紗線線密度與染色槽數(shù)對(duì)靛藍(lán)上染率的影響

劉幸樂， 姚繼明， 侯賀剛， 韓 琪

(1. 河北新大東紡織有限公司， 河北 石家莊 052260; 2. 河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 河北 石家莊 050018)

紗線線密度與染色槽數(shù)對(duì)靛藍(lán)上染率的影響

劉幸樂1，2， 姚繼明2， 侯賀剛1， 韓 琪1

(1. 河北新大東紡織有限公司， 河北 石家莊 052260; 2. 河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 河北 石家莊 050018)

為了解靛藍(lán)染料的染色特性，提高打版成功率，同時(shí)更加精確地計(jì)算染色成本，測試分析了相同染槽深度時(shí)不同紗線線密度對(duì)靛藍(lán)上染率的影響和相同線密度時(shí)不同染槽深度對(duì)靛藍(lán)上染率的影響。通過30 ℃對(duì)紗線進(jìn)行染色，浸染時(shí)間為26 s，氧化時(shí)間為120 s，壓力為7.0 MPa，然后對(duì)烘干后染色紗樣的上染率進(jìn)行測試和分析。結(jié)果表明：在底水各組分質(zhì)量濃度測試值為靛藍(lán)2.0 g/L、燒堿3.0 g/L，保險(xiǎn)粉1.32 g/L、pH值11.88，氧化還原電位-785 mV，電導(dǎo)率64.2 μS/cm時(shí)，靛藍(lán)上染率隨紗線線密度的增加而降低，相同的染槽深度下，上染率與紗線線密度的平方根成反比；靛藍(lán)上染率隨染色槽數(shù)的增加而增加，且增長率逐漸減小。

靛藍(lán)； 染槽； 上染率； 紗線； 線密度

牛仔布生產(chǎn)起源于美國，最初的牛仔布是靛藍(lán)染色經(jīng)紗與緯紗以一定的組織結(jié)構(gòu)交織而成的純棉布，由于其耐磨的優(yōu)勢，受到了美國礦工的歡迎，也因此得以廣泛流傳。到目前為止，靛藍(lán)染色仍是牛仔布生產(chǎn)的主要工藝[1]。短期內(nèi)，靛藍(lán)染色織物因其耐光照、耐洗滌及氯漂色牢度好的優(yōu)勢，其市場份額仍不會(huì)縮減[2]。隨著牛仔水洗技術(shù)的發(fā)展，利用靛藍(lán)染色不透芯的特殊性，將牛仔進(jìn)行水洗，可獲得不同顏色和風(fēng)格的面料，經(jīng)石磨后兼具層次感和立體感。增加靛藍(lán)的染色深度是開發(fā)更多品種的先決條件，因此，靛藍(lán)深色染色技術(shù)得以發(fā)展。影響靛藍(lán)染色效果的因素較多，紗線線密度、紡紗方式等都會(huì)對(duì)靛藍(lán)的深度和色光造成影響，因此，合理地選擇用紗也是靛藍(lán)染色的一個(gè)要素。另外，相對(duì)于其他染料，牛仔布生產(chǎn)過程中，靛藍(lán)染料的染色速率相對(duì)較低。通過增加底水中靛藍(lán)濃度來加深紗線表面色，只能提高染料的初染率，卻達(dá)不到理想的滲透效果。染料吸附到紗線，在表層發(fā)生聚集，難以向紗芯滲透，造成明顯的環(huán)染現(xiàn)象。這時(shí)，染料與纖維結(jié)合以范德華力為主，部分染料在后續(xù)的退漿、水洗等工序后會(huì)以浮色的形式損失掉。生產(chǎn)成本高，造成大量浪費(fèi)，同時(shí)織物的摩擦牢度也會(huì)明顯降低。通過增加染槽數(shù)量，采用多次浸染的方法進(jìn)行染色，可改善這一問題[3]。本文分別研究了紗線線密度和染槽數(shù)對(duì)靛藍(lán)上染率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備儀器

材料：不同線密度的純棉環(huán)錠紗。

藥品：N-甲基吡咯烷酮、燒堿溶液、保險(xiǎn)粉，均為化學(xué)純，蒸餾水。

設(shè)備儀器：T-1109束莫里森束染機(jī)(Morrison Textile Machincry Co.)、Y2301型手持式紗線張力儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)、102型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(山東濰坊醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司醫(yī)療器械廠)、CP114-型電子天平(上海奧豪斯儀器有限公司)、HH-S6型數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國宇儀器制造有限公司)、722s型可見分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 染色方法

浸染過程中，染色時(shí)間為21 s，氧化時(shí)間為99 s，軋輥壓力為7.0 MPa，紗線張力為3.0 MPa。染色底水參數(shù)為：靛藍(lán)質(zhì)量濃度2.0 g/L,燒堿質(zhì)量濃度3.0 g/L,游離保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度1.32 g/L，pH值11.88，氧化還原電位-785 mV，電導(dǎo)率68.5 μS/cm，溫度30 ℃。

1.2.1 紗線線密度對(duì)靛藍(lán)上染率的影響

取不同線密度環(huán)錠紡純棉紗在繩染機(jī)進(jìn)行染色，做大貨生產(chǎn)染純靛藍(lán)時(shí)，紗線繞過張力架，一端捆綁于第1束紗，跟隨繩染大貨同步進(jìn)行染色和氧化。在經(jīng)歷5次染槽浸染及氧化架氧化后，將染色紗樣取出不經(jīng)水洗，直接烘干。

1.2.2 染槽個(gè)數(shù)對(duì)靛藍(lán)上染率的影響

取58.31 tex環(huán)錠紡純棉紗在繩染機(jī)進(jìn)行5組染色實(shí)驗(yàn)，做大貨生產(chǎn)染純靛藍(lán)時(shí)，紗樣繞過張力架，一端捆綁于第1束紗，跟隨繩染大貨同步進(jìn)行染色和氧化。在經(jīng)歷不同染槽浸染及氧化架氧化后，取出不經(jīng)水洗，直接烘干。

1.3 剝色方法

1.3.1 剝色溶液

用量筒準(zhǔn)確量取300 mL N-甲基吡咯烷酮，全部移入1 000 mL容量瓶；吸取20 mL 燒堿溶液轉(zhuǎn)移至上述容量瓶；在分析天平上準(zhǔn)確稱取10.000 g保險(xiǎn)粉移入容量瓶；用蒸餾水對(duì)剝色溶液進(jìn)行定容，搖勻后待用。

1.3.2 紗線剝色

用分析天平稱取0.190～0.200 g烘干后的色紗，放入50 mL容量瓶；用制備好的剝色溶液對(duì)50 mL容量瓶進(jìn)行定容；將定容后的容量瓶放入60 ℃的水浴鍋中，恒溫15 min。

1.4 測試方法

1.4.1 分光光度計(jì)設(shè)定及校對(duì)

參照上述剝色方法，在波長為408 nm處測定一系列還原態(tài)靛藍(lán)的濃度-吸光度的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，以100%純靛藍(lán)顆粒作為基準(zhǔn)物繪制校驗(yàn)曲線?？筛鶕?jù)實(shí)測的吸光度獲得還原態(tài)靛藍(lán)的實(shí)際質(zhì)量濃度。

設(shè)質(zhì)量濃度值為x，測試所得吸光度為y，靛藍(lán)質(zhì)量濃度為0～10 mg/L時(shí)，可得一元線性方程：

y=0.077 3x

(1)

由式(1)得出

x=12.94y

(2)

濃度因子可根據(jù)式(2)設(shè)定為1 294，實(shí)際質(zhì)量濃度即為質(zhì)量濃度直讀值/100，單位為mg/L。

分光光度計(jì)校對(duì)。取2個(gè)剝色溶液到10mm比色皿中，在722s型可見光分光光度計(jì)上進(jìn)行校對(duì)，波長調(diào)至408nm，斜率設(shè)為1 294，記錄剝色溶液的讀數(shù)A。

1.4.2 色紗上染率測試

將剝色液搖勻并冷卻至室溫，準(zhǔn)確吸取5 mL剝色液移入50 mL容量瓶，用剝色溶液定容并搖勻；將制備好的溶液在分光光度計(jì)上進(jìn)行測試，記錄數(shù)值B。

紗線上靛藍(lán)上染率的計(jì)算式為

(3)

式中M為干后的色紗質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

為排除人為操作因素的干擾，在同一底水狀態(tài)下進(jìn)行若干組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將測量的有效數(shù)據(jù)取平均值。

2.1 紗線線密度對(duì)上染率的影響

在相同的工藝條件下，分別對(duì)不同線密度的環(huán)錠紗染5個(gè)染槽的靛藍(lán)，并對(duì)烘干后的紗線進(jìn)行靛藍(lán)上染率測試，結(jié)果見表1。

表1 靛藍(lán)對(duì)不同線密度紗線的實(shí)際上染率Tab. 1 Actual dye uptake of indigo for yarns with different density

由表1可見，在相同的染槽深度，色紗靛藍(lán)的實(shí)際上染率隨紗線線密度的增加而降低。紗線線密度越大，紗線越粗，單位質(zhì)量的紗線所吸收到的染料越少。用同樣的染料進(jìn)行染色，比表面積越大，得色越深，而比表面積小的則得色淺[4]。這是由于隨紗線線密度的減小，紗線比表面積增大，染料的吸附能力增強(qiáng)，從而靛藍(lán)的實(shí)際上染率提高，顏色加深[5-6]。

根據(jù)染色物理模型[7],靛藍(lán)上染率與棉紗線密度的關(guān)系為

(4)

式中：參照紗線的線密度為Na；紗線靛藍(lán)上染率為ρa(bǔ)，達(dá)到與參照紗相同的表面顏色深度所需要的上染率為ρb。由式(4)可知，上染率ρb與紗線線密度N的平方根成反比。紗線線密度越大，紗線越粗，達(dá)到相同的上染率所需要的染料越多。

以72.89tex紗為基數(shù)，利用式(4)對(duì)不同線密度所得上染率進(jìn)行計(jì)算。用Origin軟件對(duì)實(shí)際上染率和理論上染率的關(guān)系作圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可看出，理論上染率與實(shí)際上染率2條曲線基本吻合，這說明了對(duì)不同紗線線密度的單因子實(shí)驗(yàn)中，實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)理論上染率進(jìn)行了有效的驗(yàn)證，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。即，在相同的工藝條件下，紗線線密度越大，靛藍(lán)上染率越低；而上染率紗線線密度的平方根呈反比。

2.2 不同染色槽數(shù)對(duì)上染率的影響

取同一批次58.31 tex的環(huán)錠紗，在繩染機(jī)上染不同染槽數(shù)量的靛藍(lán)，對(duì)烘干后的紗線進(jìn)行上染率測試，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可看出，在一定范圍內(nèi)，靛藍(lán)上染率隨染槽數(shù)量的增加而增加。但染槽數(shù)量與色紗靛藍(lán)的上染率并沒有呈現(xiàn)出理想的線性關(guān)系。隨浸染次數(shù)的增加，整體上染率緩慢增長，而平均每槽上染率會(huì)越來越低。每種染料單獨(dú)對(duì)每種基質(zhì)材料分別以一定的質(zhì)量濃度進(jìn)行梯度著色[8]，同理，靛藍(lán)染料也隨染槽數(shù)量的增加對(duì)紗線進(jìn)行梯度著色。

一部分隱色體在纖維浸入第1個(gè)染槽后，經(jīng)紗可接受染料的染座數(shù)量較多，染液中的電解質(zhì)也起到了一定的促染作用，染料迅速吸附在紗線表面。但由于靛藍(lán)隱色體的擴(kuò)散性能差，染料大量聚集在紗線的表面，從而導(dǎo)致初染率高，勻染性能差。在較短的時(shí)間內(nèi)，吸附的染料與染液中的隱色體難以達(dá)到置換平衡。經(jīng)第1道氧化架氧化后，染料固著下來，但這種表層的染料與紗線的結(jié)合并不緊密。

進(jìn)入第2個(gè)染槽后，由于電解質(zhì)的作用，底水中的隱色體會(huì)在紗芯方向促進(jìn)紗線表層染料向紗芯滲透，并占據(jù)原來的部分染座。相反，表層染料也會(huì)阻礙其他隱色體的繼續(xù)上染。由于染色時(shí)間的限制，在堿性條件下，底水中過量保險(xiǎn)粉對(duì)色紗的剝色速率與隱色體對(duì)紗線的吸附速率僅達(dá)到某種程度的平衡，紗線一出染槽就開始第2次氧化。

在第3個(gè)以及更多染槽后，每次浸染，染料的上染率的增加速度越來越小，上染率增加越來越緩慢。隨染槽數(shù)量的無限增加，紗線上染座被充分占據(jù)，每次浸染，染料剝色和對(duì)紗線的吸附達(dá)到最終的平衡。氧化后，紗線上的靛藍(lán)上染率不再繼續(xù)增加。

3 結(jié) 論

1)在染色過程中，靛藍(lán)的上染率受到紗線線密度和染槽數(shù)量等因素的影響。其他工藝條件相同的情況下，紗線線密度越大，質(zhì)量比表面積越小，對(duì)染料吸附能力越弱，染料上染率越低。不同紗線達(dá)到相同的表面顏色深度所需要的上染率與紗線線密度的平方根成反比，因此，靛藍(lán)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，計(jì)算染色成本時(shí)要考慮紗線線密度對(duì)靛藍(lán)消耗速率的影響。

2)隨染色槽數(shù)的增加，靛藍(lán)的上染率逐漸增加，而上染率與染色槽數(shù)不呈線性關(guān)系；隨染色槽數(shù)的增加，靛藍(lán)上染率增加速度會(huì)越來越小，直至趨近于零。生產(chǎn)使用的染槽數(shù)量少，達(dá)不到深度要求，染槽數(shù)量太多，又會(huì)造成染料的浪費(fèi)，因此要想在降低成本的同時(shí)染得較深的顏色，必須權(quán)衡好染色槽數(shù)與上染率之間的關(guān)系。

FZXB

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Effect of yarn density and dyeing vat on dye uptake of indigo

LIU Xingle1,2, YAO Jiming2, HOU Hegang1, HAN Qi1

(1.Hebei Xindadong Textile Co., Ltd., Shijiazhuang, Hebei 052260, China; 2. College of Textile and Garment, Hebei University of Science & Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

In order to grasp the dyeing properties of the indigo, promote success rate of the production, and calculate the cost of the dyeing process, two groups of experiments were carried out in the rope dyeing machine, and effect of yarn density on the dye uptake of indigo and effect of dyeing vat on the dye uptake of indigo. The yarns were impregnated with dyeing solutions for 26 s at 30 ℃, and oxidized for 75 s, and the pressure was 7.0 MPa. The dye-uptake of the drying sample yarns were tested and analyzed. The results show that, when the dosage is: indigo 2.0 g/L, caustic soda 3.0 g/L and sodium hyposulfite 1.32 g/L, pH 11.88, oxidation-reduction potential -785 mV and electrical conductivity 64.2 μS/cm, the dye-uptake reduced with the increasing of the yarn density. Under the same depth, the dye uptake is inversely proportional to the square root of the yarn density. The dye-uptake increased with the increasing of the dyeing vat, but the growth rate decreased.

indigo; dyeing vat; dye uptake; yarn; density

10.13475/j.fzxb.20150401604

2015-04-14

2016-02-21

劉幸樂(1985—)，男，碩士生。研究方向?yàn)榕Ｗ胁冀?jīng)紗染色及上漿技術(shù)。姚繼明，通信作者，E-mail: yaojiming66@126.com。

TS 193.63

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