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大黃素對三種聚酯纖維的染色熱力學研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2013-09-03  來源:淮安企業網  瀏覽次數:40

淮安企業網紡織

 一直以來分散染料在聚酯纖維上應用很廣泛文獻報道也很多,但是最近研究發現合成染料對人體皮膚有刺激作用甚至導致皮膚病及誘發癌等,其中以分散染料尤為突出。隨著人們環保意識的增強及各項環保法規的逐步完善,合成染料面臨著諸多考驗。而天然染料以其獨特的無毒、無害、對皮膚無過敏性和致癌性.且有較好的生物降解性而重新回到人們的視野中在全球性綠色革命浪潮的影響下,天然染料又開始被世人所重視。

  大黃素是一種傳統中草藥大黃的有效成分,分子式如下:

  大黃素具有較強的抗菌消炎作用,用大黃素對織物進行染色,可能會對穿著者起到一些治療保健的作用。在消費者普遍追求綠色天然保健的今天,研究天然染料用于合成纖維的染色具有重要意義。本文用大黃素對PLA、PTT、PET三種纖維進行染色熱力學試驗,旨在探討大黃素對這三種纖維的染色機理。

  1實驗部分

  1.1材料及儀器:

  纖維:83.3dtex/36f PLA纖維、83.3dtex/36f PTT纖維、75.5dtex/24f PET纖維染料:98%天然大黃素(淮安巍偉植化研究所)

  藥品:碳酸鈉,氫氧化鈉,丙酮,醋酸,DMF(均為分析純),精練劑(實驗室自制),皂片,平平加0(市售)。

  儀器:DHG一9070A型上海恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司),數顯恒溫水浴鍋HH一6(國華電器有限公司),玻璃儀器氣流烘干器(鞏義市領科儀器廠),MP200A型電子天平(上海第二天平儀器廠),PHS-2C型精密酸度計(上海雷磁儀器廠),IR一12SM型紅外染色機(臺灣瑞比染色試機有限公司),Shimadzu UV-2550雙光束紫外可見分光光度計

  1.2大黃素穩定性測試:

  1.2.1酸堿穩定性測試

  分別配置不同pH值的緩沖溶液,用pH值為3—11的緩沖溶液精確配置0.04g/L的大黃素水溶液。觀察顏色變化,并用紫外分光光度計掃描。

  1.2.2溫度穩定性測試

  精確配制濃度為0.02g/L、pH值為5的大黃素水溶液。分別在室溫、100℃、120℃下恒溫2h,快速冷卻至室溫觀察顏色變化,進行光密度測試。

  1.3染色工藝

  1.3.1前處理:

  將紗線潤濕后于1g/L碳酸鈉、1g/L精練劑,95℃條件下精練60min,然后用60℃熱水洗,再冷水洗,晾干。

  1.3.2染色

  染液配方:

  大黃素(O.W.f)%X

  平平加O 1g/L

  pH 5

  浴比1:1000

  染液的配制:用丙酮作為溶劑配制大黃素母液,在染杯中精確移入所需量的染料母液,然后依次加入勻染劑、水。于90℃長時間加熱,除去染液中的丙酮,然后補加水。

  1.3.3標準工作曲線的繪制

  DMF溶液作為溶劑配置0.1g/L染料母液,分別移取4ml,6ml,10ml,12ml,16ml,20ml定容至25ml容量瓶中,進行光密度測試。

  1.3.4吸附等溫線的繪制

  吸附等溫線試驗按上述方法配制不同濃度染液預先加熱至80℃,快速投入纖維,以3℃/min的速率升溫至90℃、100℃或110℃,為使染色達到平衡,染浴保溫4 h。染畢,取出纖維,用冷水洗滌,再于50℃水洗10 min,然后冷水洗,晾干。

  1.3.5測試方法

  采用DMF于40℃(PLA纖維)或130℃(PTT、PET纖維)下萃取染色纖維上的染料,直至纖維無色。最后用DMF對萃取液定容,Shimadzu UV-2550雙光束紫外可見分光光度計測定萃取液吸光度;按標準工作曲線計算萃取液的染料濃度。根據萃取液中染料濃度和纖維重量計算纖維吸收的染料量Df,根據染浴中投加染料量與纖維吸收的染料量之差確定染色殘液中的染料濃度Ds。

  2結果和討論

  2.1大黃素的穩定性

 

  圖1室溫時大黃素在不同pH值條件下的穩定性圖2 pH=5時大黃素在不同溫度下的穩定性由圖1能看出大黃素在酸性條件下是相當穩定的隨著PH值逐漸增大到中性時,大黃素開始慢慢發生變化最大吸收波長逐漸偏移,當pH值變為堿性時吸收譜圖已完全改變,產生了明顯的色變,這可能是由于大黃素分子結構巾含多個羥基,在堿性介質中羥基離子化造成的。所以染色時應選擇在酸性條件下進行。

  另外,由圖2可知,大黃素的熱穩定性也是非常出色的即使在120℃的高溫下也未發生分解,由此可見大黃素適合在高溫條件下對聚酯類纖維進行染色。

  2.2標準工作曲線:

  圖3大黃素標準工作曲線

  大黃素標準工作曲線如圖1所示,由訃算機擬合得直線方程為A=33.875c(A為吸光度,C為質量濃度g/L),回歸系數為R2=0.9921。2.3吸附等溫線:

  圖4 PLA纖維吸附等溫線

      圖5 PET纖維吸附等溫線

  圖6 PTT纖維吸附等溫線

  由以上圖4.6可知,三種纖維對大黃素的吸附等溫線都是線性的,均屬于Nernst分配型,分配系數是常數,線性關系可通過回歸方法來檢驗,這類似于聚酯纖維對分散染料的吸附性質,因此染色屬分配機理.可用以下公式計算標準親和力、染色熱、染何熵:

  在一定溫度范圍內,△H°作為恒定,將-△μ°對T的關系作圖可得一直線(如圖7),從直線的斜率可求得△S,從直線的截距可求得△H。

  圖7-△μ0o對T的關系作圖

  表1列出了不同溫度下的分配系數K及一些熱力學數據,從表1可以看出三種纖維的分配系數、染色親和力都隨溫度的升高而增大,三種纖維的染色熱、染色熵均為正值。

  對于PLA和PTT纖維,分配系數雖隨溫度提高而逐漸增大但變化的幅度卻不是很大,而對于PET而言,在溫度從90℃升高到110℃時分配系數發生了巨大的變化。這可能主要是由于PET纖維本身分子結構較為緊密,并且Tg溫度相對較高,隨著溫度的升高,纖維內分子運動加劇,纖維內部自由體積增大更有利于染料在纖維內部擴散,溫度對分配系數的影響較大。PLA和PTT纖維的Tg溫度相對較低,溫度在90℃時內部的自由體積可能都已接近最大值所以分配系數升高的幅度不大。

  表1大黃素上三種纖維的熱力學數據

  縱觀這三種纖維,大黃素對PLA的親和力最低,PTT最高,PET居中。

  3結論

  (1)大黃素對PLA、PTT、PET纖維的吸附符臺Nemst吸附模型,即大黃素在纖維上的含量與染浴中的質量濃度服從享利定律,與分散染料染色規律相似。

  (2)大黃素對PTT的親和力較高,對PLA纖維的親和力較其它兩種纖維都低,可能與PLA纖維自身的分子結構有關。

 

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