純棉紗線在苯甲醚/水混合溶劑體系中的染色性能

張 凱，杜立新，蔡海娟，劉德延，，解倩倩，張建祥，毛志平

（1.魯泰紡織股份有限公司，山東淄博 255100；2.東華大學化學與化工學院，上海 201620）

我國是紡織工業大國。紡織工業為我國經濟發展、社會發展以及文化傳播做出了巨大貢獻。同時，紡織工業巨大的耗水量也帶來了非常嚴重的環境污染、生態惡化及資源短缺等問題，這在一定程度上給我國現今有限的可利用水資源帶來很大的負擔。數據顯示，每染1 t 纖維素纖維類紗線就要消耗水80 t以上，且紡織品的眾多后處理過程中都會涉及工業用水的過程，纖維織物的濕處理加工過程會造成環境污染，并且帶來大量能源的浪費［1］。

染色過程作為染整加工中的重要組成環節，過程中涉及的染料種類眾多，其中活性染料占據著舉足輕重的地位，應用也最廣泛。歷經半個世紀的發展，活性染料已逐步取代其他染料而成為纖維素纖維印染加工中的主要應用染料［2］。

活性染料使用過程中存在如耗鹽量大、固色率低和印花尿素用量大等問題，尤其是活性染料染色過程中需加入大量中性電解質（用量高于50 g/L），以消除纖維與染料之間存在的靜電斥力［3］；然而由于電解質無法回收，增加了污水處理的難度，給環境帶來污染和破壞。

近年來，各地區都極其重視生態環境問題的治理改善，為了抑制常規水相染色過程中活性染料的無效水解，研究者們探索了多種解決方法，包括反膠束染色［4-5］、溶劑染色［6-8］、超臨界二氧化碳染色［9］等技術，但因為這些技術對設備的高要求及初期的高投入等因素，導致技術的工業化進程最終擱淺。純棉紗線在苯甲醚/水混合溶劑體系中的染色［10］在前期已發表的文章中進行了工藝優化，本實驗采用與水互不相容的苯甲醚溶劑為填充介質，繼續探究苯甲醚/水混合溶劑體系（也稱“少水介質體系”）中活性染料對純棉紗線的染色性能變化。

1 實驗

1.1 材料與儀器

織物：純棉14.6 tex精梳紗線。

染料：高溫型活性染料紅RX6BN、黃YX4RN、藏青NXGN、深藍NXRBL、藍BXBLN［商品化染料，昂高化工（中國）有限公司］。

助劑：皂洗劑WPA、固色劑RO、柔軟劑SPB（工業品，魯瑞精細化工有限公司），碳酸鈉、硫酸鈉（工業品）。

儀器：OSCI COLOUR 常溫振蕩染色機（廈門瑞比精密機械有限公司），DHG-9420A 電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司），HD021NH-5 電子單紗強力儀、YG-086C 縷紗測長儀（南通宏大實驗儀器有限公司），Datacolor-650 電腦測色配色儀（美國Datacolor 公司），PHS-3C 型pH 計（上海儀電科學儀器有限公司），GF-3000 電子天平（日本A&D 艾安得股份有限公司）。

1.2 高溫型活性染料染色工藝

前期已發表文章［10］中確定少水介質染色時苯甲醚與水的質量比為65∶35（紗線質量與混合溶劑的總質量比為1∶10）。

1.2.1 染色工藝

采用縷紗測長儀將紗線紡成5 g 的絞紗；染液組成為50 mL 溶劑介質/水混合溶液（總浴比為1∶10），活性染料的用量為0.05%～8.00%（對紗線質量）；將染液和紗線放入錐形瓶后，50 ℃時加入40～60 g/L 硫酸鈉，然后控制恒溫振蕩水浴鍋以2 ℃/min升溫至90 ℃，此時加入10～25 g/L 碳酸鈉，加入碳酸鈉后繼續保溫60 min；染色完成后，取出染色紗線的同時回收染色后的殘液，對染色紗線進行皂洗和固色處理，最后將紗線在烘箱中烘干。

1.2.2 皂洗工藝

皂洗劑WPA 2 g/L，溫度95 ℃，時間10 min，皂洗次數為1～3次（根據染料用量而定）。

1.2.3 柔軟固色工藝

柔軟劑SPB 2%（對紗線的質量），固色劑RO 2%（對紗線的質量），溫度60 ℃，時間15 min。

高溫型活性染料的少水介質染色工藝流程如下所示：

1.3 測試

1.3.1 紗線的表觀顏色深度（K/S值）與色差（ΔE）

染色織物常用K/S值表示表觀顏色深度。采用電腦測色配色儀在D65光源、10°視角的條件下測試織物的K/S值，使用前首先對儀器進行校正，被測紗線要梳理平整后進行測試，每個紗線試樣至少測3 次求平均值。ΔE用來表征相同染料用量、不同工藝下染色紗線的顏色差別，同樣采用電腦測色配色儀測定。

1.3.2 色牢度

1.3.2.1 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》方法3測定。

1.3.2.2 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》測定。

1.3.3 拉伸性能

按照GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》在溫度（20±2）℃、相對濕度（65±2）%、夾持長度500 mm、拉伸速度500 mm/min、預加張力（0.5±0.1）cN/tex 的條件下測試，測20次取平均值。

2 結果與討論

2.1 不同高溫型活性染料的染色性能對比

選用商品化的高溫型活性染料藏青NXGN、紅RX6BN、黃YX4RN、深藍NXRBL、藍BXBLN 進行少水介質和常規水浴染色的性能對比實驗。染色時5 只高溫型活性染料的用量均為2%（omf），純棉絞紗紗線質量為5 g，硫酸鈉、碳酸鈉的用量分別為60、20 g/L。染色結束后以常規水浴染色紗線為標樣，對兩種染色工藝染色紗線的K/S值、色力份、色差及Lab 值等參數進行測試，結果如圖1及表1所示。

表1 高溫型活性染料少水介質染色性能測試

5 只高溫型活性染料除深藍NXRBL 為三氯嘧啶型染料外，其余4 只染料均為一氯均三嗪型染料。由表1 可以看出，5 只染料分別采用少水介質染色工藝與常規水浴染色工藝，染色紗線的色力份值基本相當（100%～104%），說明這5 只染料分別采用兩種染色工藝染色后，紗線的得色深度基本相當，與圖1 結果一致；染色紗線的色差值均小于0.50；另外分析兩種染色工藝下紗線的Lab 值可以發現，采用少水介質染色后，紗線L、a、b值的偏差均比常規水浴染色小，說明少水介質染色紗線的色光與常規水浴染色紗線的色光無顯著差異。

2.2 可見光波長范圍內的K/S值曲線

棉纖維紗線在溶劑介質苯甲醚中染色或皂洗時，如果苯甲醚與染料之間發生化學反應，那么染色后紗線的最大吸收波長會有一定的偏移；采用5 只高溫型活性染料（藏青NXGN、紅RX6BN、黃YX4RN、深藍NXRBL、藍BXBLN，用量為2%）對純棉紗線分別進行少水介質染色和常規水浴染色，采用測色配色儀測試染色紗線在可見光波長范圍內的K/S值并繪制曲線，結果如圖2 所示。由圖2 可以看出，少水介質染色工藝與常規水浴染色工藝染色紗線在可見光范圍內的K/S值曲線趨勢及不同染料的最大吸收波長位置相同，進一步驗證了兩種染色工藝下染色紗線S的色光無明顯偏差的實驗結論。

2.3 少水介質拼色染色性能

本實驗的目的在于探究少水介質體系下高溫型活性染料的少水介質拼色染色性能，并與常規水浴拼色染色性能進行對比。少水介質及常規水浴拼色染色的工藝配方如表2 所示，染色結束后對染色紗線分別進行皂洗、固色、烘干。

表2 拼色染料配方

按1.3 測試染色紗線的K/S值、色力份、色差等參數，分析兩種不同染色工藝的差異，結果如圖3和表3所示。

表3 拼色染料染色紗線的性能

由圖3 和表3 可以看出，相對于常規水浴染色紗線，兩個拼色配方下少水介質染色紗線的色力份分別為98.72%和102.80%，得色深度基本相當；另外，兩個不同拼色配方下，兩種染色工藝染色紗線的ΔE均在0.50左右，在可接受范圍內。

2.4 色牢度

采用高溫型活性染料紅RX6BN、黃YX4RN、深藍NXRBL 對純棉紗線進行染色。單色樣染色時各染料的用量為2%，拼色染色的配方為紅RX6BN 1.0%、黃YX4RN 1.0%和深藍NXRBL 6.0%，染色工藝均采用1.2 中所述的染色工藝。染色紗線的色牢度測試數據如表4 所示。由表4 可以看出，少水介質染色紗線的耐干、濕摩擦色牢度和耐皂洗色牢度與常規水浴染色基本相當。

表4 染色紗線的色牢度

2.5 紗線拉伸性能

測試少水介質染色、常規水浴染色純棉紗線及純棉原紗的拉伸性能，結果如表5所示。

表5 純棉原紗及不同染色工藝染色紗線的拉伸性能

由表5 可以看出，棉纖維紗線經過常規水浴和苯甲醚少水介質染色后，紗線強力比原紗稍有下降，但下降幅度不大，說明苯甲醚溶劑介質染色對棉纖維紗線的機械性能沒有顯著影響。

3 結論

（1）高溫型活性染料用量為2%，當紗線與少水介質體系中水的質量比大于等于1.0∶3.5，硫酸鈉、碳酸鈉的用量為60、20 g/L，染色溫度為90 ℃，固色時間為60 min 時，少水介質染色工藝染色的純棉紗線具有良好的勻染性，且染色紗線與常規水浴染色紗線的色差為0.50左右。

（2）在可見光波長范圍內，不同高溫型活性染料少水介質染色工藝的K/S值曲線趨勢及最大吸收波長位置與常規水浴染色工藝相同，說明兩種染色方式下染色紗線的色光無明顯偏差。

（3）苯甲醚溶劑介質染色對棉纖維紗線的機械性能沒有顯著影響。