壳聚糖在活性染料低盐染色中的应用

曹高飞

（西安交通工程学院,西安 710300）

壳聚糖在活性染料低盐染色中的应用

曹高飞

（西安交通工程学院,西安 710300）

传统活性染料浸染棉织物时，染料利用率低，染色残液中会含有大量的中性电解质NaCL，染色废水中含有的此电解质很难被从中分离，会对环境造成很大的污染，同时加大企业对染色和水处理的成本。本研究通过甲壳质脱乙酰基化制备的壳聚糖助剂对棉织物进行化学改性，在棉纤维大分子上引入阳离子基，降低了活性染料与棉织物之间的库仑斥力，提高了活性染料对棉织物的上染率，同时实现了棉织物活性染料低盐染色。

壳聚糖；改性；棉织物；活性染料；染色

1 活性染料染棉的盐效应及其存在的问题

活性染料中含有能够与纤维发生反应形成共价键的活性基，染色过程中它与纤维发生化学键合[1]。染色初期，活性染料先溶于水，染料随着水分子进入纤维内部。染色过程中，染料向纤维内部开始慢慢扩散，并与纤维发生化学反应，此外，还有部分染料伴随着水解，水解的染料也能够被纤维所吸附[2]。在活性染料染棉织物过程中，无机盐氯化钠的加入起到促染的作用，进一步来提高染料的利用率。在碱性水溶液中，棉纤维表面带负电荷，而活性染料也带负电，之间存在的斥力阻止了染料与纤维之间的吸附。当加入中性电解质后，电解质会电离出的钠离子中和纤维上的负电荷起电荷屏蔽作用，减少了染料阴离子与纤维负电荷的库仑斥力，有助于染料向纤维表面的吸附扩散，提高了活性染料的上染速率，起到促染作用。但染液中电解质的存在会使得染料胶素的动电层电位降低，染料就会发生聚集，当聚集达到一定程度就会以沉淀形式析出，导致染色不匀[3]。从保护环境角度来讲，含有高浓度盐的印染废水如果直接排放到江河湖泊中会导致水质的改变，生态环境也会被破坏[4]。盐分的高渗透性会引起江河周围的土质出现盐碱化，降低了沿岸农作物的产量。因此为倡导国家建设资源节约型，环境友好型社会的理念，要设法降低活性染料染色过程中的中性电解质的用量，实现低盐或是无盐染色。要达到此目的，除了研究开发新型活性染料以适合低盐染色外，还可以通过化学的方法对棉织物进行改性，在棉纤维表面引入阳离子基团，减小了染色过程中染料阴离子与纤维表面之间的库仑力，从而提高活性染料的上染率，同时可以降低促染剂无机盐的用量。

2 甲壳质和壳聚糖的结构、性质及制备

甲壳质由2-乙酰胺-2脱氧葡萄糖单体通过β-（1,4）连接起来的直接多糖，是一种天然的高分子化合物，主要存在于昆虫类或虾、蟹等甲壳类的外壳中，自然界中分布广泛，成本低廉。甲壳质最早是被法国人发现和研究的，随着人们对保护环境意识的提高，那么在印染行业开发环保型助剂已迫在眉睫[5,6]。甲壳素能够溶于浓硫酸、盐酸、磷酸和无水甲酸，但主链同时伴随着降解，不溶于水、浓碱、稀酸和碱、一般的有机溶剂。甲壳质经脱乙酰化转变为壳聚糖，溶解性能得到了很大程度的改善。壳聚糖在水和碱溶液中不发生溶解，当遇到稀的硝酸、盐酸等无机酸或大部分有机酸时，其大分子链会发生缓慢的分解，溶液黏度会慢慢有所降低[7]。其实质是壳聚糖分子链上游离的氨基有一对未被结合的电子，在水中此氨基呈弱碱性，会和水中的一个氢质子结合，使壳聚糖转变为带阳离子的电解质，是一种高分子的阳络离子，或叫做一种高分子盐。这些阳离子的产生使得壳聚糖分子间和分子内的氢键被破坏，得到能够溶于水的壳聚糖盐。

3 壳聚糖在活性染料低盐染色中的应用

活性染料按照浸染工艺曲线染色棉织物中，加入了大量的无机盐电解质氯化钠，以促进活性染料对棉纤维的有效吸附。为了降低染色过程中无机盐对染色成本的负担和环境的破坏，提高活性染料染棉的染色效率，我们对棉纤维进行化学改性，即对纤维阳离子化，使其对活性染料具有更高的亲和力。因此将壳聚糖采用浸染的工艺流程整理在棉纤维上，将活性染料浸染经过壳聚糖预处理的棉织物时，在染料上染阶段染液呈现弱酸性，使壳聚糖分子中的部分氨基质子化，在分子中形成带正电的NH3+基团，会降低棉纤维表面的负电荷，在活性染料染色过程中降低了染料阴离子对棉纤维表面的库仑斥力，促进了活性染料阴离子离开染浴向织物上转移，进而提高了活性染料的上染速率，上染百分率从而增大，实现了染色增深的效果[8,9]。因此，从理论上讲，壳聚糖改性棉织物后进行活性染料染色，不仅可以提高染料的上染率，达到增深效果，而且可以降低染浴中无机盐的用量，实现低盐染色[10]。另外在固色阶段，在染浴中加入纯碱时，对染料吸附固着在织物上也有所提高，因而也提高了固着率。

4 结论

本文采用了甲壳质经脱乙酰化制备的壳聚糖对棉织物进行化学改性，使其棉织物表面带正电，在活性染料染色过程中，降低了染料与棉织物之间的库仑斥力，加大了亲和力，提高了染料的可染性，上染率提高，使得在加入很少无机盐氯化钠的基础上，染色效果依然很好，实现了壳聚糖在活性染料染色中的低盐染色。同时本研究中的染色工艺也达到了染色废水清洁化、减少环境污染、节约染料的目的，这是一项对环境保护的有关课题研究有着重大意义。

[1]宋心远.活性染料染色进展[J].上海染料,2002,30（05）：8-10.

[2]宋心远.活性染料染色进展[J].上海染料,2002,3（04）：60-63.

[3]王菊生主编.染整工艺原理（第三册）[M].北京：纺织工业出版社,1984.

[4][日]黑木宣彦著,陈水林译.染色理论化学[M].北京：纺织工业出版社,1981第一版.

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[6]蒋挺大.壳聚糖[M].北京：化学工业出版社,2001.

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[8]马海涛,袁琴华.壳聚糖在活性染料染色中的应用[J].上海纺织科技,2001,29（01）：45-46.

[9]陈莉.智能高分子材料[M].北京：化学工业出版社,2005（01）：77-110.

[10]宋心远.活性染料染色近年进展[J].染整科技,2002（01）：45-50.