废弃羽毛蛋白改性棉织物萘醌型天然染料的染色工艺

高 　 源，　李 　 红，　姜 凯 燊

( 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连　116034 )

0　引　言

棉织物是应用最广泛的服用面料之一。天然染料相比化学染料有较多优势。但是天然染料对棉纤维上染率低，色牢度差。废弃的禽类羽毛含有丰富的蛋白，将蛋白提取出并负载到棉织物上使其带有蛋白织物的特征基团，实现天然染料上染棉织物。

萘醌类化合物具有抗紫外线、杀菌、抗癌等功能，因此成为研究的新亮点[1]。目前国内外多利用萘醌型天然染料上染蛋白质、涤纶等纤维，并且多用重金属媒染剂且染色效果较差[2]。目前，未见将羽毛蛋白改性棉织物用于萘醌型天然染料染色的研究。本实验使用的染料是一种重要的天然萘醌类染料，富含于指甲草中，发色基团为2-羟基-1，4-萘醌[3]。通过羽毛蛋白提取物对棉织物进行改性，以期在提高该染料对棉织物染色性能的同时实现废物回收利用和防止重金属污染。

1　实　验

1.1　材料及仪器

材料：纯棉漂白织物，废弃禽类羽毛，交联剂EH，上海天坛助剂有限公司；盐酸、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、萘醌型天然染料等，分析纯。

仪器：SW-12A耐洗色牢度试验机，Color-Eye 7000A测色配色仪，6400分光光度计，Y571B摩擦色牢度仪，Nexus 870傅里叶变频红外光谱仪。

1.2　方　法

1.2.1羽毛蛋白的提取

在羽毛质量与氢氧化钠质量比12.5∶1、浴比1∶15、80 ℃下处理2 h，对溶液进行过滤并中和再离心沉淀得到提取物[4]。

1.2.2棉织物的改性

10～20 g/L交联剂与2 g/L氢氧化钠溶液以质量比1∶1混合，加入0.1%～0.5%提取物得到改性液，将2 g棉织物置于500 mL改性液中，于40～80 ℃处理20～100 min并水洗，晾干。

1.2.3改性棉织物的染色

染色条件：染料用量5%，pH 6，浴比1∶30，温度70 ℃，染色60 min。

1.3　结果鉴定

采用溴化钾压片法，对羽毛蛋白改性前后的棉织物进行红外光谱分析。按文献[5]方法测定各组织物染色后的表观得色深度(K/S)。采用染色残液法[6]测定空白染液与染色残液的吸光度。耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997 纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度测定；耐洗色牢度按GB/T 3921—2008 纺织品色牢度试验耐洗色牢度测定。

2　结果与讨论

2.1　羽毛蛋白对棉织物的改性机理

羽毛蛋白提取物结构中含有许多氨基、羧基等极性基团和极性键，交联剂EH中含有的环氧基在碱性条件下可与蛋白提取物上的多种基团以及棉纤维上的羟基反应，从而使蛋白质负载到棉纤维上[7]。

2.2　染色机理

纤维素纤维经改性之后，未和交联剂反应的蛋白分子链上的氨基在酸性染液中带正电荷，与带负电荷的萘醌型阴离子染料之间产生电荷引力，形成离子键，因此萘醌染料和蛋白改性纤维素纤维之间的结合力除了氢键、范德华力之外，还形成了结合力较强的离子键。

2.3　红外光谱分析

由图1可以看出，1 236 cm-1处振动峰消失，808 cm-1处出现新振动峰，这是交联剂与纤维素分子反应生成的C—O—C。1 552 cm-1处是酰胺的特征吸收峰，是交联剂与蛋白中氨基反应生成C—N的振动峰，1 650 cm-1处是酰胺谱带中—CO— 振动峰。由此推测羽毛蛋白分子接枝到棉纤维上。

图1　改性前后棉纤维的红外光谱

2.4　改性工艺

2.4.1羽毛蛋白质量分数对织物表观得色深度的影响

当交联剂质量浓度20 g/L、改性温度70 ℃、改性时间60 min时，织物K/S变化如图2所示，因此选择羽毛蛋白的质量分数为0.4%。

2.4.2交联剂质量浓度对织物表观得色深度的影响

当羽毛蛋白质量分数0.4%、改性温度70 ℃、改性时间60 min时，织物K/S变化如图3所示，因此交联剂的最佳质量浓度为20 g/L。

2.4.3改性温度对织物表观得色深度的影响

当羽毛蛋白质量分数0.4%、交联剂质量浓度20 g/L、改性时间60 min时，织物K/S如图4所示，因此改性温度选择70 ℃。

图2　羽毛蛋白质量分数对K/S的影响

图3　交联剂质量浓度对K/S的影响

图4　改性温度对K/S的影响

2.4.4改性时间对织物表观得色深度的影响

当羽毛蛋白质量分数0.4%、交联剂质量浓度20 g/L，改性温度70 ℃时，织物K/S变化如图5所示，因此交联改性时间选择 60 min。

图5　改性时间对K/S的影响

2.5　染色性能

在最优改性条件下对棉织物进行染色，得到染品K/S与上染率分别为4.68和46%，未改性染品K/S与上染率分别为1.24和19%。由表1可知，经羽毛蛋白改性后的棉织物比未改性的织物色牢度有了明显提高。

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

3　结　论

红外光谱测试结果表明，经废弃羽毛提取的蛋白通过交联剂负载到了棉织物上。棉织物的最优改性工艺为蛋白质量分数0.4%，交联剂质量浓度20 g/L，改性温度70 ℃，改性时间60 min。

蛋白改性后的棉织物对萘醌型天然染料的染色性能得到提升，K/S从1.24提高到4.86，上染率从19%提升到46%。改性后染品的耐洗牢度均在4级以上，干摩擦牢度达到了4～5级。

参考文献:

[1] 姜洪芳,孙钢,张莉，等.凤仙花叶片提取物及萘醌类物质抑菌活性研究[J].中国野生植物资源,2016,35(6):24-26.

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

[3] 郝洪顺,杨阳,秦磊,等.用海娜花天然染料为敏化剂制备纳米TiO2太阳能电池[J].人工晶体学报,2014,43(1):116-121.

[4] 陈忱,何雄飞,曾润颖.羽毛角蛋白提取工艺及应用研究现状[J].生物学杂志,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] 喻胜飞,刘元,李贤军,等.活性蓝染料结构与杨木单板染色性能的关系[J].中南林业科技大学学报,2015,35(2):114-118.

[7] 刘元军,赵晓明,梁腾隆.阳离子生物蛋白衍生物固色剂的合成及应用[J].印染助剂,2016,33(3):18-23.