滌綸針織物堿減量和染色一浴一步法工藝

王小艷， 杜金梅， 彭鈴淇， 荊麗麗， 許長海

(1. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學), 江蘇 無錫 214122; 2. 蓬萊嘉信染料化工股份有限公司， 山東 蓬萊 265600)

滌綸特有的結構和分子鏈的排列方式使得滌綸織物存在吸濕困難、觸感差、手感硬等缺點，服用性能不像天然纖維那么優異[1]。為了使滌綸織物具有良好的垂懸性、蓬松度和柔軟度以及較好的吸濕性和透氣性，通常需先對滌綸織物進行堿減量處理[2-4]。

傳統的分散染料結構中通常含有—HNCO—、—CN、—OCO—等基團，這些基團會在高溫且有堿的條件下水解導致染料性能如色光、上染百分率等的變化[5-6]。為了使其獲得良好的手感，避免染色后再進行堿減量處理對已經上染到滌綸上的染料分子造成破壞，傳統染色方法采用先堿減量再染色的工藝路線。滌綸織物高溫高壓染色法中分散染料染浴的pH值在5～6之間[7]。由于滌綸織物堿減量是在強堿性條件下進行的，因此染色前必須進行酸洗及充分的水洗，這個過程會耗用大量的水。染色過程中析出的滌綸低聚物色斑和浮色，需使用保險粉等還原劑對染色滌綸織物進行還原清洗，存在破壞已經上染到纖維上的染料分子的缺陷[8-10]，因此，常規的滌綸染整工藝有流程長，操作復雜，耗水耗能大、產品質量不穩定等缺點。

為解決滌綸常規染整加工工藝存在的諸多問題，開發出了耐堿分散染料，由于其耐堿性能，可將滌綸織物的前處理和染色置于同浴處理。曹機良等[11-12]嘗試使用耐堿分散染料堿減量染色一浴，認為此工藝具有可行性，但在已有的研究中，當燒堿質量濃度較高時，染料色光變化較大，且未提出堿減量和染色一浴時免還原清洗的可行性。

本文使用高耐堿分散染料進行滌綸織物的染色和堿減量一浴處理。由于高溫條件下析出的滌綸低聚物在堿性染浴中具有較好的分散性，染色結束后織物可不進行還原清洗，染色設備也不必因滌綸低聚物的不斷黏附和積累而需要定期停機清洗。使用高耐堿分散染料采用堿減量和染色一浴法工藝對滌綸針織物進行染整加工相對于常規工藝，流程短，操作簡便。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料：純滌綸針織坯布(雙面滌綸針織布，面密度為160 g/m2)。耐堿分散大紅HA-G，耐堿分散黃棕H-2R，耐堿分散藍HA-RL(蓬萊嘉信染料化工股份有限公司)，高溫染色用分散勻染劑(日華化學中國有限公司)，保險粉、氫氧化鈉、冰醋酸，二水合磷酸二氫鈉、十二水合磷酸氫二鈉、鹽酸、乳酸、尿素、氯化鉀、硫酸鈉、氯化鈉、氯化銨(國藥集團化學試劑有限公司)，L-組氨酸-鹽酸鹽水合物(廣州千勝精細化工有限公司)，滲透劑JFC(廣東德美精細化工有限公司)。

儀器：Ahiba IR 型紅外小樣染色機、Datacolor 650 型測色配色儀(德塔顏色商貿(上海)有限公司)，SW-24E 型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)，YG611 型耐汗漬牢度試驗機、Y(B)571-II 型耐摩擦牢度試驗機(溫州市大榮紡織標準儀器廠)，HD 026 N 型電子織物強力機(南通宏大實驗儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 常規染色工藝

堿減量處方：燒堿0～10 g/L；浴比1∶20。

染色處方：耐堿分散染料2%(o.w.f)；勻染劑1 g/L；調節染浴pH值為7，浴比為1∶20。

還原清洗及皂洗工藝處方：燒堿2 g/L，保險粉2 g/L，滲透劑JFC 1 g/L，皂片3 g/L，浴比為1∶20。

常規染色工藝如圖1所示。

1.2.2 堿減量染色一浴一步法工藝

工藝處方：耐堿分散染料2%(o.w.f)；勻染劑1 g/L；燒堿0～10 g/L；浴比1∶20。

皂洗工藝處方：皂片3 g/L；浴比1∶20。

堿減量染色一浴一步法工藝如圖2所示。

1.3 測試方法

1.3.1 顏色特征值

使用分光光度儀測定試樣K/S值，選用D65為標準光源，在10°視場下觀察。將織物折疊成4層，至少在10個不同部位測量后，取其平均值。

1.3.2 減量率

分別將堿減量處理前后的織物在105 ℃的烘箱中烘干，然后在干燥器中冷卻到室溫，在標準大氣條件(溫度為20 ℃，相對濕度為65%，大氣壓力為101.325 kPa)下稱量。重復烘干、冷卻后稱量，直至質量遞變率不大于0.1%，此時樣品質量為織物干態質量，滌綸堿減量處理的程度用減量率[13]w來表示：

(1)

式中：m0,m1分別為減量前及減量后織物質量，均為干態質量，g。

1.3.3 增深率

增深率c為經堿減量處理及未經處理織物的顏色增深程度：

(2)

式中：(K/S)1、(K/S)2分別為未加堿處理的織物及加堿處理的織物的顏色深度，用染色織物在最大吸收波長處的K/S值來衡量。

1.3.4 勻染性

染色織物的勻染性用織物上各點的K/S值對其平均值的偏差Sλ來表示，按照式(3)、(4)計算，偏差越小說明勻染性越好[14]。

(3)

(4)

式中：λ為染色織物的最大吸收波長；K/S值為染色織物在最大波長處的顏色深度；n為測量織物表面K/S值的取點個數，這里取n=10；S為染色織物上各點的K/S值對其平均值的偏差。

1.3.5 染色織物相關性能

頂破牢度參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》測定。

耐水洗色牢度參照AATCC測試方法61—2010《紡織品的耐洗色牢度》測定。

耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008 《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定。

耐水漬色牢度參照ISO 105-E01∶2010(E)《紡織品耐水漬色牢度測定》測定。

耐汗漬色牢度參照ISO 105-E04∶2008(E)《紡織品耐汗漬色牢度測定》測定。

耐唾液色牢度參照GB/T 18886—2002 《紡織品 色牢度試驗 耐唾液色牢度》測定。

2 結果與討論

2.1 燒堿質量濃度對織物性能的影響

2.1.1 對染色織物K/S值的影響

使用NaOH為堿減量工藝的堿劑，質量濃度從0 g/L到10 g/L以2.5 g/L遞增。控制常規工藝及一浴一步法工藝中堿處理的溫度和保溫時間相同，對應染色滌綸針織物的K/S值隨燒堿質量濃度的變化如圖3所示。

從圖3看出，耐堿分散大紅HA-G、分散黃棕H-2R、分散藍HA-RL在常規工藝下處理得到的染色滌綸織物的K/S值幾乎不隨燒堿濃度的變化而變化。采用一浴一步法工藝處理滌綸時，與不加堿的數據對比，加堿染色滌綸織物的K/S值增加，但是K/S值隨著燒堿質量濃度的增大變化卻不大。使用相同的染料量、助劑量及燒堿量，采用一浴一步法工藝處理得到的染色滌綸織物顏色更深。如果要求得到相同顏色深度的染色織物，那么一浴一步法需要的染化料理論上應該更少；同時，由于一浴一步法將染色和堿減量同時進行，相比較常規工藝，一浴一步法更加節省能源及時間。

2.1.2 對染色織物減量率和強力的影響

使用NaOH為堿減量過程的堿劑，NaOH的質量濃度從0 g/L到10 g/L并以2.5 g/L遞增，測定一浴一步法試樣的減量率和頂破強力，結果分別如表1和圖4所示。

由表1可知：采用堿減量和染色一浴一步法加工滌綸織物時，隨著NaOH質量濃度的提高，織物減量率增大；且在相同的燒堿濃度下，一浴一步法與常規工藝處理后的滌綸織物減量率相近；使用10 g/L燒堿進行堿減量時，減量率在20%左右，而在實際工業生產中，通常將滌綸織物的減量率控制在20%左右，以達到良好的手感和吸濕性，因此在此工藝中可以采用10 g/L的燒堿對滌綸織物進行染整加工。由圖4可知，對比未加堿直接進行染色的產品，加堿染色的滌綸針織物的頂破強力有所損失，但是經2.5 g/L和10 g/L燒堿一浴一步法染色后織物的頂破強力平均值分別為817 N和741 N，頂破強力僅下降9.31%，即隨堿量的增大，織物強力變化不大。燒堿質量濃度為10 g/L時，滌綸織物既能達到所需的減量率，同時強力損失與低濃度燒堿相差不大。

表1 一浴一步法及常規工藝下不同堿質量濃度時滌綸織物減量率Tab.1 Reduction rate of polyester fabric dyed with one-bath-one-step and conventional procesures under different alkali concentrations

2.1.3 對染色織物勻染性的影響

圖5示出采用滌綸堿減量和染色一浴一步法工藝不同染料在不同堿質量濃度下染色織物的偏差。

由圖5可知，三原色染料的染色織物除了NaOH質量濃度為0 g/L的試樣外，其余試樣的偏差值均在很小的數值范圍內波動，說明采用耐堿染料的堿減量染色一浴一步法所得染色布樣的勻染性良好。

2.2 一浴一步法染色溫度對織物性能的影響

為探究不同染色溫度對采用一浴一步法染色織物的顏色和堿減量的影響，選用10 g/L燒堿，保溫時間為50 min，在不同溫度下處理滌綸織物，處理后染色織物的K/S值及減量率分別如圖6及表2所示。

表2 不同染色溫度時滌綸織物的減量率
Tab.2 Reduction rate of polyester fabric underdifferent dying temperature

溫度/℃減量率/%分散大紅HA-G分散黃棕H-2R分散藍HA-RL1001.001.001.001102.002.502.501204.504.004.5013019.5020.0019.50

由圖6可知，滌綸織物的K/S值隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高，滌綸纖維大分子鏈及染液中的染料分子運動加劇，促進染料向纖維內部擴散并上染纖維。3種染料上染后織物的K/S值隨溫度變化趨勢有較大差別：分散黃棕H-2R從100 ℃到110 ℃時，織物的K/S值較為顯著的增大，110 ℃到130 ℃，織物的K/S值隨溫度升高而增大的趨勢變緩；分散大紅HA-G從100 ℃到120 ℃時，織物的K/S值較為顯著的增大，從120 ℃到130 ℃時，織物的K/S值隨溫度升高而增大的趨勢變緩；分散藍HA-RL在100 ℃到130 ℃的過程中，織物的K/S值隨溫度的升高有明顯的增大。染料分子結構的差異可能是導致織物隨染色溫度變化其K/S值變化趨勢不同的原因。3種染料中，分散黃棕H-2R分子結構最小，分散大紅HA-G次之，分散藍HA-RL分子結構最大，在上染的過程中，結構較小的染料分子擴散速度較快，較結構大的染料分子進入纖維內部容易，因此溫度升高對于分子結構較大的染料在纖維上的上染影響更大。

從表2看出：織物的減量率隨溫度的升高而增大；在相同的溫度下，3種染料處理后織物的減量率接近。當溫度在100～120 ℃時，織物的減量率隨溫度的升高而緩慢增大；從120 ℃到130 ℃的過程中，織物的減量率極為顯著的增大。當溫度超過滌綸纖維的玻璃化轉變溫度(Tg)幾十攝氏度時，滌綸纖維大分子鏈的運動劇烈，且OH-的活動能力增加，OH-與滌綸分子之間的反應活性增加，堿減量速率和減量率顯著增加[15]。減量率的增加意味著纖維變細和纖維表面產生凹坑，這種現象會造成應力集中而導致纖維強力下降。為了判斷高溫長時間處理后纖維的受損情況，對120 ℃和130 ℃這2種條件下處理織物進行了頂破強力測試，結果表明120 ℃ 和130 ℃條件下處理織物強力分別為812 N和743 N，強力下降8.50%，仍處在較高的強力水平。為改善織物的手感和吸濕性等服用性能，織物減量率需要控制在20% 左右[16]，因此，綜合織物的顏色、減量率和手感等，可將處理時的溫度確定為130 ℃。

2.3 一浴一步法染色時間對織物性能的影響

選用質量濃度為10 g/L燒堿，130 ℃染色條件下，探究染色(保溫)時間對采用一浴一步法所得織物顏色和減量率的影響。以分散大紅HA-G為例，不同染色時間處理后織物的K/S值及減量率如圖7所示。

從圖7可以看出，滌綸針織物的減量率隨保溫時間的延長而增大。保溫時間在10～50 min時，織物的減量率隨保溫時間的延長有較為顯著的增加，但當保溫時間從50 min增加到60 min時，滌綸針織物的減量率沒有很大的變化，只是略有增大。這可能是由于在堿減量的初始階段，OH-由表及里進入滌綸內部進行刻蝕，隨著時間的延長，滌綸被水解脫落并溶于堿液中，纖維質量損失較為迅速，隨著處理時間的延長，較多的纖維水解產物溶于堿液中，溶液的黏度增大，阻礙了OH-的擴散，導致減量速率變慢，織物減量率趨于穩定；同時，在堿減量過程中，水解生成1分子乙二醇對應消耗2分子燒堿，隨著時間的延長，減量率增大，消耗的燒堿數量增多，能夠進行水解反應的燒堿數量明顯減少，織物減量率在50 min后增長變緩，趨于穩定。

由圖7可發現，滌綸織物的K/S值在保溫時間為10～40 min內有較為明顯的增大，但40 min后染色織物的K/S值僅僅在某個值附近略有波動，織物色光幾乎保持穩定。由此可以說明HA型耐堿分散染料有較強的耐堿穩定性，能在高溫高壓且長時間的高濃度堿液條件上染纖維，染色40 min后達到染色平衡，織物色深基本不發生變化。綜合不同保溫時間處理后織物的顏色和減量率來看，采用堿減量染色一浴一步法，保溫時間為50 min左右時，處理后染色織物能獲得較高且穩定的減量率和K/S值，因此可以將保溫時間確定為50 min。

表3 染色滌綸織物的性能Tab.3 Properties of dyed polyester fabric

表4 染色滌綸織物耐水洗及耐摩擦色牢度Tab.4 Laundering and crocking colorfastness of dyed polyester fabric 級

2.4 一浴一步法工藝及工藝參數驗證

采用一浴一步法，分別選擇不加堿和加質量濃度為10 g/L燒堿對織物進行染色(染色溫度為130 ℃，保溫染色時間為50 min)，不同染料(三原色單色及其拼色用量均為2%(o.w.f)，其中拼色樣染料質量比m(分散大紅HA-G)∶m(分散黃棕H-2R)∶m(分散藍HA-RL)=1∶3∶2)上染滌綸后染色針織物的減量率、K/S值、增深百分率及勻染性情況見表3。燒堿質量濃度為10 g/L的一浴一步法染色滌綸針織物的色牢度(耐洗、耐摩擦、耐水漬、耐唾液及耐酸和耐堿汗漬)如表4～6所示。

從表3可看出：沒有使用燒堿染色，在其他條件相同時，織物沒有發生減量；而染液中有質量濃度為10 g/L燒堿時，滌綸針織物的三原色及其拼色產品減量率都在20%左右，能達到生產的需求。同時經燒堿處理后的染色織物比不加堿處理的染色織物的顏色深，增深率約為10%，說明三原色染料及其拼色在有堿參與下染色產品都具有增深效應，也就是說如需達到同等色深，堿減量染色一浴一步法工藝可有效節省染料的用量。而且染色滌綸織物的偏差都在很小的數值范圍內波動，說明堿減量染色一浴一步法工藝處理后染色滌綸織物勻染性優異。

表5 染色滌綸織物耐汗漬色牢度Tab.5 Colorfastness to perspiration of dyed polyester fabric 級

表6 染色滌綸織物耐水漬及耐唾液色牢度Tab.6 Water and saliva colorfastess of dyed polyester fabric 級

從染色織物減量率、顏色及勻染性來看，使用此工藝對滌綸針織物進行染整加工時，三原色染料及其拼色都能達到很好的效果。

由表4～6可看出，三原色染料及其拼色處理后染色織物除了耐水洗牢度中沾染錦綸有4級外，其他各項色牢度均能達到4～5級甚至5級，完全能夠滿足生產需要。從染色織物的色牢度來看，使用堿減量染色一浴一步法工藝對滌綸針織物進行染整加工時，三原色染料及其拼色都有很高的色牢度等級。

3 結 論

1)使用耐堿分散染料，采用堿減量和染色一浴一步法工藝對滌綸進行加工具有可行性。一浴一步法優化后工藝為：處理溫度130 ℃，保溫時間50 min，燒堿質量濃度10 g/L；

2)使用相同的染料量，一浴一步法工藝比常規工藝染得的滌綸針織物顏色深，K/S值增加約10%。

3)一浴一步法工藝中，高質量濃度的燒堿(10 g/L)處理后的滌綸針織物，其色光穩定、勻染性好，各項色牢度均能達到4～5級到5級，可免還原清洗；減量率為約20%，強力下降8%左右，在達到改善滌綸針織物服用性能的同時仍保持較高的強力水平。