酸性染料染蚕丝的染色机理

一蚕丝的结构特点
  蚕丝主要由丝素(又称丝朊)和丝胶两部分组成,其主体为丝素,在桑蚕丝中通常占70%~80%。丝素蛋白属线型蛋白。与羊毛蛋白相比,丝素蛋白的结构较简单,以侧链中非极性的氨基酸(如甘氨酸、丙氨酸等)含量为最多,因此结晶度较高。蚕丝也具有两性性质,但其氨基含量要比羊毛低得多,约为0.15mol/kg纤维,而且酸性基因含量比氨基含量高,约为0.29mol/kg纤维。测得丝素蛋白的吸酸饱和值约为0.12~0.2mol/kg纤维,为羊毛蛋白的五分之一左右。丝素蛋白的等电点pH值为3.5~5.2。丝素吸酸和吸附染料阴离子的特征基本上和羊毛类似。
  丝胶属球型蛋白,与丝素蛋白的组成基本相同,以侧链带亲水性基团的氨基酸(如丝氨酸和天门冬氨酸等)含量最高,因而在水中容易溶解。坯绸在印染加工前,必须经过脱胶精练去除丝胶,但不使丝素受损伤。
   与桑蚕丝相比,柞蚕丝的丝素中丙氨酸的含量特别高,是组成结晶区的主要部分,但结晶区的比率要小些。柞蚕丝对酸和碱的稳定性要高些。此外,丝素中含有少量色素,经漂白也不容易完全去除,使柞蚕丝染色织物的鲜艳度较差。
柞蚕丝中的丝胶含量稍低些,约占12%~13%,但其丝胶粒子大,并有较多钙盐的杂质存在,使丝胶和杂质的溶解性较差,因此柞蚕丝的脱胶比较困难。
二、蚕丝的酸性染料染色
   蚕丝染色中一般以弱酸性染料为主。弱酸性染料对蚕丝纤维有较高的染着能力,能在弱酸浴或中性浴中上染。应用最多的是弱酸浴酸性染料,中性浴酸性染料次之。强酸性染料虽然色泽鲜艳,匀染性良好,但是染色饱和值较低,湿处理牢度较差,而且丝素在强酸性介质中会受到损伤,故不宜采用。也可采用中性、直接或活性等染料进行染色。

   蚕丝的酸性染料染色机理基本上与羊毛染色相同。在蚕丝的等电点pH值附近染色时,染料与纤维的结合中有离子键结合,氢键和范德华引力起着重要作用。当染浴的pH值大于蚕丝的等电点时,染料主要靠氢键和范德华引力上染纤维。

   弱酸性染料染丝绸时,必须根据染料的结构和性能来调节染浴的pH值。从蚕丝特性和染料给色量的角度考虑,以弱酸浴染色为好。一般选用醋酸或醋酸铵调节染浴的pH值。对于匀染性较差的染料。则以中性浴染色为好,有的在后阶段逐步加一些酸,以提高上染率。

   弱酸性染料在高于蚕丝等电点的染浴中染色时,电解质(如食盐、元明粉等)的加入,可以降低染料与纤维之间的电荷斥力,起促染作用。为了防止上染过速而造成染色不匀,宜在中途分次加入。生产中不常使用电解质,因为它对丝绸的光泽和手感可能带来不良影响。为了改善匀染性,可以加入匀染剂。

   蚕丝的表面没有鳞片层,在水中较易膨化,弱酸性染料在蚕丝纤维上的上染速率比羊毛的快,但它的湿处理牢度比染羊毛的差些,尤其是部分中深色。为了提高湿处理牢度,有必要进行固色处理。

   为了使染料均匀上染,需要逐步升温。由于丝绸的质地轻薄,长时间沸染会使蚕丝受损伤,影响丝绸的光泽,最高温度宜控制在95℃左右。

三、染料溶解性能的影响

   弱酸性染料一般是以胶体状态分散在水溶液中。表1-4的数据表明,在室温(25℃)时,弱酸性染料的溶解度一般比较低(除普拉黄GN外),大多在10g/L以下。随着温度的升高,其溶解性能有不同程度的提高。在70℃时,不同结构染料的溶解性能表现出明显的差异。当温度继续升高到90℃时,有些染料的溶解度虽有提高,但提高幅度不大。

   从1-4可看到,于70℃时,溶解度小于10g/L的染料中大多为三芳甲烷结构的。柴林艳蓝G染液在放置2h后,其溶解度提高,说明它的溶解速率较慢。溶解度在60g/L以上的染料中大多为偶氮结构的。溶解度在10~60g/L范围的染料有蒽醌和偶氮结构的。

   染料的溶解性能不仅与化学结构有关,而且与商品染料的剂型与添加剂等也有很大关系。弱酸性大红GN、色派拉诺大红FGN与尼龙山大红F—3GL三只染料的色光相近。其中,大红FGN与大红F—3GL的结构是相同的。数据表明,不仅结构不同的染料的溶解性能存在差异,结构相同的两只染料的溶解性能也有一定差异。

   实践中反映,某些溶解性能差的染料易造成染色中色点、色斑的产生。对于溶解速率慢的染料,可以将所配染液或印花色浆在适当条件下放置一定时间,以提高染料的溶解性能。

表1-4 弱酸性染料的溶解性能

染料名称

结构类别

溶解度(g/L)

溶解稳定性(g/L)

(70℃,2h)

25℃,5min

70℃,5min

90℃,5min

普拉黄GN

弱酸性黄3GL

卡普仑桃红BS

酸性艳蓝5GM

可耶诺尔黄RW

酸性艳红10B

酸性湖蓝3GM

蓝纳芯蓝GL

普拉黄RXL

龙山大红F3GL

卡普仑绿5GS

酸性藏青5R

色派拉诺大红GN

弱酸性大红GN

柴林艳蓝6B

柴林艳蓝G

偶氮

偶氮

偶氮

三芳甲烷

偶氮

偶氮

三芳甲烷

蒽醌

偶氮

偶氮

蒽醌

偶氮

偶氮

偶氮

三芳甲烷

三芳甲烷

140~160

<1

<1

<1

<1

3~4

1~2

2~3

<1

<1

10~15

2~3

<1

<1

1~2

<1

160~180

100~120

100~120

90~100

90~100

70~80

60~70

50~60

50~60

25~30

20~25

15~20

10~15

3~4

3~4

2~3

100~120

50~60

5~6

8~9

100~120

120~140

60~70

3~4

15~20


注 表中A、B、C为按不同移染能力指标而分的类别

   3.蒽醌染料和蓝色偶氮染料 移染性较差,静态移染率在10%以下。动态染率中等,其中tanγ在0~0.002之间。染料移染性能随染浴的初始浓度增加而有所增加,但增加量不太大。对于这些染料,控制升温速率或添加助剂等方法更有助于均匀染色。拼色时应尽量选用移染性能相似的染料,以便获得均匀的颜色。

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