陆亚兰;张丽
【摘 要】从媒染剂的选择、纤维改性技术、染后的固技术等方面介绍了提高天然染织物牢度的研究进展,对今后的发展趋势进行了评述.
【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》
【年(卷),期】2011(026)002
【总页数】3页(P51-53)
【关键词】天然染料;牢度;提高;进展
【作 者】陆亚兰;张丽
【作者单位】江苏新民纺织科技股份有限公司印染厂纺织品检测中心,江苏吴江,215228;江苏盛虹纺织品检测中心,江苏吴江,215228
【正文语种】中 文
天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得的很少或没有经过化学加工的染料。天然染料根据来源可分为植物染料、动物染料和矿物染料。植物染料是从植物的根、叶、树干或果实中取得的,如茜草、紫草、苏木、靛蓝、红花、石榴、冬青、杨梅、柿、黄栀子、桑、茶等植物中的素;动物染料有紫胶、胭脂红虫等;矿物染料有各种无机金属盐和金属氧化物。在天然染料染加工中以植物性染料的种类最多,应用的范围也最广泛[1-3]。
天然染料与生态环境的相容性好,可生物降解,毒性较低,原料可以再生,而且染后的织物具有自然的泽和香味。天然染料由于它的这些优异性能而重新受到关注。近年来,有关天然染料染方面的研究主要集中在以下几方面:
①适合于纺织品染的新型天然染料的选择和应用技术;
②环保媒染剂的优选和应用工艺;
③天然染料在新型高档合成纤维上的应用技术;
④天然染料在纤维素纤维上的应用研究;
⑤提高天然染料染织物牢度指标的方法和技术;
⑥如何提高天然染料染重现性的途径;
⑦天然染料用于纺织品印花的加工技术。
天然染料虽具有广阔发展前景,但目前要使其商业化并完全替代合成染料是不现实的,因为天然染料在应用中存在着许多问题。其中突出的问题是染牢度较差,尤其是日晒牢度和皂洗牢度。为了提高天然染料对织物染的牢度,长期以来人们进行了广泛的研究。本文将主要介绍提高天然染料染织物牢度方面的研究进展。
由于天然染料的素分子与纤维的亲和力比较小,缺乏对纤维的直接性,染料提取时颗粒大,使得在染过程中染料不能充分地上染纤维,上染率低。因此,目前天然染料染时大部分要使用媒染剂,以提高天然染料的上染百分率和改善染织物的牢度,特别是日晒牢度方面作用更明显。媒染剂以金属化合物为主,其机理主要是以金属离子作为中心离子,与织物及染料分子中的配位基团形成配合,使得染料能更好地上染纤维并固着于纤维,达到符合要求的牢度。早期使用的媒染剂主要以铬离子为多,但由于环境问题,受到限制。近年来,有关天然染
料染方面研究的一个主要内容是寻符合环保要求和生态纺织品要求的金属媒染剂。锌、铁、铝、镍、镁、铜等金属离子均成为天然染料媒染剂的研究对象[4-9]。媒染的方法主要包括先媒后染、先染后媒和同浴媒染等方法。由于染后残留在染浴中的媒染剂会造成一定的污染问题,纺织标准也开始限制一些金属离子的使用。选用一些具有配位能力但不受限制的金属离子作媒染剂是今后研究的方向之一。
曹红梅等用钛、铁、铝、锌4种金属离子对棉织物进行前媒染,然后用天然染料胭脂虫酸染。研究结果表明,与无媒染染织物相比,媒染使染织物获得了较好的牢度,耐洗、耐汗渍、耐磨擦等各项牢度一般都达到了3级[10]。Lokhande等选用洋葱、紫胶、姜黄三种天然染料染尼纶,在使用媒染剂的情况下,分别采用高温高压法(H THP)和常压染法比较,高温高压染法染后三种染料的水洗牢度能达到4级,洋葱和紫胶染织物的耐光牢度分别为4-5级,姜黄染织物的为3-4级[11]。
研究表明,稀土离子可作为中心离子和作为配位体的染料离子络合。纤维素纤维经处理后其表面具有大小不等的孔穴,由此稀土离子可进入纤维的非结晶区甚至结晶区的边缘,染过程中稀土与染料分子及纤维素分子形成多元络合,染料-稀土-织物三者形成稳定络合物,从而提
高染牢度。这一多元络合体系的形成还能使天然染料能够抗击因溶液p H值波动而产生的光变化[12]。
除了使用媒染剂进行络合提高天然染料染亲和力和牢度外,也可通过对织物改性提高染料对纤维的亲和力,与合成染料相比,天然染料的分子量较小,疏水性结构不大,与纤维之间的范德华力和疏水性作用均较弱,可通过织物改性提高织物和天然染料之间的亲和力,使天然染料牢牢地固着在织物上。在天然染料对纤维素纤维染时,一般采用阳离子改性剂对纤维进行氧离子化改性。周岚等采用阳离子改性剂CH 2,3-环氧丙基三甲氯化铵对棉纤维进行阳离子化改性,改性剂含有环氧基团,具有较强的反应活性,在碱性条件下它能和纤维中的羟基进行开环加成反应,从而引入阳离子基团。实验表明,在改性剂质量浓度15～21g/L,氢氧化钠质量浓度4.5～5g/L,改性温度60～70℃,改性时间50～60min的最佳工艺条件下改性的棉织物,采用栀子黄、胭脂树橙、胭脂虫红、叶绿素铜钠盐在60～70℃染后的织物耐洗牢度均能达到3～4级[13]。吴坚等用季铵基—N+R3改性纤维素纤维后与阴离子染料姜黄染,实验发现它们之间在形成氢键和范德华力的基础上,还形成了结合力较强的离子键。通过理论研究证实了大黄和姜黄等天然染料上染改性纤维素纤维按静电吸附机理进行,符合朗格缪尔吸附等温线。采用阳离子改性剂3-氯-2-羟基三甲基硫酸铵处理竹原纤维织物后再用苏木染,
织物的皂洗牢度和摩擦牢度可提高1～2级,天然苏木染料可以用于阳离子改性竹原纤维织物的直接染[14,15]。
冯新星等人以溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2改性丝素复合膜,采用天然素大黄对改性后的丝素膜进行染,其上染率和牢度均比纯丝素膜大大提高。皂洗牢度和耐磨擦牢度均比为改性丝素膜提高1～2级,日晒牢度从2级提高到4级。其原理是由于纳米粒子粒径小,比表面大,从而纳米材料的表面原子增加,因此造成表面原子的配位不足及高的表面能。这样表面原子有较高的活性而容易与其它的原子结合而稳定。纳米 TiO2中的一部分原子与丝素结合形成较稳定的配位,而另一部分表面原子与大黄染料中蒽醌形成配位,从而使染料在染时的上染率和牢度得以提高。同时由于当材料的尺寸达纳米级时,会出现介电限域效应和量子尺寸效应,对太阳中特定波长紫外线形成吸收,从而使改性后的丝素膜的日晒牢度得以提高[16]。
对天然染料染后织物进行一定的后整理加工,也可提高染牢度。周家伟采用双官能团环氧交联剂EH对天然染料苏木直接染的织物进行固处理,交联剂的环氧基团可与染料和棉纤维中的羟基反应以醚键结合,同时形成淀,使染料固着在纤维上。染料中的羟基参与反
应后,使酚羟基数量减少,酸碱稳定性得到提高。研究表明,浸渍、焙烘和汽蒸三种固工艺均能改善染织物的皂洗牢度、摩擦牢度和耐酸碱牢度,使染织物的皂洗牢度、摩擦牢度和耐酸碱牢度均达3级以上[17]。
Daniela等在茜草、木犀草和菘篮的染液中加入一定量的紫外线吸收剂和抗氧化剂,如没食子酸、维生素C、苯甲酮、维生素 E等,以压制紫外线对染料和织物的破坏,从而可提高染织物的耐日晒牢度。结果显示,维生素C和没食子酸的效果最好[18]。
王祥荣等用有机羧酸化合物聚马来酸对天然染料桑椹红素染的织物进行染,所得的纺织品日晒牢度比未进行改性桑椹红素染的纺织品日晒牢度提高1～2级。其机理是有机羧酸化合物可以和天然染料分子中容易引起光敏作用的羟基等基团发生交联反应,从而使天然染料对光的稳定性得到提高[19]。
夏建明通过对含有天然龙胶、芦荟等30多种植物榨出液的植物染料染物固效果的比对,选择固效果比较好的植物榨出液进行提纯复配、浓缩,制成植物固剂 Z。研究表明,采用这种植物固剂对天然染料染的棉织物进行固,能提高皂洗牢度1～2级,提高摩擦牢度0.5～1级。固剂 ZF的固机制被认为是以固剂在纤维表面交联成膜为主,M g、A 1离
子媒介作用及固剂与染料纤维交联作用、氢键分子间力为辅,从而提高染牢度[20]。
超声波在天然染料染方面也有应用,通过超声波的高压搅拌作用,使染料颗粒解聚,分散得细而均匀,另一方面可使得纤维表面的动力边界层变薄,提高染料的上染速率和上染量,Padma等人[21]研究了超声波条件下用墨旱莲(Eclip ta)素对棉的染,超声波的作用使得生物酶由于其生态性和作用温和性,近年来被广泛研究。El-Zaw ahry采用中性纤维素酶、蛋白酶、β-淀粉酶和脂肪酶以及这些酶的三种复配物β-淀粉酶+脂肪酶、中性纤维素酶+脂肪酶以及中性纤维素酶+β-淀粉酶对天然染料染的影响,研究表明,当与单宁酸配合使用时,四种酶中的任何一个及其配合物在提高天然染料姜黄、洋苏木和石榴染亚麻织物的水洗牢度方面都是非常有效的。该研究用酶来代替金属媒染剂将使染过程更环保[22]。蛋白酶在天然染料茜草染羊毛过程中的作用,研究发现,酶处理增加了染料在纤维上的聚集并使泽加深,而这种聚集使染料不易受日光的影响,从而提高染织物的耐光牢度[23]。孙戒等研究了用胃蛋白酶对真丝织物进行预处理,然后用天然茜草染料对其进行染,得出酶处理最佳工艺。该方法可明显提高真丝织物的得量,提高染织物湿摩擦牢度和皂洗牢度[24]。
由于人们对服用纺织品生态安全、舒适保健等方面要求的增加,天然染料染在今后一段时间内将是人们研究的热点。由于天然染料本身固有的不足,解决天然染料染牢度对天然染料在纺织品染中的应用十分重要,关系到天然染料染能否大规模的被推广使用。由于生态纺织品对金属离子的限制以及减少环境污染的要求,寻生态、环保等方法将是今后研究的方向。
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