陽離子改性劑在錦/棉/氨針織物短流程染色中的應用

左凱杰，王興隆，何瑾馨

（1.東華大學化學化工與生物工程學院，上海 201620；2.常州旭榮針織印染有限公司，江蘇常州 213017；3.紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620）

棉纖維是一種天然纖維素纖維，由其織成的針織物一般采用活性染料染色，染色過程中需要耗用大量的無機鹽（元明粉或氯化鈉）促染，純堿固色，導致印染廢水電解質濃度偏高，處理難度增加。因此，近些年來研發陽離子改性技術，用于棉織物的無鹽無堿或少堿染色。用于棉纖維陽離子改性的助劑很多，公開報道的有環氧氯丙烷-硫脲、甜菜堿、單/雙季銨鹽、CHPTAC 等［1-4］。該類研究主要集中在純棉纖維或織物染色性能，對于棉和其他纖維混紡或交織織物的染色工藝研究較少。

錦/棉/氨織物的傳統染色工藝大多采用先前處理，然后染棉，再套染錦綸，工藝流程長，用水量大，染料利用率不高，污染較嚴重。針對此問題，本實驗以新型陽離子改性劑DVR-100 對錦/棉/氨針織物進行改性，棉纖維經過改性后帶正電荷，可以采用酸性染料染色，使酸性染料同浴同步上染錦綸/棉/氨織物成為可能。

1 實驗

1.1 材料及儀器

材料：錦/棉/氨細針羅馬布（比例43.6/46.4/10.0），紗線規格及比例為棉/錦（80/20）混紡紗70s58%、錦綸40D 32%、氨綸20D 10%，220 g/m2；酸性黑Black BH、酸性藏青Dark Blue SR、酸性翠藍Blue 3G、酸性艷藍Blue M-2R、酸性紅Red SGS、酸性嫩黃Yellow 4GL（江蘇德旺化工工業有限公司），陽離子改性劑DVR-100、非硅滲透劑FS（深圳市迪威科技有限公司），勻染劑FTSK（拓納化學），酸性固色劑HT-GL（蘇州合秦化工有限公司），冰醋酸、燒堿（工業級）。

儀器：Datacolor SF-600 型計算機測色儀，紅外線高溫染色機（中國臺灣流亞科技有限公司），常溫振蕩水浴鍋（江蘇省金壇市恒豐儀器廠），高溫高壓溢流染色機（50 kg，臺灣東庚），JA203H 電子天平（常州幸運電子設備有限公司），耐洗色牢度試驗機SW-24AⅡ（溫州大榮紡織儀器有限公司），色牢度摩擦試驗儀M238BB（上海鼎徽儀器儀表設備有限公司）。

1.2 染整工藝

1.2.1 陽離子改性及漂白工藝

陽離子改性可以分為平幅冷堆和繩狀浸漬兩種方式，本實驗采用平幅冷堆改性方式。改性工藝：陽離子改性劑DVR-100 100 g/L，燒堿100 g/L，非硅滲透劑FS 10 g/L，浸軋（軋余率80%左右），常溫密封袋密封12～15 h。

改性結束后無需水洗，可充分利用殘留的堿劑進行精練漂白。漂白工藝：27.5%雙氧水3.5 g/L，雙氧水穩定劑0.5 g/L，精練乳化劑1.0 g/L，溫度98 ℃，時間30 min，浴比1∶20。精練后進行酸洗、除氧。黑色無需經過漂白，陽離子改性后水洗、酸洗，中和即可。

1.2.2 染色工藝

黑色和藏青色染料用量為4%，其余各色染料用量為3%，染色過程中需加入親染料型勻染劑1 g/L，染色結束后采用酸性固色劑（4 g/L）進行固色。工藝流程如下：

1.3 測試

1.3.1K/S值

在D65光源、10°視場下，采用計算機測色儀測試，每塊布測8次。

1.3.2 勻染性

由K/S 平均值的標準偏差進行評價，標準偏差公式如下［5］：

其中，n=8，i=1～8。

1.3.3 耐摩擦色牢度

按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試。

13.4 耐皂洗色牢度

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試。

1.3.5 抑菌性能

按照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》測試。

2 結果與分析

2.1 勻染性

分別試染了黑色、藏青色等6 組顏色，采用計算機測色儀測試K/S 值，并根據公式計算標準偏差（標準偏差越小，表示勻染性越好；標準偏差越大，表示勻染性越差），結果如表1所示。

由表1 可以看出，除翠藍色以外，其余各色的K/S值波動范圍基本在±0.5 以內。從標準偏差看，各顏色為0.007 8～0.029 4，均較小，說明經過陽離子改性后，織物的勻染性很好，無色花、色斑現象。

影響錦/棉/氨針織物短流程染色均勻性的因素包括：（1）坯布陽離子改性的均勻性；（2）染色工藝的設定，包括升溫速率、加料時間、保溫時間等。該工藝在陽離子改性階段采用平幅冷軋堆方式，同時在浸軋液中加入非硅滲透劑，既可以保證浸軋液的快速均勻滲透，又避免了滲透劑不耐濃堿造成的漂油問題；此外，陽離子改性劑在強堿低溫條件下的水解率相對較低，增加了與棉纖維反應的概率，改性的均勻性較好。

表1 K/S值及標準偏差

在染色工藝設定過程中，由于棉纖維經過陽離子改性后表面帶有正電荷，對酸性染料陰離子的吸附力大大增強。因此，首先要嚴格控制織物升溫速率在1 ℃/min 以內，降低染料分子的動能，避免染料與纖維快速反應造成的不勻染問題；其次，染色過程中使用親染料型勻染劑，進一步降低染料與纖維的反應速率，使其在可控條件下均勻穩定地上染。

2.2 色牢度

由表2 可以看出，除大紅色以外，各顏色的耐濕摩擦色牢度均有大幅度的提升，其中藏青色、翠藍色甚至達到了4 級，黑色也達到了3～4 級；耐皂洗色牢度方面，除大紅色棉沾色為3 級、尼龍沾色為3～4 級、翠藍色棉沾色為3～4 級以外，其余均在4 級以上，較傳統工藝有所提升。原因可能是棉纖維經過陽離子改性后，陽離子大分子在纖維表面形成網狀交聯，避免了摩擦時纖維的掉落；同時傳統工藝中棉纖維與活性染料雖可形成共價鍵，但上染率低、浮色多，而棉纖維與酸性染料之間形成離子鍵，上染率高，因此各項色牢度均有所提升。此外，織物表面陽離子的存在，也有利于酸性染料固色劑的成膜，阻礙皂洗過程中錦綸上酸性染料的掉落，從而使錦綸纖維的耐皂洗色牢度得到不同程度的提升。

表2 耐摩擦色牢度及耐皂洗色牢度

2.3 抑菌性能

由表3 可以看出，經過陽離子改性后的錦/棉針織物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率分別達到95.4%、99.3%、94.8%，抑菌效果非常明顯。原因是該陽離子改性劑為含季銨鹽的有機高分子，可以通過靜電場的作用將帶有負電的細菌刺穿，使細胞壁破裂，細胞內物質滲出，從而導致細菌死亡［6］。

表3 織物的抑菌性能

2.4 能耗分析

從6 組顏色中選擇翠藍色，按照短流程工藝試染兩匹布。成品檢驗布面品質良好，無色花、色漬異常現象，錦綸與棉纖維得色率基本相當，無明顯異色現象，與傳統工藝染色的布面品質接近；但生產時間及能耗有明顯降低，統計結果如表4所示。

表4 能耗分析表

由表4 可以看出，采用短流程工藝染色后，用水量由原來的11 缸降至6 缸，節水45.4%；染一缸布所用的時間由原來的10.5 h 縮短至6.5 h，效率可提升38.1%；此外，經過陽離子改性后，棉染色無需再用鹽、堿，節約了資源的同時，染色廢水中的電解質濃度也大大降低，有利于對于生態環境的保護。

3 結論

針對錦/棉/氨混紡或交織織物的染色，采用陽離子改性技術對棉纖維進行改性，然后用酸性染料同時上染錦綸、棉。該工藝具有以下特點：（1）勻染性好，無色花、色漬異常現象，錦綸纖維與棉纖維無明顯異色；（2）部分色系的耐濕摩擦色牢度和耐皂洗色牢度較傳統工藝有明顯改善，至少也與傳統工藝相當；（3）具有耐水洗的抑菌功能；（4）工藝時間短，用水量較傳統工藝大大減少；（5）鹽、堿等電解質用量大幅減少，可降低污水處理難度，生態環保。