染色助劑在棉纖維改性上的研究

張 勇，鄧中民

(1.武漢紡織大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北武漢430200;2.武漢紡織大學(xué)紡織纖維及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430200)

活性染料自1956年問世以來，其發(fā)展一直處于領(lǐng)先地位。其分子結(jié)構(gòu)比較簡單、色澤鮮艷且色譜較全、具有較好的勻染性和擴(kuò)散性、使用方便且成本不高。但上染率和固色率低，染料的利用率不高，為了提高染料色上染率和固色率，需要加入大量無機(jī)鹽促染，而這既增加了成本又導(dǎo)致破壞了生態(tài)環(huán)境?；诖耍緦?shí)驗(yàn)選用反應(yīng)型無醛固色劑對(duì)棉織物進(jìn)行陽離子化改性，優(yōu)化了改性工藝，并研究了纖維改性劑用量、染色溫度、染色保溫時(shí)間等對(duì)改性棉織物活性染料染色性能的影響。

1 活性染料與棉纖維的反應(yīng)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及原料

實(shí)驗(yàn)原料及試劑有:織物為純棉半漂白布經(jīng)×緯(264根/10cm ×230根/lOcm)，布重 3g，染料為亨斯邁的Novacron Deep Night S－R，無水碳酸鈉，無水硫酸鈉，反應(yīng)型無醛固色劑。反應(yīng)型無醛固色劑是以環(huán)氧氯丙烷為反應(yīng)性基團(tuán)，與胺、醚、羧酸、酰胺等反應(yīng)而制得的固色劑。大多數(shù)為聚合物，具有陽離子性和反應(yīng)性基團(tuán)，能與陰荷性染料(活性、酸性、直接染料)成鹽結(jié)合，又能與纖維和染料中的羥基、氨基等基團(tuán)交聯(lián)，從而提高其濕處理牢度。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器主要有:電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，恒溫震蕩水浴鍋，色摩擦牢度儀，電子天平，電腦測色配色儀等。

2 實(shí)驗(yàn)方法及其步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)用染料標(biāo)準(zhǔn)染色方法

依據(jù)亨斯邁有限公司官方產(chǎn)品使用說明書推薦染色方法，并用此推薦染色方法染出一組標(biāo)準(zhǔn)樣布。先按實(shí)驗(yàn)處方計(jì)算出染料、硫酸鈉和碳酸鈉的用量，用蒸餾水配置染料溶液，加水到容量瓶的刻度處，搖勻，加入白布，將容量瓶放在恒溫震蕩水浴鍋中染色，10分鐘以后加1/2食鹽，搖勻，過10分鐘加入另外1/2食鹽，30分鐘以后加堿，固色60分鐘。染色完畢以后降溫冷卻，取出式樣，用冷水洗，皂煮(皂片3g/L，純堿3g/L，95℃，15min，浴比1:50)、水洗、烘干。染色處方如表1:

表1 染色處方

2.2 纖維改性染色工藝

纖維改性實(shí)驗(yàn)處方鹽堿量是在標(biāo)準(zhǔn)工藝鹽堿量的基礎(chǔ)上的0.7倍，染色處方見表2.

表2 染色處方

實(shí)驗(yàn)過程為:計(jì)算出染料、碳酸鈉、硫酸鈉的量，向錐形瓶中加入白布、纖維改性劑，將錐形瓶放入恒溫震蕩水浴鍋，溫度為50℃，預(yù)處理15分鐘，放入染料，然后以每分鐘1℃的速度升高溫度到60℃;溫度穩(wěn)定以后染色10分鐘，加鹽，10分鐘以后，再次加鹽，30分鐘后加堿，鹽堿量均變成標(biāo)準(zhǔn)工藝的70%。工藝曲線如圖1:

圖1 纖維改性染色工藝

3 低鹽低堿最佳染色工藝的確定方法

在纖維改性工藝的基礎(chǔ)上，我們要找出該纖維改性劑的最佳作用濃度、溫度和時(shí)間。我們分別用0.03%到5%等不同用量的纖維改性劑，在相同溫度和時(shí)間對(duì)織物進(jìn)行染色，本實(shí)驗(yàn)采用下50℃下對(duì)織物進(jìn)行染色15min，得出該纖維改性劑的最佳作用濃度。在得到該纖維改性劑的最佳作用濃度后，在用該濃度的改性劑對(duì)織物固色15min的不變條件下，改變固色的溫度，分別為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，并在每個(gè)染色溫度條件下，染色配方采用標(biāo)準(zhǔn)工藝鹽堿用量的70%與標(biāo)準(zhǔn)染色鹽堿用量的染色工藝進(jìn)行對(duì)比，找出最佳固色溫度。在最佳固色溫度的情況下，我們分別用 5 min、10min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min對(duì)織物進(jìn)行染色，對(duì)染后的布樣進(jìn)行一系列測試，找出最佳固色時(shí)間。

3.1 染色織物的得色深度(K/S)值

表面得色深度(K/S)值在Datacolor 400電腦測色配色儀上測得。采用D65光源，測試樣折疊四層，為4次的平均值。

3.2 皂洗牢度測試

根據(jù)GB/T 3921.3－1997，織物尺寸為4cm×10cm，溫度60攝氏度，時(shí)間為30分鐘，皂粉5g/L，Na2CO32g/L，浴比1:50。測試前，需將皂液預(yù)熱。水洗完成后，用冷水清洗二次，后用流動(dòng)水沖洗10min，擠去水分，展開組合試樣，懸掛在不超過60℃的空氣中晾干。用ISO灰色樣卡評(píng)定試樣的變色和貼襯織物的沾色。

3.3 干/濕摩擦牢度測試

按照標(biāo)準(zhǔn)GB3920－1997《紡織品耐摩擦色牢度測試方法》進(jìn)行，測試步驟:(1)用加緊裝置將試驗(yàn)品固定在試驗(yàn)機(jī)底板上使試樣的長度方向與儀器的動(dòng)程方向一致。(2)干摩擦:將干摩擦布固定在試驗(yàn)機(jī)的摩擦頭上，使摩擦布的經(jīng)向與摩擦頭運(yùn)行方向一致。在干摩擦試樣的長度方向上，在10s內(nèi)摩擦10次，往復(fù)動(dòng)程為100mm，垂直壓力為9N。(3)濕摩擦:更換試樣，用濕摩擦布按(2)步驟重復(fù)操作，濕摩擦布必須用三級(jí)水浸濕，使用軋液裝置，使其含水量在95% ～105%，摩擦結(jié)束后在室溫下晾干。(4)去除摩擦布上的試樣纖維，用灰色樣卡評(píng)定上述摩擦布的沾色級(jí)數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 最佳纖維改性工藝參數(shù)

本組實(shí)驗(yàn)將考察纖維改性劑對(duì)活性染料染色鹽堿量的影響，確定該纖維改性劑的最佳染色工藝，即反應(yīng)型無醛固色劑的最佳染色工藝，0.7倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量與無催化劑的標(biāo)準(zhǔn)染色工藝得色深度對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)工藝與優(yōu)化工藝的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過表3可知:

(1)在0.7倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量的染色條件下，溫度為50℃，固色時(shí)間為15min，浴比為1:20，纖維改性劑對(duì)織物處理濃度為0.075%時(shí)，織物得色深度最高。

再通過無纖維改性劑的標(biāo)準(zhǔn)染色工藝得色深度與使用纖維改性劑0.7標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量工藝得色深度對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)工藝的 K/S值為26.719，由于27.5520大于26.719，即當(dāng)使用纖維改性劑染色，染色用鹽堿量降至標(biāo)準(zhǔn)用量的0.7時(shí)，織物得色深度不低于標(biāo)準(zhǔn)工藝配方條件下的染色深度。這說明在該實(shí)驗(yàn)工藝條件下，使用纖維改性劑能夠降低活性染料染色的鹽堿量。

比較標(biāo)準(zhǔn)工藝和優(yōu)化工藝的干摩擦牢度、濕摩擦牢度和皂洗牢度，纖維改性劑對(duì)織物處理濃度為0.075%的優(yōu)化工藝摩擦牢度最好，色差也最小，所以處理濃度選0.075%。

(2)在纖維改性劑用量為0.075%，固色時(shí)間為15min的條件下，溫度為50℃時(shí)，織物得色深度最高。由表可看出 16.061、12.432、15.119、16.217、16.023，均小于推薦工藝的色深值，這是因?yàn)椴煌鷮?shí)驗(yàn)所帶來的誤差，并不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。

對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)工藝和優(yōu)化工藝的干摩擦牢度、濕摩擦牢度和皂洗牢度，固色溫度為50℃的優(yōu)化工藝摩擦牢度最好，色差最小，所以固色溫度選50℃。

(3)在纖維改性劑用量為0.075%，溫度為50℃的條件下，固色時(shí)間為17min時(shí)，織物得色深度最高，摩擦牢度最好，色差最小。

4.2 活性染料低鹽低堿染色

本組實(shí)驗(yàn)將考察纖維改性劑對(duì)活性染料染色鹽堿量的影響，確定纖維改性劑的低鹽低堿染色效果，在50℃染色溫度下，用染色標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量、0.9倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量、0.8 倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量、0.7倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量、0.6倍標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量進(jìn)行染色對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)工藝與低鹽堿工藝的K/S值對(duì)比

通過表4發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)型無醛固色劑的作用下，溫度50℃條件下，當(dāng)染色鹽堿用量降低至標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量的80%時(shí)，織物得色深度不低于標(biāo)準(zhǔn)工藝配方條件下的染色深度，當(dāng)染色鹽堿用量降低至標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量的70%時(shí)，織物得色深度基本與標(biāo)準(zhǔn)染色工藝得色深度相當(dāng)，且相對(duì)于80%的鹽堿量少用了10%。即反應(yīng)型無醛固色劑作為纖維改性劑，能夠降低活性染料染色的鹽堿量。

在優(yōu)化工藝曲線下，當(dāng)染色鹽堿用量降低至標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量的0.7～0.8倍，仍能獲得在標(biāo)準(zhǔn)工藝配方下染色效果。

5 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)從實(shí)踐出發(fā)，通過大量的實(shí)驗(yàn)測試及分析，活性染料染色加纖維改性劑能夠降低染色需要的鹽堿量，該纖維改性劑的最佳染色工藝條件是溫度為50℃，固色時(shí)間為17min，纖維改性劑用量為0.075%，可減少30%標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量。

活性染料染色加纖維改性劑能夠降低染色需要的鹽堿量，優(yōu)化工藝染色鹽堿量降低至標(biāo)準(zhǔn)鹽堿用量的0.7倍仍能獲得標(biāo)準(zhǔn)工藝配方下的染色效果。

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