媒染對柿漆棉織物顏色與性能的影響

孫曉楠, 王利君,b,c

(浙江理工大學 a.服裝學院; b.浙江省服裝工程技術研究中心; c.絲綢文化傳承與產品設計數字化技術文化和旅游部重點實驗室,杭州 310018)

柿漆是一種傳統染料,由青柿子榨汁發酵而成,在傳統工藝中柿漆多用作防水、防腐、黏合劑,用作染料得到的顏色會隨著氧化逐漸加深。柿漆主要成分為柿單寧,能夠與金屬鹽反應形成顏色物質,呈現出豐富色彩,尤其與鐵鹽反應色彩變化較大。柿單寧在空氣中能夠氧化成難溶于水和酒精的高分子化合物,因此柿漆染色織物表面具有涂層和染色雙重效果,抗紫外線性能優異[1-3]。張櫻等[4]將柿漆對桑蠶絲織物直接染色,得到的織物顏色呈現出淺棕色至深棕色,其中pH值對色相影響較大;梁曉穎等[5]將柿漆直接染色棉織物時,隨著染色次數的增加,織物顏色從茶色逐漸變成深茶色。以上研究說明,柿漆直接染色織物顏色色調較單一。在日本流行的柿黑染,即用鐵漿媒染,織物顏色呈現出黑色;綠礬與柿漆同媒染在棉織物上呈現出淺灰色[6];錢紅飛[7]用茶多酚染色蠶絲,采用綠礬作為媒染劑,織物呈現紫褐色,明礬為媒染劑時織物為淺棕色,且媒染處理織物的色深值較高;劉曉辰等[8]用紫檀色素染色羊毛纖維,選擇氯化亞鐵作為媒染劑,得到羊毛織物色相呈現黑色調;張馳等[9]用茜草色素對桑蠶絲織物進行媒染發現,亞鐵鹽類媒染劑得到的織物顏色呈紫色,其中同媒法中pH值對顏色的影響較大;余艷娥等[10]用兒茶素對桑蠶絲織物媒染,明礬做媒染劑時織物的K/S值不高,硫酸亞鐵媒染時明顯提高了染料的上染;Eser等[11]研究蕁麻葉對棉織物采用鐵鹽、鋁鹽媒染,能夠獲得多達27種不同的色調。以上研究均指出媒染不僅能夠豐富染色織物的色調,也提升了染色織物的K/S值,但缺少對媒染織物服用性能的進一步分析。

因此,本文選擇鐵鹽類媒染劑(綠礬),采用直接染色、前媒染及后媒染染色方式研究柿漆媒染棉織物色調的多樣性,通過調節工藝參數和媒染方式得到色彩豐富的棉織物。探究不同因素對K/S值的影響,通過正交實驗優化染色工藝,并分析最優工藝下柿漆媒染對棉織物耐用性、熱濕舒適性、色牢度和抗紫外線等服用性能的影響。

1 實 驗

1.1 材料及儀器

平紋純棉織物(市售),柿漆(北京植染時藍有限公司),七水合硫酸亞鐵(綠礬,分析純)、碳酸鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)?？椢镆幐袢绫?所示。

ME204電子天平(上海巴玖實業有限公司),Datacolor 500電腦測色配色儀(美國Datacolor有限公司),UV-2000F紫外線防護系數測試儀(美國Labsphere公司),Y571D多功能摩擦色牢度測試儀、YG026PC型電子強力機(溫州方圓儀器有限公司),數顯恒溫水浴鍋(金壇區西城新瑞儀器廠),YG401H馬丁代爾儀、YG033E數字式織物撕裂儀、YG606D型紡織品保暖測試儀、NF3031型紡織品接觸瞬間涼感測試儀(寧波紡織儀器廠),FX3300透氣測試儀(日本DAIEI公司),YGB871型透濕試驗箱(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

表1 棉織物結構參數Tab.1 Structural parameters of cotton fabrics

1.2 染色工藝

1.2.1 染色過程

染色過程如圖1所示。

圖1 染色過程Fig.1 Dyeing process

1.2.2 染色工藝參數

從染色次數、稀釋比例、pH值和日照時間研究染色工藝對顏色的影響,因此設置染色次數為2～10次,染液的稀釋比例為1︰1～1︰9,pH值為7～11,日照時間為5～40 h[4-5]。

1.2.3 媒染工藝參數

從溫度、質量濃度、處理時間3個方面研究媒染劑對織物上染效果的影響[12]。各參數范圍設置媒染溫度30～70 ℃,媒染劑質量濃度0.1～0.3 g/L,處理時間10～50 min。

1.2.4 發色工藝

染色完成后將織物用清水清洗,懸掛于太陽下暴曬。柿漆中的柿單寧屬于縮合型單寧,能夠在日曬條件下與氧氣發生反應生成沉淀,染色棉織物隨著日照時間的增加,沉淀增多,顏色逐漸加深。

1.3 織物性能測試

1.3.1 顏色表征

使用Datacolor500電腦測色配色儀測試染色棉織物的顏色特征,采用D65光源及10°觀察角測定染色織物的L*、a*、b*及波長360 nm下的K/S值。其中L*代表明度,值越大則顏色明度越高;a*代表偏紅或偏綠,正值為紅光,負值為綠光;b*代表偏黃或偏藍,正值為黃色,負值為藍色;K/S值代表顏色深度,值越大則越深。將試樣折疊4層,測試不同位置4次,取平均值。

1.3.2 耐用性

根據GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第二部分:試樣破損的測定》標準對試樣第一根紗線斷裂時的旋轉圈數進行測定。

根據GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分:沖擊擺錘法撕破強力的測定》標準測試試樣的撕破強力。

根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》標準測試試樣斷裂強力及斷裂伸長率。

1.3.3 熱濕舒適性

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》標準測試試樣的透氣性。

根據GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法第1部分:吸濕法》標準測試實驗組合體的質量,根據下式計算試樣透濕性。

(1)

式中:WVT為每平方米每天(24 h)的透濕量,g/(m2·d);Δm為同一實驗組合體兩次稱量之差,g;S為試樣實驗面積,m2;t為實驗時間,h。

根據GB/T 11048—1989《紡織品 保溫性能實驗方法》標準測試試樣的克羅值。

采用紡織品接觸瞬間涼感測試儀測試織物的涼感系數。

1.3.4 色牢度及抗紫外線性能

根據GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度實驗耐摩擦色牢度》標準測試試樣的干、濕耐摩擦色牢度,用灰色樣卡評級。

根據GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》標準對試樣的紫外線防護系數(UPF)、長波透過率(UVA)和中波透過率(UVB)進行測試。

2 結果與分析

2.1 媒染工藝對棉織物顏色的影響

采用同一柿漆染色工藝:染色次數6次,染液浴比1︰50,稀釋比例1︰5,pH值9,發色日照時間20 h。

2.1.1 媒染溫度

設置媒染劑質量濃度0.2 g/L、媒染時間30 min,調整媒染溫度30～70 ℃,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表2和圖2所示。

表2 媒染溫度對顏色特征的影響Tab.2 Effect of the mordant dyeing temperature on color characteristics

圖2 媒染溫度對K/S值的影響Fig.2 Effect of the mordant dyeing temperature on K/S values

由表2和圖2可知,隨著媒染溫度的升高,L*值逐漸增加,明度升高;前媒染中a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱,呈茶褐色;后媒染中a*值增加,紅光增強;b*值下降,黃光減弱,織物表面的柿單寧與亞鐵離子反應生成的單寧酸亞鐵能夠氧化成單寧酸鐵的絡合物,從而呈現出藍黑色;K/S值逐漸降低。綠礬溶于水后在加熱的條件下會生成硫酸亞鐵沉淀和水,從而降低與柿單寧的反應濃度,因此織物的色相不變,色調變淺。故將媒染溫度定為30 ℃。

2.1.2 媒染質量濃度

設置媒染溫度30 ℃、媒染時間30 min,調整媒染劑質量濃度0.1～0.3 g/L,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表3和圖3所示。

表3 媒染濃度對顏色特征的影響Tab.3 Effect of mordant dyeing concentrations on color characteristics

圖3 媒染劑質量濃度對K/S值的影響Fig.3 Effect of mordant dyeing concentrations on K/S values

由表3和圖3可知,隨著媒染劑質量濃度的增加,L*值逐漸下降,明度降低;前媒染中茶褐色調逐漸加深;后媒染中藍黑色調逐漸加深;K/S值逐漸升高最終趨于平衡,綠礬會與棉織物表面的柿單寧發生反應,生成顏色物質,在媒染劑質量濃度達到定值后,反應完全,K/S值達到最大。故將媒染劑質量濃度定為0.25 g/L。

2.1.3 媒染時間

設置媒染溫度30 ℃、媒染劑質量濃度0.25 g/L,調整媒染時間10～50 min,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表4和圖4所示。

表4 媒染時間對顏色特征的影響Tab.4 Effect of mordant dyeing time on color characteristics

圖4 媒染時間對K/S值的影響Fig.4 Effect of mordant dyeing time on K/S values

由表4和圖4可知,隨著媒染時間的增加,L*值逐漸下降,明度降低;前媒染中a*值、b*值增加,茶褐色調更加明顯;后媒染中a*值、b*值下降,藍黑色調加深;K/S值逐漸升高,在30 min后K/S值增加變緩。媒染時,媒染劑會吸附于棉織物表面,隨著時間的增加,吸附趨于飽和[13],織物表面發生反應的物質達到最大,顏色逐漸加深?？紤]能耗與成本因素,故將媒染時間定為30 min。

2.2 柿漆媒染染色工藝對棉織物顏色的影響

采用相同的媒染工藝:媒染溫度30 ℃,媒染劑質量濃度0.25 g/L,處理時間30 min,分析不同染色方式、染色工藝對柿漆媒染棉織物顏色的影響。

2.2.1 染色次數

配置染液浴比為1︰50,稀釋比例為1︰5,pH值為9,發色日照時間為20 h。通過調整染色次數2～10次觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表5和圖5所示。

表5 染色次數對顏色特征的影響Tab.5 Effect of the number of dyeing times on color characteristics

由表5可知,隨著染色次數的增加,L*值均下降,直接染色由淺棕色變為深棕色,前媒染由淺褐色變為茶褐色,后媒染的藍黑色調加深,明度降低;a*值增加,紅光增強;b*值增加,黃光增強。

圖5 染色次數對K/S值的影響Fig.5 Effect of the number of dyeing times on K/S values

由圖5可知,染色次數在2～6次時,K/S值的增長速度較快,染料少量多次地附著于棉纖維;在8次時達到最大,說明染料與棉纖維的結合達到平衡[14];10次時K/S值增加變緩或下降。因此,染色次數控制在4～8次為宜。

2.2.2 稀釋比例

配置染液浴比為1︰50,染色次數為2,pH值為9,發色日照時間為20 h。通過調整原液的稀釋比例1︰1～1︰9觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表6和圖6所示。

表6 稀釋比例對顏色特征的影響Tab.6 Effect of the dilution ratio on color characteristics

由表6可知,隨著稀釋比例的增加,染液中柿單寧的含量降低,同樣的染色次數下,織物表面與空氣氧化的物質減少,故L*值逐漸增加,顏色變淺,明度增加;a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱;其中后媒染的織物色相偏藍。

圖6 稀釋比例對K/S值的影響Fig.6 Effect of the dilution ratio on K/S values

由圖6可知,隨著稀釋比例的降低,染液質量濃度逐漸升高,色素分子的擴散速率增加,K/S值逐漸增加。因此,稀釋比例控制在1︰1～1︰5為佳。

2.2.3 pH值

配置染液浴比為1︰50,染色次數為6,稀釋比例為1︰5,發色日照時間為20 h。通過調節pH值為7～11觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表7和圖7所示。

表7 pH值對顏色特征的影響Tab.7 Effect of the pH value on color characteristics

由表7可知,隨著pH值的增加,直接染色的L*值逐漸下降,明度降低;a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱。兩種媒染方式中的L*值均增加,明度增加;a*值增加,紅光增強;b*值增加,黃光增強。

圖7 pH值對K/S值的影響Fig.7 Effect of the pH value on K/S values

由圖7可知,pH值為8～10時,染液中的電離程度和溶解度增加,K/S值均增加;pH值為10～11時,棉織物表面的陽離子減少,對染液的吸附能力減弱[15],K/S值均有一定程度的下降趨勢。因此,將pH值控制在8～10較好。

2.2.4 日照時間

配置染液浴比為1︰50,染色次數為6,稀釋比例為1︰5,pH值為9。通過改變日照時間為5～40 h觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表8和圖8所示。

表8 日曬時間對顏色特征的影響Tab.8 Effect of sunshine duration on color characteristics

由表8可知,隨著日照時間的增加,織物表面的柿單寧與氧氣反應充分,故三種染色方式的L*值均下降,色調加深;直接染色與前媒染中a*、b*值增加,色光增強。后媒染的a*、b*值降低,色光減弱。

由圖8可知,日照時間在5～20 h時,K/S值增加較快,在日照前期柿單寧與氧氣反應速率較快;20～40 h時,K/S值增加趨緩,說明反應到一定程度后,速率會減慢。因此,將日照時間控制為10～30 h較好。

圖8 日照時間對K/S值的影響Fig.8 Effect of sunshine duration on K/S values

2.3 柿漆媒染工藝優化

通過單一變量因素可以看出,染色次數、稀釋比例、pH值和日照時間對柿漆染色都有一定的影響。為了得到最佳染色工藝,故選擇對K/S值影響較大的變量,設計4因素3水平正交實驗。本文以后媒染為例,實驗安排與結果如表9所示。

表9 正交實驗及結果Tab.9 Results of the orthogonal tests

由表9可見,根據R值可知四因素對K/S值的影響大小為:染色次數>pH值>日照時間>稀釋比例。由正交實驗得出前媒染和后媒染的最佳染色工藝為:染色8次,稀釋比例1︰3,pH值10,日照時間20 h。直接染色的最佳日照時間為30 h,但結合實際因素,將日照時間統一為20 h。

2.4 柿漆媒染棉織物服用性能評價

根據優化后的工藝參數進行染色,并對試樣進行服用性能測試,結果如表10所示。

表10 服用性能測試結果Tab.10 Results of the wearability tests

由表10可知,相比未染色織物,染色織物在耐磨性、斷裂強力方面性能有所提高,柿漆染色后棉織物的紗線會有柿單寧及其氧化物附著,因此柿染棉織物的斷裂強力增大;柿漆染色后的織物會有一定的縮率且手感發硬[3],因此織物的緊度增加,撕裂時紗線不易滑移,受力三角變小,撕破強力降低。

1) 熱濕舒適性能。柿漆媒染棉織物的透氣透濕性變好,這是因為染色時棉纖維吸附柿漆,使紗線緊密黏合在一起,紗線交織處空隙增大;染色后織物的厚度和質量增加[16],織物中的靜止空氣增加,保暖性增強,克羅值增大;直接染色和前媒染的棉織物具有良好的吸水性,后媒染織物的吸水性較差,這是因為后媒染會在織物表面形成拒水層,有一定的防水性;染色后棉織物表面更加光滑平整,手感硬挺[17],涼感系數增加。

2) 色牢度。柿染棉織物的摩擦色牢度均達到標準,后媒染的織物色牢度稍差,是由于媒染劑與柿單寧反應后生成的顏色物質附著于織物表面,更容易隨著摩擦而褪色。

3) 抗紫外線性能。柿染棉織物的抗紫外線性能較為優越,UPF值均大于50且紫外線透過率小于5%,其中媒染后的織物優于直接染色織物,這是因為染色后織物的厚度增加且織物表面形成涂層;媒染棉織物表面吸附了更多的染料量[18]。

3 結 論

本文研究了媒染對柿漆染色棉織物色調的影響,根據K/S值確定了媒染工藝參數,通過改變媒染方式得到了不同色調的織物,采用正交實驗優化柿漆染色工藝,分析了最優工藝下柿漆媒染棉織物的耐用性、熱濕舒適性、色牢度及抗紫外線性能。

1) 上染效果較好的媒染工藝為:媒染溫度30 ℃,媒染劑質量濃度0.25 g/L,處理時間30 min。

2) 柿漆媒染染色的最優工藝為:常溫下染色15 min,浴比1︰50,染色8次,稀釋比例1︰3,pH值10,日照時間20 h。

3) 不同染色方式呈現出不同色調,柿漆直接染色棉織物呈黃棕色調;綠礬作媒染劑時,前媒染棉織物呈茶褐色調,后媒染棉織物呈藍黑色調。

4) 相比直接染色織物,柿漆媒染棉織物具有良好的服用性能。耐磨性、撕破強力增大,抗紫外線性能優異,色牢度符合國家標準。

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