絲維爾調(diào)溫纖維針織面料的染色工藝

劉 青，孟家光，劉變俠

（西安工程大學 紡織與材料學院，陜西 西安710048）

0 引 言

絲維爾（Siwear）調(diào)溫纖維屬于粘膠纖維的功能化品種，是將相變調(diào)溫材料技術(shù)和粘膠纖維制造技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出的一種高科技產(chǎn)品，該纖維具有蓄熱、放熱雙向溫度調(diào)節(jié)功能，是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的紡織原料，具有較高的市場推廣價值.

目前絲維爾調(diào)溫纖維在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，諸多學者對其進行了全面研究.張琳琳，王躍強對智能調(diào)溫纖維的調(diào)溫機理以及調(diào)溫纖維在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了研究［1］；魏立娜，張永久等人對智能調(diào)溫粘膠纖維／棉混紡織物的染色性能進行了研究［2］；張琳琳對智能調(diào)溫纖維的染色性能研究做了透徹的分析，比較了3種活性染料用于智能調(diào)溫纖維與普通粘膠纖維染色性能的差異［3］；張琳琳，張永久對國產(chǎn)絲維爾智能調(diào)溫纖維與進口Outlast的染色性能進行了對比研究［4］；李娜娜對絲維爾調(diào)溫纖維及其紡織品進行了分析與研究［5］.但是很少有人就絲維爾調(diào)溫纖維針織物本身的染色性能做深入研究，確定出最佳的生產(chǎn)工藝.本文根據(jù)絲維爾調(diào)溫纖維和紗線本身具有的特征和性能，采用單因素分析法和正交試驗法確定出絲維爾調(diào)溫纖維針織物的最佳染色工藝.

1 實 驗

1.1 材料與儀器

（1）織物 由14.8tex的絲維爾調(diào)溫纖維紗線編織出緯平針、滿針羅紋、畦編、半畦編、空氣層以及半空氣層等6種針織物.

（2）染料及助劑 活性艷紅KD-8B染料（江陰市和旺化工貿(mào)易有限公司），食鹽、凈洗劑、磷酸三鈉、勻染劑（均為南通海石化工助劑有限公司）.

（3）儀器 721型分光光度計（上海第三分析儀器廠），pHS-25型pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司），Color i7愛色麗測色儀（北京科美潤達儀器設(shè)備有限公司），HSY2-SP型恒溫水浴鍋（常州華冠儀器制造有限公司），JA3003N型電子天平（上海精科天美商貿(mào)有限公司），DHG-9075電熱恒溫鼓風干燥箱（上海齊欣科學儀器有限公司）.

1.2 測試指標

（1）上染百分率 用分光光度計測定上染平衡時的殘留染液和原液在最大吸收波長處的吸光度，通過式（1）求出上染百分率E.

式中A0為原液的吸光度，A1為染后殘液的吸光度.

（2）K／S值K和S分別為被測物體的吸收系數(shù)和散射系數(shù)，K／S值越大，染料的染色性能越好［6］.

2 結(jié)果與討論

2.1 絲維爾調(diào)溫纖維染色工藝的確定

2.1.1 染料用量的確定 對染料用量進行單因素分析，活性艷紅KD-8B染料0.5%～2%（o.w.f），入染溫度60℃，入染30min，固色溫度90℃，固色時間40min，勻染劑質(zhì)量濃度0.5g／L，磷酸三鈉質(zhì)量濃度30g／L，食鹽質(zhì)量濃度30g／L，浴比1∶50，染料用量和上染率的關(guān)系如表1所示［7］.

從表1可以看出，當染料用量在1%時，其上染率最高，達到80.7%.因此，以下所有實驗的染料用量都為1%.當染料用量一定時，影響絲維爾調(diào)溫纖維染色效果的主要因素有食鹽質(zhì)量濃度、固色溫度、固色時間以及磷酸三鈉質(zhì)量濃度，以下對4個因素進行分析，以便確定出合理的染色工藝，得到最佳的染色效果.

2.1.2 食鹽質(zhì)量濃度的確定 食鹽在活性染料的染色過程中起促染的作用，一般染料的上染率隨著食鹽質(zhì)量濃度的提高而增加，但是上染率增加到一定程度后，隨著食鹽質(zhì)量濃度的增加上染率幾乎不再增加.對食鹽質(zhì)量濃度進行單因素分析，其中活性艷紅KD-8B染料1%（o.w.f），入染溫度60℃，入染30min，固色溫度90℃，固色時間40min，勻染劑質(zhì)量濃度0.5g／L，磷酸三鈉質(zhì)量濃度30g／L，食鹽質(zhì)量濃度20～45g／L，浴比1∶50.食鹽質(zhì)量濃度與上染率、K／S值的關(guān)系如圖1所示.

從圖1可知，隨著食鹽質(zhì)量濃度的不斷增加，上染率也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，但當食鹽質(zhì)量濃度超過30g／L時，上染率增加的幅度很小，幾乎沒有變化.對于K／S值來說，也是隨著食鹽質(zhì)量濃度的增加而增加，但是當食鹽質(zhì)量濃度超過35g／L時，K／S值反而呈現(xiàn)下降趨勢.所以綜合考慮，食鹽的質(zhì)量濃度應(yīng)選為30g／L，35g／L，40g／L.

表1 染色用量與上染率的關(guān)系Table 1 Relationship of the dye dosage and dyeing rate

圖1 食鹽質(zhì)量濃度與上染率、K／S值的關(guān)系Fig.1 Relationship of the dosage of sodium chloride and dyeing ratio and K／Svalue

圖2 磷酸三鈉質(zhì)量濃度與上染率、K／S值的關(guān)系 Fig.2 Relationship of the dosage of trisodium phophate and dyeing ratio and K／Svalue

2.1.3 磷酸三鈉質(zhì)量濃度的確定 磷酸三鈉在此實驗中屬于固色劑，是對染料進行一個固色的過程，以減少殘液中的染料，使織物的色牢度更好一些，合適的固色劑質(zhì)量濃度，對織物染色效果是一個至關(guān)重要的因素.對磷酸三鈉用量進行單因素分析，其中活性艷紅KD-8B染料1%（o.w.f），入染溫度60℃，入染時間30min，固色溫度90℃，固色時間40min，勻染劑質(zhì)量濃度0.5g／L，磷酸三鈉質(zhì)量濃度20～50g／L，食鹽質(zhì)量濃度30g／L，浴比1∶50.磷酸三鈉質(zhì)量濃度與上染率、K／S值的關(guān)系如圖2所示.

從圖2可以看出，隨著磷酸三鈉質(zhì)量濃度的增加，織物的上染率和K／S值都處于上升的趨勢，當磷酸三鈉的質(zhì)量濃度為45g／L時，K／S值達到最大峰值，但是當磷酸三鈉的質(zhì)量濃度超過45g／L時，上染率增加得很小，而K／S值有所下降，磷酸三鈉質(zhì)量濃度過多，會造成不必要的經(jīng)濟損失和產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染.所以，最終磷酸三鈉的質(zhì)量濃度選定為35g／L，40g／L，45g／L.

2.1.4 固色時間的影響 固色時間過長或過短都將對織物的上染率產(chǎn)生一定的影響.對固色時間進行單因素分析.其中活性艷紅KD-8B染料1%（o.w.f），入染溫度60℃，入染時間30min，固色溫度90℃，固色時間30～60min，勻染劑質(zhì)量濃度0.5g／L，磷酸三鈉質(zhì)量濃度30g／L，食鹽質(zhì)量濃度30g／L，浴比1∶50.固色時間與上染率、K／S值的關(guān)系如圖3所示.

從圖3可以看出，隨著固色時間的增加，上染率和K／S值都處于增加的趨勢，但是當固色時間大于55min后，上染率處于下降趨勢，而K／S在45min后就已經(jīng)處于下降趨勢，這是因為染色時加入了堿劑進行固色的原因.加入堿劑提高了纖維的吸附率，一定時間后，當吸附在纖維上的染料與纖維反應(yīng)固著已經(jīng)趨向于平衡時，繼續(xù)再延長時間，這時染料就會發(fā)生水解吸附，部分染料會被水解，從而無法上染，這將不利于上染的進行.綜合考慮，最終選定的固色時間為40min，45min，50min.

2.1.5 固色溫度的影響 通過實驗分析固色溫度.其中活性艷紅KD-8B染料1%（o.w.f），入染溫度60℃，入染時間30min，固色溫度65～95℃，固色時間40min，勻染劑用量0.5g／L，磷酸三鈉質(zhì)量濃度30g／L，食鹽質(zhì)量濃度30g／L，浴比1∶50.固色溫度與上染率、K／S值的關(guān)系如圖4所示.

從圖4可以看出，隨著固色溫度的升高，織物的上染率和K／S值均呈上升趨勢.但是當固色溫度高于85℃后，上染率和K／S值則都開始下降.綜合考慮上染率和K／S值這兩個指標，最終選定固色溫度為80℃，85℃，90℃.

2.2 染色正交試驗

為了確定最佳工藝條件，根據(jù)單因素實驗所確定的最佳反應(yīng)條件，設(shè)計一個4因素3水平的正交試驗，即采用正交試驗表對正交試驗工藝條件進行設(shè)計編排及對實驗結(jié)果進行分析和評價［8］.正交試驗基本變量參數(shù)如表2所示，實驗結(jié)果如表3所示.

圖3 固色時間與上染率、K／S值的關(guān)系Fig.3 Relationship of fixation time and dyeing ratio and K／Svalue

圖4 固色溫度與上染率、K／S值的關(guān)系Fig.4 Relationship of fixation temperature and dyeing ratio and K／Svalue

表2 染色工藝因子水平表Table 2 Dyeing process factor level table

表3 絲維爾調(diào)溫纖維染色正交試驗結(jié)果Table 3 The dyeing orthogonal experiment results of Siwear thermoregulation fiber

由表3可知，影響上染率的因素由大到小依次為磷酸三鈉（B）、時間（C）、溫度（D）、食鹽（A），得到的優(yōu)化工藝為A3B3C3D2.影響K／S值的因素由大到小依次為磷酸三鈉（B）、時間（C）、食鹽（A）、溫度（D），得到的優(yōu)化工藝為A3B2C2D3.兩種指標的分析結(jié)果出現(xiàn)了偏差，因此追加試驗，進一步對兩種優(yōu)化方案做分析對比.方案A3B3C3D2和A3B2C2D3優(yōu)化后的上染率分別為83.12%，86.82%，K／S值分別為10.171，11.560.最終優(yōu)化方案的理論目標值的上染率為88.135 1，K／S值為12.621 9.理論與實際值存在偏差，但是綜合考慮，由對比結(jié)果得出用方案A3B2C2D3處理的織物的上染率和K／S值都相對較高.因而最終確定A3B2C2D3為最優(yōu)工藝.

2.3 絲維爾調(diào)溫纖維針織面料的染色效果

對絲維爾調(diào)溫纖維針織面料染色效果進行評價，主要選取針織學中常見的3種染色色牢度（耐洗色牢度、耐汗?jié)n色牢度、耐摩擦色牢度），通過對其染色效果的評定，判斷是否可以滿足服用性能的要求.

（1）耐洗色牢度 參照GB／T 3921—2008C（3）《紡織品色牢度耐皂洗色牢度》標準［9］，測試儀器為SW-12AⅡ型耐洗色牢度試驗機.由表4可知，絲維爾調(diào)溫纖維針織物的耐洗色牢度較好，達到了服用要求.

表4 絲維爾調(diào)溫纖維針織物的耐洗色牢度測試結(jié)果Table 4 Colour fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted faric

（2）耐汗?jié)n色牢度 參照GB／T3922—1995《紡織品耐汗?jié)n牢度試驗方法》標準［10］.由表5可知，絲維爾調(diào)溫纖維針織物的耐汗?jié)n色牢度較好，達到了服用要求.

表5 絲維爾調(diào)溫纖維針織物的耐汗?jié)n色牢度測試結(jié)果Table 5 Perspiration fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted fabric

（3）耐摩擦色牢度 按照GB／T3920—1997《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味确椒ā窐藴?，用CHY-65摩擦色牢度儀進行測試［11］.由表6可知，絲維爾調(diào)溫纖維針織物的干、濕耐摩擦色牢度都比較好，達到了服用要求.

表6 絲維爾調(diào)溫纖維針織物的耐摩擦色牢度測試結(jié)果Table 6 Rubbing fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted fabric

3 結(jié) 論

（1）活性染料染絲維爾調(diào)溫纖維針織物的優(yōu)化工藝：活性艷紅KD-8B1%（o.w.f），磷酸三鈉質(zhì)量濃度40g／L，食鹽質(zhì)量濃度40g／L，浴比1∶50，染色溫度60℃，染色時間30min，固色時間45min，固色溫度90℃，勻染劑質(zhì)量濃度0.5g／L.

（2）使用活性染料時，溫度過高，會使染料失去活性；溫度過低，又會使染料的上染率下降，所以染色溫度的控制是關(guān)鍵.

（3）經(jīng)最優(yōu)工藝處理的絲維爾調(diào)溫纖維針織物，其染色色牢度（耐洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度）均在4級以上，滿足服用性能的要求.

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