滌/棉混紡織物一浴法染色

李萬新,白賽豪,王玉霖,張新琪,劉瑞寧,舒大武,,,*,韓 博

(1.河北科技大學 紡織服裝學院,河北 石家莊 050000;2.淄博墨林匯新材料有限公司,山東 淄博 255000;3.河北省應急防護面料產業技術研究院,河北 邢臺 055550)

滌/棉混紡織物具有易洗速干、耐磨性好、尺寸穩定性高等優點,深受廣大消費者青睞[1-4]。一般情況下,多采用分散/活性染料對滌/棉混紡織物進行染色。二浴二步法作為滌/棉混紡織物的傳統染色工藝,需要在高溫高壓下,利用分散染料對滌綸進行染色,再使用活性染料上染棉纖維[5],工藝繁瑣,耗能大,生產效率低[6-8]。顯然在“雙碳”背景下,該印染加工方式很難滿足綠色生產和高品質制造的需求。

近年來,開發新型染料[9]以及滌/棉混紡織物先改性再染色[10]被廣泛研究。含有β-硫酸根乙基磺酰基的染料分子,在一定條件下可以轉化為具有活性的乙烯砜基,能夠同時上染混紡織物中的滌綸纖維和棉纖維,降低染料用量,但染色時需調節染液的p H 值,過程繁瑣[11]。對滌/棉混紡織物進行陽離子化改性,解決了染料利用率低、環境污染嚴重等問題,但會增加染色成本,勻染性和重現性較差[12-13]。因此,開發一種適合滌/棉混紡織物低碳高效染色工藝勢在必行。

選用分散黑LET、活性藏青LCB 對滌/棉混紡織物進行同浴軋染,以染色織物表觀色深K/S值為評價指標,確定適宜的汽蒸時間、堿劑用量。揭示了染色添加劑(NaCl、NaOH 和尿素)和分散/活性染料比值對染色織物表觀色深的影響規律,試圖為制定適合滌/棉混紡織物的流程短、能耗低染色工藝奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料:滌/棉混紡漂白織物(混紡比65∶35,河北寧紡集團有限責任公司);分散黑LET、活性藏青LCB(浙江龍盛集團股份有限公司);氯化鈉、無水碳酸鈉、氫氧化鈉、尿素、皂粉(天津市科密歐化學試劑有限公司)。試劑在沒有特殊標注的情況下,均為分析純。

儀器:CP-114電子天平(奧豪斯儀器制造有限公司);101-3AB電熱鼓風干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);P-BO 臥式軋車(萊州元茂儀器有限公司);Colori5測色配色儀(愛色麗公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 一浴一步染色工藝

染色工藝流程:

配制染液(分散黑LET 10 g/L、活性藏青LCB 10 g/L、無水碳酸鈉5 ～20 g/L)→織物浸軋染色工作液→汽蒸(102 ℃,1 ～5 min)→預烘(80 ℃,3 min)→焙烘(210 ℃,3 min)→冷水洗→熱水洗→皂洗→熱水洗→冷水洗→烘干。

將等質量的分散黑LET 和活性藏青LCB溶解并攪拌均勻,形成染色工作液(分散黑LET 10 g/L、活性藏青LCB 10 g/L)。將攪拌均勻的染液與一定濃度的堿液混合,形成染色工作液,迅速將滌/棉混紡織物在工作液中浸漬1 min,采用二浸二軋的方式得到帶液率為(67±1)%的濕織物,軋車壓力為0.16 MPa,車速為30 m/min。浸軋后的織物用保鮮膜密封后進行固色(102℃汽蒸1～5 min→80℃預烘3 min→210℃焙烘3 min)。固色過程結束后織物依次進行冷水沖洗、50～60 ℃熱水洗3 min、100 ℃皂煮5 min(皂洗液3 g/L,浴比1∶50)、70～80℃熱水洗3 min,最后冷水洗去浮色。

將濕織物在室溫下自然晾干,留樣,用于顏色特征值的測試。

1.2.2 表觀色深K/S值測試

使用Colori 5測色配色儀,將待測織物對折1次,每個樣品上隨機選取8個不同位置進行測試,所得結果取其平均值。

2 結果與討論

滌/棉混紡織物染色時,汽蒸時間、堿劑用量、NaCl、NaOH、尿素和分散/活性染料比值均會對織物的染色性能產生影響,利用染色織物表觀色深K/S值作為評價指標,揭示了上述因素對染色織物顏色的影響規律。在未經特殊說明的情況下,分散黑LET 和活性藏青LCB的濃度均定為10 g/L。

2.1 汽蒸時間

為探明染色工藝中汽蒸時間對染色織物的表觀色深K/S值的影響規律,將Na2CO3濃度定為10 g/L,在102℃汽蒸1～5 min,染色織物表觀顏色深度如圖1所示。

圖1 汽蒸時間對染色織物K/S 值的影響

圖1示出,染色織物的表觀色深K/S值隨汽蒸時間的延長呈下降趨勢,前3 min下降趨勢較小,汽蒸時間延長到3 min之后,染色織物表觀顏色值急劇下降。汽蒸固色,主要目的是讓活性染料對混紡織物中的棉組分進行上染和固著。汽蒸時間太短,染料向纖維內部擴散不充分,汽蒸時間太長,活性染料在高溫濕熱情況下易水解。從圖1反映的規律來看,汽蒸1 min已完全滿足需求,試驗中沒有低于1 min的變量,主要考慮到操作的可行性,故未能體現。

2.2 Na2 CO3濃度

對滌棉混紡織物而言,堿劑實際上是活性染料固色劑,能夠促使染料分子與纖維素羥基負離子發生共價鍵合。為探明堿劑與染色織物表觀顏色深度的關系,將汽蒸時間定為1 min,染色工作液中Na2CO3濃度調節為5～20 g/L,染色織物的表觀色深K/S值如圖2所示。

圖2 Na2 CO3濃度對染色織物K/S 值的影響

由圖2可知,當堿劑濃度由5 g/L 增加到10 g/L時,染色織物的表觀色深K/S值由13.0增加至13.3,變化較小;當堿劑濃度大于10 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值呈下降趨勢,具體而言,增加堿劑濃度至15 g/L 時,混紡織物的K/S值由13.3 下 降至12.0,減小了1.3;繼續提高堿劑濃度至20 g/L,染色織物顏色繼續降低。堿劑是活性染料固色過程中的催化劑。一方面使混紡織物中棉纖維大分子的羥基發生電離,形成羥基負離子;另一方面增加活性染料分子活性,利于染料分子和纖維素羥基反應位點鍵合。堿性太弱,染料分子與纖維之間反應性能降低;但堿劑用量過高,活性染料會發生水解,有效利用率降低,表觀顏色變淺。對于滌棉混紡織物采用分散/活性染料同浴染色而言,需考慮分散染料不溶于水,要使用大量水分子進行分散染料的分散。加入堿劑之后,Na2CO3會電離成Na+和CO32-,消耗水分子,影響分散染料的簇集狀態。因此,堿劑用量不宜太高,故將適宜的堿劑用量確定為10 g/L。

2.3 NaCl濃度

由于活性染料和棉纖維在水溶液中都帶有負電荷,不利于染料分子舍染液而上染纖維。加入無機鈉鹽之后,Na+會上染纖維,屏蔽纖維表面的負電荷,提高染色深度。為探明NaCl濃度對染色織物的表觀色深K/S值的影響,設定汽蒸時間為1 min,堿劑濃度為10 g/L,將染色工作液中NaCl濃度設定為0 ～20 g/L。測定染色織物表觀色深K/S值,結果如圖3所示。

圖3 NaCl濃度對染色織物K/S 值的影響

圖3 示出,當NaCl濃度從0 g/L 增加到5 g/L時,染色織物的表觀色深K/S值略微增加。當NaCl濃度高于5 g/L 時,染色織物顏色呈現降低趨勢。如前所述,無機鹽加入之后,溶解需要消耗染色工作液中水分子,加速染料簇集體的形成。染料分子上染纖維絕大多數是以單分子形式存在,為染料分子舍染液上染纖維提供了阻力,故整體呈現下降的趨勢。該試驗現象表明,在滌棉混紡織物采用分散/活性染料同浴染色時,尤其是超低浴比連續染色,盡可能不要使用無機鹽,以免影響染色深度,甚至可能會影響其勻染性。

2.4 NaOH濃度

活性染料染深色時,往往會加入NaOH 提高染色織物色深,探明NaOH 與染色織物的表觀色深K/S值的影響規律對制定染色工藝十分關鍵。試驗將汽蒸時間和堿劑濃度分別設定為2 min和10 g/L,染液中的NaOH 濃度設定為0～4 g/L,染色織物K/S值如圖4所示。當NaOH 的濃度為0 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值最大為13.8,濃度增加至0.5 g/L時,K/S值幾乎不變。繼續將NaOH 濃度從1 g/L提高至4.0 g/L 時,染色織物表觀顏色K/S值明顯下降。產生該現象的原因在于NaOH 堿性較強,加速了染料分子的聚集和水解。

圖4 NaOH 濃度對染色織物K/S 值的影響

2.5 尿素濃度

連續軋染,實際上是超小浴比染色,而尿素具有較強的吸濕性能,能夠起到分散和助溶的作用。尿素濃度對染色織物顏色的影響規律如圖5所示。

圖5 尿素濃度對染色織物K/S 值的影響

由圖5可知,隨著尿素濃度的增加,染色織物的表觀色深K/S值總體呈現下降的趨勢。當尿素濃度從0 g/L增加至10 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值由13.6減小到12.1。當尿素濃度增大到15 g/L 時,染色織物表觀色深K/S值迅速下降至10.8,該數據表明染液中添加尿素不利提高染色織物顏色深度。雖然尿素具有溶解活性染料、增強纖維素纖維吸濕溶脹的功效,但在這種超低浴比染色環境之中,染料分子簇集狀態與染色性能密切相關。在實際工業化生產中,混紡織物是在常壓飽和蒸汽下進行汽蒸固色,尿素會從飽和蒸汽中吸收水分子,為染料分子上染提供便利條件。但實驗室模擬實驗是在保鮮膜中進行,微環境中水分子數量不變,吸濕助溶效果無法體現,故整體呈現下降趨勢。

2.6 分散/活性染料比例

為探明分散染料和活性染料質量之比對染色織物K/S值的影響,將分散染料與活性染料以不同的質量比混合后配置成染色工作液,其他染色工藝條件相同,染色織物K/S值如圖6所示。

圖6 分散/活性染料比例對染色織物K/S 值的影響

由圖6可知,當染色工作液中只有分散黑LET 染料時,染色織物的表觀色深K/S值為4.8。減少分散黑LET 的占比后,使兩者之比為7∶1,染色織物的表觀色深K/S值迅速增大至10.6。當分散/活性染料比例為5∶3時,染色織物的表觀色深K/S值達到最大值13.3。繼續提高活性染料占比,從37.5%提高至100%時,染色織物K/S值從13.3減小至5.4。結果表明,滌棉混紡織物染色時,滌棉織物比例與分散/活性染料比例相接近時,染色織物顏色最深,分散/活性染料占比過大或過小均不利于提高染色織物表觀顏色深度。

3 結 論

(1)對滌/棉混紡織物同浴連續染色工藝作了探究,在分散/活性染料質量比1∶1,染料總濃度20 g/L的情況下,適宜的汽蒸時間、堿劑用量為1 min和10 g/L。因染料簇集的原因,染色工作液中加入NaCl、NaOH 和尿素均不利于提高染色織物表觀顏色深度。

(2)分散/活性染料比值與滌/棉混紡比越接近,染色織物表觀顏色越深。采用連續軋染工藝對滌棉混紡織物進行分散染料和活性染料同浴染色,可以減少浸軋染液和烘干的操作步驟,降低能源消耗,但需合理制定染色工藝,尤其是要考慮分散染料在染色工作液中的簇集狀態。