羽絨染色工藝技術(shù)研究

強(qiáng)濤濤， 趙　靜, 李　娟， 王學(xué)川, 鄭書(shū)杰, 李夢(mèng)函

(1.陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安　710021; 2.天津中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆?天津　300000)

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羽絨染色工藝技術(shù)研究

強(qiáng)濤濤1， 趙靜1, 李娟1， 王學(xué)川1, 鄭書(shū)杰2, 李夢(mèng)函1

(1.陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安710021; 2.天津中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆?天津300000)

摘要：借鑒毛皮染色工藝制定羽絨染色工藝.在高溫條件下采用紅、黃、藍(lán)三種希力F系列毛皮染料對(duì)羽絨進(jìn)行染色，染色后的羽絨經(jīng)過(guò)漂洗、烘干、除塵等工序后，對(duì)其進(jìn)行水洗，之后檢測(cè)水洗廢液中的染料含量，從而確定染料上染率.分別考察染色溫度、染料用量、染色時(shí)間、pH、固色劑用量、固色時(shí)間等因素對(duì)羽絨染色效果的影響，從而確定出最佳羽絨染色工藝.

關(guān)鍵詞：羽絨; 染料; 上染率; 染色工藝

0引言

羽絨是指禽類(lèi)生長(zhǎng)在表皮上被毛片所覆蓋的柔軟而纖細(xì)的絨毛，日常生活中所提到的羽絨，是指在雛鴨、鵝的體表或成鴨、鵝的正羽基部生長(zhǎng)的絨毛[1].由多種氨基酸縮合而成的大分子組成，而這種大分子鏈間存在著多種鍵，如鹽式鍵，二硫鍵，氫鍵等，從而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定.羽朊是組成羽絨纖維主要成分的蛋白質(zhì)，由多種氨基酸縮合而形成.組成羽朊的α-螺旋有20多種，主要存在的α-氨基酸為谷氨酸、天冬門(mén)氨酸、胱氨酸等[2].

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，毛有鱗片層、皮質(zhì)層、髓質(zhì)層3個(gè)組成部分[3]，它吸收染料的主要部位在皮質(zhì)層和髓質(zhì)層中.鱗片層最外層是二十一碳脂肪酸和毛發(fā)的蛋白質(zhì)相互結(jié)合而形成的二十一碳脂肪酸硫代酯，按矩形豎直排列，有疏水的特點(diǎn)，同時(shí)鱗片層也是阻礙化料向纖維內(nèi)滲透的天然“屏障”，有效的減緩了化料滲進(jìn)[4].羽絨纖維的最表面一層是細(xì)胞膜，它由甾醇與三磷酸酯雙分子層膜組成[5]，薄膜的里層是組成羽絨纖維主要成分的蛋白質(zhì)，這一層是吸收染料的主要區(qū)域，因而可以看出羽絨染色需要的條件比毛皮簡(jiǎn)單.染料更易進(jìn)入薄膜中，并且與蛋白質(zhì)進(jìn)行反應(yīng).

染料是能夠使一定顏色附著在纖維上，且不易脫落、變色的物質(zhì).染料根據(jù)其特點(diǎn)又分為酸性染料、直接染料、活性染料、金屬絡(luò)合染料以及氧化染料.其中直接染料可以直接染棉、絲、麻、毛等各種纖維，因而又叫棉染染料.直接性染料主要是大分子的芳香族磺酸鈉鹽，還有一些是羧酸鈉鹽，可以溶于水[6].

染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的檢測(cè)[7]，主要是探討被染色的羽絨在使用或加工過(guò)程中，經(jīng)受水洗之后，染料的褪色程度.因而，可以根據(jù)染色后的羽絨經(jīng)水洗后水洗液中染料含量多少來(lái)評(píng)定染料上染率[8].本文研究彩色羽絨工藝技術(shù)，將水洗過(guò)后的白鴨絨在高溫下采用紅、黃、藍(lán)三種希力F系列毛皮染料[9,10]進(jìn)行染色，再經(jīng)過(guò)漂洗、烘干、除塵等工序后進(jìn)行耐水洗色牢度檢測(cè)，使用單因素法通過(guò)大量的平行試驗(yàn)討論染色溫度、染料用量、染色時(shí)間、pH、固色劑用量、固色時(shí)間等因素對(duì)染色效果的影響，從而確定羽絨染色的最佳工藝條件.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要試劑和儀器

(2)主要儀器：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，UV1000，萊伯泰科儀器有限公司；水浴恒溫振蕩器，SHY-2，金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠(chǎng)；水洗機(jī)，烘干機(jī)，打包機(jī)，小型，杭州良機(jī)羽絨設(shè)備有限公司；離心甩干機(jī)，SS三足式，張家港市通江機(jī)械廠(chǎng)；水浴恒溫鍋， HH-S，金壇市金南儀器制造有限公司；分析天平，C2001V，奧豪斯儀器(上海)有限公司；電子天平， AWH-SK，凱托稱(chēng)重設(shè)備有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，200目，浙江省上虞市大亨橋化驗(yàn)儀器廠(chǎng).

1.2樣品準(zhǔn)備

為了防止羽絨上的粉塵、臟污等雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先對(duì)所用的羽絨進(jìn)行清洗.清洗過(guò)程由無(wú)為東隆羽絨制品有限公司完成，具體操作工藝為：將原毛放入水洗機(jī)中加入洗滌劑和55 ℃的溫水，水量直到可以完全浸濕羽絨為止，洗滌25 min，然后漂洗10次，每次大約6 min，最后加入除臭劑，除臭5 min后出毛.羽絨經(jīng)過(guò)甩干，烘干除塵、打包后取絨分為90%的白鴨絨作為實(shí)驗(yàn)所用樣品原料.

1.3羽絨染色

使用紅、黃、藍(lán)三種顏色在不同條件下對(duì)羽絨進(jìn)行染色，染色工藝為：

(1)取經(jīng)過(guò)洗滌操作后的羽絨35 g，將其裝入3 500 mL的錐形燒瓶中，加入1 g的毛皮勻染劑DL，將1.5 L溫度為75 ℃(或70 ℃)的水加入錐形瓶中，搖晃使得羽絨全部浸濕在液體中，再加入0.2 g (或0.25 g)的希力-F染料，使得羽絨與染料充分接觸后放入數(shù)顯恒溫水浴振蕩器中進(jìn)行染色.染色時(shí)間為30 min(或40 min)，然后用甲酸調(diào)節(jié)pH[11]至3.0，再加入1 g迪力固色劑SLO繼續(xù)固色30 min.

(2)將染過(guò)色的羽絨經(jīng)過(guò)200目的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾，然后漂洗5次，一次3 min，洗去浮色之后將羽絨用紗布包好放入三足式離心機(jī)中甩干10 min.

(3)將甩干后的羽絨加入烘干機(jī)中烘干10 min，再轉(zhuǎn)入除塵機(jī)中除塵10 min，然后打包裝樣以待后續(xù)檢測(cè).

1.4染料與羽絨纖維結(jié)合牢度測(cè)定

取染色后的羽絨2.5 g，加入500 mL蒸餾水，搖晃使其完全浸濕，在水浴振蕩器中常溫震蕩20 min，用200目的篩子過(guò)濾，取其過(guò)濾出的廢水50 mL置于比色皿中，將原料羽絨洗過(guò)的廢水作為空白樣，在一定波長(zhǎng)下用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢測(cè)樣品吸光度[12].

1.5優(yōu)化染色工藝條件

通過(guò)單因素試驗(yàn)，分別考察染色溫度、染料用量、染色時(shí)間、pH、固色劑用量、固色時(shí)間對(duì)染色效果的影響，優(yōu)化出最佳染色工藝條件.

2結(jié)果與討論

2.1溫度對(duì)染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的影響

圖1　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨溫度變化圖

由1圖可以看出，紅色染料與羽絨纖維的結(jié)合牢度隨著溫度的升高逐漸升高，升高至75 ℃時(shí)趨于平緩，因此選擇75 ℃作為紅色染料的最適染色溫度.同理，選擇70 ℃ 作為黃色染料的最適染色溫度，選擇75 ℃作為藍(lán)色染料的最適染色溫度.

2.2染料用量對(duì)染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的影響

圖2為紅、黃、藍(lán)三種染料染色后羽絨水洗液中染料吸光度隨染料用量變化圖.由圖2可以看出，隨著染料用量的增大，紅、黃、藍(lán)三種染料染色的羽絨經(jīng)過(guò)水洗后水洗液中染料吸光度逐漸增大.原因是：染料分子與羽絨纖維的結(jié)合方式是陰離子的染料分子和羽絨纖維上的氨基結(jié)合，當(dāng)染料的量增加到一定程度時(shí)與羽絨纖維上氨基可作用的點(diǎn)已經(jīng)被全部占據(jù)，剩余的染料分子只能吸附在羽絨表面，沒(méi)有形成一定的結(jié)合，從而未結(jié)合的染料易被洗掉[15].綜合羽絨染色后的樣品所需的鮮艷程度以及節(jié)約染料等因素，確定紅色染料的最適染料用量為0.25 g/L，黃色染料的最佳染料用量為0.2 g/L，藍(lán)色染料的最佳染料用量為0.25 g/L.

圖2　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨染料用量變化圖

2.3pH對(duì)染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的影響

圖3為紅、黃、藍(lán)三種染料染色后羽絨水洗液中染料吸光度隨pH變化圖.由圖3可以看出，隨著pH的增大，紅、黃、藍(lán)三種染料染色的羽絨經(jīng)過(guò)水洗后水洗液中染料的吸光度逐漸增大，也就是說(shuō)這三種染料的上染率都是隨著pH的增大而減小.這是由于染料分子和羽絨纖維的氨基結(jié)合，加甲酸降低pH，可以使得羽絨纖維分子的羧基封閉，從而染料分子與氨基結(jié)合更加牢固，且pH越低這個(gè)作用越明顯.圖中三條曲線(xiàn)在pH2.5～3.0之間變化已經(jīng)趨于平緩，為節(jié)約能源，確定pH 3.0作為紅、黃、藍(lán)三種染料染色時(shí)所需pH的最佳操作條件[16].

圖3　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨pH變化圖

2.4固色劑用量對(duì)染料上染率的影響

圖4為紅、黃、藍(lán)三種染料染色后羽絨水洗液中染料吸光度隨固色劑用量變化圖.從圖4可知，隨著固色劑用量的增加，紅、黃、藍(lán)三種染料染色的羽絨經(jīng)過(guò)水洗脫色后水洗液中染料的吸光度呈現(xiàn)出先降低后增大的趨勢(shì)，也就是說(shuō)這三種染料的上染率都是隨著固色劑用量的增大呈先增大后減小的趨勢(shì).原因是：在染色初期，隨著固色劑用量的增加，固色劑與染料接觸越充分，越有利于固色效果的增強(qiáng).固色劑用量繼續(xù)增加，則固色劑分子一部分與染料分子結(jié)合，一部分與蛋白質(zhì)的羧基結(jié)合，繼續(xù)增加固色劑的量，則它與蛋白質(zhì)結(jié)合的速度大于與染料分子的結(jié)合，這樣會(huì)使得部分染料分子不能被結(jié)合而只是依附在羽絨表面，從而造成水洗液中染料分子增加.

圖4　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨固色劑用量變化圖

由圖4可以確定出紅色染料染色時(shí)最佳固色劑用量為1.0 g/L，黃色染料染色時(shí)最佳固色劑用量為0.5 g/L，藍(lán)色染料染色時(shí)最佳固色劑用量為1.0 g/L.

2.5染色時(shí)間對(duì)染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的影響

圖5為紅、黃、藍(lán)三種染料染色后羽絨水洗液中染料吸光度隨染色時(shí)間變化圖.由圖5可知，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，紅、黃、藍(lán)三種染料染色的羽絨經(jīng)過(guò)水洗脫色后水洗液中染料的吸光度呈先降低后升高的趨勢(shì)，也就是說(shuō)這三種染料的上染率都是隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增大后減小的趨勢(shì).原因是：在染色初期，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，染料與羽絨混合的越均勻，羽絨吸附的染料也就越多，越有利于染料與纖維的結(jié)合.繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，結(jié)合不牢固的染料又重新溶解到水里，因此水洗液中的染料濃度又變大了.

由圖5可以確定紅色染料的最佳染色時(shí)間是40 min，黃色和藍(lán)色染料的最佳染色時(shí)間均為30 min.

圖5　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨染色時(shí)間變化圖

2.6固色時(shí)間對(duì)染料與羽絨纖維結(jié)合牢度的影響

圖6為紅、黃、藍(lán)三種染料染色后羽絨水洗液中染料吸光度隨固色時(shí)間變化圖.

圖6　染色羽絨水洗液中染料吸光度隨固色時(shí)間變化圖

由圖6可以看出，隨著固色時(shí)間的延長(zhǎng)，紅、黃、藍(lán)三種染料染色的羽絨經(jīng)過(guò)水洗后水洗液中染料的吸光度變化呈先降低后升高趨勢(shì)，也就是說(shuō)隨著固色時(shí)間的延長(zhǎng)，這三種染料的上染率呈先增大后減小的趨勢(shì).原因是：在染色初期，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，固色劑分散的越均勻，固色劑與染料接觸得越充分，越有利于固色效果的增強(qiáng).當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)至一定程度時(shí)，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，則結(jié)合不牢固的染料又重新溶解到水里，因此水洗液中的染料濃度又變大了.

由圖6可以確定出紅、黃、藍(lán)三種染料的最佳固色時(shí)間均為30 min.

3結(jié)論

(1)毛皮紅F-2R：染色溫度75 ℃，染料用量0.25 g/L，pH3.0，固色劑用量1.0 g/L，染色時(shí)間40 min，固色時(shí)間30 min；

(2)毛皮黃F-GY：染色溫度70 ℃，染料用量0.20 g/L，pH3.0，固色劑用量0.5 g/L，染色時(shí)間30 min，固色時(shí)間30 min；

(3)毛皮藍(lán)F-TB：染色溫度75 ℃，染料用量0.25 g/L，pH3.0，固色劑用量1.0 g/L，染色時(shí)間30 min，固色時(shí)間30 min.

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Study on the down dyeing process

QIANG Tao-tao1, ZHAO Jing1, LI Juan1, WANG Xue-chuan1，ZHENG Shu-jie2, LI Meng-han1

(1.Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry, Ministry of Education, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Petro China Kunlun Gas Co., Ltd., Tianjin 300000, China)

Abstract:The down dyeing process was designed according to the fur dyeing process.The down was dyed with red,yellow and blue dyes from Xi-Li brand at high temperature,respectively.Firstly,the dyed down was treated by rinsing,drying,dusting and other processes,then washed by water,at last,in order to measure the dye-uptake,the dye content in the washing waste was tested.To obtain the optimum process of the down dyeing,the impact of dyeing temperature,dosage of the dyes,staining time,pH,dosage of the fixing agent,fixing time and other factors were investigated.

Key words:down; dyes; dye-uptake; dyeing process

中圖分類(lèi)號(hào)：TS959.16

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-5811(2016)03-0032-05

作者簡(jiǎn)介:強(qiáng)濤濤(1980-)，男，陜西西安人，副教授，博士，研究方向：綠色輕紡助劑

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(2013KCT-08); 陜西科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目; 無(wú)為東隆羽絨制品有限公司羽絨加工工藝項(xiàng)目

收稿日期:2016-01-11