一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法
2023-05-17 22:21:11 2
專利名稱：一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法
技術領域：
本發明屬於功能紡織材料技術領域，涉及一種棉纖維染色與改性的方法，具體涉及一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法。
背景技術：
納米二氧化鈦是一種十分重要的無機半導體材料，其獨特的紫外線屏蔽能力、光催化活性和顏色效應使它一經面世而倍受青睞，在防曬、殺菌、廢水處理、環保和汽車工業等方面有著廣闊的應用前景。利用納米二氧化鈦耐高溫、難分解、無毒、功能持久以及與聚合物相容性較好等特性，可以製備出具有多種功能的紡織纖維和織物。納米二氧化鈦的製備方法主要包括氣相法、液相法和固相法。相比之下，液相法具有合成溫度低、設備簡單、易操作等優點。液相法主要有液相沉澱、溶膠-凝膠、微乳液和水熱等方法，其中水熱法製備出的納米晶體具有晶粒發育完整，粒度小，分布均勻，顆粒團聚較輕等優點，而且晶粒物相和形貌可以控制。目前有關使用活性染料和鈦酸四丁酯在水熱條件下對棉纖維進行染色改性的研究還沒有涉及。對紡織材料進行表面改性方法主要有兩種:一是製備含有納米顆粒的功能性纖維，即在紡絲過程中將納米顆粒分散在紡絲原料中紡成纖維，其優點是性能持久，缺點是納米顆粒與聚合物材料親和性差，納米顆粒分散不均勻，團聚現象嚴重，大部分納米顆粒包埋在纖維基體內部，而纖維表面的納米顆粒很少，因此不能很好地發揮納米顆粒的性能，材料的功能性大幅度下降；二是採用後整理工藝將納米顆粒整理到纖維或織物表面，通常使用粘合劑和助劑等將納米顆粒粘附在纖維或織物表面，因此也同樣面臨著納米顆粒團聚的問題，而且整理後的織物耐洗滌牢度不好，服用性能受到較大影響，手感明顯變差。
發明內容
本發明的目的是提供一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，實現了棉纖維染色和納米二氧化鈦負載的同步進行，改性染色後獲得的棉纖維具有良好的抗紫外線、抗菌性、耐日曬色牢度。本發明所採用的技術方案是，一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，具體按照以下步驟實施:步驟1、對棉纖維進行預處理；步驟2、使用活性染料對預處理後的棉纖維進行染色處理；步驟3、配製鈦酸四丁酯改性溶液，在染色後期添加改性溶液對染色棉纖維進行改性處理；步驟4、對染色改性後的棉纖維進行後處理。本發明的特點還在於，步驟I具體按照以下步驟實施:1.1)稱取棉纖維；
1.2)將稱取的棉纖維浸泡在質量-體積濃度為3.0 6.0g/L的氫氧化鈉溶液中，於80°C 100°C條件下處理30min 50min，然後用無水乙醇、去離子水於60°C條件下分別洗漆 IOmin 20min ；1.3)取出清洗乾淨的棉纖維後於70°C 90°C條件下烘乾，得到預處理的棉纖維。步驟2具體按照以下步驟實施:2.1)按照步驟I得到的預處理後的棉纖維質量的1% 2%稱取活性翠蘭KN-G染料；2.2)按照棉纖維和去離子水的浴比為1:30 50，量取去離子水；2.3)按照每升去離子水中溶解50g 70g的硫酸鈉和IOg 20g的碳酸鈉的比例稱取硫酸納和碳酸納；2.4)將步驟2.1)中稱取的活性翠蘭KN-G染料溶解於步驟2.2)中量取的去離子水中，在40°C 50°C條件下，放入預處理後的棉纖維進行染色，接著添加步驟2.3)中稱取的二分之一的硫酸鈉並不斷攪拌，10 15min後添加另外二分之一的硫酸鈉，繼續攪拌，染色IOmin 15min後,將染色溶液以1°C /min 2°C /min速率升溫至80°C 90°C, IOmin 15min後添加步驟2.3)中稱取的二分之一的碳酸鈉，IOmin 20min後添加另外二分之一的碳酸鈉，並不斷攪拌，IOmin 20min後完成染色處理。步驟3具體按照以下步驟實施:3.1)按照預處理後的棉纖維質量稱取鈦酸四丁酯，棉纖維與鈦酸四丁酯的質量比為3 6:1 ;3.2)按照步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯量取無水乙醇，鈦酸四丁酯和無水乙醇的體積比為1: 10 30 ;3.3)將步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯溶解於步驟3.2)量取的無水乙醇中，並進行攪拌，配製成鈦酸四丁酯改性溶液；3.4)將步驟3.3)配製的鈦酸四丁酯改性溶液緩慢滴加到步驟2得到的含有棉纖維的染色溶液中，一邊滴加一邊不斷攪拌，將混合溶液以l°c /min 2V /min速率升溫至110°C 130°C，恆溫處理2h 4h，待反應結束後取出棉纖維。步驟4具體按照以下步驟實施:4.1)將步驟3得到的染色改性後的棉纖維，以1:30 50的浴比，在70°C 90°C條件下用洗漆液洗漆IOmin 20min ；4.2)將洗滌後的棉纖維用熱水、冷水反覆洗滌3次；4.3)烘乾或自然晾乾，得到染色改性後的棉纖維。步驟4.1)中的洗滌液，是由質量體積濃度為2g/L的皂片溶液和質量體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液混合而成的。本發明的有益效果是，本發明的採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法使用活性翠蘭KN-G染料在常溫條件下對棉纖維進行染色處理，可以最大限度地保護活性染料，在相對較低的溫度條件下實現活性染料上染棉纖維，不會造成染料熱水解，保證棉纖維染色均勻，上染率高，染色深。在染色後期添加鈦酸四丁酯改性整理液，此時溶液中的大部分染料已經與棉纖維發生了化學反應，溶液中殘留的染料已經很少，對鈦酸四丁酯前驅體生成納米二氧化鈦影響很小，保證納米二氧化鈦能夠很好地包覆在棉纖維表面，從而賦予棉纖維抗紫外線、抗菌和自清潔等功能。通過控制染料、硫酸鈉和碳酸鈉用量，反應溫度和時間，鈦酸四丁酯用量等工藝參數，優化了整理工藝，該方法節省原材料，操作簡便。染色改性後的溶液中因為含有一定量的納米二氧化鈦顆粒，在日光或紫外線輻照下，溶液中殘留的染料和有機汙染物能夠進行光催化降解，減少了對環境的汙染。測試結果表明，活性染料染色和鈦酸四丁酯納米二氧化鈦改性後的棉纖維，染料利用率高，染色均勻，表面負載有納米二氧化鈦薄膜，耐日曬色牢度好，具有抗紫外線，抗菌和自清潔能力。本發明的方法解決了棉纖維染色和納米二氧化鈦負載不能同步實現的問題，以及現有改性方法得到的棉纖維抗紫外線、抗菌性能不高，耐日曬色牢度不好，自清潔功能欠缺，而且染色後的印染廢水經過日光或紫外線的輻照處理，溶液中殘留的染料大分子能夠進一步光催化降解，降低了對環境的汙染，達到綠色環保目的。較其他功能紡織產品的生產與加工方法，極大地簡化了生產工藝流程，節約了原材料成本，提高了產品附加值。
圖1是棉纖維改性前的掃描電鏡照片；圖2是採用本發明方法對棉纖維染色改性後的掃描電鏡照片；圖3是採用本發明方法對棉纖維染色改性後表面包覆的納米二氧化鈦顆粒的電子衍射圖；圖4是棉纖維染色改性前、後的紫外線可見光漫反射光譜曲線。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法是使用活性染料對棉纖維染色然後添加鈦酸四丁酯前驅體對棉纖維進行改性的方法，具體按照以下步驟實施:步驟1、對棉纖維進行預處理:1.1)稱取棉纖維；1.2)將稱取的棉纖維浸泡在質量-體積濃度為3.0g/L 6.0g/L的氫氧化鈉溶液中，於80°C 100°C條件下處理30min 50min，然後用無水乙醇、去離子水於60°C條件下分別洗漆IOmin 20min ；1.3)取出清洗乾淨的棉纖維後於70°C 90°C條件下烘乾，得到預處理的棉纖維。步驟2、使用活性染料對預處理後的棉纖維進行染色處理:2.1)按照步驟I得到的預處理後的棉纖維質量的1% 2%稱取活性翠蘭KN-G染料；2.2)按照棉纖維和去離子水的浴比為1:30 50，量取去離子水；2.3)按照每升去離子水中溶解50g 70g的硫酸鈉和IOg 20g的碳酸鈉的比例稱取硫酸納和碳酸納；2.4)將步驟2.1)中稱取的活性翠蘭KN-G染料溶解於步驟2.2)中量取的去離子水中，在40°C 50°C條件下，放入預處理後的棉纖維進行染色，接著添加步驟2.3)中稱取的二分之一的硫酸鈉並不斷攪拌，IOmin 15min後添加另外二分之一的硫酸鈉,繼續攪拌，染色IOmin 15min後，將染色溶液以1°C /min 2°C /min速率升溫至80°C 90°C，IOmin 15min後添加步驟2.3)中稱取的二分之一的碳酸鈉，IOmin 20min後添加另外二分之一的碳酸鈉，並不斷攪拌，IOmin 20min後完成染色處理。步驟3、配製鈦酸四丁酯改性溶液，在染色後期添加改性溶液對染色棉纖維進行改性處理:3.1)按照預處理後的棉纖維質量稱取鈦酸四丁酯，棉纖維與鈦酸四丁酯的質量比為3 6:1 ;3.2)按照步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯量取無水乙醇，鈦酸四丁酯和無水乙醇的體積比為1: 10 30 ;3.3)將步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯溶解於步驟3.2)量取的無水乙醇中，並進行攪拌，配製成鈦酸四丁酯改性溶液；3.4)將步驟3.3)配製的鈦酸四丁酯改性溶液緩慢滴加到步驟2得到的含有棉纖維的染色溶液中，一邊滴加一邊不斷攪拌，將混合溶液以l°c /min 2V /min速率升溫至110°C 130°C，恆溫處理2h 4h，待反應結束後取出棉纖維。步驟4、對染色改性後的棉纖維進行後處理:4.1)將步驟3得到的染色改性後的棉纖維，以1:30 50的浴比，在70°C 90°C條件下用洗滌液洗滌IOmin 20min，其中的洗滌液是由質量體積濃度為2g/L的皂片溶液和質量體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液混合而成的4.2)將洗滌後的棉纖維用熱水、冷水反覆洗滌3次。4.3)烘乾或自然晾乾，得到染色改性後的棉纖維。圖1是棉纖維染色改性前的掃描電鏡照片。可以看出，未染色改性的棉纖維表面比較潔淨，沒有其他附著物。圖2是使用活性染料對棉纖維染色然後添加鈦酸四丁酯改性溶液對棉纖維改性後的棉纖維的掃描電鏡照片。可以看出，染色改性後的棉纖維表面包覆了一層薄膜狀物質，高倍電鏡照片顯示，該薄膜是由納米級顆粒構成。圖3是染色改性棉纖維表面包覆的納米二氧化鈦顆粒的電子衍射環。可以看出，納米二氧化鈦電子衍射環分別對應著銳鈦礦相二氧化鈦的(101)、( 004)、( 200 )、( 105 )和(211)晶面。圖4是棉纖維染色改性前、後的紫外線可見光漫反射光譜曲線。可以看出，棉纖維經過活性翠蘭KN-G染料染色和鈦酸四丁酯水熱改性之後，不僅對紫外線吸收顯著增強，而且對可見光也有所增加。採用殘液比色法用7220N型分光光度計分別測定棉纖維染色改性處理前、後溶液在最大吸收波長680nm處的吸光度，並根據公式(I)計算上染率E:
權利要求
1.一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，其特徵在於，具體按照以下步驟實施: 步驟1、對棉纖維進行預處理； 步驟2、使用活性染料對預處理後的棉纖維進行染色處理； 步驟3、配製鈦酸四丁酯改性溶液，在染色後期添加改性溶液對染色棉纖維進行改性處理； 步驟4、對染色改性後的棉纖維進行後處理。
2.根據權利要求1所述的一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，其特徵在於，所述步驟I具體按照以下步驟實施: 1.1)稱取棉纖維； 1.2)將稱取的棉纖維浸泡在質量-體積濃度為3.0g/L 6.0g/L的氫氧化鈉溶液中，於80°C 100°C條件下處理30min 50min，然後用無水乙醇、去離子水於60°C條件下分別洗漆 IOmin 20min ； 1.3)取出清洗乾淨的棉纖維後於70°C 90°C條件下烘乾，得到預處理的棉纖維。
3.根據權利要求1所述的一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，其特徵在於，所述步驟2具體按照以下步驟實施: 2.1)按照步驟I得到的預處理後的棉纖 維質量的1% 2%稱取活性翠蘭KN-G染料； 2.2)按照棉纖維和去離子水的浴比為1:30 50，量取去離子水； 2.3)按照每升去離子水中溶解50g 70g的硫酸鈉和IOg 20g的碳酸鈉的比例稱取硫Ife納和碳Ife納； 2.4)將步驟2.1)中稱取的活性翠蘭KN-G染料溶解於步驟2.2)中稱取的去離子水中，在40°C 50°C條件下，放入預處理後的棉纖維進行染色，接著添加步驟2.3)中稱取的二分之一的硫酸鈉並不斷攪拌，IOmin 15min後添加另外二分之一的硫酸鈉,繼續攪拌,染色IOmin 15min後，將染色溶液以1°C /min 2°C /min速率升溫至80 °C 90°C, IOmin 15min後添加步驟2.3)中稱取的二分之一的碳酸鈉，IOmin 20min後添加另外二分之一的碳酸鈉，並不斷攪拌，IOmin 20min後完成染色處理。
4.根據權利要求1所述的一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，其特徵在於，所述步驟3具體按照以下步驟實施: 3.1)按照預處理後的棉纖維質量稱取鈦酸四丁酯，棉纖維與鈦酸四丁酯的質量比為3 6:1 ; 3.2)按照步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯量取無水乙醇，鈦酸四丁酯和無水乙醇的體積比為I:10 30 ； 3.3)將步驟3.1)中稱取的鈦酸四丁酯溶解於步驟3.2)量取的無水乙醇中，並進行攪拌，配製成鈦酸四丁酯改性溶液； 3.4)將步驟3.3)配製的鈦酸四丁酯改性溶液緩慢滴加到步驟2得到的含有棉纖維的染色溶液中，一邊滴加一邊不斷攪拌，將混合溶液以TC /min 2V /min速率升溫至110°C 130°C，恆溫處理2h 4h，待反應結束後取出棉纖維。
5.根據權利要求1所述的一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，其特徵在於，所述步驟4具體按照以下步驟實施:.4.1)將步驟3得到的染色改性後的棉纖維，以1:30 50的浴比，在70°C 90°C條件下用洗漆液洗漆IOmin 20min ； .4.2)將洗滌後的棉纖維用熱水、冷水反覆洗滌3次； .4.3)烘乾或自然晾乾，得到染色改性後的棉纖維。
6.根據權利要求5所述的所述的一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，所述步驟4.1)中的洗滌液，是由質量體積濃度為2g/L的皂片溶液和質量體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液 混合而成的。
全文摘要
本發明公開了一種採用鈦酸四丁酯和活性染料對棉纖維改性染色的方法，首先對棉纖維進行預處理，然後使用活性染料對預處理後的棉纖維進行染色處理，再配製鈦酸四丁酯改性溶液，在染色後期添加改性溶液對染色棉纖維進行改性處理，最後，對染色改性後的棉纖維進行後處理。本發明的方法實現了棉纖維染色和納米二氧化鈦負載的同步進行，改性染色後獲得的棉纖維具有良好的抗紫外線、抗菌性、耐日曬色牢度。
文檔編號D06P1/673GK103161066SQ20131009813
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者張輝, 朱林林, 燕紅雁 申請人:西安工程大學