羊毛活性染料染色工藝優化

劉美娜，陳 健，張建羽，曹貽儒,2

(1.煙臺南山學院 工學院，山東 煙臺 265706； 2.山東南山紡織服飾有限公司，山東 煙臺 265706)

多年以來，媒介染料染色在毛紡行業中一直占據非常重要的位置，據統計，目前毛用染料中媒介染料的用量達35%以上。媒介染料黑、藏青等深顏色的色澤深濃豐滿、日曬牢度和各項濕處理牢度優良，且生產成本比較低廉，深受毛紡染色從業者的推崇。然而，媒介染料染色過程中需要使用大量重鉻酸鉀(鈉)作為媒染劑，造成了嚴重的環境污染問題，從而限制了它的應用[1-3]。

活性染料具有無毒無害、工藝簡單、操作方便、環保等優點，逐步發展為媒介染料的替代性染料。在用活性染料替代媒介染料時遇到的最大問題是活性染料的固色率不高，上染百分率達不到媒介染料的水平，尤其是染深濃色時不及媒介染料染品色澤飽滿[4-6]。本文選用單活性基團染料的典型代表Lanasol藍3G染料，通過單因子實驗法優化染色工藝，改善染色效果。

1 實 驗

1.1 材料及試劑

Lanasol藍3G、羊毛織物(2 g)、水、阿白格B、阿白格FFA、純堿、甲酸。

1.2 儀器及設備

玻璃棒、移液管、200 mL燒杯、100 mL容量瓶、洗耳球、HH-4數顯恒溫水浴鍋(寧波紡織儀器有限公司)、VIS-723G分光光度計(北京瑞利分析儀器公司)、pH試紙、JY型電子天平、YG065電子織物強力機(萊州市電子儀器有限公司)。

1.3 染色工藝

本文實驗選用Lanasol藍3G為標準染料上染羊毛織物，通過單因子實驗，研究上染溫度、固色溫度、pH值以及染色時間對織物上染百分率與固色率的影響，并分析產生這種現象的原因，獲得優化的染色工藝。

Lanasol藍3G染料對羊毛纖維的染色工藝曲線見圖1、2。

圖1 Lanasol藍3G染羊毛常規工藝

圖2 Lanasol藍3G染羊毛改進工藝

浴比1∶50，固色溫度98 ℃，弱酸性條件上染，染料配方為：①阿白格FFA 0.5%(owf)，阿白格B 2%(owf)，甲酸 1.6%(pH值4.0～4.5)，②染料1.5%(owf)，③純堿4%(owf)(pH值為8.5～9.0),④⑤甲酸1%(owf)。

1.4 測試指標

1.4.1上染百分率

按照染色配方，配置好染浴后，首先測定該染料的最大吸收波長，配置任意濃度的染液，用1 cm厚的玻璃比色皿在分光光度計上測定不同波長時的吸光度值，然后以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標，作吸收光譜曲線圖，從而得出該濃度下染料的最大吸收波長。在最大吸收波長下測定吸光度A1，上染百分率計算方式為：

E=(A-A1)/A×100%

(1)

式中：E為上染百分率，%；A為原液吸光度；A1為染色殘液吸光度[7]。

1.4.2固色率

通過染色殘液和標準染液的吸光度值計算在羊毛織物上的吸色率。將織物上未固著的水解染料洗滌，用分光光度計分別測得堿處理后的染色殘液，皂洗液以及洗滌液在標準染液下的最大吸收波長處的吸光度，用式(2)計算固色率[8]：

F=E-(A1n1/An+A2n2/An+A3n3/An)×100%

(2)

式中：A為原液吸光度；n為其稀釋倍數；A1為固色殘液吸光度；n1為其稀釋倍數；A2為皂煮殘液吸光度；n2為其稀釋倍數；A3為洗滌殘液吸光度；n3為其稀釋倍數。

1.4.3耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度

GB/T 5713—1997《紡織品 色牢度試驗 耐水色牢度》等效于ISO 105-E01∶1994 Textiles—Tests for colour fastness—Colour fastness to water，參照該標準進行測試，將紡織品試樣與貼襯織物縫在一起，放入一定溫度的洗滌液中，在規定時間里，伴隨機械攪拌洗滌，自然晾干后在晴朗天氣下用北光對比灰色樣卡評定試樣變色和貼襯織物的沾色等級，陰雨天時要在評級箱中對照。色牢度共分5級，5級最好，1級最差。

耐摩擦色牢度分為干摩擦和濕摩擦色牢度，紡織品試樣分別用一塊干摩擦布和濕摩擦布在織物不同位置摩擦。將試樣剪成規格一定的長條，一塊其長度方向平行于經紗用于經向的干、濕摩擦牢度測試；另一塊其長度方向平行與緯紗用于緯向的干、濕摩擦牢度測試。耐摩擦色牢度的評級與耐水洗色牢度的評級過程相同，一共5級，5級最好，1級最差。

1.4.4拉伸斷裂強力

將織物剪成100 mm×50 mm的經緯向強伸度測試條，在附有伸長裝置的織物強力機上測定染色前后織物的拉伸斷裂強力。

2 結果與討論

2.1 Lanasol藍3G染料染色影響因素分析

2.1.1始染溫度對勻染性的影響

活性染料中的反應性基團可與纖維上的—NH3+離子發生反應生成共價鍵，與纖維反應后的染料會固定在染位上。溫度決定活性染料與纖維結合成鍵的速率，始染溫度可以決定染色初始階段染料的上染速率，上染速率過快，則會導致染色不勻現象。本文實驗通過改變常規染色工藝中始染溫度，其他染色條件控制不變，來測定其對階段上染百分率的影響，始染溫度對上染百分率的影響見表1。

表1 始染溫度對上染百分率的影響 %

表1中,15 ℃起染的上染百分率在任一單位間隔內的上染百分率都低于40 ℃起染時的上染百分率，上染速率明顯降低。這是由于始染溫度低，羊毛纖維最外層結構限制了水分進入到纖維內部的通道，抑制了纖維的膨化程度，減少了該時間內進入到纖維內部的染料分子數量，在一定程度上緩解了因始染溫度高造成的染色不均現象[9]。因此，為了染色的均勻性考慮，采用15 ℃冷水始染。

2.1.2上染溫度對上染百分率的影響

活性染料的染色溫度直接影響染色效果，溫度高，分子所具有的動能大，相同情況下，運動速度快，在溶液中的擴散性能就強。因此，在上染階段會直接影響上染百分率，從而對固色率產生間接影響。以10 min為一個時間間隔單位，50～98 ℃為上染百分率測試區間，根據上述測試方法在其他染色條件不變的情況下對毛織物進行染色實驗。實驗結果如圖3所示。

注：98 ℃保溫20 min。圖3 不同染色溫度下的上染百分率

由圖3可以看出，在60～70 ℃時間間隔內，上染百分率變化大、上染速度快，容易產生染色不勻。因此，在70 ℃保溫20 min，有利于給予染料充分的上染時間。溫度達到90 ℃以上時，染料繼續吸附擴散，但此時染料的上染百分率變化已經不大，雖然溫度足夠高，但纖維內染位數量是一定的，此時纖維可吸收的染料已接近飽和狀態。但對于深濃色澤的染色效果來說，5%左右的增長也是十分重要的。因此，改進工藝為70 ℃時保溫20 min，之后在98 ℃時上染。

2.1.3固色溫度對固色率的影響

染色結束時，染料分子通過較弱的化學鍵固定在纖維上，而未反應的染料從纖維上脫離，充斥在殘液中。固色要在堿性環境下進行，羊毛耐酸不耐堿，在高溫情況下損傷更為嚴重，因而通過設定不同的固色溫度進行實驗，固色溫度對固色率和纖維強力的影響見表2。

表2 固色溫度對染色性能的影響

由表2可以看出，在其他工藝參數相同的情況下，只改變固色溫度，Lanasol藍3G上染羊毛織物的固色率變化有差異，在一定溫度范圍內，溫度越高染料的固色率越高、強力越低。在堿性條件下，堿會損傷羊毛纖維使其強力下降，進而導致織物強力下降。表2顯示，隨著固色溫度的升高，纖維的斷裂強力逐漸下降，這就存在一個互相矛盾的方面，想要達到最好的固色率就必須接受對纖維最嚴重的損傷。但在實際生產中，不僅需要保證產品的染色效果，還要降低對羊毛纖維的損傷以保證產品的質量，因此尋求固色率和纖維損傷的平衡尤為重要。根據實驗數據可知，固色溫度為80 ℃時羊毛染色能夠獲得良好的效果，既可以得到較高固色率，又不致嚴重損傷纖維。綜上所述，選擇80 ℃為固色溫度可達到最滿意的結果。

2.2 改進工藝效果評價

2.2.1耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度對比

在實際染色加工中，未固著的染料并不能被完全去除，而且已形成共價鍵結合的染料也會因水解斷鍵或氧化斷裂而脫離纖維[10]。色牢度的好壞與化學鍵的穩定性以及后處理密切相關。2種染色工藝的織物色牢度測試結果見表3。

表3 常規工藝和改進工藝色牢度測試 級

通過對比發現，采用改進工藝染色的織物色牢度明顯改善，其中耐水洗色牢度和耐干摩擦牢度提高了0.5級，這對于物理性能指標要求嚴格的日本市場意義較大。

2.2.2染色織物拉伸斷裂強力性能對比

對比未染色織物與常規工藝、改進工藝染色前后織物拉伸斷裂強力和斷裂伸長率性能的變化，測試結果見表4。

表4 織物斷裂強力測試結果

從表5可以看出，染色后的羊毛織物強力明顯降低。這主要是因為在染色加工中使用了大量的酸堿等助劑，破壞了羊毛中二硫鍵結構，從而導致纖維強度下降。同時，采用改進工藝的羊毛織物較常規工藝染色的羊毛織物，其經向平均強力提高了7%，經向平均斷裂伸長提高了3.6%，說明改良后的工藝減少了對羊毛的損傷，這主要是因為皂洗過后，加一定量酸將纖維上的堿進行中和，降低了堿對纖維的損傷。

3 結 論

①Lanasol藍3G為高溫型活性染料，染料的油性大，不易均勻吸附到纖維上。將常規工藝40 ℃起染改為15 ℃起染，能夠有效緩解勻染性的問題。

②實驗結果顯示，在70 ℃時由于分子運動活躍，織物中纖維的膨脹度增加，染料的上染百分率較大，在此時保溫20 min，可以使染料充分上染，達到均勻的效果，同時保證染料的上染量。

③在98 ℃時，保溫80 min給予染料充分的上染及勻染時間，在保溫30 min后，再次加入甲酸，使pH值保持在弱酸性條件，能促進染料的上染，增加染料的吸盡量。

④在固色結束后，由于是在堿性條件下固色，纖維織物上會殘留堿劑，在80 ℃通過酸中和10 min，可以中和殘留堿劑。

⑤采用改良后的染色工藝，織物的色牢度和力學性能得到了較好的改善。