還原型生物基染料棉織物染色工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TS193.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-2346（2025）02-0019-06

Abstract：Cottonfabricwasdyedbyleucoimmersiondyeingwitholivegrenandsandbrown，thereducedbio-baseddyes，and theliftingpropertiesofthedyes werediscussed.Theeffectsoffourfactors，namelythemassconcentrationofreducingagentZ， themassconcentrationofsodiumhydroxide，dyeingtemperatureanddyeing time，onthereductionpotentialandK/Svaluewere analyzed.Thedyeingprocesswasoptimizedbyorthogonaltest.Therubbingfastnessandsoapingfastnessofdyedfabricwere tested.The results showed thatthe optimized processconditions ofthe two dyes were as follows：dyeing with 5% dye concentration （omf），reducing agent Z11g/L ，sodium hydroxide 10g/L ，dyeing temperature 75^°C ，and dyeing time 40min .The soaping and rubbing fastness of the fabric are up to 4 and above，and the fastness is excellent.

Keywords： reduced bio-based dyes；dyeing;cotton fabric

0 前言

生物基染料通常采用農(nóng)業(yè)或草藥行業(yè)的天然廢料，經(jīng)過(guò)微生物精密發(fā)酵技術(shù)后制成，生物基染料的結(jié)構(gòu)有多種，多以類(lèi)胡蘿卜素、α-萘醌、蔥醌、花色素、靛藍(lán)類(lèi)色素為主，從應(yīng)用類(lèi)型看，多類(lèi)似于酸性類(lèi)染料、直接染料、分散染料和還原染料等[1-3]。還原型生物基染料從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，與還原染料相近，其皂洗和日曬牢度明顯好于其他生物基染料，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，色彩自然，具有可再生性，可采用隱色體浸染法或懸浮體軋染法對(duì)棉織物進(jìn)行染色[2-6]。

本項(xiàng)目選取還原型生物基染料橄欖綠和沙棕，染色方法采用隱色體浸染法對(duì)棉織物進(jìn)行染色，探究了氫氧化鈉質(zhì)量濃度、還原劑Z質(zhì)量濃度、染色溫度和染色時(shí)間4個(gè)因素的影響，以期確定最佳的染色工藝，為印染大生產(chǎn)提供借鑒。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1織物、化學(xué)品和儀器

1.1.1織物棉織物 （市售純棉平布絲光半制品）

1.1.2 化學(xué)品

還原型生物基染料橄欖綠和沙棕、還原劑Z（研制）、氫氧化鈉、無(wú)水硫酸鈉、雙氧水、中性標(biāo)準(zhǔn)皂片。

1.1.3 儀器設(shè)備

瑞比全能型試色機(jī)、Datacolor1050型測(cè)色配色儀、SX720型手持氧化還原電位計(jì)、SW＼～12D耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)、Y517B摩擦色牢度儀等。

1.2 染色工藝

1.2.1 染色工藝處方

1.2.2 工藝曲線(xiàn)

1.2.3 后處理

水洗 $$ 氧化（雙氧水 2mlL ，室溫， 3～5min ） $$ 皂洗（中性標(biāo)準(zhǔn)皂片 3g/L ，碳酸鈉 2g/L ， 95^°C×3 min） $$ 烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 染液起始氧化還原電位

將染液升溫至 45^°C ，保溫 10min 進(jìn)行還原，然后迅速采用手持式氧化還原電位計(jì)測(cè)定染液起始氧化還原電位[2]。

1.3.2 K/S值

使用Datacolor1050測(cè)色配色儀，在D65光源 10^° 視角下進(jìn)行測(cè)試[2]，測(cè)試4次，結(jié)果取平均值[3]。

1.3.3 色牢度

耐皂洗色牢度采用GB/T3921-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取返姆椒ㄟM(jìn)行測(cè)定；耐摩擦色牢度采用GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取返姆椒ㄟM(jìn)行測(cè)定[3-4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 染料的提升性

改變?nèi)疽嘿|(zhì)量濃度（omf）為 1%～8% ，根據(jù)1.2的染色工藝染色，設(shè)定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色時(shí)間 40min ，染色溫度為 65^°C ，染后測(cè)K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1中可以明顯看出，隨著染液質(zhì)量濃度的升高，在實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)，K/S值逐漸增大，說(shuō)明2種染料均具有良好的染色提升性。本課題中選取染料濃度為 5% （omf）。

2.2 還原劑Z的質(zhì)量濃度的影響

改變還原劑Z的質(zhì)量濃度為 5～19g/L ，根據(jù)1.2的染色工藝染色，設(shè)定氫氧化鈉 10g/L ，染色溫度 65^°C ，染色時(shí)間 40min ，測(cè)試染液起始還原電位，染后測(cè)試織物的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖2-a和 2?6 。

從圖2-a和圖2-b中可以明顯看出，2種染料染液的還原電位和染色的K/S值隨著還原劑Z質(zhì)量濃度的升高而逐漸增大，當(dāng)還原劑濃度Z質(zhì)量濃度為 11g/L 時(shí)達(dá)到最高值，繼續(xù)增大時(shí)，還原電位和K/S 值會(huì)逐漸減小。其原因在于：與還原染料相似，還原型生物基染料的還原也是一個(gè)可逆的“氧化-還原”過(guò)程，染液的成分為染料、隱色酸、隱色體鈉鹽共存的體系。在燒堿濃度一定的情況下，隨著還原劑濃度的增大，染液還原電位絕對(duì)值不斷增加，并達(dá)到還原劑的最高還原電位絕對(duì)值，在還原劑過(guò)多時(shí)，還原電位達(dá)不到還原染料的隱色體還原電位，染料不能很好地還原為隱色體，或是引起染浴中燒堿濃度相對(duì)不足而產(chǎn)生分子異構(gòu)，造成色淺，導(dǎo)致K/S值下降。故還原劑Z適宜的質(zhì)量濃度分別為 9g/L 、 11g/L 、13g/L 。

2.3氫氧化鈉質(zhì)量濃度的影響

改變氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為 2～12g/L ，根據(jù)1.2染色工藝染色，設(shè)定還原劑 Z11g/L ，染色溫度 65^°C ，染色時(shí)間 40min ，測(cè)試染液起始還原電位，染后測(cè)試織物的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖3-a和圖 3-6 。

從圖3-a和圖3-b中可以明顯看出，當(dāng)染液氫氧化鈉質(zhì)量濃度為 2g/L 時(shí)，K/S值很低，染料幾乎沒(méi)有上染到棉布上，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，2種染料染液的還原電位和染色的K/S值都逐漸增加，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為 10g/L 時(shí)K/S值達(dá)到最高，繼續(xù)增大時(shí)，染液的還原電位趨于平衡，K/S值保持穩(wěn)定（橄欖綠）或逐漸減小（沙棕）。其原因在于氫氧化鈉質(zhì)量濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致染浴的堿性不足，懸浮體染料不能充分還原成可溶的隱色體鈉鹽狀態(tài)，難于上染棉織物2；而氫氧化鈉質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，染浴的堿性太強(qiáng)，可能會(huì)造成過(guò)度還原，使染料隱色體直接性降低，染色后難氧化；而且還可能會(huì)導(dǎo)致染料沙棕隱色體聚集甚至析出，使得染料幾乎喪失對(duì)纖維的親和力，影響上染，導(dǎo)致K/S值下降。故氫氧化鈉適宜的質(zhì)量濃度為 8g/L 、 10g/L 和 12g/L 。

2.4染色溫度的影響

改變?nèi)旧珳囟葹?45～85^°C ，根據(jù)1.2的染色工藝染色，設(shè)定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色時(shí)間 40min ，染后測(cè)試織物的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4可以明顯看出，2種染料織物的K/S值均隨著染色溫度的升高，先增大后減小，其原因在于：溫度升高有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)，有利于棉纖維的溶脹和無(wú)定形區(qū)增加，以及染料分子動(dòng)能增大和聚集度下降，這將促進(jìn)染料的上染，但溫度較高時(shí)，空氣中的氧氣會(huì)消耗一定的還原劑和氫氧化鈉，染液的還原體系的穩(wěn)定性下降，造成還原電位絕對(duì)值下降，影響染料隱色體的上染；還會(huì)造成染料分子對(duì)纖維的親和力會(huì)降低，導(dǎo)致上染率會(huì)有所下降。故染色適宜的溫度為 55^°C 、 65^°C 和 75^°C 。

2.5 染色時(shí)間的影響

改變?nèi)旧珪r(shí)間為 20～60min ，根據(jù)1.2的染色工藝染色，設(shè)定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色溫度 65^°C ，染后測(cè)試織物的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5可以明顯看出，2種染料織物的K/S值隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸增大，超過(guò) 40min 后，逐漸有所減小。其原因在于：還原染料隱色體帶負(fù)電，通過(guò)范氏力和氫鍵首先被吸附于纖維表面，然后才逐漸向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，達(dá)到染色平衡需要一定的時(shí)間，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能使空氣中的氧氣會(huì)消耗一定的還原劑和氫氧化鈉②，染液的還原體系的穩(wěn)定性下降，造成還原電位絕對(duì)值下降，影響染料隱色體的上染和擴(kuò)散。故適宜的染色時(shí)間為 30min 、 40min 和 50min 。

2.6 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇還原劑Z質(zhì)量濃度、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、染色溫度、染色時(shí)間4個(gè)主要因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因子水平表和正交試驗(yàn)結(jié)果分析表分別見(jiàn)表2和表3。

由表3直觀(guān)分析可知，在橄欖綠工藝中，4個(gè)因子影響大小依次為：C染色溫度 gt; A還原劑Z質(zhì)量濃度 gt;B 氫氧化鈉質(zhì)量 gt; D染色時(shí)間，優(yōu)化的染色工藝條件是：還原劑Z質(zhì)量濃度為 11g/L ，氫氧化鈉質(zhì)量濃度為 10g/L ，染色溫度為 75°C ，染色時(shí)間為 40min 。

在沙棕染色工藝中，4個(gè)因子影響大小依次為：C染色溫度 gt;B 氫氧化鈉質(zhì)量濃度 gt; A還原劑Z質(zhì)量濃度 gt; D染色時(shí)間，優(yōu)化的改性工藝條件是：還原劑Z的質(zhì)量濃度 11g/L ，氫氧化鈉濃度 10g/L ，染色溫度 75^°C ，染色時(shí)間 40min 。

2.7 染色牢度

采用2.6正交試驗(yàn)所得優(yōu)化工藝染色，色牢度測(cè)試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，棉織物經(jīng)還原型生物基染料橄欖綠和沙棕染色后耐摩擦和皂洗牢度較好，均大于4級(jí)，其牢度水平高于多數(shù)植物染料，能較好滿(mǎn)足大生產(chǎn)和日常服用的要求。

3結(jié)論

（1）還原型生物基染料橄欖綠和沙棕（omf） 5% ，優(yōu)化后的染色工藝均為：還原劑 Z11g/L ，氫氧化鈉 10g/L ，染色溫度 75°C ，染色時(shí)間 40min 。

（2）還原型生物基染料橄欖綠和沙棕采用優(yōu)化工藝染色后，其耐摩擦牢度和耐皂洗牢度均達(dá)到4級(jí)以上，牢度水平高于多數(shù)植物染料，能較好滿(mǎn)足大生產(chǎn)和服用的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]賀曉亞.天然植物染料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].印染助劑，2020，37（6）：6-9.

[2]葛化博，萬(wàn)明，馮杰，等.還原型植物基染料在羅布麻纖維和織物染色中的應(yīng)用[J].印染，2021，47（10）：30-34

[3]張曉芳，葛化博，馮杰，等.羅布麻與棉混紡針織物植物基染料染色研究[J].針織工業(yè)，2023（04）：29-32

[4]魏炳舉，李瑞卿，周長(zhǎng)文，等.生物基橄欖綠染料對(duì)棉紗線(xiàn)的染色及抗菌性[J].印染，2021，47（09）：38-41

[5]李繼往，李瑞卿，魏炳舉.還原染料隱色體浸染法在散棉染色中的應(yīng)用[J].染整技術(shù)，2021，43（01）：20-22.

[6]魏炳舉，李瑞卿，周長(zhǎng)文，等.錦綸的高耐光色牢度還原染料染色[J].印染，2020，46（11）：31-34.