黏膠織物蘇木紅改性工藝探討

邊振浩，賈維妮，王海峰

（南通大學，江蘇南通 226019）

自合成染料誕生以來，由于其色譜齊全、色澤鮮艷、耐洗耐曬、價格便宜等諸多優(yōu)點，逐漸替代了天然染料而成為紡織品染色的主要著色劑。進入21 世紀，隨著人類環(huán)保意識的增強，天然染料越來越受到人們的關注[1]。天然染料是純天然的、不經(jīng)加工和化學合成的一類染料，主要從植物、動物或礦產(chǎn)資源中獲得，具有較好的生物降解性和環(huán)境相容性，對人體皮膚無過敏性和致癌性[2]，而且多數(shù)植物染料具有藥用價值，染色后的織物穿在人身上具有一定的醫(yī)療保健功能[3]。蘇木是中國古代用于染紅色系的主要植物，內(nèi)含隱色素，能在空氣中迅速氧化為蘇木紅色素，其主要成分為C16H12O5（結構式如下）。蘇木中的色素易溶解于熱水，溫度越高、時間越長，溶解越迅速，所以，控制染液的溫度與上染時間可得到所需色彩與理想的色光[4]。黏膠纖維的化學組成與棉相似，纖維素大分子的羥基易發(fā)生化學反應，因此，可通過接枝等方法對黏膠纖維進行改性，提高黏膠纖維的染色性能[5]。本研究采用陽離子改性劑DETA 對黏膠織物改性，并對改性時間、pH、溫度、改性劑用量進行優(yōu)化，探討較佳的改性工藝；然后對染色工藝進行優(yōu)化，探討較佳的染色工藝。

1 實驗

1.1 材料及儀器

織物：黏膠（32s×32s×100×70）。藥品：蘇木（食品級，南通市康樂大藥房），氫氧化鈉（分析純，上海潤捷化學試劑有限公司），冰醋酸（分析純，上海聚泰特種試劑有限公司），陽離子改性試劑（工業(yè)級，南通斯恩特紡織技術有限公司）。

儀器：SHA-C水浴恒溫振蕩器（金壇市恒豐儀器廠），101AB-1電熱恒溫鼓風干燥箱（上海華聯(lián)環(huán)境試驗設備公司恒昌儀器廠），COLOR-EYE 3100測色配色儀（GretagMacbe），YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀、YG(B)611-II 型日曬氣候試驗儀、YB571II 型摩擦牢度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），EL303 電子天平[梅特勒托利多儀器（上海）有限公司]，IS10 傅里葉紅外光譜儀（賽默飛世爾科技分子光譜有限公司），Datacolor650分光光度計[德塔顏色商貿(mào)（上海）有限公司]，GYROWAH4/5 水洗/干洗色牢度試驗機（英國James H Heal公司）。

1.2 改性工藝

用陽離子改性劑DETA對黏膠織物進行改性，在不同的改性條件（時間20～100 min，pH=9～13，溫度50～90 ℃，改性溶液濃度10～50 g/L）下改性后，用染色配方（染液質量濃度32 g/L，pH=7，時間55 min，溫度80 ℃，浴比1∶40）染色，染色結束后，先熱水洗，再冷水洗，烘干。

1.3 染色工藝

在pH=6～10、溫度50～90 ℃、時間30～90 min的條件下染色，染色結束后水洗、烘干。

1.4 測試

顏色特征值：測量前，將測色配色儀預熱并矯正，采用D65光源和10°觀察角，織物測定兩次取平均值。L值表示試樣顏色的明度指數(shù)，K/S值表示染色織物的染色深度[6]。K/S值越大，表示染色織物的顏色越深，反之則越淺。

紅外光譜：采用ATR 法在傅里葉紅外光譜儀上對黏膠標樣和改性黏膠進行測試，掃描范圍4 000～650 cm-1，掃描次數(shù)16次，分辨率4 cm-1。

耐摩擦牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測試；耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》方法C（3）測試；耐日曬牢度參照GB/T 8426—1998《耐人造光色牢度》測試，將未改性和改性染色樣布剪裁長5 cm、寬1 cm的長條，在日曬氣候試驗儀上測試。

防紫外線強度：用紡織品防紫外性能測試儀測試織物抗紫外性能的相關指標（透射比、UVA、UVB、UPF）。

2 結果與討論

2.1 改性工藝優(yōu)化

2.1.1 改性劑用量對染色性能的影響

改性pH=10，改性時間60 min，改性溫度80 ℃，浴比1∶40，改變改性劑DETA 質量濃度，對染色性能的影響如表1所示。

表1 改性劑用量對染色性能的影響

由表1 可以看出，隨著改性劑質量濃度的提高，K/S值先增大后減小，改性劑質量濃度為10～30 g/L時，K/S值基本上沒有變化；而在改性劑質量濃度為40 g/L時，K/S值突然變大而后變小，K/S值有最大值，顏色最深。說明改性劑用量在一定量范圍內(nèi)，改性效果基本一致，也說明對黏膠纖維的改性有效果。L值在40 g/L 時有最小值，上染更充分。綜合分析，改性劑質量濃度選擇40 g/L。

2.1.2 改性溫度對染色性能的影響

改性pH=10，改性時間60 min，改性溶液質量濃度40 g/L，浴比1∶40，改變改性溫度，對染色性能的影響如表2所示。

表2 改性溫度對染色性能的影響

由表2可以看出，隨著溫度的升高，K/S值逐漸減小，織物得色量逐漸降低，改性效果越來越差；改性溫度為50 ℃時，K/S值最大，顏色最深。說明此改性劑需在較低的溫度下使用。由Arrhenius方程可知，溫度越高，越不易上染，使平衡向解吸方向移動，增大的只是上染速率，上染率是降低的。綜合分析，確定改性溫度為50 ℃。

2.1.3 改性時間對染色性能的影響

改性pH=10，改性溫度50 ℃，改性溶液質量濃度40 g/L，浴比1∶40，改變改性時間，對染色性能的影響如表3所示。

表3 改性時間對染色性能的影響

由表3可以看出，隨著改性時間的延長，K/S值先增大后減小；在改性時間為40 min 時，K/S值最大，表面色深最深；40 min 后K/S值逐漸減小。L值在40 min 時最小，表明此時的顏色明度最小，上染更充分；從a*值也可以看出改性時間為40 min 時織物紅色更深一些，說明改性時間不宜過長。綜合分析，確定改性時間為40 min。

2.1.4 改性pH對染色性能的影響

改性時間40 min，改性溫度50 ℃，改性溶液質量濃度40 g/L，浴比1∶40，改變改性pH，對染色性能的影響如表4所示。

表4 改性pH對染色性能的影響

由表4可以看出，在pH=9～11時，隨著改性劑pH的增高，K/S值大體上呈非常緩慢的上升趨勢；在改性劑pH=12 時，K/S值突然升高，說明此時表面色深最深，上染效果最好；pH=13時，K/S值略有下降，原因是在堿性條件下，改性劑DETA不僅與黏膠纖維發(fā)生接枝反應，DETA 本身還發(fā)生水解反應。過高的pH 也不利于改性效果的提高，反而使改性劑加速水解。綜合分析，確定改性pH為12。

2.2 改性黏膠織物染色工藝的優(yōu)化

2.2.1 染色溫度對染色性能的影響

染液pH=8，染色時間55 min，染液質量濃度為32 g/L，浴比1∶40，改變?nèi)旧珳囟龋Y果如表5所示。

表5 染色溫度對染色性能的影響

由表5可以看出，隨著溫度的升高，K/S值先增大后減小，在70 ℃有最大值，說明此溫度下染色色深最大，染色效果最好，也說明染色溫度不宜過高。L值在70 ℃時最小，明度最低，表明此溫度上染效果較好。由親和力計算公式和親和力與溫度的關系可知，溫度升高，染料的親和力下降，af/as的值下降，平衡上染百分率下降，上染平衡向解吸方向移動。綜合分析，染色溫度定為70 ℃。

2.2.2 染色時間對染色性能的影響

染液pH=8，染色溫度70 ℃，染液質量濃度32 g/L，浴比1∶40，改變?nèi)旧珪r間，結果如表6所示。

表6 染色時間對染色性能的影響

由表6可以看出，隨著染色時間的延長，K/S值先增加后減小，在75 min 時達到最大值，表明此時的染色色深最大，染色效果最好。L值在75 min時最小，表明此時的上染效果最好。所以，染色時間確定為75 min。

2.2.3 染液pH對染色性能的影響

染色時間75 min，染色溫度70 ℃，染液質量濃度32 g/L，浴比1∶40，改變?nèi)疽簆H，結果如表7所示。

表7 染液pH對染色性能的影響

由表7可以看出，當染液的pH=9時，K/S值最大，染色效果最好。此外，L值在pH=9時最小，說明此條件下明度最小，上染效果好。黏膠纖維耐堿性比耐酸性好，但堿性過強會使染料水解，影響染色效果。綜合分析，染液pH選擇9。

2.3 紅外光譜

由圖1可以看出，兩種試樣的紅外吸收光譜之間有如下差異：在890～900 cm-1處，=CH2的伸縮振動吸收峰的強度、位置及形狀有差異；在1 000～1 040 cm-1處，醚（C—O—C）的伸縮振動吸收峰強度、位置及形狀有差異；在2 870～2 900 cm-1處，飽和C—H 的伸縮振動吸收峰強度、位置及形狀有差異；而在3 300～3 350 cm-1處，吸收峰值較之前變大，波段變寬，查閱資料得知，此波段存在—OH 和—NH2吸收峰，又因為黏膠纖維結構不存在—NH2，說明引入了新的極性基團—NH2[7]。由此可以得出，黏膠纖維成功引入氨基陽離子，帶有正電荷。

2.4 染色織物性能比較

由表8 可以看出，改性黏膠織物沾色牢度較好，但變色牢度差，因為改性劑DETA改性過的織物纖維表面引入了陽離子基團，使天然染料能牢固地附著上去，具有較好的色澤。但是，天然染料并沒有滲透到纖維內(nèi)部，僅纖維表面得色量較好，所以，黏膠變色牢度差。改性后，黏膠織物耐干摩擦色牢度較好，耐濕摩擦色牢度較差，因為織物表面染料較多，沾水后染料易脫離纖維表面。

表8 染色性能測試結果

2.5 防紫外線性能

使用紡織品防紫外性能測試儀測試改性染色布和未改性染色布的防紫外性能，測試結果見圖2。由圖2 可知，天然染料蘇木染色黏膠纖維的UVA 和UVB 透過量有明顯下降，尤其是UVA；當波長為315 nm 時，黏膠原樣的UVA 透過量為1 150 左右，而改性黏膠織物只有200左右；對UVB的防護同樣有很好的效果。改性黏膠纖維經(jīng)過染色進一步提高了織物的防紫外線性能，能滿足織物的服用性能要求[8]。

3 結論

（1）黏膠纖維用陽離子改性劑DETA改性后再染色，較佳的改性工藝為：改性時間40 min，改性pH=12，改性溫度50 ℃，改性溶液質量濃度40 g/L；較佳的染色工藝為：染色pH=9，染色溫度70 ℃，染色時間75 min。

（2）改性后的染色織物具有較好的耐干摩擦色牢度和抗紫外性能。