CN117026652A

CN117026652A - 一种织物染色方法

Info

Publication number: CN117026652A
Application number: CN202310596767.4A
Authority: CN
Inventors: 付飞亚; 谢家灵; 杨晟; 刘向东
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2023-05-25
Filing date: 2023-05-25
Publication date: 2023-11-10

Abstract

本申请提供一种织物染色方法，属于纺织品的活性染料染色技术领域。将含有铵基的待处理织物充分浸润溶剂A后，微波加热进行无水改性预处理，得到预处理织物，将预处理织物浸入染液中进行染色，得到染色织物，溶剂A和溶剂B均由氢键给体和氢键受体构成。将上述方案用于棉、麻、羊毛、丝绸织物的染色，具有上染率高、色彩准确率高、色牢度高等优点。

Description

一种织物染色方法

技术领域

本申请涉及一种织物染色方法，属于纺织品的活性染料染色技术领域。

背景技术

纤维或织物染色通常使用的染料有活性染料、还原染料、分散染料等，其中使用最广泛的是活性染料。在工业过程中，活性染料因其相对容易应用、成本低、色域宽和高湿牢度而被广泛用于丝织物染色。但由于活性染料在水中存在分解电离现象，这导致其只有60～65％的染料利用率，为增加上染率，在活性染色过程中会加入大量的电解质，以解决纤维和活性染料之间因分解电离导致的排斥电荷。但添加的电解质既不会消耗也不会分解，其在染液中的存在会导致染色过程产生大量含有电解质的废水，而残留有染料和电解质的废水中不仅会在生物体中造成严重的环境问题，还无法直接回用，这也是印染过程存在严重水资源浪费的原因所在。

针对染色过程的上述问题，大多数的企业多将重心放在如何实现废水的净化上，或者通过将废水转化为其他用途来解决水资源浪费和废水直排的环境问题，对于如何通过实现染料利用率的提高来解决废水污染与生产成本增加，是本领域迫切需要解决的问题，而尚未有见报道。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种织物染色方法，借助于预处理实现织物的改性预处理，并借此提高染料亲和力和纤维对染料分子的吸附力，实现染色率的提高。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种织物染色方法，包括以下步骤：

(1)将含铵基的待处理织物浸润于溶剂A中，搅拌使其充分接触，然后微波加热进行无水改性预处理，反应完成后，分离得到预处理织物；所述溶剂A由氢键给体和氢键受体两部分构成，氢键给体为乳酸、尿素、柠檬酸、果糖中的任一种，氢键受体含有与铵基酰胺化反应的羧基，且氢键给体和氢键供体的质量比为3～4:1；

(2)将预处理织物浸入分散有活性染料的溶剂B中进行染色。染色完成后，分离得到染色织物。活性染料和溶剂B形成染色的染液，溶剂B包括氢键给体和氢键受体，氢键给体为乳酸、尿素、柠檬酸、果糖中的任一种，氢键受体含有与铵基酰胺化反应的羧基，且氢键给体和氢键供体的质量比为3～4:1。

本案中，溶剂A和溶剂B均是由氢键受体和氢键给体按一定摩尔比组成，具有绿色、生物可降解、溶解度高、成本低、可回收等优点。其中，在预处理阶段加入的溶剂A，并配合微波加热，溶剂A的氢键受体中的羧基与纤维素中的铵基酰胺化反应引入季铵基，该改性过程借由溶剂A中氢键受体中的羧基与纤维素的铵基发生酰胺化反应实现无水改性，增大了其对染料分子的亲和力，以及纤维表面的正电荷数量，当进行染色时，上述亲和力与正电荷数量的提高，配合溶剂B的强化与促进纤维吸附染料分子的作用，赋予纤维以较高的吸附染料分子的能力，藉此实现纤维上染率的提高。而微波热处理促进和加速了溶剂A氢键受体中的羧基与纤维素中的铵基进行的酰胺化反应，从而达到提升上染率的目的，具有加热时间短、效率高、加热均匀、反应迅速等特点而被利用。上述过程中生成的季铵盐还具有优良的抗菌性，其原因是带正电荷的季铵基团能吸附带有负电荷的细菌，使得细菌细胞膜变薄而破裂，细胞结构被破坏和细胞内部物质泄漏导致细胞失活而达到抗菌效果。

进一步的，作为优选：

步骤(1)中，待处理织物与溶剂A的质量比为1:4～10，浸润时间为4～6h。待处理织物与溶剂A的质量比过低，可能会使得改性不完全，质量比过高则使得改性温度和时间上升，造成成本增加。经过申请人的研究，确定在1:4～10时，改性较为理想，特别是当待处理织物与溶剂A的质量比为1:5时，改性效果与改性成本兼容性较好。

步骤(1)中，微波加热时长为5～25s，温度为100～200℃。更优选的，所述微波加热温度为100～120℃。铵基与羧基之间的酰胺化反应温度需在80℃以上进行，在本方案所提供的反应氛围中，以100～200℃为较为理想的反应温度区间。微波可以采用波长为122mm的电磁波。而酰胺化反应受加热时间的影响，加热时间过短不会促进溶剂A中羧基和织物中铵基的反应，加热时间过长引起温度过高会引起甜菜碱分解。综合因素考虑，辐射时间为5-25s最为合适。

步骤(1)中，预处理完毕后以离心方式得到预处理织物，同时回收溶剂A，离心速率为2000～3000转/分钟。

溶剂A中氢键受体同时具有含有羧基和季铵基这两种官能团时使用效果较佳。

作为一个优选方案，所述溶剂A的氢键受体为甜菜碱(CAS：590-47-6，分子式：C₅H₁₁NO₂·H₂O，分子量135.16)、甜菜碱盐酸盐(CAS：590-46-5，分子式：C₅H₁₂ClNO₂，分子量153.61)中的任一种。并以氢键给体为乳酸、氢键受体为甜菜碱时改性效果较为理想。

步骤(2)中，染色浴比为1:100～300，染色温度为50～80℃。染浴比关系到染料的上染率和固色率，一般来说染料的上染率和固色率在一定范围均随浴比减小而增加。在本方案所提供的染色环境下，较为适宜的染色浴比为1:100～300，最佳染浴比为1:100。而染料的吸附和染色性能与温度密切相关，随着温度的提高，染料的扩散速率越快，有利于纤维与染料进行反应。但过高的温度会导致染料水解，减低固色率。并且温度的提高可能会引起氢键受体和铵基在染色阶段的继续反应，在本方案所提供的染色环境下，较为适宜的染色温度为50～80℃，并在60℃时为最佳。活性染料可以采用3BF红等此类染料。

步骤(2)中，染色完毕后以离心方式得到染色织物，同时回收溶剂B，离心速率为2500～3000转/分钟。

作为一个优选方案，所述溶剂B的氢键受体为甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、氯化胆碱、左旋肉碱中的任一种。并以氢键给体为乳酸、氢键受体为氯化胆碱时促进上染率提升的效果较为理想。

所述织物为棉织物、麻织物、羊毛织物、丝绸织物中的任一种或棉、麻、羊毛、丝绸中两种或两种以上纤维混纺的织物

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)预处理阶段中，使用反应型低共熔的溶剂A作为溶剂和反应物(即待处理织物)并通过微波加热对待处理织物进行改性，酰胺化反应引入季铵基团增加纤维表面正电荷提升对染料分子的亲和力提高上染率，并且引入的季铵基团能够与细菌结合并使细菌失活，提升了织物抗菌的效果。

(2)染色阶段中，使用低共熔的溶剂B作为染料的分散剂对织物进行染色，溶剂B具有较强的氢键结合能力，一方面可以较好的分散染料，另一方面可以方便染料往织物进行扩散，有助于进一步提高上染率。

上述方案处理后，将染色织物烘干定型，最终得到染色成品。与传统的染色方法的上染率60～65％相比，该方法下的上染率能达到95％以上，并且染色过程是无水过程，织物的染色色牢度均达到4级以上，超过国家规定穿着使用标准；织物色彩准确度能达到80％以上，符合色彩一致性标准。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例中，以丝织物作为原料织物，进行方案的诠释。

实施例1

本实施例考察预处理中溶剂A的添加对上染率的影响，具体过程如下：

(1)将原料织物1、原料织物2分别浸润于溶剂A和水中，搅拌使其充分接触，织物和溶剂(水)的质量比为1:5，浸润时间为5h。然后通过微波加热进行无水改性预处理，微波为波长122mm的电磁波，温度为120℃。改性处理15s后，将其以2000rpm的速率通过高速离心分离得到预处理织物1和预处理织物2，同时回收溶剂A。其中溶剂A的氢键给体为乳酸，氢键受体为甜菜碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1。

(2)将预处理织物1和预处理织物2浸入溶剂B中进行染色，染浴比为1:100，染色温度为60℃，溶剂B中分散有3BF红活性染料，3BF红活性染料浓度为1owf％。染色80min后，将其以2500rpm的速率通过高速离心分离得到染色织物1和染色织物2，同时回收溶剂B。其中溶剂B的氢键给体为乳酸，氢键受体为氯化胆碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1。

(3)对染色织物1和染色织物2烘干定型(可以采用常规烘干定型参数，如：烘干温度80℃，烘干时间30min；定型温度125℃，定型时间30min)，最终得到染色成品1和染色成品2。

对上述染色成品1和染色成品2进行上染效果的检测，检测标准为：

上染率计算方式为：

其中，A₀为染色原液的吸光度，A₁为染色后残液的吸光度，每组样品均重复测三次取平均值。

色牢度测试标准为：GB/T 3921-2008、GB/T 5711-1997、GB/T 3920-2008、GB/T3922-2013、GB/T 5713-2013。

色彩准确度测试标准为：色彩准确度在80％以上判定为色彩一致。

染色成品1上染率97.13％，且色牢度等级均大于4级，特别是干、湿摩擦色牢度均可以达到5级，耐皂洗色牢度4-5级，色彩准确度90.88％，色差△E0.8±0.2。染色成品2的上染率为78.86％，色彩准确度为81.57％；与未进行预处理的工艺相比，采用溶剂A进行预处理得到的染色成品1的上染率和色彩准确度明显提高。

实施例1-1

本实施例与实施例1的设置相同，区别在于：分别将原料织物浸润于表1所示溶剂A中。

表1：不同溶剂A构成对上染率的影响

对所得染色成品进行上染率的检测(方法与实施例1相同)，对比实施例1和实施例1-1可以看出：

1)不同构成的溶剂A其上染效果不同(见表1中的序号1-5)，相同质量比下，以乳酸与甜菜碱的搭配上染效果较为理想，其次为乳酸与甜菜碱盐酸盐的搭配；

2)组分相同配比不同时，所选定的氢键受体与氢键给体表现出相同的趋势，即均在氢键给体和氢键供体的质量比为3～4:1时，上染效果较好。以乳酸与甜菜碱构成的溶剂A为例，当乳酸：甜菜碱的质量比低于3:1时(见表1中的序号6-9)，存在溶剂粘度高导致上染效果表现较实施例1差；而当乳酸：甜菜碱的质量比高于4:1时(见表1中的序号12、13)，存在溶剂中甜菜碱含量低导致改性不完全的问题。申请人对其他构成的溶剂A进行实验，均表现出相同趋势，该处不做展开记录。

3)氢键受体中，甜菜碱和甜菜碱盐酸盐均含有季铵基团和羧基，氯化胆碱不含有羧基。与改性预处理阶段使用氢键受体中不含有羧基的溶剂A(如表1中的序号14)相比，采用含羧基的溶剂A(如表1中的序号4、5)的染色过程具有更高的上染率。

实施例2

本实施例考察预处理中加热方式对上染率的影响，具体过程如下：

将原料织物3和原料织物4浸润于溶剂A(氢键给体为乳酸，氢键受体为甜菜碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1)，搅拌使其充分接触，原料织物和溶剂A的质量比为1:5，浸润时间为5h。然后分别通过微波加热和烘箱加热进行无水改性预处理。预处理完成后，将其以2000rpm的速率通过高速离心分离得到预处理织物3和处理织物4，并回收得到溶剂A。

微波加热参数设置：微波为波长122mm的电磁波，温度为120℃，改性时间为15s。

烘箱加热参数设置：温度120℃，时长15min。

(2)将预处理织物3和预处理织物4浸入溶剂B(氢键给体为乳酸，氢键受体为氯化胆碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1)中进行染色，染浴比为1:100，染色温度为60℃，溶剂B中分散有3BF红活性染料，3BF红活性染料浓度为1owf％。染色80min后，将其以2500rpm的速率通过高速离心分离得到染色织物3和染色织物4，并回收得到溶剂B。

(3)对染色织物烘干定型(烘干定型参数与实施例1设置相同)，最终得到染色成品3和染色成品4。

对染色成品3和染色成品4进行上染效果的检测(方法与实施例1相同)，结果表明：染色成品3对应工艺过程的上染率为97.13％，色彩准确度为90.88％，色牢度均为4级以上；染色成品4对应工艺过程的上染率为85.77％，色彩准确度为81.46％，色牢度均为4级以上，相比于用烘箱加热作为预处理的条件，微波加热预处理可以在更短的时间下获得更好的上染效果。

在本案例中，我们还对预处理时长进行实验，结果发现：微波加热5s所能达到的上染效果已经可以超过烘箱加热5min的上染率效果，继续延长微波处理时长至10s、15s、20s、25s，其上染效果依旧可以高于烘箱加热10min、15min、20min、25min时所对应的上染效果。

实施例3

本实施例考察染色阶段中溶剂B对上染率的影响，具体过程如下：

(1)将原料织物5和原料织物6浸润于溶剂A(氢键给体为乳酸，氢键受体为甜菜碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1)，搅拌使其充分接触，原料织物和溶剂A的质量比为1:5。浸润时间为5h。然后通过微波加热进行无水改性预处理，微波为波长122mm的电磁波，温度为120℃，改性时间为15s。反应完成后，将其以2000rpm的速率通过高速离心分离得到预处理织物5和预处理织物6，同时回收得到溶剂A。

(2)将预处理织物5和预处理织物6分别浸入溶剂B(氢键给体为乳酸，氢键受体为氯化胆碱，氢键给体与氢键受体的质量比为4:1)和水中进行染色，染浴比为1:100，染色温度为60℃，溶剂B和水中分散有3BF红活性染料，3BF红活性染料浓度均为1owf％。染色80min后，以2500rpm的速率高速离心分离去除溶剂B和水，得到染色织物5和染色织物6。

(3)对染色织物烘干定型(烘干定型参数与实施例1设置相同)，最终得到染色成品5和染色成品6。

对染色成品5和染色成品6进行上染率的检测(方法与实施例1相同)，结果表明：染色成品5对应工艺过程的上染率为97.13％，色彩准确度为90.88％，色牢度均为4级及以上；染色成品6对应工艺过程的上染率为80.19％，色彩准确度为82.08％，色牢度为4级及以上；与染色阶段没有加入溶剂的染色成品6相比，加入了溶剂B的染色成品5上染率有明显提升。

申请人同样对溶剂B的构成进行了实验，其表现出与溶剂A构成类似的影响趋势，该处不做展开说明。

实施例4

本实施例以实施例1所制备染色成品1作为样品，按照改进的AATCC100－1999方法来测试真丝织物样品对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌率，具体过程如下：

(1)将实施例1中所制备的染色成品1裁剪出1.5cm×1.5cm方形样品，然后将样品在紫外线灯下灭菌30min。

(2)在样品上滴入20μL的标准菌液，培养时间为1h。

(3)取出样品并放入到含有5mLPBS缓冲溶液的试管中，并在恒温培养箱中震荡10min。

(4)最后在LB琼脂平板上涂上100μL的PBS溶液，在37℃的条件下培养24h。并通过计算抗菌率来评价改性染色织物的抗菌性能。抗菌率(BR)按照下述公式计算：

式中：A和B分别是待测真丝织物样品和原始真丝织物做完抗菌率实验后固体培养基中菌落的个数。每组样品均重复测试3次取平均值。

抗菌性能结果如下：

采用本案提供的染色方法所得织物，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抗菌效果，抗菌率达到99.83％。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

对比例1

以CN112813708A作为对比例(以其实施例1为主)，并将其上染过程和上染效果与本案实施例1进行比较，结果如下：

表2：实施例1与对比例1的上染效果对照表

对比表2可以看出：同样对丝织物进行红色活性染色，本案具有染色流程简便、染色周期短、上染率高、抗菌性高和废水量少的明显优势。

Claims

1.一种织物染色方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预处理：将待处理织物充分浸润溶剂A后，微波加热进行无水改性预处理，得到预处理织物，

所述待处理织物由含铵基材料制成，

所述溶剂A包括氢键给体和氢键受体，氢键给体为乳酸、尿素、柠檬酸、果糖中的任一种，氢键受体含有与铵基酰胺化反应的羧基，且氢键给体和氢键供体的质量比为3～4:1；

（2）染色：将预处理织物浸入染液中进行染色，得到染色织物，

所述染液中包含有活性染料和溶剂B，

溶剂B包括氢键给体和氢键受体，氢键给体为乳酸、尿素、柠檬酸、果糖中的任一种，且氢键给体和氢键供体的质量比为3～4:1。

2. 根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：步骤（1）中，待处理织物与溶剂A的质量比为1:4～10，浸润时间为4～6 h。

3. 根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：步骤（1）中，微波加热时长为5～25 s，温度为100～200 ℃。

4. 根据权利要求3所述的一种织物染色方法，其特征在于：所述微波加热温度为100～120 ℃。

5.根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：步骤（1）中，预处理完毕后以离心方式得到预处理织物，同时回收溶剂A，离心速率为2000～3000转/分钟。

6.根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：所述溶剂A的氢键受体为甜菜碱、甜菜碱盐酸盐中的任一种，溶剂B的氢键受体为甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、氯化胆碱、左旋肉碱中的任一种。

7.根据权利要求6所述的一种织物染色方法，其特征在于：所述溶剂A的氢键给体为乳酸，氢键受体为甜菜碱；溶剂B的氢键给体为乳酸，氢键受体为氯化胆碱。

8. 根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：步骤（2）中，染色浴比为1:100～300，染色温度为50～80 ℃。

9.根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：步骤（2）中，染色完毕后以离心方式得到染色织物，同时回收溶剂B，离心速率为2500～3000转/分钟。

10.根据权利要求1所述的一种织物染色方法，其特征在于：所述织物为棉织物、麻织物、羊毛织物、丝绸织物中的任一种或棉、麻、羊毛、丝绸中两种或两种以上纤维混纺的织物。