
实施例5
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为45cN的间位芳纶，线密度为2.44dtex，单丝平均断裂强力为45cN，断裂强度为14.8cN/dtex，断裂伸长率为4%；
生物酶：黄嘌呤过氧化酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为30%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.2mol/L，pH值为6.4；
染色剂：分散深蓝HGL；
助染剂：助染剂PNS；
分散型染色载体：水杨酸甲酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为19mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为150:65:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为750:1；
（2.4）在45℃温度下加热步骤（2.3）的体系22h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为58%，芳纶纤维的线密度为2.4dtex，单丝平均断裂强力为44cN，断裂强度为14.5cN/dtex，断裂伸长率为3.8%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于60℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为5且温度为125℃条件下染色50min，最后取出后用浓度为2.7g/L的皂液在60℃条件下清洗，清洗后在120℃条件下真空干燥10h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为150:1:2:2；
染色后的芳纶纤维上染率为97%，耐皂洗沾色牢度为5级，耐皂洗褪色牢度为5级，线密度为2.3dtex，单丝平均断裂强力为43.5cN，断裂强度为14cN/dtex，断裂伸长率为3.7%。
实施例6
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为49cN的对位芳纶，线密度为2.60dtex，单丝平均断裂强力为49cN，断裂强度为17cN/dtex，断裂伸长率为4.3%；
生物酶：牛肝过氧化氢酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为28%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.2mol/L，pH值为7.6；
染色剂：分散深蓝HGL；
助染剂：助染剂PNS；
分散型染色载体：水杨酸甲酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为20mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为190:77:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为900:1；
（2.4）在50℃温度下加热步骤（2.3）的体系20h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为65%，芳纶纤维的线密度为2.55dtex，单丝平均断裂强力为48cN，断裂强度为17.2cN/dtex，断裂伸长率为4.2%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于60℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为4.5且温度为130℃条件下染色45min，最后取出后用浓度为3g/L的皂液在55℃条件下清洗，清洗后在118℃条件下真空干燥13h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为175:1:2:2；
染色后的芳纶纤维上染率为99%，耐皂洗沾色牢度为4级，耐皂洗褪色牢度为5级，线密度为2.5dtex，单丝平均断裂强力为45cN，断裂强度为17cN/dtex，断裂伸长率为4%。
实施例7
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
芳纶纤维：单丝平均断裂强力为50cN的对位芳纶，线密度为2.64dtex，单丝平均断裂强力为50cN，断裂强度为18cN/dtex，断裂伸长率为4.5%；
生物酶：黄嘌呤过氧化酶；
烯丙基缩水甘油醚单体；
过氧化氢溶液：体积分数为29%；
磷酸盐缓冲液：浓度为0.2mol/L，pH值为6.4；
染色剂：分散黄G；
助染剂：助染剂A-N；
分散型染色载体：碳酸丙烯酸酯；
（2）预处理芳纶纤维：
（2.1）将芳纶纤维分别用丙酮、石油醚、去离子水清洗，并烘干；
（2.2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（2.3）向步骤（2.2）的体系中滴加过氧化氢溶液，滴加速率为20mL/h；
滴加结束后，体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为200:80:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为1000:1；
（2.4）在50℃温度下加热步骤（2.3）的体系20h，得到预处理后的芳纶纤维；
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为70%，芳纶纤维的线密度为2.63dtex，单丝平均断裂强力为48cN，断裂强度为17.5cN/dtex，断裂伸长率为4.4%；
（3）对预处理后的芳纶纤维进行染色：
将预处理后的芳纶纤维置于60℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂后，在压力为0.1MPa、pH为4.5且温度为130℃条件下染色45min，最后取出后用浓度为3g/L的皂液在58℃条件下清洗，清洗后在115℃条件下真空干燥14h，其中，芳纶纤维、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为200:1:5:3；
染色后的芳纶纤维上染率为100%，耐皂洗沾色牢度为5级，耐皂洗褪色牢度为5级，线密度为2.60dtex，单丝平均断裂强力为47cN，断裂强度为17.4cN/dtex，断裂伸长率为4.3%。
实施例8
一种生物酶预处理的芳纶染色方法，基本同实施例7，不同之处仅在于：在步骤（2.3）中滴加的不是过氧化氢溶液，而是相同体积的水。
预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为55%；
染色后的芳纶纤维上染率为96%，耐皂洗沾色牢度为5级，耐皂洗褪色牢度为4级。
Claims (9)
1.一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，先对芳纶纤维进行预处理，再对预处理后的芳纶纤维进行染色；预处理采用生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体和过氧化氢，预处理的过程中生物酶活化芳纶纤维中的苯环形成自由基I，自由基I与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合，同时过氧化氢活化芳纶纤维中的苯环形成自由基II，自由基II与烯丙基缩水甘油醚单体发生自由基活性聚合。
2.根据权利要求1所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，生物酶为辣根过氧化物酶、牛肝过氧化氢酶或者黄嘌呤过氧化酶。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）清洗芳纶纤维；
（2）向磷酸盐缓冲溶液中加入清洗后的芳纶纤维、生物酶、烯丙基缩水甘油醚单体后脱气；
（3）向步骤（2）的体系中滴加过氧化氢溶液；
（4）加热步骤（3）的体系，得到预处理后的芳纶纤维；
（5）对预处理后的芳纶纤维进行染色。
4.根据权利要求3所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，步骤（1）中，芳纶纤维为对位芳纶、间位芳纶或者杂环芳纶，芳纶纤维的单丝平均断裂强力为35~50cN。
5.根据权利要求3所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，步骤（2）中，磷酸盐缓冲液的浓度为0.067~0.20mol/L，pH值为6.4~7.6。
6.根据权利要求3所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，步骤（3）中，过氧化氢溶液的体积分数为20%~30%，滴加速率为10~20mL/h；滴加结束后，步骤（3）的体系中过氧化氢、烯丙基缩水甘油醚单体与生物酶的摩尔比为100~200:50~80:1，芳纶纤维与烯丙基缩水甘油醚单体的质量比为100~1000:1。
7.根据权利要求3所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，步骤（4）中，加热的温度为35~50℃，时间为20~30h，预处理后的芳纶纤维的烯丙基缩水甘油醚单体的接枝率为40%~70%。
8.根据权利要求3所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，步骤（5）中，所述染色工艺为：将所述预处理的芳纶纤维置于40~60℃的分散型染色载体中，然后逐步向染浴中加入染色剂和助染剂，在压力为0.1MPa、pH为4.5~6且温度为110~130℃条件下染色45~75min，最后取出后清洗、干燥；其中，芳纶、分散型染色载体、染色剂、助染剂的质量比为50~200:1:2~5:1~3；所述分散型染色载体为对苯二甲酸二甲酯、水杨酸甲酯、碳酸丙烯酸酯；所述染色剂为分散艳红SF-B、分散黄G或者分散深蓝HGL；所述助染剂为助染剂A-N、助染剂P、助染剂PNS。
9.根据权利要求1所述的一种生物酶预处理的芳纶染色方法，其特征在于，染色后的芳纶纤维上染率为90%~100%，耐皂洗沾色牢度为4~5级，耐皂洗褪色牢度为4~5级。
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