鈉鹽陰離子基團對活性紅KN－BS電化學(xué)染色的影響

袁 姣，樊增祿，李 慶，洪曉青，焦慧敏，呂 蓉

（西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048）

鈉鹽陰離子基團對活性紅KN－BS電化學(xué)染色的影響

袁 姣，樊增祿，李 慶，洪曉青，焦慧敏，呂 蓉

（西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048）

研究9種陰離子基團不同的鈉鹽對活性紅KN－BS電化學(xué)染色效果的影響.染色工藝為電極Pt－Ag／Agcl，電壓8V，30℃起染，35min后升溫至60℃（1～2℃／min），加Na2CO3固色，保溫50min.測試電化學(xué)染色棉織物的K／S值、干／濕摩擦牢度和皂洗牢度，并與傳統(tǒng)染色方法進(jìn)行比較.結(jié)果表明，當(dāng)鹽用量均為0.34mol／L時，電化學(xué)染色體系下染色織物的K／S值均高于傳統(tǒng)染色的K／S值；將酒石酸鈉與其他8種鹽按摩爾比1∶1（0.17mol·L－1／0.17mol·L－1）混合使用時，染色織物的K／S值進(jìn)一步提升；染色織物的干／濕摩擦牢度和皂洗牢度基本一致.

鈉鹽陰離子基團；電化學(xué)染色；活性染料；棉織物

0 引 言

活性染料具有色澤鮮艷、色譜廣、性能優(yōu)異、使用方便、適用性強等優(yōu)點，活性染料因在染色時能與纖維形成牢固的共價鍵結(jié)合，所以具備一系列其他纖維素纖維染料無法比擬的特點，確立了其作為纖維素纖維用染料的發(fā)展和使用重點的地位.但是傳統(tǒng)的活性染料染色工藝需加入大量的鹽促染，如元明粉和食鹽.電解質(zhì)鹽的使用增加了染色后廢水處理的成本與難度，而且這些電解質(zhì)排放到環(huán)境中會造成水體污染和土質(zhì)鹽堿化［1－2］.隨著人們環(huán)境保護意識的增強和響應(yīng)國家的可持續(xù)發(fā)展政策，提出了活性染料的低鹽、無鹽染色設(shè)想［3］.

隨著電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、生物學(xué)和金屬工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展，其相關(guān)研究成果也被運用到了織物染色過程中.電化學(xué)染色技術(shù)最早應(yīng)用于還原染料，之后也應(yīng)用到了直接染料、酸性染料以及硫化染料的染色中［4－7］.近年來，有人將其應(yīng)用于活性染料對棉織物的染色，其基本原理是通過外加電場，在無鹽／低鹽條件下，降低或消除染料陰離子與棉纖維表面負(fù)電荷之間的靜電斥力，使染料能夠吸附到待染纖維上，進(jìn)而實現(xiàn)活性染料的上染［8］.然而前期的工作主要關(guān)注的是活性染料電化學(xué)無鹽／低鹽染色的可行性、低溫染色的可行性以及其染色工藝等［9－12］.對于在低鹽情況下，不同陰離子基團的鈉鹽對活性染料電化學(xué)染色性能的影響還尚未報道.

本文研究了9種鹽和其他8種鹽按照摩爾比為1∶1混合使用時，對活性紅KN－BS電化學(xué)染色效果的影響，測試染色后織物的K／S值、干／濕摩擦牢度和皂洗牢度.

1 實 驗

1.1 材料與儀器

（1）織物 漂白棉織物（29.5tex×29.5tex，236根／10cm×236根／10cm，市售）.

（2）試劑 氯化鈉（分析純天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠）、無水碳酸鈉（分析純廣東光華科技股份有限公司）、碳酸氫鈉（分析純天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠）、無水乙酸鈉（分析純天津博迪化工股份有限公司）、十二水合磷酸鈉（分析純廣東光華科技股份有限公司）、磷酸氫二鈉（分析純天津市福晨化學(xué)試劑廠）、磷酸二氫鈉（分析純天津市福晨化學(xué)試劑廠）、無水硫酸鈉（分析純廣東光華科技股份有限公司）、酒石酸鈉（分析純天津市博迪化工有限公司）、D－葡萄糖酸鈉（分析純天津市福晨化學(xué)試劑廠）、活性紅KN－BS（工業(yè)品）、蒸餾水.

（3）儀器 HH－S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）、213型鉑電極（上海羅素科技有限公司）、218型銀／氯化銀參比電極（上海日島科學(xué)儀器有限公司）、WYJ－15A晶體管直流穩(wěn)壓電流（天津市無線電元件三廠）、Color i7測色儀（X－Rite公司）、HH－S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）、SW－12A型耐洗牢度試驗儀（無錫紡織儀器制造廠）、Y571B型摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠）.

1.2 方法

1.2.1 實驗裝置 實驗裝置如圖1所示.

1.2.2 染色處方 （1）傳統(tǒng)染色工藝處方：活性紅KN－BS 2%（o.w.f）、鈉鹽20g／L、Na2CO310g／L.電化學(xué)染色工藝處方與傳統(tǒng)染色工藝處方相同，電壓8V，兩者選用的浴比為100∶1，其他染色工藝流程相同.

圖1 實驗裝置示意圖Fig.1Experimental apparatus of electrochemical dyeing

（2）染色工藝曲線.活性紅KN－BS電化學(xué)無鹽染色工藝條件：電極為鉑－銀／氯化銀電極、染色電壓8V，染色溫度為30℃，染色時間為35min，固色溫度為60℃，保溫50min［13］.

圖2 活性紅KN－BS染色工藝曲線Fig.2Reactive Red KN－BS dying curve

1.3 性能測試

1.3.1 K／S值 采用X－Rite Color i 7測色儀測定織物的K／S值，正反面各任取3個點，取平均值.（ΔK／S）%值即電化學(xué)染色后織物的K／S值與傳統(tǒng)染色后織物的K／S值的差值，再與傳統(tǒng)染色后織物的K／S值相比.

1.3.2 染色牢度 （1）摩擦牢度.按GB／T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y定，GB／T 251—2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》評定.（2）皂洗牢度.按GB／T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)拖瓷味取窚y定.

2 結(jié)果與討論

氯化鈉（NaCl）、無水硫酸鈉（Na2SO4）、十二水合磷酸鈉（Na3PO4·12H2O）、磷酸二氫鈉（NaH2PO4）、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）、無水乙酸鈉（CH3COONa）、D－葡萄糖酸鈉（C6H11O7Na）、酒石酸鈉（C4H4O6Na2）、碳酸鈉（Na2CO3）等9種鈉鹽陰離子基團種類及帶電量的差異，可能會對活性紅KN－BS電化學(xué)染色的效果產(chǎn)生影響，研究9種鈉鹽單獨使用以及將酒石酸鈉與其他8種鹽按摩爾比1∶1（0.17mol ·L－1／0.17mol·L－1）混合使用的情況下，染色效果的差異.

2.1 染色后棉織物的K／S值

2.1.1 單鹽染色后棉織物的K／S值 9種鈉鹽用量均為0.34mol／L（相當(dāng)于NaCl為20g／L），在傳統(tǒng)染色和電化學(xué)染色條件下染色，測試其染色后棉織物的K／S值并計算（ΔK／S）%值.所得結(jié)果見表1.

表1 9種鹽電化學(xué)染色和傳統(tǒng)染后棉織物的K／S值Table 1 The electrochemical dyeing of 9kinds of salt and traditional cotton fabric after dyeing K／Svalue

從表1可以看出，在低鹽情況下，電化學(xué)染色棉織物的K／S值均高于傳統(tǒng)染色，且ΔK／S%值不同.電化學(xué)染色條件下，Na2SO4染色棉織物的K／S值最大；有機鹽中C4H4O6Na2染色棉織物的K／S值最大.可能是因為在同一電場條件下，與其他鹽相比，相同摩爾的鹽，Na2SO4可提供2mol的Na＋，更有助于消除染料與纖維之間的靜電斥力，且Na2SO4是中性電解質(zhì)，其對應(yīng)的pH值有利于染色，因此Na2SO4染色棉織物的K／S值最大.在有機鹽中，相同摩爾的鹽，C4H4O6Na2可提供2mol的Na＋，C4H4O6Na2溶液的pH值有利于染色.

2.1.2 混合鹽染色后棉織物K／S值 酒石酸鈉是有機鹽，可以生物降解.從表1可看出，在使用有機鹽時，酒石酸鈉染色后棉織物的K／S值最大，選用C4H4O6Na2與其他8種鹽按照摩爾比為1∶1混合使用.鹽的總用量為0.34mol／L，測試織物的K／S值結(jié)果見表2.

表2 C4H4O6Na2與其他8種鹽按照1∶1混合使用時電化學(xué)染色和傳統(tǒng)染色后棉織物的K／S值Table 2 C4H4O6Na2and the 8other kinds of salt with a mixed when using electrochemical dyeing and traditional cotton fabric after dyeing K／Svalue

從表2可以看出，在低鹽情況下，C4H4O6Na2與其他鹽混合使用時，電化學(xué)染色棉織物的K／S值均高于傳統(tǒng)染色，且ΔK／S%值不同.電化學(xué)染色條件下，C4H4O6Na2與Na2SO4染色棉織物的K／S值最大；C4H4O6Na2與有機鹽CH3COONa染色棉織物的K／S值最大，其原因與2.1.1相同.

綜上所述，鹽用量為0.34mol／L，研究9種陰離子基團不同的鈉鹽對活性紅KN－BS的電化學(xué)染色效果的影響，單鹽和混合鹽對應(yīng)染色織物的K／S值都不同；Na2SO4染色織物的K／S值最大，有機鹽中C4H4O6Na2染色織物的K／S值最大；表1與表2相比，C4H4O6Na2與其他鹽復(fù)混合使用對應(yīng)染色織物的K／S值均大于單鹽對應(yīng)染色織物的K／S值，且K／S值增大幅度較大，因此使用混合鹽可以降低活性染料電化學(xué)染棉織物鹽的用量，原因可能是在電化學(xué)條件下，混合鹽的染液pH值更有利于織物的染色.

2.2 染色牢度

2.2.1 單鹽染色后織物的染色牢度 9種鹽用量為0.34mol／L（即NaCl為20g／L），在傳統(tǒng)染色和電化學(xué)染色條件下染色，測試其染色后棉織物的牢度.結(jié)果見表3.

表3 9種鹽電化學(xué)染色和傳統(tǒng)染色后棉織物的色牢度Table 3 The electrochemical dyeing of 9kinds of salt and traditional cotton fabric after dyeing fastness

從表3可以看出，電化學(xué)染色與傳統(tǒng)染色后棉織物的干／濕摩擦牢度和耐洗牢度基本一致.在固色階段，活性染料與織物可以形成共價鍵，因此染色織物的色牢度基本一致.2.2.2 混合鹽染色后棉織物的染色牢度 酒石酸鈉與其他8種鹽按照摩爾比1∶1（0.17mol·L－1／0.17mol·L－1）混合使用時，測試棉織物的K／S值，結(jié)果見表4.

表4 C4H4O6Na2與其他8種鹽按照摩爾比為1：1混合使用時電化學(xué)染色和傳統(tǒng)染色后棉織物的色牢度Table 4 C4H4O6Na2and other 8kinds of salt mixed according to the mole ratio 1∶1when using electrochemical dyeing and fastness of traditional cotton fabric after dyeing

從表4可以看出，電化學(xué)染色與傳統(tǒng)染色后織物的干／濕摩擦牢度和耐洗牢度基本一致.在固色階段，活性染料與纖維反應(yīng)形成共價鍵，因此其染色織物的牢度基本不變.所以電化學(xué)染色工藝與傳統(tǒng)染色工藝織物的色牢度基本一致.

3 結(jié) 論

（1）9種陰離子基團不同的鈉鹽對活性紅KN－BS電化學(xué)染色效果是有影響的；電化學(xué)體系下，9種鹽中Na2SO4效果是最好的，有機鹽中C4H4O6Na2效果最好.

（2）C4H4O6Na2與其他8種鹽按照摩爾比為1∶1混合使用時，可以降低鈉鹽單獨使用時的用量，可實現(xiàn)活性染料的低鹽染色.

（3）9種陰離子不同的鈉鹽活性染料電化學(xué)染深色后棉織物的色牢度基本一致.

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編輯、校對：田莉

Effect of anionicgroups of sodium salt on the electrochemical dyeing of reactive red KN－BS

YUAN Jiao，F(xiàn)AN Zenglu，LI Qing，HONG Xiaoqing，JIAO Huimin，LYU Rong
（School of Textile and Materials，Xi′an Polytechnic University，Xi′an 710048，China）

Sodium with salts types of different anionic groups were used at 30℃to investigate how the anionic groups worked during the electrochemical dyeing（reactive red KN－BS）process.Dyeing technology was that Pt－Ag／AgCl electrode was employed for dyeing，voltage 8V，30℃for 35min，and then the temperature was raised to 60℃at the rate of 1～2℃／min.Then Na2CO3（10g／L）was adopted for fixation lasting for 50min at 60℃.The K／Svalue，dry／wet rubbing fastness as well as soaping fastness of dyed cotton fabrics were also researched，and compared with the traditional dyeing method.The experimental results confirm that the K／Svalues of dyed cotton fabrics under the electrochemical dyeing system are superior to thevalues of traditional technique，and sodium salt of 0.34mol／L is consumed in the aforementioned processes.The K／Svalues are further improved by mixing sodium tartrate with other 8 types of sodium salts according to mole ratio 1∶1（0.17mol·L－1／0.17mol·L－1）.Dry／wet rubbing fastness as well as soaping fastness of dyed cotton fabrics are almost consistent.

anionic groups of sodium salts；electrochemical dyeing；reactive dye；cotton fabrics

TS 193.623

A

1674－649X（2015）05－0523－06

10.13338／j.issn.1674－649x.2015.05.001

2015－02－06

陜西省國際科技合作重點項目（2014KW10－04）；西安工程大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（1532）

樊增祿（1959—），男，陜西省蒲城縣人，西安工程大學(xué)教授，博士，研究方向為紡織品染整技術(shù)及助劑.E－mail：zlfan＠xpu.edu.cn