滌/棉織物植物靛藍(lán)染料生態(tài)染色工藝

王華清

（浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江寧波 315211）

隨著紡織服裝業(yè)的發(fā)展，人們開始追求天然的紡織品和服裝，于是，生態(tài)健康理念被融入紡織服裝行業(yè)，形成了各類新型生態(tài)與健康紡織服裝產(chǎn)品。傳統(tǒng)的滌/棉織物采用分散/活性染料兩浴法染色，印染廢水較多，對環(huán)境造成污染，因此，有必要開發(fā)滌/棉織物的生態(tài)染色工藝。

植物靛藍(lán)染料作為天然染料，具有無毒、無害、無污染等優(yōu)點(diǎn)，并且具有一定的藥用價(jià)值［1-2］，被廣泛應(yīng)用于纖維素纖維著色，但植物靛藍(lán)染料染合成纖維的報(bào)道還不多。由于靛藍(lán)染料對滌綸和棉的染色性能存在一定的差異，一浴法很難使兩種纖維的混紡織物染成同色［3］。

靛藍(lán)染料在溶液中有4 種存在形式，即氧化態(tài)靛藍(lán)Ⅰ、靛藍(lán)隱色酸Ⅱ、單酚鈉離子隱色體Ⅲ和雙酚鈉離子隱色體Ⅳ。靛藍(lán)隱色酸Ⅱ是上染滌綸的主要形態(tài)，這是因?yàn)榈逅{(lán)隱色酸結(jié)構(gòu)中的羥基可與滌綸大分子鏈上的酯基形成氫鍵，因而對滌綸纖維具有較強(qiáng)的親和力［4-5］；而單酚鈉離子隱色體Ⅲ對棉纖維的親和力較高，是上染棉纖維的主要形態(tài)［6］。由于棉和滌綸纖維的結(jié)構(gòu)不同，所以染色方法不同，靛藍(lán)染料染棉纖維一般在低溫下進(jìn)行［7］；而滌綸纖維需要在高溫條件下進(jìn)行染色［8］。采用植物靛藍(lán)對滌/棉織物進(jìn)行兩浴法染色，通過改變?nèi)疽旱乃釅A度和工藝來控制染液中靛藍(lán)染料4 種狀態(tài)的比例，使棉纖維和滌綸纖維都能獲得較高的得色量，并得到較好的同色性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純滌綸機(jī)織物、純棉機(jī)織物（用于模擬滌/棉交織物，染色時(shí)兩種織物質(zhì)量比為65/35）和滌/棉混紡織物（65/35）。試劑：植物靛藍(lán)染料（貴州靛泥），葡萄糖（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），氫氧化鈉（分析純，上海展云化工有限公司），碳酸鈉（分析純，無錫市佳妮化工有限公司），HK-2051 無泡皂洗劑（工業(yè)級(jí)，寧波華科紡織助劑有限公司）。

儀器：XW4000B 紅外線染色機(jī)、Y517B 摩擦色牢度機(jī)、S-W12D 耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（寧波紡織儀器廠），數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司），Datacolor SF 600型測色配色儀（瑞士Datacolor公司）。

1.2 植物靛藍(lán)染料還原工藝

靛藍(lán)5 g/L，葡萄糖0～50 g/L，氫氧化鈉0～10 g/L，還原溫度35～70 ℃，還原時(shí)間10～40 min，浴比1∶50。工藝曲線如下：

1.3 植物靛藍(lán)染料染色工藝

滌綸織物染色工藝曲線如下：

棉織物染色工藝曲線如下：

皂洗工藝曲線如下：

1.4 測試

K/S值：將織物折疊至不透光，采用測色配色儀，在D65光源、10°標(biāo)準(zhǔn)視場下測定。同色性指數(shù)按下式計(jì)算：

值越接近于1，染色織物的同色性越好。

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y定。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y定。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸和棉織物染色效果的影響因素

2.1.1 葡萄糖用量

由圖1 可知，隨著葡萄糖用量的增加，滌綸和棉織物的K/S值都是先增大后減小。葡萄糖用量為10 g/L時(shí)，滌綸織物K/S值最大；葡萄糖用量為40 g/L 時(shí)，棉織物K/S值最大。這是因?yàn)槠咸烟怯昧繒?huì)影響被還原染料的數(shù)量以及還原產(chǎn)物的狀態(tài)［3-5］。

圖1 葡萄糖用量對滌綸和棉織物染色的影響

靛藍(lán)染料的還原電位為-760 mV，當(dāng)葡萄糖用量不足（低于10 g/L）時(shí)，染液的還原電位低于-760 mV，靛藍(lán)染料以不溶性的氧化態(tài)靛藍(lán)Ⅰ或稍溶于水的還原態(tài)、非離子型隱色酸Ⅱ存在，染液呈渾濁的藍(lán)綠色；而隱色酸Ⅱ?qū)炀]的親和力較高，是上染滌綸的主要形態(tài)。當(dāng)葡萄糖足量（10～40 g/L）時(shí)，染液的還原電位達(dá)到或超過-760 mV，靛藍(lán)染料被還原成單酚鈉離子隱色體Ⅲ，溶液呈清澈的黃綠色；單酚鈉離子隱色體Ⅲ是上染棉纖維的主要形態(tài)，對棉織物的親和力較高。當(dāng)葡萄糖過量（超過40 g/L）時(shí)，染液的還原電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過-760 mV，靛藍(lán)染料被還原成雙酚鈉離子隱色體Ⅳ，即發(fā)生了過度還原，溶液呈棕黃色［9］，對棉織物的親和力下降，K/S值逐漸下降。在葡萄糖用量分別為 10、40 g/L 時(shí)，滌綸、棉織物的K/S值分別達(dá)到最大，同色性指數(shù)為0.998，同色性最好，以此為最佳葡萄糖用量。

2.1.2 氫氧化鈉用量

由圖2 可以看出，隨著氫氧化鈉用量的增加，滌綸和棉織物的K/S值都是先升高再下降。氫氧化鈉用量為0.5 g/L時(shí)，滌綸織物K/S值最大；氫氧化鈉用量為8 g/L時(shí)，棉織物K/S值最大。這是因?yàn)闅溲趸c用量小于0.5 g/L 時(shí)，靛藍(lán)染料主要以隱色酸Ⅱ存在，對滌綸纖維親和力較高，滌綸得色較高；氫氧化鈉用量在0.5～8.0 g/L 時(shí)，非離子型隱色酸Ⅱ逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏逾c離子隱色體Ⅲ，對棉纖維的親和力最高，棉織物的得色較深；當(dāng)用量超過8 g/L 時(shí)，靛藍(lán)染料容易被過度還原為雙酚鈉離子隱色體Ⅳ，從而造成染料上染率下降［10-11］。當(dāng)氫氧化鈉用量分別為0.5 g/L（染滌）、8.0 g/L（染棉）時(shí)，同色性指數(shù)為0.998，同色性最好，以此為氫氧化鈉最佳用量。

圖2 氫氧化鈉用量對滌綸和棉織物染色的影響

2.1.3 還原溫度

由圖3 可知，隨著還原溫度的升高，滌綸和棉織物的K/S值都是先升高再下降。染棉織物時(shí)，因?yàn)榈逅{(lán)染料在堿性較強(qiáng)、還原溫度較高的情況下易發(fā)生過度還原反應(yīng)，影響織物的得色量；染滌綸時(shí)，堿劑和還原劑用量較少，一般不會(huì)發(fā)生過度還原，當(dāng)還原溫度超過60 ℃時(shí)，滌綸織物的K/S值變化較小。從節(jié)能角度考慮，染滌時(shí)還原溫度選擇60 ℃；染棉時(shí)還原溫度選擇45 ℃。兩者的K/S值最大，且同色性指數(shù)為0.998，同色性最好。因此，染滌綸時(shí)最佳還原溫度為60 ℃，染棉時(shí)最佳還原溫度為45 ℃。

圖3 還原溫度對滌綸和棉織物染色的影響

2.1.4 還原時(shí)間

由圖4 可知，對于滌綸織物，K/S值隨還原時(shí)間的延長而增大，當(dāng)超過30 min 后基本達(dá)到穩(wěn)定。這是因?yàn)榈逅{(lán)染料以不溶性的氧化態(tài)靛藍(lán)Ⅰ或稍溶于水的還原態(tài)、非離子型隱色酸Ⅱ存在，還原時(shí)間比較短時(shí)，染料多以氧化態(tài)靛藍(lán)Ⅰ存在，得色量相對較低；當(dāng)還原時(shí)間較長時(shí)，氧化態(tài)靛藍(lán)Ⅰ進(jìn)一步還原成隱色酸Ⅱ，得色量逐漸增加；繼續(xù)延長還原時(shí)間，隱色酸數(shù)量趨于穩(wěn)定，K/S值也趨于穩(wěn)定。而對棉織物來說，K/S值先隨還原時(shí)間的延長而增大，當(dāng)還原時(shí)間超過30 min 時(shí)，K/S值開始降低。這可能是因?yàn)殡S著還原時(shí)間的延長，染料逐漸生成隱色體鈉鹽，反而引發(fā)不正常的還原反應(yīng)。當(dāng)還原時(shí)間為30 min 時(shí)，兩種織物色差較小，同色性指數(shù)為0.998，最接近于1。因此，最佳還原時(shí)間均為30 min。

圖4 還原時(shí)間對滌綸和棉織物染色的影響

2.1.5 染色溫度

由圖5 可知，隨著染色溫度的升高，滌綸織物得色深度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到120 ℃后，再升高染色溫度，K/S值趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闇炀]纖維的結(jié)晶度高，在高溫高濕以及水的增塑作用下，纖維分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，分子間微隙增大［12］。對于棉織物，染色溫度低于35 ℃時(shí)，隨著染色溫度的升高，織物的K/S值增加；超過35 ℃后，織物的K/S值反而下降。這是因?yàn)檫^高的染色溫度不利于靛藍(lán)染料隱色體對棉織物的吸附。當(dāng)染色溫度分別為35、120 ℃時(shí)，棉、滌綸織物的K/S值比較接近，同色性指數(shù)為0.998，同色性最好，以此為最佳染色溫度。

圖5 染色溫度對滌綸和棉織物染色的影響

2.1.6 染色時(shí)間

由圖6 可知，隨著染色時(shí)間的延長，滌綸織物的K/S值先升高后下降，30 min 時(shí)，滌綸織物的K/S值最大。這可能是由于在高溫較長時(shí)間作用下，染色織物中的靛藍(lán)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化［13］。而棉織物的K/S值隨著染色時(shí)間的延長而逐漸增大，當(dāng)超過60 min 后，K/S值增加的幅度變小。原因是隱色體鈉鹽對棉纖維的吸附達(dá)到了平衡，繼續(xù)延長染色時(shí)間，上染到織物上的染料會(huì)脫落［11］。滌綸染色30 min、棉織物染色60 min 時(shí)，兩者的K/S值最接近，同色性較好，以此為最佳染色時(shí)間。

圖6 染色時(shí)間對滌綸和棉織物染色的影響

2.2 染色牢度

由表1 可知，滌綸織物具有較好的色牢度，都達(dá)到了4 級(jí)以上；而棉織物和滌/棉混紡織物具有相近的色牢度，略低于滌綸織物，但均達(dá)到了服用性能要求。

表1 靛藍(lán)染料兩浴法染色滌綸、棉及滌/棉混紡織物的色牢度

3 結(jié)論

（1）靛藍(lán)染料染滌綸優(yōu)化工藝為：靛藍(lán)5 g/L、葡萄糖10 g/L、燒堿0.5 g/L、60 ℃還原30 min、120 ℃染色30 min。靛藍(lán)染料染棉優(yōu)化工藝為：靛藍(lán)5 g/L、葡萄糖40 g/L、燒堿8 g/L、45 ℃還原30 min，35 ℃染色兩次，每次30 min；氧化兩次，每次20 min。在此工藝下，滌綸和棉具有較好的同色性。

（2）靛藍(lán)染料染滌綸織物的色牢度高于棉織物；而滌/棉混紡織物的耐皂洗和耐摩擦色牢度與棉織物持平，略低于滌綸織物，但均達(dá)到了服用性能要求。