N-甲基氧化吗啉预处理苎麻织物X型活性染料染色

1实验1.1实验材料和仪器1.1.1织物苎麻织物（四川省纺织工业研究所提供，经退浆、煮练半制品，21S×21S/60×60）。1.1.2药品NMMO溶液（含NMMO60%），无水硫酸钠，碳酸钠（成都科龙试剂厂，均为分析纯），活性艳橙X-GN、活性艳红X-3B、活性艳兰X-BR（商品染料）。1.1.3仪器恒温水浴锅，SD-400型轧车（广东省鹤山精湛染整设备厂有限公司），Hz-85型热定型机（UENOYAMAKIKOCO.LTD），Y571B型摩擦牢度仪（温州纺织仪器厂），X-rite8200型积分球式分光光度计（美国爱色丽公司），YG065N型电子织物强力试验仪（山东莱州市电子仪器有限公司）。1.2实验方法1.2.1最佳预处理条件的选择1.2.1.1预处理工艺NMMO浸泡苎麻织物一定时间（60℃，浴比1:5）→二浸二轧(轧余率80%)→热风焙烘→热水洗三次→80℃烘干通过正交实验找到NNMO预处理苎麻织物活性染料染色最佳预处理条件（NMMO浓度、浸泡时间、焙烘温度和时间），实验采用四因素四水平正交表L1644。水平因素NMMO浓度/%浸泡时间/min焙烘温度/℃焙烘时间/min13051302240101403350151504460201605表1预处理正交实验因素和水平1.2.1.2染色工艺活性艳红X-3B(o.w.f.)3%浴比1:30无水硫酸钠30g/L碳酸钠15g/L染色工艺曲线：1.2.2最佳染色条件的选择1.2.2.1预处理工艺采用在1.2.1中得到的最佳预处理工艺处理苎麻织物。1.2.2.2染色工艺苎麻织物活性染料染色的影响因素包括染色温度、染色时间、盐用量、固色温度、固色时间和碱用量。设定三因素四水平正交表，确定实验内容，找到X型活性染料染色的最佳上染条件和最佳固色条件，如表2~3。1.3织物染色性能及物理机械性能测试K/S值及色差，用X-rite8200积分球式分光光度计测定；耐摩擦色牢度，按GB/T3920－1997测试；耐洗色牢度，按GB/T3921.2－1997测试；断裂强力和断裂伸长率，按GB/T3923.1—1997测定；评定沾色用灰色样卡，用GB251－1995；评定变色用灰色样卡，用GB250－1995。水平因素染色温度/℃染色时间/min盐用量/g/L1302010240302035040304605040表2上染正交实验因素和水平水平因素固色温度/℃固色时间/min碱用量/g/L1402010250301536040204705025表3固色正交实验因素和水平2结果与讨论2.1最佳预处理条件的确定2.1.1NMMO预处理苎麻织物活性染料染色对表观色深度的影响根据表1确定正交试验的影响因素和水平，试验组合与各因素对K/S值的影响如表4所示。序号因素K/S值ABCD1305130215.46123010140317.13533015150417.53743020160515.9055405140417.94464010130517.90174015160218.59384020150317.7959505150514.296105010160414.735115015130314.619125020140214.49813605160315.447146010150214.417156015140514.748166020130416.800k116.51015.78716.19515.742k218.05816.04716.08116.249k314.53716.37416.01116.754k415.35316.24716.17015.713R3.5210.5870.1841.041表4正交实验设计与结果（活性艳红X-3B）由表4中的极差R可以看出，NMMO浓度对K/S值的影响最大，其他影响因素依次为焙烘时间、浸泡时间、焙烘温度。NMMO分子中的强极性官能团N→O上氧原子的两对孤对电子可以和纤维素大分子中的羟基(Cell—OH)形成强的氢键Cell—OH…O←N，生成纤维素—NMMO络合物，如下图所示。Cell-OH+ONH3COONH3COOHCell2.1.2NMMO处理后苎麻织物活性染料染色性能分析2.1.2.1NMMO处理后苎麻织物的上染及固色速率曲线01020304050600102030405060上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性图1活性艳橙X-GN的上染及固色速率曲线0102030405060010203040506070上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性0102030405060010203040506070上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性图2活性艳红X-3B的上染及固色速率曲线图3活性艳兰X-BR的上染及固色速率曲线由图1~图3可以看出，经NMMO改性苎麻织物的上染及固色率均比未处理织物高，且曲线的斜率要比未改性的高。这表明需要更少的时间就可以达到一定的上染及固色率，缩短了染色时间，达到节能减排的目的。注：图1~图3中，前30分钟为染料的上染吸附过程，后30分钟为固色过程。2.1.2.2NMMO预处理苎麻织物活性染料染色对K/S值的影响024681012K/S值染料种类未经NMMO改性经NMMO改性活性艳橙活性艳红活性艳兰图4经NMMO改性与未经改性的K/S对比由图4可以看出，虽然经NMMO改性后苎麻织物活性染料染色的上染及固色率没有显著的提高，但是其K/S值却都提高了一倍。说明达到一定的染色深度只需要更少的染料量，这有助于染色成本的节约和废液的处理，更加节能环保。2.1.2.3NMMO预处理苎麻织物活性染料染色对色差的影响由表5可以看出，明度差都小于0，说明经NMMO改性后的染色苎麻织物比未改织物性织物颜色深；艳度差都大于0，说明改性后苎麻织物染色后色泽鲜艳度增大。这表明NMMO预处理有助于解决苎麻织物着色浅、色光萎暗的问题。测试布样总色差DE明度差DL艳度差DC色相差DH红绿差DA黄兰差DB活性艳橙X-GN7.474-5.318深5.251艳-0.0192.280偏红4.731偏黄活性艳红X-3B9.315-6.543深3.170艳5.8232.395偏红6.183偏黄活性艳兰X-BR8.635-8.348深1.516艳1.6021.384不够绿1.717偏兰表5NMMO处理对织物色差的影响2.1.2.4NMMO预处理苎麻织物活性染料染色对色牢度的影响由表6可以看出，经NMMO改性的织物湿摩擦牢度普遍比未经改性织物低半级。这可能是与未改性苎麻织物相比，经改性的苎麻织物有更多的染料进入纤维，而且纤维遇水易膨化，在纤维中未固色的染料在进行湿摩擦牢度测试时较易迁移至纤维表面。为进一步提高改性苎麻织物的色牢度，还需要固色处理。布样耐洗牢度摩擦牢度变色沾色经向纬向干摩湿摩干摩湿摩活性艳橙X-GN未改性4~54~54~5444已改性4~54~543~43~43~4活性艳红X-3B未改性4~54~54~544~53~4已改性4~54~54~53~44~53活性艳兰X-BR未改性4~54~54~544~54~5已改性4~54~54444表6NMMO处理对织物色牢度的影响2.2染色条件的确定2.2.1最佳上染条件筛选实验的结果与讨论序号因素上染率/%ABC130201024.4230302033.3330403040430504045.3540202028.3640301023.4740404039.8840503037950203031.81050304036.11150401021.81250502028.71360204030.81460303032.11560402028.21660501024.4K135.75028.82522.275K232.12531.22529.625K329.60032.45035.225K427.65032.62538.000R8.13.815.725表7上染正交实验设计与结果（活性艳红X-3B）2.2.2最佳固色条件筛选实验的结果与讨论序号因素固色率/%ABC140201059.8240301560340402060440502560.8550201554.3650301052.3750402557.8850502054.7960202055.110603025551160401049.51260501549.61370202554.314703020521570401548.11670501046.8K160.15055.87552.100K254.77554.82553.000K352.30053.85055.450K450.30052.97556.975R9.852.94.875表8固色正交实验设计与结果（活性艳红X-3B）2.2.3NMMO处理后苎麻织物活性染料染色性能分析2.2.3.1NMMO处理后苎麻织物的上染及固色速率曲线01020304050607001020304050上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性0102030405060700102030405060上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性010203040506070010203040506070上染及固色率/%染色时间/min经NMMO改性未经NMMO改性图5活性艳橙X-GN的上染及固色速率曲线图6活性艳红X-3B的上染及固色速率曲线图7活性艳兰X-BR的上染及固色速率曲线由图5~7可以看出，经NMMO改性苎麻织物的上染及固色率均比未处理织物高，且曲线的斜率要比未改性的高。且染色条件经过优化后，织物的最高上染及固色率与2.1.2.1中数据相比皆有不同程度的提高。注：图1~图3中，前30分钟为染料的上染吸附过程，后30分钟为固色过程。2.2.3.2NMMO处理后苎麻织物活性染料染色后的K/S值变化02468101214K/S值染料种类未经NMMO改性经NMMO改性活性艳黄活性艳红活性艳兰由图8可以看出，虽然经NMMO改性后苎麻织物的上染及固色率没有显著的提高，但是其K/S值却都提高了近一倍。且染色条件经过优化后，K/S值与2.1.2.2中数据相比皆有不同程度的提高。改性后的织物的染色深度的提高，说明要达到同样的染色深度的话，改性后的织物需要的染料更少，更加节能环保。图8经NMMO改性与未经改性的K/S值对比2.2.3.3NMMO处理后苎麻织物活性染料染色后色差变化由表9可以看出，明度差都小于0，说明经NMMO改性后的染色苎麻织物比未改织物性织物颜色深；艳度差都大于0，说明改性后苎麻织物染色后色泽鲜艳度增大。这表明NMMO预处理有助于解决苎麻织物着色浅、色光萎暗的问题。测试布样总色差DE明度差DL艳度差DC色相差DH红绿差DA黄兰差DB活性艳橙X-GN6.391-4.136深4.784艳-0.9232.960偏红3.870偏黄活性艳红X-3B8.615-6.521深1.791艳5.3371.305偏红5.476偏黄活性艳兰X-BR7.476-7.194深1.662艳1.1740.955不够绿-1.797偏兰表9NMMO处理对织物色差的影响2.2.3.4NMMO处理后苎麻织物活性染料染色后染色牢度变化由表10可以看出，经NMMO改性的织物湿摩擦牢度普遍比未经改性织物低半级。这可能是与未改性苎麻织物相比，经改性的苎麻织物有更多的染料进入纤维，而且纤维遇水易膨化，在纤维中未固色的染料在进行湿摩擦牢度测试时较易迁移至纤维表面。为进一步提高改性苎麻织物的色牢度，还需要固色处理。布样耐洗牢度摩擦牢度变色沾色经向纬向干摩湿摩干摩湿摩活性艳橙X-GN未改性4~54~54~544~54已改性4~54~54~5443~4活性艳红X-3B未改性4~54~554~54~53~4已改性4~54~54~544~53~4活性艳兰X-BR未改性4~54~54~544~54~5已改性4~54~54~5444表10NMMO处理对织物色牢度的影响2.2.4