陽離子改性劑在棉/毛混紡織物染色中的應用

董 奇，趙雅琴

(河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊050081)

隨著針織品向原料多樣性發展，人們對羊毛與其他纖維混紡產品的興趣越來越濃，這些紡織產品集兩種或多種纖維的優點于一身，產品風格獨特，棉毛混紡產品正是以其特色的風格而具有巨大的市場前景［1］。羊毛優良的彈性及熱傳導性，與全棉或棉與化纖混紡織物相比，棉毛混紡及交織物更暖和、舒適，不僅具有良好的質感和外觀風格，還具有良好的性價比，20世紀40年代以來棉/毛混紡產品的應用實踐表明，棉/毛混紡產品可以將兩種纖維的特點融為一體，進而使產品獲得獨具特色的風格，同時也給這類產品的研究和生產帶來了新的課題［2］。

但由于棉纖維和毛纖維的形態結構及化學性能不同，他們對酸堿的反應性能相反，給染整加工帶來很大困難，毛/棉混紡織物染色通常用兩類染料二浴法染色或一浴法分別染混紡織物中的兩種纖維，工藝條件較難控制，染色時間也較長，同時羊毛與棉纖維分別屬于蛋白質纖維和纖維素纖維，染色性質差異很大，因此很少用單一染料一浴法染成同色［3］。

為解決這一問題，通過使用環氧季銨鹽改性劑對棉織物進行陽離子改性，改變了棉纖維的物理性能和化學性能，進一步改變其染色性能，最終使其與毛纖維混紡以后進行一浴法染色提供了方便［4］。開發研究出單一染料一浴法染毛/改性棉混紡織物的工藝，必將促進毛/改性棉產品的發展，并導致對毛纖維需求量增大并將提高棉纖維價值。

1 實驗

1.1 材料

經煮練、漂白和絲光的平紋織物，羊毛。

季銨鹽類改性劑(3－氯－2－羥基丙基三甲基氯化銨，系工業制品，未經進一步提純);NaOH(分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司);乙酸(36%，天津市天新精細化工開發中心);中性艷藍－BLN。

1.2 實驗方法

1.2.1 最佳改性工藝

改性方法:將織物放入含有改性劑和氫氧化鈉的改性液中，浴比1∶20在一定溫度和時間下浸漬，取出，流水沖洗5～6 min，酸洗，再經水洗至中性，自然晾干。

按L9(34)正交法進行棉織物改性試驗，使用中性艷藍－BLN按圖1染色工藝染色，主要以上染率評定改性效果。設置影響改性效果的主要因素分別為季銨鹽改性劑的質量濃度、NaOH的質量濃度、改性溫度。由正交試驗確定主要、次要改性影響因素，得出改性工藝。

1.2.2 最佳一浴染色工藝

圖1 中性艷藍－BLN上染棉/毛織物工藝流程

按最佳改性工藝條件對棉進行陽離子化改性，使改性棉和羊毛按染色工藝，在同等條件下進行按L9(34)正交法進行染色試驗，設置影響染色的四個主要因素分別為染料的用量、pH值、染色時間、染色溫度，以最終改性棉和毛的染色色差值評定染色效果。由正交試驗得到初步最佳工藝和影響染色工藝的主要、次要因素，然后進行單因素試驗以得到最佳單因素條件，最后總結得出最佳染色工藝。

1.3 性能測試

使用GB 2503984評定變色用灰色樣卡評定羊毛與改性棉染色的色差。

按所制定的處方配制相應空白染液A及相同的染液B，同時稱量纖維及染化料，放入同一水浴中。A染浴不加試樣，但其操作均按B染浴所規定的進行。分別將染色殘液和經歷染色過程的標準溶液稀釋至適當濃度，在最大吸收波長處測定染色殘液的吸光度B，然后按下式計算上染率E(%)

式中:X—染色殘液中的染料量相對于染料初始

加入量的百分數(%);

A—標準染液的吸光度;

B—標準殘液的吸光度;

n—標準染液和標準殘液的測定濃度的倍數。

牢度測試:耐洗牢度按GB/T 3921.1—1997《紡織品色牢度實驗耐洗牢度實驗》，摩擦牢度按GB/T3920—1997《紡織品 色牢度實驗 耐摩擦度實驗》進行。

2 結果與討論

2.1 改性工藝

選擇改性劑質量濃度(A)、堿劑質量濃度(B)、改性溫度(C)為實驗因素各因素取3水平選用L9(34)正交表表頭設計見表1，實驗結果見表2。

表1 因素和水平表

表2 陽離子化正交實驗條件及實驗結果

上染百分率越高，改性效果越好。

(1)因子A:因 K2 ＞K3 ＞K1，故選K2，即水平2;

(2)因子B:因K3＞K2＞K1，故選K3，即水平3;

(3)因子C:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1。

由上表可以看出極差 RB＞RA＞RC，則在陽離子化處理條件中，催化劑氫氧化鈉是影響棉陽離子化效果的最顯著因素，其次是陽離子試劑質量濃度和處理溫度。由表2的結果并結合成本及效率分析確定，最佳改性工藝條件為:NaOH質量濃度30 g/L，改性劑質量濃度40 g/L，改性溫度40℃。

2.2 染色工藝

選擇染料用量(A)、pH值(B)、染色溫度(C)、染色時間(D)為實驗因素各因素取3水平選用L9(34)正交表表頭設計見表3，實驗結果見表4。

表3 因素和水平表

表4 染色正交實驗條件及實驗結果

根據色差評級來判定改性棉和羊毛一浴染色效果，色差級別越大，色差越小，染色效果越好。由表4可看出，極差RB＞RD＞RC＞RA，因此可以得出影響改性棉和羊毛同色性能的主要次要因素:

因子A:因K2＞K3＞K1，故選K2，即水平2;因子B:因K2＞K3＞K1，故選 K2，即水平2;因子C:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1;因子D:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1。

對以上結果進行分析，pH值是影響羊毛/改性棉混紡織物同色性能的最主要影響因素，染色時間次之，染色溫度和染料用量影響最小。最后大致得出染色工藝為:染料用量2%((owf)，pH值=7，染色溫度90℃，染色時間30 min。之后再對各影響因素進行單因素分析。

2.2.1 pH值對染色效果的影響

確定染料用量2%(owf)，染色溫度90℃，染色時間30 min為固定染色條件，只改變pH值，進行單因素試驗，來探索pH值對染色效果的影響，結果見表5。

表5 pH值對染色同色性能的影響

由表5可得，當pH值=8時改性棉和羊毛的色差為4～5級，兩者染色同色性能最好。由表5可以看出總體上改性棉上染率達70%左右相對于毛較高，在pH值=8時最高。而羊毛的上染百分率隨pH值的升高而不斷降低，當染液為酸性時，羊毛結合氫離子而帶正電，與染料的親和力較大，因此其上染百分率較高。當染液為堿性時，羊毛顯負電性，與染料的親和力不如酸性時大，因此上染百分率低。由此可見羊毛染色時，氫離子有促進上染作用，相反堿性條件會抑制上染。

2.2.2 恒溫染色時間對染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色溫度90℃，染料用量2%(owf)為固定染色條件，只改變恒溫染色時間，進行單因素試驗，試驗結果見表6。

表6 恒溫染色時間對同色性能的影響

由表6可知，羊毛的上染百分率隨恒溫染色時間的延長而提高，但當時間過長時，其上染百分率反而下降，這是因羊毛具有鱗片層結構，在染色初期，鱗片處于關閉狀態，染料不能透過鱗片接近纖維并固著在纖維上。隨著時間的增長和染液溫度的提高，鱗片層逐漸打開，染料通過鱗片層之間的縫隙進入纖維內部并完成上染。但當恒溫染色時間過長時，由于染液中染料濃度逐漸降低直至低于纖維上染料的濃度，隨著染色的進行，已經上染的染料可能會再次從纖維上解吸下來，從而造成上染白分率降低。改性棉與染料的親和力較大，又由于其纖維結構中沒有鱗片層，纖維可直接與染料接觸，因此其初期上染速率較快，而后期已經上染的染料也不易再次發生解吸，最后其上染百分率較高，而羊毛的較低。

2.2.3 染色溫度對染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色時間40 min。染料用量2%(owf)為固定染色條件，只改變恒溫染色溫度，進行單因素試驗，試驗結果見表7。

表7 染色溫度對同色性能的影響

由表7可知，羊毛的上染百分率隨著溫度的升高而逐漸增大，在100℃時達到最大值，羊毛的鱗片層結構在溫度不夠高時，張開得不夠充分，只有當溫度在95℃染色或沸染時鱗片層充分張開，染料上染充分，上染百分率最高，羊毛得色最深。同時棉的上染百分率也隨上染溫度的升高而不斷增大，但由于羊毛和改性棉染色中染色效果的差異性，想要把兩種纖維染得相近顏色，因此選擇相對低的染色溫度，由此來抑制羊毛的上染，而改性棉又可獲得不錯的染色深度，由此選擇90℃的上染溫度，即可滿足同色要求。

2.2.4 染料用量對染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色時間40 min，染色溫度90℃為固定染色條件，只改變染料用量進行單因素試驗，試驗結果見表8。

表8 染料用量對染色同色效果的影響

由表8可以看出，當染料的用量較低，低于2%(owf)時，改性棉和羊毛的上染百分率均較高，但總體來說改性棉的上染百分率比羊毛高很多。當染料用量較高，高于2%(owf)時，羊毛和改性棉的上染百分率顯著降低，染料的利用率較低。這是因為羊毛和改性棉使用中性染料染色時屬于弗萊因德力胥吸附等溫線，染料對纖維的吸附上染速率隨染料用量的提高而逐漸降低，染料總體增多了，但其吸附上染量并沒有增加多少，因此造成染料大量浪費，上染百分率逐漸降低。

3 結論

(1)最佳改性工藝條件為:NaOH質量濃度30 g/L，改性劑質量濃度40 g/L，改性溫度40℃。

(2)最佳染色工藝為:染料用量2%(owf);pH值=8;染色時間40 min;染色溫度90℃，最終色差級4～5。

［1］謝孔良，孫燕.活性染料無鹽染色技術進展［J］.染整技術，2006(8):32.

［2］孟春麗.棉織物化學改性及其染色工藝研究［J］.印染，2007(8):23.

［3］王洪海.反應性陽離子改性劑的改性工藝探討［J］.國際紡織導報，2010(3):10－13.

［4］王東偉，汪青，劉元美.活性染料無鹽和低鹽染色研究進展［J］.中原工學院學報，2007(8):14－17.