棉用活性染料乙醇/水體系中對羊毛織物的染色

2019-06-03 07:18:40杭彩云尚潤玲

毛紡科技 2019年5期

杭彩云，尚潤玲，陳磊

(江陰職業(yè)技術(shù)學院化學紡織工程系，江蘇江陰 214405)

常用羊毛染色染料有酸性染料、媒染染料和毛用活性染料，但是酸性染料存在濕處理牢度差、染色時間長的問題；媒染染料中媒染劑對環(huán)境有污染；毛用活性染料價格貴，成本高，市場份額小[1-2]。同時，羊毛緊密的鱗片層結(jié)構(gòu)使得染色時一般需要在沸騰條件下進行，這不僅對羊毛損傷大、失重多，而且羊毛容易泛黃、手感變硬，還消耗大量的能源[3-4]。因此，開發(fā)羊毛低溫染色和毛用活性染料的替代品成為研究的熱點之一。

棉用活性染料性價比高，色譜齊全，市場占有率高。已有研究結(jié)果表明，將雙乙烯砜活性基棉用活性染料應(yīng)用于羊毛染色可以獲得比較好的效果[2,5]，但是染色溫度依然比較高，為90 ℃或95 ℃，而且染色時需要加入電解質(zhì)。本文以棉用活性黑KNB為對象，乙醇/水為染色介質(zhì)，系統(tǒng)分析影響活性染料染色性能的因素，并與傳統(tǒng)羊毛染色工藝作對比。

1 試驗

1.1 材料及儀器

織物：純羊毛織物(市售)。

藥品：活性黑KNB(江蘇錦雞實業(yè)股份有限公司)，染料結(jié)構(gòu)式如圖1所示。毛用活性染料Lanasol CE-2B(無錫安保染料化工有限公司)；皂洗劑ZS-2300(杭州綠島科技有限責任公司)；乙醇為化學純試劑；冰醋酸、純堿和元明粉均為工業(yè)級。

儀器：Color-Eye 7 000 A(杭州三錦科技有限公司)；pH計(杭州奧立光儀器有限公司)；YP10002電子天平(上海精密科學儀器有限公司)；HL型常溫染色機(靖江市海瀾裝備廠)；IR-12型紅外線染色機(廈門瑞比精密機械有限公司)；M11-2摩擦牢度儀(溫州紡織儀器廠)；SW-12耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)。

圖1 活性黑KNB染料分子結(jié)構(gòu)

1.2 實驗方法

1.2.1 染色方法

毛用活性染料水浴染色方法：毛用活性染料Lanasol CE-2B 2%(owf)，先調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，浴比1∶30，室溫投入羊毛織物，升溫至98 ℃，保溫90 min后取出，再投入2 g/L純堿溶液中，80 ℃處理20 min，皂洗，水洗，晾干。

棉用活性染料水浴染色方法：活性黑KNB 2% (owf)，元明粉30 g/L，先調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，浴比1∶30，室溫投入羊毛織物，升溫至60 ℃，保溫30 min后，加入純堿1 g/L，升溫至90 ℃，保溫60 min，染色結(jié)束，水洗，皂洗，水洗，晾干。

棉用活性染料乙醇/水體系染色方法：活性黑KNB 2% (owf)，調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，按不同乙醇體積分數(shù)配制浴比為1∶30的染浴，室溫投入羊毛織物，升溫至60 ℃，保溫30 min后，加入純堿，再升溫，保溫一定時間，染色結(jié)束，水洗，皂洗，水洗，晾干。

1.2.2 上染百分率和固色率的測定

配制2個相同的染浴，一個染浴加入羊毛織物，另一個染浴中不加織物，按1.2.1中染色方法染色結(jié)束后，在染料的最大吸收波長處分別測試2個染浴殘液的吸光度，上染百分率按下式計算[6]：

式中：A0為標準染液的吸光度；A1為染色殘液的吸光度；n0為標準染液的稀釋倍數(shù)；n1為染色殘液的稀釋倍數(shù)。

按1.2.1染色方法染色和后處理，收集染色殘液和所有洗滌液并定容，在染料最大吸收波長處測吸光度；另一只沒加織物的染浴也經(jīng)過相同的后處理過程，冷卻后定容，測吸光度，固色率按下式計算：

式中：A2為經(jīng)歷染色過程的標準染液和后處理洗滌液混合溶液的吸光度；A3為染色殘液和所有洗滌液混合溶液的吸光度；n2為標準染液和后處理洗滌液混合溶液的稀釋倍數(shù)；n3為染色殘液和所有洗滌液混合液的稀釋倍數(shù)。

1.2.3K/S值測定

用Color-Eye 7 000 A電腦測色儀對染色后羊毛織物進行測試，每個樣品在不同部位測5次，取平均值。

1.2.4 色牢度測試

耐洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測定；耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定；根據(jù)GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》和GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》評定測試結(jié)果。

2 結(jié)果及討論

2.1 乙醇體積分數(shù)對染色性能的影響

在乙醇/水體系中，通過改變乙醇體積分數(shù)用活性黑KNB對羊毛織物進行染色，染色織物的K/S值如圖2所示。可以看出，隨著乙醇體積分數(shù)的提高，染色織物的K/S值先提高后降低，當乙醇體積分數(shù)為80%時，染色織物的K/S值達到最大值。其原因是乙醇的表面張力為22.32 mN/m，水的表面張力為72.75 mN/m[7-8]，當乙醇加入水溶液后，體系的表面張力下降，有助于羊毛織物的潤濕和染料的滲透；同時水溶液的極性力δp=16.0(J/cm3)1/2，乙醇的極性力δp=8.8(J/cm3)1/2[9]，乙醇的加入使混合體系的極性減小，降低了親核取代或親核加成反應(yīng)所需要的能量，加快了活性黑KNB與羊毛纖維間共價鍵的形成[10]。此外，乙醇是典型的兩性分子，溶于水后會與水分子發(fā)生氫鍵結(jié)合，形成氫鍵締合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進染料上染纖維[6]。但是，當乙醇體積分數(shù)超過80%后，乙醇/水體系中自由狀態(tài)的水越來越少，染料不能完全溶解，部分染料發(fā)生聚集和沉淀，因此染色織物的K/S值下降。

圖2 乙醇體積分數(shù)對活性黑KNB染色性能的影響

2.2 初始pH值對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，固色溫度80 ℃，固色時間60 min，純堿1 g/L，染浴初始pH值對羊毛織物K/S值的影響如圖3所示。

圖3 初始pH值對活性黑KNB染色性能的影響

從圖3可知，在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，染浴初始pH值對活性黑KNB染色性能有一定影響，隨著染浴pH值的提高，染色羊毛織物的K/S值明顯下降，這主要是由于羊毛大分子側(cè)鏈上含有氨基和羧基，染浴的pH值對羊毛纖維的電荷性影響較明顯。當體系的pH值越高，氨基的質(zhì)子化程度越小，羊毛纖維正點性也就越弱，活性染料KNB與羊毛纖維之間的靜電引力不強，染料上染至纖維上的量就少，所以染色后羊毛織物的K/S值降低[5]。

2.3 固色溫度對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，純堿1 g/L，固色時間60 min，固色溫度對羊毛織物K/S值的影響如圖4所示。

圖4 固色溫度對活性黑KNB染色性能的影響

從圖4可以看出，當固色溫度在60～80 ℃范圍時，染色羊毛織物的K/S值隨著固色溫度升高而提高，這是因為溫度提高，一方面有助于羊毛纖維的膨化溶脹，內(nèi)部孔道擴張，便于活性黑KNB分子穿透羊毛鱗片層進入纖維內(nèi)部；另一方面，染料分子運動加速，更多的染料分子可以從染浴擴散進入纖維內(nèi)部，與纖維發(fā)生共價鍵的結(jié)合，因此染色后羊毛織物的表觀深度提高。

從圖4還可以看到，當固色溫度超過80 ℃后，對染色織物表觀顏色深度影響不明顯，主要是在101.3 kPa條件下，當乙醇/水體系中乙醇體積分數(shù)為79.33%時，混合液的沸點為79.40 ℃[10]。雖然設(shè)定乙醇/水體系外的溫度為80 ℃和90 ℃，但是體系內(nèi)都是在沸騰狀態(tài)下，所以染色后羊毛織物K/S值變化不大。

2.4 純堿質(zhì)量濃度對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，固色溫度80 ℃，固色時間60 min，純堿質(zhì)量濃度對羊毛織物K/S值的影響如圖5所示。

圖5 純堿質(zhì)量濃度對活性黑KNB染色性能的影響

從圖5可以看出，固色時純堿質(zhì)量濃度對染色羊毛織物的表觀顏色深度有影響，隨著純堿質(zhì)量濃度的提高，染色織物的K/S值先提高后下降，當純堿質(zhì)量濃度為1 g/L時，染色織物的表觀顏色最深。從圖1活性黑KNB染料分子結(jié)構(gòu)中可知，分子中含有2個乙烯砜活性基團，在酸性條件下，主要以β-乙基砜硫酸酯形式存在；只有在堿性條件下轉(zhuǎn)化成反應(yīng)性比較強的乙烯砜基，與羊毛發(fā)生共價鍵的結(jié)合，但是，固色時堿性越強，染料水解越嚴重，而且羊毛受到的損傷也就越嚴重。因此，當純堿質(zhì)量濃度超過1 g/L時，染色羊毛織物的K/S值越來越小。由此綜合考慮，活性黑KNB染羊毛時，固色時最佳純堿質(zhì)量濃度為1 g/L。

2.5 固色時間對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，純堿1 g/L，固色溫度80 ℃，固色時間對羊毛織物K/S值的影響如圖6所示。

圖6 固色時間對活性黑KNB染色性能的影響

從圖6可知，羊毛織物染色后表觀顏色受固色時間的影響較明顯，固色時間越長，染色后織物的顏色越深，活性黑KNB與羊毛發(fā)生鍵合的染料越多，從固色30 min到60 min時，K/S值提高比較快，60 min到90 min時間段內(nèi)，K/S值增加速度比較緩慢，尤其在80 min之后，染料上染和固色基本達到平衡。因此，為了提高染色效率，固色時間可以控制在60 min以內(nèi)。

2.6 3種染色工藝效果對比

活性黑KNB分別在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系和傳統(tǒng)水浴中對羊毛進行染色，以及毛用Lanasol CE-2B水浴染色，3種染色工藝后染色效果的對比如表1所示。可以看出，活性黑KNB在乙醇/水體系中染色效果比水浴中染色效果有明顯的提高，上染百分率、固色率和K/S值分別提高12.8%、17.01%和17.4%；與毛用活性Lanasol CE-2B水浴染色效果相比，上染百分率、固色率和各項色牢度基本達到同等水平。通過對比3種羊毛染色工藝，在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中用棉用活性染料對羊毛織物染色，不僅可以實現(xiàn)無鹽染色，杜絕了無機鹽對環(huán)境的污染，而且染色溫度由沸染變?yōu)?0 ℃，降低了能耗；染液中的乙醇通過回收后反復(fù)使用，減少了水耗。