提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维

摘要

一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，涉及纺织品染整技术领域，该染整方法首先对木棉纤维进行等离子体表面改性处理，其次采用壳聚糖季铵盐对木棉纤维进行阳离子改性处理，再进行染色。该染整方法工艺简单，减少化学药品的使用，减少污染，成本低，而且减少对木棉纤维的损伤，提高木棉纤维的染色性能，并保留了纤维的保暖和抗菌等优良性能，不改变其力学性能。本发明还提供一种染色木棉纤维，其染色性能好，力学性能好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺织品染整技术领域，且特别涉及一种提高木棉 纤维染色性能的染整方法及染色木棉纤维。

背景技术

木棉属天然纤维素纤维，木棉纤维外观主要有白、黄、黄棕色三 种颜色，纤维长约8-32mm，直径约20-45μm；纵向外观呈圆柱形， 表面光滑；中段较粗，具有独特的薄壁大中空结构。木棉纤维具有一 些特殊的理化性能，主要有：木棉纤维有着高达80％-90％的中空度， 是最理想的保暖材料；木棉纤维的线密度为0.4-0.7dtex，仅为棉纤维 的1/2，是目前生态纤维中最细、最轻的纤维，而且木棉纤维表面光 滑；木棉纤维具有极佳的吸湿性能，但其吸水性差，水洗后干燥速度 极快。

染整指对纺织材料(纤维、纱线和织物)进行以化学处理为主的工 艺过程，现代也通称为印染。虽然木棉纤维是一种具有许多出众性能 的纯天然纤维，但长期以来常见的活性染料对于木棉纤维的上染率较 低，主要可能有以下两个方面原因。

一方面，由木棉纤维的成分上来看，活性染料主要依靠与纤维中 的纤维素的羟基键合，达到上染纤维的目的，但木棉纤维成分中的纤 维素含量低于50％，木质素含量在20％左右，纤维素含量少，因此 羟基相对较少。而且木棉纤维表面还含有大量的蜡质、半纤维素，使 纤维素的部分羟基被阻，导致了活性染料在木棉纤维上的上染率较 低，木棉纤维的染色性能不佳。

另一方面，从木棉纤维结构上来看，木棉纤维表面高度光滑，木 棉纤维与水的接触角为117°，与柴油的接触角为13°，具有疏水亲 油性，溶有活性染料的染液不易吸附到木棉纤维表面，导致活性染料 难以上染，木棉纤维的染色性能不佳。

综合上述两方面原因，要想提高木棉纤维的染色效果，必须对木 棉纤维进行前处理，以去除纤维内影响染色的杂质。传统的前处理方 式是采用碱处理，但是因为木棉纤维细胞壁较薄，碱处理会使木棉纤 维由圆柱形截面渐渐呈扁平状，纤维空腔表现出被压溃的现象，导致 木棉纤维的力学性能有所下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高木棉纤维染色性能的染整方法， 先对木棉纤维进行等离子体表面改性处理及壳聚糖季铵盐阳离子改 性处理，再染色，能提高木棉纤维的染色性能，工艺简单，成本低， 能减少污染。

本发明的另一目的在于提供一种染色木棉纤维，其染色性能好， 力学性能好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其包括：

将洗净干燥后的木棉纤维进行等离子体表面改性处理，得到第一 改性木棉纤维；

采用壳聚糖季铵盐配制改性溶液，并将第一改性木棉纤维浸渍于 改性溶液中进行接枝整理，得到第二改性木棉纤维；以及

采用活性染料对第二改性木棉纤维进行染色。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述采用等离子发生器对木 棉纤维进行等离子体表面改性处理。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述等离子表面改性处理的 工作气压为1个大气压，等离子表面改性处理的电子温度为10³-10⁵K， 等离子表面改性处理的处理时间为45-120s。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述制备壳聚糖季铵盐的方 法是：将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异 丙醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30-90min后，加入2， 3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述改性溶液是将壳聚糖季 铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO₃水溶液中配制而成，改性溶液中 壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％-1.2％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述接枝整理的浴比为 1:35-1:45。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述接枝整理的温度为 50-80℃，接枝整理的时间为40-60min。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述染色的方法是：将活性 染料配制成质量浓度为2-4％的染液，将第二改性木棉纤维浸入染液 中进行入染，入染时间为10-30min，在染液中加入硫酸钠进行促染， 促染时间为30-90min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间 为30-90min，染色后自然降温，洗净烘干。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述染色的浴比为 1:80-1:120；染色的温度为30-70℃。

一种染色木棉纤维，采用上述提高木棉纤维染色性能的染整方法 进行处理、染色得到。

本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法及染色木棉 纤维的有益效果是：本发明实施例采用环境友好的等离子技术对木棉 纤维进行等离子体表面改性处理，并结合环境友好的壳聚糖季铵盐对 木棉纤维进行阳离子改性前处理，该染整方法工艺简单，减少化学药 品的使用，减少污染，成本低，而且减少对木棉纤维的损伤，提高了 活性染料染色的上染率，提高木棉纤维的染色性能，并保留了纤维的 保暖和抗菌等优良性能，不改变其力学性能，制得的染色木棉纤维染 色性能好，力学性能好。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对 本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明 具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪 器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法及染 色木棉纤维进行具体说明。

一种提高木棉纤维染色性能的染整方法，其包括：

S1等离子改性：将洗净干燥后的木棉纤维进行等离子体表面改 性处理，得到第一改性木棉纤维。

本实施例优选采用等离子发生器对木棉纤维进行等离子体表面 改性处理，等离子发生器的主要工作原理是将低电压通过升压电路升 至正高压及负高压，利用正高压及负高压电离空气(主要是氧气)产 生大量的正离子及负离子，等离子发生器具体选用购买的型号QH350 常温常压等离子发生器，等离子发生器的等离子体气氛为空气，并采 用电晕放电产生等离子。等离子发生器的功率为300-550w，板间距 为4.5mm。

本实施例中，等离子表面改性处理的工作气压为1个大气压，等 离子表面改性处理的电子温度为10³-10⁵K，等离子表面改性的处理时 间为45-120s。

本实施例中，采用QH350常温常压等离子发生器对木棉纤维进 行等离子体表面改性处理时，等离子发生器产生的低温等离子体中的 粒子能量一般约为几个至十几电子伏特，该能量大于聚合物材料的结 合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以破裂材料有机大分子的化 学键，形成新键，但该能量远低于高能放射性射线，只作用材料表面， 不影响材料的性能。当材料处于非热力学平衡状态下的低温等离子体 中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高中 性粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室 温，这些优点为热敏性高分子聚合物材料表面改性提供了适宜的条 件。通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变 化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团， 使材料的亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能均得到改 善。因此，通过等离子改性技术仅仅对纤维表面进行刻蚀，减少碱的 用量，减少了对纤维的伤害。

S2阳离子改性：采用壳聚糖季铵盐(阳离子改性剂)配制改性 溶液，采用浸渍工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接 枝整理，得到第二改性木棉纤维。

本实施例中，阳离子改性剂选用天然高分子材料衍生物——壳聚 糖季铵盐，这种助剂既保持了壳聚糖原有的生物相容性、无毒、可生 物降解和成膜性等，又在溶解性、抑菌性、保湿性和絮凝性等方面有 了明显的改善与提高。首先通过等离子改性技术去除木棉纤维表面的 蜡质，对表面形成刻蚀，产生了大量的羟基、氨基等亲水性基团，提 高阳离子改性时阳离子改性剂与木棉纤维结合的作用力，有效减少或 消除纤维上负电荷效应，从而提高纤维吸附染料的能力，以提高活性 染料在木棉纤维上的上染率和固色率等染色性能。

具体地，制备壳聚糖季铵盐的方法是：将分子量为4.5-5.5万、 脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙醇溶液中，置于超声波清洗 器中振动反应30-90min后，加入2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，抽滤 烘干，作为阳离子改性剂。

具体地，改性溶液是将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的 NaHCO₃水溶液中配制而成，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为 0.5％-1.2％。接枝整理时的浴比为1:35-1:45，接枝整理的温度为 50-80℃，接枝整理的时间为40-60min。

S3染色：采用活性染料对第二改性木棉纤维进行染色。

染料选择国内最普遍的活性染料类型X型、K型及KN型。

染色的具体方法是：将活性染料配制成质量浓度为2-4％的染液， 将第二改性木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为10-30min， 在染液中加入硫酸钠(促染剂)进行促染，促染时间为30-90min， 再在染液中加入碳酸钠(固色剂)进行固色，固色时间为30-90min， 染色后自然降温，洗净烘干。本实施例中，染色的浴比为1:80-1:120； 染色的温度为30-70℃。

本发明还提供一种木棉纤维，采用上述提高木棉纤维染色性能的 染整方法进行处理、染色得到。

以下结合实施例和对比例对本发明的特征和性能作进一步的详 细描述。

实施例1

实施例1提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：

将洗净干燥后的木棉纤维放入等离子发生器中进行等离子体表 面改性处理，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时间 为45s，得到第一改性木棉纤维。

将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙 醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应30min后，加入2，3-环氧 丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。

将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO₃水溶液中配制成 改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.5％，采用浸渍 工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整 理时的浴比为1:35，接枝整理的温度为50℃，接枝整理的时间为 40min，得到第二改性木棉纤维。

将X型活性染料配制成质量浓度为2％的染液，将第二改性木棉 纤维浸入染液中进行入染，入染时间为10min，染色的浴比为1:80， 染色的温度为30℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为 30min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为30min，染色 后自然降温，洗净烘干。

实施例2

实施例2提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：

将洗净干燥后的木棉纤维放入等离子发生器中进行等离子体表 面改性处理，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时间 为120s，得到第一改性木棉纤维。

将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙 醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应90min后，加入2，3-环氧 丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。

将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO₃水溶液中配制成 改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为1.2％，采用浸渍 工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整 理时的浴比为1:45，接枝整理的温度为80℃，接枝整理的时间为 60min，得到第二改性木棉纤维。

将KN型活性染料配制成质量浓度为4％的染液，将第二改性木 棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为30min，染色的浴比为1:120； 染色的温度为70℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为 90min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为90min，染色 后自然降温，洗净烘干。

实施例3

实施例3提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：

将洗净干燥后的木棉纤维放入QH350常温常压等离子发生器中 进行等离子体表面改性处理，等离子发生器的功率为300-550w，板 间距为4.5mm，等离子体表面改性处理的气压为1个大气压，处理时 间为90s，得到第一改性木棉纤维。

将分子量为4.5-5.5万、脱乙酰度为85％-95％的壳聚糖溶入异丙 醇溶液中，置于超声波清洗器中振动反应60min后，加入2，3-环氧 丙基三甲基氯化铵，抽滤烘干，作为阳离子改性剂。

将壳聚糖季铵盐溶于质量浓度为4％的NaHCO₃水溶液中配制成 改性溶液，改性溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为0.8％，采用浸渍 工艺，将第一改性木棉纤维浸渍于改性溶液中进行接枝整理，接枝整 理时的浴比为1:40，接枝整理的温度为65℃，接枝整理的时间为 50min，得到第二改性木棉纤维。

将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将第二改性木 棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为1:100； 染色的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为 45min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min，染色 后自然降温，洗净烘干。

对比例1

对比例1提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：

将木棉纤维置于烧碱溶液中，控制温度为95℃进行碱处理2h， 水洗烘干。

将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将碱处理后的 木棉纤维浸入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为 1:100；染色的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时 间为45min，再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min， 染色后自然降温，洗净烘干。

对比例2

对比例2提供一种染色木棉纤维，采用下述染整方法制得：

将KN型活性染料配制成质量浓度为3％的染液，将木棉纤维浸 入染液中进行入染，入染时间为15min，染色的浴比为1:100；染色 的温度为60℃，在染液中加入硫酸钠进行促染，促染时间为45min， 再在染液中加入碳酸钠进行固色，固色时间为60min，染色后自然降 温，洗净烘干。

产品性能评测：

一、对比实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2 的染色木棉纤维的染色效果(上染率)，结果如下：

实施例3＞实施例2＞实施例1＞对比例1＞对比例2，而且实施 例1、实施例2、实施例3的染色木棉纤维的染色效果明显优于对比 例1、对比例2的染色木棉纤维的染色效果，说明采用本发明实施例 的染整方法能提高木棉纤维的染色性能，这是因为采用本发明实施例 的技术方案，降低了碱的使用，对木棉纤维的力学性能影响较小，在 一定程度上解决了木棉纤维染色性能较低的问题。

二、通过显微镜分别观察实施例1、实施例2、实施例3、对比 例1、对比例2的染色木棉纤维的结构，发现实施例1、实施例2、 实施例3和对比例2的染色木棉纤维未变形，仍为圆柱形；而对比例 1的染色木棉纤维呈扁平状，部分纤维空腔已被压溃，说明采用本发 明实施例的染整方法不会影响木棉纤维的力学性能。

综上所述，本发明实施例的提高木棉纤维染色性能的染整方法能 提高木棉纤维对于活性染料的染色性能，工艺简单，成本低，能减少 污染，而且制得的染色木棉纤维染色性能好，力学性能好。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范 围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。