纖維素纖維類織物冷軋堆無鹽染色新工藝

李冬梅，魏賢峰，丁紅平

（佛山市順德金紡集團(tuán)有限公司，廣東佛山 528300）

冷軋堆染色，即織物在低溫下通過浸軋染液和堿液，利用軋輥壓軋使染液吸附在織物纖維表面，然后進(jìn)行打卷堆置，在室溫下堆置一定時間（鍵合時間）并緩慢轉(zhuǎn)動使之完成染料的吸附、擴散和固色，最后水洗完成上染。[1]該工藝分為浸軋工作液、堆置固色、水洗3個階段。冷軋堆染色工藝是一種介于浸染與軋染之間的，半連續(xù)化軋染工藝；由于其準(zhǔn)備工作如染色工作液的配制在上機前完成，故仍具有較高的生產(chǎn)效率。與常規(guī)溢流浸染工藝相比，冷軋堆工藝具有浴比低、耗水量小的優(yōu)點[2]；較常規(guī)軋染技術(shù)省去了烘焙汽蒸工序。因此，工藝流程短、效率高、消耗低、成本低、污染低的冷軋堆工藝成為研究熱點。

活性染料上染纖維素纖維時，為提高染料上染率，往往需要在配制染色工作液時添加大量無機電解質(zhì)如氯化鈉或元明粉促染。而大量的無機鹽會增加織物染后的水洗難度和廢水處理工作。因此，纖維素纖維類織物無鹽冷軋堆新工藝的開發(fā)顯得尤為重要。

1 實驗

1.1 材料與設(shè)備

織物：全棉四面彈力布（棉98%，氨綸2%）。

試劑：雅格素藍(lán)HF-CL、雅格素黃HF-AL、雅格素紅HF-BL、雅格素紅CBM、雅格素黑EX-NG以及活性深夜色S-R（上海雅運紡織化工股份有限公司），燒堿，純堿，環(huán)保洗滌劑209，冰醋酸。

設(shè)備：微波爐，冷軋堆設(shè)備，烘干機，定型機。

1.2 工藝流程

小樣準(zhǔn)備→半制品準(zhǔn)備→冷軋堆染色→水洗→烘干。

1.3 生產(chǎn)實踐

依據(jù)上述纖維素纖維織物的冷軋堆無鹽染色，結(jié)合佛山市順德金紡集團(tuán)有限公司的實際生產(chǎn)情況，選擇3種顏色（軍綠色、寶藍(lán)色、黑色）對纖維素纖維織物進(jìn)行冷軋堆無鹽染色，并測試產(chǎn)品各項性能指標(biāo)。冷軋堆無鹽染色工藝實例配方見表1。

表1 冷軋堆無鹽染色工藝實例配方

1.4 測試

1.4.1 耐摩擦色牢度

采用GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取穼Τ善访媪夏透赡Σ辽味燃澳蜐衲Σ辽味冗M(jìn)行測試。

1.4.2 耐皂洗色牢度

采用GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取穼Τ善访媪系哪驮硐瓷味冗M(jìn)行測試。

1.4.3 耐汗?jié)n色牢度

采用GB/T 3922—2013《紡織品色牢度試驗?zāi)秃節(jié)n色牢度》對成品面料的耐酸汗、耐堿汗色牢度進(jìn)行測試。

1.4.4 pH

采用GB/T 7573—2009《紡織品水萃取液pH的測定》對成品面料的pH進(jìn)行測試。

1.4.5 甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)

采用GB/T 2912.1—2009《紡織品甲醛的測定第1部分：游離和水解的甲醛（水萃取法）》對成品面料甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測試。

1.4.6 其他

產(chǎn)品的符合性采用GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》以及GB/T 2662—2008《棉服裝》判定。

2 結(jié)果與討論

2.1 染料選擇

冷軋堆的染色機理分為吸附、擴散和固著3 個階段。由于冷軋堆是在室溫條件下通過浸軋染液使纖維素膨脹，并使染料分子轉(zhuǎn)移到纖維內(nèi)部，因此要求選用擴散性良好、對纖維的親和力以及直接性低的活性染料，在保證勻染性的前提下，有利于克服織物的頭尾色差，同時水解的染料也容易清洗去除。[3]

該工藝的染料選擇范圍較廣，鹵代均三嗪、乙烯砜型單活性基及多活性基活性染料均可使用。具體原則：（1）染料在堿浴中的溶解度要大，否則染料會發(fā)生聚集而產(chǎn)生色點。（2）染液的穩(wěn)定時間要長，盡量選擇耐堿性能較好的染料拼色，防止染料在強堿浴中產(chǎn)生不同程度的水解而造成色光變化。（3）固色堆置時間的寬容度要大，盡量選擇固色時間相近的染料，防止因堆置時間變化形成顏色差異。（4）拼色染料配伍性要好，如染料的親和力（比移值）、固色速率、易洗滌性、耐堿水解、溶解度等性能要接近。染料親和力不能太高，防止染料堆積在織物表面，造成色牢度下降和前后色差。固色速率不能太快，以延長染料吸附、滲透、擴散的時間，防止表面著色。

經(jīng)過實驗及大生產(chǎn)實踐，上海雅運紡織化工股份有限公司的雅格素系列染料較適用于冷軋堆染色。選擇目前較流行的軍綠色、寶藍(lán)色以及黑色作為實踐對象，染料配方見表1。

2.2 堿液選擇

由于活性染料上染纖維素纖維需要在堿性環(huán)境下進(jìn)行，染料與纖維的反應(yīng)速率及浸軋液的穩(wěn)定性不僅取決于染料的反應(yīng)性，也取決于堿劑的強度。不同種類的染料所選用的堿劑也不同。冷軋堆染色固色方法有代用堿法和混合堿劑法[4]。目前代用堿的用量一般為純堿用量的1/6～1/8，分為含磷和不含磷2 種。經(jīng)過實驗及大生產(chǎn)實踐，選用混合堿劑作為冷軋堆染色工藝的堿液，有利于染液的穩(wěn)定并可保證染后色光的重現(xiàn)性。目前，常用的混合堿劑為硅酸鈉和燒堿，該混合體系在打卷時，可防止布邊的堿劑碰觸空氣后發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致布邊顏色變淺；但是硅酸鈉易水解，會沉積在軋輥上形成塵垢，導(dǎo)致軋輥的損壞，進(jìn)而有可能在織物上形成色斑。可以選用燒堿-純堿的混合堿劑作為復(fù)合堿的緩沖體系；相較于硅酸鈉，純堿較溫和與穩(wěn)定，對軋輥的損傷小。經(jīng)實踐表明，純堿-燒堿的混合堿劑體系中，燒堿與純堿最佳比例一定時，可得到最佳得色量。混合堿液的具體用量隨染料總量的增加而增大，并與軋車的速度和軋余率呈線性關(guān)系。實例中軍綠色和寶藍(lán)色為中深色，染料總量相差不大，因此所用堿劑配方及用量一致，而黑色為深色類型，染料用量大，需要加大堿劑用量，可以增加活性染料的固色率[4]。

2.3 小樣準(zhǔn)備

小樣制備流程：浸軋染液、堿液混合液（一浸一軋，軋余率55%～65%）→微波爐打樣→冷水洗→熱水洗→皂洗（環(huán)保洗滌劑1 g/L，95 ℃，4 min）→熱水洗→冷水洗→烘干。

打小樣是冷軋堆染色前非常重要的一個環(huán)節(jié)，小樣的準(zhǔn)確性直接影響大樣結(jié)果。冷軋堆染色打小樣采用微波爐法和恒溫烘箱法。微波爐法是一種最簡單快捷的打樣方式，即織物浸軋染液后在微波爐中完成染料的固色。微波是一種高頻輻射，它會增加染料的振動，提高染料擴散進(jìn)入纖維的速率，從而可以將活性染料快速固著在棉織物上。凡是在低功率情況下能提供精確無級變化加熱方式的微波爐都可使用，但是在使用前必須對其特定功率進(jìn)行校準(zhǔn)，以適應(yīng)染色要求。校準(zhǔn)方式：在玻璃燒杯中加入1 L水，放入微波爐，調(diào)試功率大小，直至規(guī)定時間內(nèi)達(dá)到以下溫度并將符合要求的功率固定下來。初始20 ℃；5 min 后31～32 ℃；10 min 后41～42 ℃；20 min后58～59 ℃；30 min 后72 ℃。

浸軋速率、軋余率、微波功率、織物在微波下暴露的時間都會不同程度地影響織物的得色情況。必須調(diào)節(jié)微波功率來保持小樣色光、浸軋速率以及軋余率與大生產(chǎn)條件一致。

恒溫烘箱法是織物浸軋染液后，在恒溫烘箱中完成染料固色的方法。有風(fēng)格效果要求的織物通常選擇恒溫烘箱法打小樣。

2.4 半制品準(zhǔn)備

冷軋堆染色對半制品的要求較高。經(jīng)前處理的纖維素纖維織物必須具有均勻而良好的吸水性，毛效應(yīng)在8 cm/30 min以上。過干的織物表現(xiàn)出疏水性，浸軋染液時不易潤濕，織物含濕率一般控制在4%～6%。進(jìn)軋槽前，織物需充分冷卻，確保織物上不含雙氧水且布面pH保持在7～8。由于部分活性染料對pH敏感，水解程度會隨著溫度的升高而加快，易造成前后色光的差異，因此，溫度的控制是冷軋堆染色成功的關(guān)鍵。冷軋堆染色工藝溫度一般控制在20～30 ℃。

2.5 冷軋堆染色

半制品經(jīng)過烘筒熨平，防止織物在打卷環(huán)節(jié)起皺。在浸染前，將準(zhǔn)備好的染色工作液（混合染料和堿劑體積比1∶4）輸送至浸軋槽，進(jìn)行面料浸軋。浸軋染液必須用均勻軋車，采用40 L較小容積的軋槽以加快染液的循環(huán)和更新速率，縮短染料和堿劑在軋槽的停留時間，防止染料在堿性條件下水解。浸軋是使織物在短時間內(nèi)完成對工作液的吸附并擴散均勻的過程，通過張力的控制來抑制卷邊現(xiàn)象的發(fā)生。冷軋堆染色具體工藝流程：半制品→烘筒（熨平、冷卻）→浸軋→打卷→轉(zhuǎn)動堆置。

一浸一軋后卷繞形成卷裝，用薄膜將卷裝包裹，室溫下堆置8～12 h，并保持卷裝緩慢轉(zhuǎn)動。放置結(jié)束后，織物經(jīng)水洗烘干得染色織物。染料在堆置過程中逐步上染纖維，完成染料的擴散及固色。

2.6 水洗烘干

采用清洗設(shè)備將堆置染色環(huán)節(jié)中已水解和未固著的染料通過皂洗工藝洗除干凈，防止未固著的染料在后續(xù)加工或服用環(huán)節(jié)中發(fā)生掉色。皂洗結(jié)束后再通過酸洗中和，使織物pH保持中性。水洗烘干工藝流程及參數(shù)：平幅進(jìn)布→冷水洗3 格（開噴淋，軋車壓力0.3 MPa）→過酸（冰醋酸2～4 g/L，室溫，軋車壓力0.15 MPa）→皂洗3格（85～95 ℃，環(huán)保洗滌劑2～4 g/L，開噴淋，軋車壓力0.3 MPa）→熱水洗1格（60 ℃，開噴淋，軋車壓力0.3 MPa）→過酸（冰醋酸2～4 g/L，室溫，軋車壓力0.15 MPa）→3柱烘筒烘干（蒸汽壓力147～196 kPa）。

2.7 染色效果

根據(jù)表1 染色配方及無鹽冷軋堆新技術(shù)，對軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑染色織物進(jìn)行測試，成品面料的染后效果見表2。

由表2 可知，經(jīng)無鹽冷軋堆新技術(shù)加工的軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑棉織物染后的耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度以及耐皂洗色牢度均在3 級及以上，滿足國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范等要求。同時經(jīng)無鹽冷軋堆新技術(shù)加工的軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑棉織物布面的pH 以及甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范要求。由此可見，纖維素纖維冷軋堆無鹽染色工藝已滿足紡織產(chǎn)品的基本服用性能要求。

表2 軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑的染色織物質(zhì)量對照表

2.8 生產(chǎn)能耗

生產(chǎn)實踐表明：冷軋堆無鹽染色工藝的染料利用率高達(dá)90%以上；與傳統(tǒng)工藝相比，染料、堿、水、電以及蒸汽分別節(jié)省了15%、30%、30%、20%和25%。

3 結(jié)論

纖維素纖維無鹽染色工藝流程：小樣準(zhǔn)備→半制品準(zhǔn)備→染色工作液的配制→冷軋堆染色→水洗→烘干。半制品質(zhì)量影響織物后續(xù)染色的效果，染料的選擇及堿液的配制直接決定成品面料的染后效果。實踐表明：纖維素纖維織物冷軋堆新工藝染色效果滿足紡織產(chǎn)品基本服用性能要求。與傳統(tǒng)染色工藝相比，冷軋堆新工藝在實現(xiàn)無鹽染色的同時，節(jié)約了生產(chǎn)能耗，如染化料、水、電、蒸汽等，減少了環(huán)境污染。因此，節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的冷軋堆無鹽染色新工藝，在當(dāng)前競爭激烈、環(huán)保壓力大的環(huán)境下，將會有廣闊的應(yīng)用前景。