關于深染粘膠纖維生產工藝的研究

李勝國

（唐山三友集團興達化纖有限公司，河北 唐山 063000）

0 引 言

粘膠纖維具有極好的吸濕性與透氣性，自身可紡性能優異，也可與其它天然或合成纖維混紡，由其織造所得的紡織品手感柔軟、適用性強，因此，被公認為最具發展潛力的再生纖維素纖維。但在其染色過程中存在染料上染量低、浮色難去除等諸多弊病，致使洗衣時易出現掉色、沾色等現象，嚴重限制了粘膠纖維在紡織行業的應用。

目前，粘膠纖維染色多采用活性染料、直接染料。在染浴中，粘膠纖維與直接染料均帶有負電荷，因其電荷相同，纖維與染料之間會存在一定的斥力，增加了染料與纖維素纖維的結合難度，致使其上染率不高。這在一定程度上不僅增加了染料的消耗量，還會由于反復清洗消耗大量淡水，造成了水資源的浪費。此外，排放的染液中也會存在復雜的污染物成分，對河流及土壤造成損害，違背了環保友好的可持續發展理念。

本試驗將采用多種助劑以不同的上染方式對粘膠纖維進行接枝改性，賦予其大量的陽離子基，致使纖維能具有大量的正電荷，從而與帶有負電荷的直接染料以靜電引力相結合，提高染料在粘膠纖維上的含量以及牢度。

此外，還將進一步根據經接枝纖維素纖維染色性能優良的特點，將其與未曾改性的粘膠纖維混紡后一浴染色，由于上染率和吸色性的強弱差異，會使得面料最終呈現花色效果，從而可以獲得具有獨特風格的面料新款式。

1 試驗部分

1.1 材 料

普通粘膠纖維：河北唐山三友興達化纖有限公司。

1.2 試 劑

直接藍染料：科萊恩化工（中國） 有限公司。

表面活性劑可分為離子型表面活性劑，非離子型表面活性劑，混合性表面活性劑，天然表面活性劑四大類。（1） 離子型表活又可分為陰離子型表活和陽離子表活，陰離子表活在溶液中可大量電離陰離子，與溶液中陽離子結合；陽離子表活與之相對，電離出大量陽離子，與溶液中陰離子相反應，但其價格昂貴，限制其應用。（2） 非離子型的表活極性基為聚氧乙基-[RO(CH2CH2O)nH]，其在水中并不產生離子，與纖維結合依靠分子間力。（3）混合性表活為不同表活復配而得，在生產體系中較為常見的是陰離子表活和非離子表活混合所得。（4） 天然表活中一類為含有大量皂素的化合物，皂素化合物經過水解可得到糖苷與糖類衍生物，能作為濕展劑使用，用來加工固體農藥等，如WP；一類為紙漿廢液，造紙工序的廢液，含有大量木質素類衍生物（木質素磺酸鈣，五碳糖和六碳糖），可加工WP 時作為濕展劑使用，加工礦物乳油作分散劑使用；另一類則為動物廢料的水解物，如屠宰廠遺棄的皮、毛、骨、角等動物的廢棄物，經加熱后的膠狀液體，易溶于水，堿性較強，在硬水中穩定。天然表面活性劑，不但具有表面活性劑作用，而且有粘著作用，可造成幼小蟲體氣孔堵塞，窒息死亡。

本次實驗中采用的均是陽離子表活，分別為蘇州艾杰爾CA、常州美勝GRE 和RS、北京千燕聚丙烯酰胺。

1.3 儀 器

（1） 電子天平：WT300001X 型，常州萬泰天平儀器有限公司。

（2） 恒溫水浴鍋：BSG-28 型，上海惠誠有限公司。

2 結果與討論

2.1 紡前注入法

通過對陽離子改性劑應用條件的了解，本實驗中所用的陽離子表活均需在堿性條件下生效，而紡前注入法中采用的粘膠含堿量為4.9%，因此，可提供相匹配的堿性環境，節約堿性物質使用量，減少其他因素引入。

由于陽離子表活的固含量不同，因此，其用量也有一定差異。依據3 種表活的區間用量，本實驗中采用陽離子表活用量范圍為5～50 g/L。

在實際生產中，粘膠纖維中甲纖含量為9%，與之對應采用的蘇州艾杰爾CA、常州美勝GRE 和RS、北京千燕聚丙烯酰胺等陽離子表活的加入量為2%～10%。

為了使陽離子表活能夠均勻分散在粘膠溶液中，陽離子表活加入到粘膠中需全程攪拌均勻，隨后將混合溶液靜置＞2 h 進行脫泡，防止氣泡絲的產生，有助于提高纖維質量。

將混合溶液進行紡絲，制得深染纖維。烘干后，將深染纖維與未經表活處理的纖維分別放入等量的直接藍染液中，可以觀測到吸附后的染液色深是相差不大的，從而說明深染纖維與普通纖維對直接藍染料的吸附差異較小，同時也說明在紡絲后續過程中，酸浴可能會對陽離子表活和纖維的結合力產生不利影響，致使陽離子表活從纖維上脫落，因此，紡前注入法不利于深染纖維的制備。

陽離子表活處理后粘膠纖維表面及縱向截面圖如圖1 所示。

圖1 陽離子表活處理后粘膠纖維表面及縱向截面圖Fig.1 Surface and longitudinal section of viscose fiber after cationic surface activation

由圖1（a）、（b） 可以看出，陽離子改性劑均勻涂覆在纖維表面，除此之外，纖維的縫隙中也存在大量的陽離子改性劑。

2.2 后整理法

后整理法是將制備的粘膠纖維通過浸漬陽離子表活，從而使得纖維改性的方法。本次實驗中采用的纖維為烘干后纖維，不能提供相應的堿性環境，因此，需在配液時加入氫氧化鈉溶液，其溶液濃度定為10 g/L。

實驗中采用的陽離子表活，即蘇州艾杰爾CA、常州美勝GRE 和RS、北京千燕聚丙烯酰胺，其用量分別從5、10、20 g/L 依次提高。

將稱量好的纖維放入已配置好的溶液中，在60 ℃～90 ℃溫度范圍內保溫反應10～20 min，隨后用濃度為0.5～2 g/L 的醋酸溶液中和浸有纖維的整理液至中性。

取出改性后纖維，將其通過烘干機烘干，通過染色指標中上染性的優良確定不同陽離子表活對纖維改性的有效程度。

經過反復實驗篩選，蘇州艾杰爾CA 和常州美勝GRE 是眾多樣品中2 種效果較為優良的改性劑，經此，2 種改性劑處理的再生纖維素纖維在特定工藝情況下，能夠將1%的直接藍染液中的染料在15 min 內吸附干凈。

左側為粘膠纖維染色殘液及吸色后的普通粘膠纖維，右側為改性粘膠纖維染色殘液及吸色后的改性粘膠纖維，如圖2 所示。

圖2 左側為粘膠纖維染色殘液及吸色后的普通粘膠纖維，右側為改性粘膠纖維染色殘液及吸色后的改性粘膠纖維Fig.2 The left side shows the dyeing residue of viscose fiber and the ordinary viscose fiber after color absorption,and the right side shows the modified viscose fiber dyeing residue and the modified viscose fiber after color absorption

由圖2 可以看出，改性后纖維吸附的染料殘液十分清澈，而未經改性的再生纖維素纖維吸附后的染色殘液較深，纖維得色明顯偏淺。因此，可以證明改性后的纖維上染率提高。

由多次實驗發現，通過后整理法改性纖維的最佳改性工藝為氫氧化鈉濃度10 g/L，陽離子改性劑濃度為15 g/L，改性溫度為100 ℃，保溫時間為50 min。

多次實驗的目的最終還是應用于實際的生產，因此，在多次小試驗證選用的2 種陽離子表活確實對纖維上染率有明顯影響后，組織其在中試線試產。

中試過程中，在精煉脫硫工序補加10 g/L 的氫氧化鈉溶液，再加入15 g/L 的陽離子改性劑，試產所得一批改性纖維。

由于精煉工序纖維浸漬時間短，助劑在纖維表面固著率低，為模擬小試中的時間參數，在中試線二水洗浴液中添加氫氧化鈉10 g/L，陽離子改性劑15 g/L，補足浸漬時間。

于烘干機尾后取改性纖維樣品進行上染率檢測，經檢測纖維上染率低，未能達到小試效果，說明通過后整法獲得深染纖維的工藝仍需改進。

2.3 染缸處理法

染缸處理法是將染浴與整理劑混合為一體浴置于外形類似缸體的染色機中處理纖維，從而達到將纖維改性的一種整理方法。

染缸的類別可分為溢流染色機（具有加熱及攪拌功能）、氣流染色機（為數控電氣化設備，可控制染色中需要的濕熱壓力動力等條件參數）、高溫高壓染色機（密閉壓力缸體，可使染液溫度＞130 ℃）。

本實驗中模擬的是高溫高壓染色機。將陽離子表活蘇州艾杰爾CA、常州美勝GRE 和RS 分別置于東麗酒伊2 kg 染缸中，相關實驗參數設置為陽離子表活濃度為30 g/L，氫氧化鈉溶液15 g/L，溫度為70 ℃，浴比為1∶20。

將配置好的浴液攪拌均勻，升溫至70 ℃，加入75 g 纖維，保溫保壓40 min，取出纖維將其水洗至中性后，烘干。

所制備的深染纖維可吸收直接藍染料染液，其中，蘇州艾杰爾CA、常州美勝RS2 種陽離子表活性能優異，能將直接藍染料吸附干凈，因此，染缸整理法能滿足深染纖維的試驗需求。

日后的生產過程中可以擴大批量，現有的粘膠纖維生產工藝，設備也可向染缸一浴體系靠攏，實現纖維的深染整理。

3 結 語

本文通過小試試驗探討了深染纖維制備的最佳方法。經試驗數據可知，紡前注入法由于后續紡絲工藝不能使粘膠纖維獲得深染特性；后整理法中蘇州艾杰爾CA 和常州美勝GRE2 種陽離子表活可以使纖維獲得一定的深染特性，但牢度差，存在易脫落等諸多缺陷；因此染缸整理法為最優選擇，其可使不同陽離子表活處理的粘膠纖維均具有深染特性，其中，屬蘇州艾杰爾CA 和常州美勝RS2 種陽離子表活處理效果最優。

目前，纖維市場競爭十分激烈，纖維品種繁多，如細旦纖維、高白纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維等，將以上纖維均用染缸整理法分別進行整理后，可得到不同種類基底的深染纖維，其效果均優良。

但以上品類纖維均高于粘膠纖維的成本，因此，成本價格將是限制其應用發展的關鍵因素之一。

未來深染纖維的市場開發存在2 大趨勢，一是尋找質優價廉的陽離子改性劑；另一趨勢則為改進深染纖維的工藝設備，使普通粘膠可通過染缸整理法獲得優良深染效果，從而實現大規模量產。