王嘉伟,王祥荣(苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215021)

　　一直以来分散染料在聚酯纤维上应用很广泛文献报道也很多，但是最近研究发现合成染料对人体皮肤有刺激作用甚至导致皮肤病及诱发癌等，其中以分散染料尤为突出。随着人们环保意识的增强及各项环保法规的逐步完善，合成染料面临着诸多考验。而天然染料以其独特的无毒、无害、对皮肤无过敏性和致癌性.且有较好的生物降解性而重新回到人们的视野中在全球性绿色革命浪潮的影响下，天然染料又开始被世人所重视。

　　大黄素是一种传统中草药大黄的有效成分，分子式如下：

　　大黄素具有较强的抗菌消炎作用，用大黄素对织物进行染色，可能会对穿着者起到一些治疗保健的作用。在消费者普遍追求绿色天然保健的今天，研究天然染料用于合成纤维的染色具有重要意义。本文用大黄素对PLA、PTT、PET三种纤维进行染色热力学试验，旨在探讨大黄素对这三种纤维的染色机理。

　　1实验部分

　　1.1材料及仪器：

　　纤维：83.3dtex／36f PLA纤维、83.3dtex／36f PTT纤维、75.5dtex／24f PET纤维染料：98%天然大黄素(淮安巍伟植化研究所)

　　药品：碳酸钠，氢氧化钠，丙酮，醋酸，DMF(均为分析纯)，精练剂(实验室自制)，皂片，平平加0(市售)。

　　仪器：DHG一9070A型上海恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)，数显恒温水浴锅HH一6(国华电器有限公司)，玻璃仪器气流烘干器(巩义市领科仪器厂)，MP200A型电子天平(上海第二天平仪器厂)，PHS-2C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂)，IR一12SM型红外染色机(台湾瑞比染色试机有限公司)，Shimadzu UV-2550双光束紫外可见分光光度计

　　1.2大黄素稳定性测试：

　　1.2.1酸碱稳定性测试

　　分别配置不同pH值的缓冲溶液，用pH值为3—11的缓冲溶液精确配置0.04g/L的大黄素水溶液。观察颜色变化，并用紫外分光光度计扫描。

　　1.2.2温度稳定性测试

　　精确配制浓度为0.02g／L、pH值为5的大黄素水溶液。分别在室温、100℃、120℃下恒温2h，快速冷却至室温观察颜色变化，进行光密度测试。

　　1.3染色工艺

　　1.3.1前处理：

　　将纱线润湿后于1g／L碳酸钠、1g／L精练剂，95℃条件下精练60min，然后用60℃热水洗，再冷水洗，晾干。

　　1.3.2染色

　　染液配方：

　　大黄素(O.W.f)%X

　　平平加O 1g／L

　　pH 5

　　浴比1：1000

　　染液的配制：用丙酮作为溶剂配制大黄素母液，在染杯中精确移入所需量的染料母液，然后依次加入匀染剂、水。于90℃长时间加热，除去染液中的丙酮，然后补加水。

　　1.3.3标准工作曲线的绘制

　　DMF溶液作为溶剂配置0.1g／L染料母液，分别移取4ml，6ml，10ml，12ml，16ml，20ml定容至25ml容量瓶中，进行光密度测试。

　　1.3.4吸附等温线的绘制

　　吸附等温线试验按上述方法配制不同浓度染液预先加热至80℃，快速投入纤维，以3℃／min的速率升温至90℃、100℃或110℃，为使染色达到平衡，染浴保温4 h。染毕，取出纤维，用冷水洗涤，再于50℃水洗10 min，然后冷水洗，晾干。

　　1.3.5测试方法

　　采用DMF于40℃(PLA纤维)或130℃(PTT、PET纤维)下萃取染色纤维上的染料，直至纤维无色。最后用DMF对萃取液定容，Shimadzu UV-2550双光束紫外可见分光光度计测定萃取液吸光度；按标准工作曲线计算萃取液的染料浓度。根据萃取液中染料浓度和纤维重量计算纤维吸收的染料量Df，根据染浴中投加染料量与纤维吸收的染料量之差确定染色残液中的染料浓度Ds。

　　2结果和讨论

2.1大黄素的稳定性

　　图1室温时大黄素在不同pH值条件下的稳定性图2 pH=5时大黄素在不同温度下的稳定性由图1能看出大黄素在酸性条件下是相当稳定的随着PH值逐渐增大到中性时，大黄素开始慢慢发生变化最大吸收波长逐渐偏移，当pH值变为碱性时吸收谱图已完全改变，产生了明显的色变，这可能是由于大黄素分子结构巾含多个羟基，在碱性介质中羟基离子化造成的。所以染色时应选择在酸性条件下进行。

　　另外，由图2可知，大黄素的热稳定性也是非常出色的即使在120℃的高温下也未发生分解，由此可见大黄素适合在高温条件下对聚酯类纤维进行染色。

2.2标准工作曲线：

图3大黄素标准工作曲线

　　大黄素标准工作曲线如图1所示，由讣算机拟合得直线方程为A=33.875c(A为吸光度，C为质量浓度g／L)，回归系数为R2=0.9921。2.3吸附等温线：

图4 PLA纤维吸附等温线

图5 PET纤维吸附等温线

图6 PTT纤维吸附等温线

　　由以上图4.6可知，三种纤维对大黄素的吸附等温线都是线性的，均属于Nernst分配型，分配系数是常数，线性关系可通过回归方法来检验，这类似于聚酯纤维对分散染料的吸附性质，因此染色属分配机理.可用以下公式计算标准亲和力、染色热、染何熵：

　　在一定温度范围内，△H°作为恒定，将-△μ°对T的关系作图可得一直线(如图7)，从直线的斜率可求得△S，从直线的截距可求得△H。

图7-△μ0o对T的关系作图

　　表1列出了不同温度下的分配系数K及一些热力学数据，从表1可以看出三种纤维的分配系数、染色亲和力都随温度的升高而增大，三种纤维的染色热、染色熵均为正值。

　　对于PLA和PTT纤维，分配系数虽随温度提高而逐渐增大但变化的幅度却不是很大，而对于PET而言，在温度从90℃升高到110℃时分配系数发生了巨大的变化。这可能主要是由于PET纤维本身分子结构较为紧密，并且Tg温度相对较高，随着温度的升高，纤维内分子运动加剧，纤维内部自由体积增大更有利于染料在纤维内部扩散，温度对分配系数的影响较大。PLA和PTT纤维的Tg温度相对较低，温度在90℃时内部的自由体积可能都已接近最大值所以分配系数升高的幅度不大。

表1大黄素上三种纤维的热力学数据

　　纵观这三种纤维，大黄素对PLA的亲和力最低，PTT最高，PET居中。

　　3结论

　　(1)大黄素对PLA、PTT、PET纤维的吸附符台Nemst吸附模型，即大黄素在纤维上的含量与染浴中的质量浓度服从享利定律，与分散染料染色规律相似。

　　(2)大黄素对PTT的亲和力较高，对PLA纤维的亲和力较其它两种纤维都低，可能与PLA纤维自身的分子结构有关。

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