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廢棄羽毛蛋白改性棉織物萘醌型天然染料的染色工藝

2018-04-08 11:16源,紅,
關(guān)鍵詞:天然染料棉織物交聯(lián)劑

高   源, 李   紅, 姜 凱 燊

( 大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

棉織物是應(yīng)用最廣泛的服用面料之一。天然染料相比化學(xué)染料有較多優(yōu)勢。但是天然染料對棉纖維上染率低,色牢度差。廢棄的禽類羽毛含有豐富的蛋白,將蛋白提取出并負(fù)載到棉織物上使其帶有蛋白織物的特征基團(tuán),實(shí)現(xiàn)天然染料上染棉織物。

萘醌類化合物具有抗紫外線、殺菌、抗癌等功能,因此成為研究的新亮點(diǎn)[1]。目前國內(nèi)外多利用萘醌型天然染料上染蛋白質(zhì)、滌綸等纖維,并且多用重金屬媒染劑且染色效果較差[2]。目前,未見將羽毛蛋白改性棉織物用于萘醌型天然染料染色的研究。本實(shí)驗(yàn)使用的染料是一種重要的天然萘醌類染料,富含于指甲草中,發(fā)色基團(tuán)為2-羥基-1,4-萘醌[3]。通過羽毛蛋白提取物對棉織物進(jìn)行改性,以期在提高該染料對棉織物染色性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物回收利用和防止重金屬污染。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料:純棉漂白織物,廢棄禽類羽毛,交聯(lián)劑EH,上海天壇助劑有限公司;鹽酸、亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、萘醌型天然染料等,分析純。

儀器:SW-12A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī),Color-Eye 7000A測色配色儀,6400分光光度計(jì),Y571B摩擦色牢度儀,Nexus 870傅里葉變頻紅外光譜儀。

1.2 方 法

1.2.1羽毛蛋白的提取

在羽毛質(zhì)量與氫氧化鈉質(zhì)量比12.5∶1、浴比1∶15、80 ℃下處理2 h,對溶液進(jìn)行過濾并中和再離心沉淀得到提取物[4]。

1.2.2棉織物的改性

10~20 g/L交聯(lián)劑與2 g/L氫氧化鈉溶液以質(zhì)量比1∶1混合,加入0.1%~0.5%提取物得到改性液,將2 g棉織物置于500 mL改性液中,于40~80 ℃處理20~100 min并水洗,晾干。

1.2.3改性棉織物的染色

染色條件:染料用量5%,pH 6,浴比1∶30,溫度70 ℃,染色60 min。

1.3 結(jié)果鑒定

采用溴化鉀壓片法,對羽毛蛋白改性前后的棉織物進(jìn)行紅外光譜分析。按文獻(xiàn)[5]方法測定各組織物染色后的表觀得色深度(K/S)。采用染色殘液法[6]測定空白染液與染色殘液的吸光度。耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997 紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味葴y定;耐洗色牢度按GB/T 3921—2008 紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味葴y定。

2 結(jié)果與討論

2.1 羽毛蛋白對棉織物的改性機(jī)理

羽毛蛋白提取物結(jié)構(gòu)中含有許多氨基、羧基等極性基團(tuán)和極性鍵,交聯(lián)劑EH中含有的環(huán)氧基在堿性條件下可與蛋白提取物上的多種基團(tuán)以及棉纖維上的羥基反應(yīng),從而使蛋白質(zhì)負(fù)載到棉纖維上[7]。

2.2 染色機(jī)理

纖維素纖維經(jīng)改性之后,未和交聯(lián)劑反應(yīng)的蛋白分子鏈上的氨基在酸性染液中帶正電荷,與帶負(fù)電荷的萘醌型陰離子染料之間產(chǎn)生電荷引力,形成離子鍵,因此萘醌染料和蛋白改性纖維素纖維之間的結(jié)合力除了氫鍵、范德華力之外,還形成了結(jié)合力較強(qiáng)的離子鍵。

2.3 紅外光譜分析

由圖1可以看出,1 236 cm-1處振動(dòng)峰消失,808 cm-1處出現(xiàn)新振動(dòng)峰,這是交聯(lián)劑與纖維素分子反應(yīng)生成的C—O—C。1 552 cm-1處是酰胺的特征吸收峰,是交聯(lián)劑與蛋白中氨基反應(yīng)生成C—N的振動(dòng)峰,1 650 cm-1處是酰胺譜帶中—CO— 振動(dòng)峰。由此推測羽毛蛋白分子接枝到棉纖維上。

圖1 改性前后棉纖維的紅外光譜

2.4 改性工藝

2.4.1羽毛蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對織物表觀得色深度的影響

當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度20 g/L、改性溫度70 ℃、改性時(shí)間60 min時(shí),織物K/S變化如圖2所示,因此選擇羽毛蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%。

2.4.2交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對織物表觀得色深度的影響

當(dāng)羽毛蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%、改性溫度70 ℃、改性時(shí)間60 min時(shí),織物K/S變化如圖3所示,因此交聯(lián)劑的最佳質(zhì)量濃度為20 g/L。

2.4.3改性溫度對織物表觀得色深度的影響

當(dāng)羽毛蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度20 g/L、改性時(shí)間60 min時(shí),織物K/S如圖4所示,因此改性溫度選擇70 ℃。

圖2 羽毛蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對K/S的影響

圖3 交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對K/S的影響

圖4 改性溫度對K/S的影響

2.4.4改性時(shí)間對織物表觀得色深度的影響

當(dāng)羽毛蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度20 g/L,改性溫度70 ℃時(shí),織物K/S變化如圖5所示,因此交聯(lián)改性時(shí)間選擇 60 min。

圖5 改性時(shí)間對K/S的影響

2.5 染色性能

在最優(yōu)改性條件下對棉織物進(jìn)行染色,得到染品K/S與上染率分別為4.68和46%,未改性染品K/S與上染率分別為1.24和19%。由表1可知,經(jīng)羽毛蛋白改性后的棉織物比未改性的織物色牢度有了明顯提高。

表1 改性前后織物的染色性能Tab.1 Fastness properties before and after modification

3 結(jié) 論

紅外光譜測試結(jié)果表明,經(jīng)廢棄羽毛提取的蛋白通過交聯(lián)劑負(fù)載到了棉織物上。棉織物的最優(yōu)改性工藝為蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%,交聯(lián)劑質(zhì)量濃度20 g/L,改性溫度70 ℃,改性時(shí)間60 min。

蛋白改性后的棉織物對萘醌型天然染料的染色性能得到提升,K/S從1.24提高到4.86,上染率從19%提升到46%。改性后染品的耐洗牢度均在4級(jí)以上,干摩擦牢度達(dá)到了4~5級(jí)。

參考文獻(xiàn):

[1] 姜洪芳,孫鋼,張莉,等.鳳仙花葉片提取物及萘醌類物質(zhì)抑菌活性研究[J].中國野生植物資源,2016,35(6):24-26.

[2] 董杰,董超萍,夏建明.改性棉織物的核桃皮植物染料染色[J].印染,2014,40(3):24-27.

[3] 郝洪順,楊陽,秦磊,等.用海娜花天然染料為敏化劑制備納米TiO2太陽能電池[J].人工晶體學(xué)報(bào),2014,43(1):116-121.

[4] 陳忱,何雄飛,曾潤穎.羽毛角蛋白提取工藝及應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].生物學(xué)雜志,2015,32(4):73-76.

[5] ALEBEID O K, ZHAO T, SEEDAHMED A I. Dyeing and functional finishing of cotton fabric using Henna extract and TiO2nano-sol[J]. Fibers and Polymers, 2015, 16(6): 1303-1311.

[6] 喻勝飛,劉元,李賢軍,等.活性藍(lán)染料結(jié)構(gòu)與楊木單板染色性能的關(guān)系[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(2):114-118.

[7] 劉元軍,趙曉明,梁騰隆.陽離子生物蛋白衍生物固色劑的合成及應(yīng)用[J].印染助劑,2016,33(3):18-23.

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