紫外線吸收劑整理棉織物陽(yáng)離子熒光染料染色

曹機(jī)良，吳鳳俁，孟春麗，李武龍，劉阿景，張思敏

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院， 河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450007)

紫外線吸收劑整理棉織物陽(yáng)離子熒光染料染色

曹機(jī)良1,2，吳鳳俁1，孟春麗1，李武龍1，劉阿景1，張思敏1

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院， 河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450007)

采用反應(yīng)型紫外線吸收劑LIQ對(duì)棉織物進(jìn)行改性，然后用陽(yáng)離子熒光紅GN對(duì)改性棉織物進(jìn)行染色.探討了改性劑和染料的用量、染色溫度、pH值和時(shí)間對(duì)改性棉織物陽(yáng)離子熒光紅GN染色性能的影響，測(cè)試了染色織物的K/S值、UPF指數(shù)、耐洗和耐摩擦牢度.結(jié)果表明：當(dāng)用6%(owf)的改性劑LIQ對(duì)棉織物進(jìn)行改性，陽(yáng)離子熒光紅GN用量為3%(owf)時(shí)，最佳染色工藝為染色pH值=5、染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min，染色織物的UPF指數(shù)達(dá)到120，耐洗和耐摩擦牢度均達(dá)到3級(jí).

棉織物；反應(yīng)型紫外線吸收劑；改性；陽(yáng)離子熒光紅GN；染色

棉纖維具有手感柔軟、吸濕透氣性好、不易產(chǎn)生靜電等優(yōu)點(diǎn)，是使用最為廣泛的天然纖維，主要用活性染料染色[1].熒光染料是一種特殊的功能性染料，既有常規(guī)染料的著色性能，又可發(fā)射出特殊的熒光.棉纖維一般用熒光涂料染色獲得熒光效果，但涂料染色織物的手感和摩擦牢度差；活性熒光染料染色棉織物具有較好的色牢度和手感，但市場(chǎng)上量產(chǎn)的僅有活性熒光黃FL一種染料，而且該染料價(jià)格非常昂貴，染色成本較高[2-3].陽(yáng)離子熒光染料色系多、品種齊全、顏色鮮艷，但需要與陰離子基團(tuán)結(jié)合反應(yīng)，不能直接用于棉纖維染色.反應(yīng)型紫外線吸收劑LIQ結(jié)構(gòu)與活性染料相似，可與棉纖維的羥基發(fā)生共價(jià)結(jié)合[4]，其分子中含有活性基團(tuán)和一定含量的負(fù)電性基團(tuán)，在水中呈負(fù)電性.若采用LIQ對(duì)棉織物進(jìn)行改性，再對(duì)LIQ改性棉織物用陽(yáng)離子熒光染料染色，則剛好滿足棉織物陽(yáng)離子熒光染料染色的要求，可克服棉纖維熒光涂料和活性熒光染料染色的缺點(diǎn)[5-8].棉織物經(jīng)LIQ改性之后可獲得優(yōu)良的抗紫外線性能，同時(shí)與陽(yáng)離子熒光染料以庫(kù)侖力結(jié)合，具有較好的熒光染色性能[9-10].

本實(shí)驗(yàn)采用反應(yīng)型紫外線吸收劑LIQ對(duì)棉織物進(jìn)行改性，然后用陽(yáng)離子熒光紅GN進(jìn)行染色，探討各因素對(duì)其抗紫外線和染色性能的影響，尋求最佳染色工藝.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

織物：棉針織物38s.

藥品：反應(yīng)型紫外線吸收劑UV-SUN CEL LIQ(亨斯邁紡織染化公司)，陽(yáng)離子熒光紅GN(市售)，pH值緩沖液(實(shí)驗(yàn)室自制)，碳酸鈉(天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)，標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑(上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所).

儀器：IR-24S型紅外線高溫染色機(jī)和定型烘干機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，Color-Eye7000A型測(cè)色儀(美國(guó)愛色麗公司)，Y571N型摩擦色牢度儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州方圓儀器有限公司).

1.2 改性方法

織物在30 ℃的條件下浸漬反應(yīng)型紫外線吸收劑x%(owf)，浴比為1∶50，以1 ℃/min的速率升溫至65 ℃，此時(shí)加入2 g/L的碳酸鈉，保溫40 min，然后充分水洗，烘干.

1.3 染色方法

陽(yáng)離子熒光紅GNx%(owf)，浴比為1∶50，一定pH值，于室溫25 ℃入染，以1 ℃/min加熱升溫至所需溫度，保溫一定時(shí)間，染畢充分水洗，烘干.

1.4 測(cè)試方法

1.4.1表觀色深K/S值

試樣的表觀色深K/S值在X-rite Color-Eye 7000A型測(cè)色儀上測(cè)定，采用D65光源和10°觀察角，每個(gè)試樣測(cè)量4次，取平均值.

1.4.2抗紫外線性能測(cè)試

使用UV-2000F型紡織物防曬指數(shù)分析儀測(cè)定整理后棉織物在澳大利亞/新西蘭AS/NZS 4399：1996標(biāo)準(zhǔn)下的UPF指數(shù)，每個(gè)樣品測(cè)試8次，取平均值，UPF指數(shù)越大表示抗紫外線性能越好.

1.4.3牢度測(cè)試

染色試樣的耐洗和耐摩擦牢度分別按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐皂洗色牢度》[11]和GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐摩擦色牢度》[12]進(jìn)行測(cè)試.

2 結(jié)果與討論

圖1 改性劑LIQ用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響Fig.1 Effect of modification agent concentration on UPF and K/S value of cotton fabrics

2.1 改性劑用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響

棉織物采用LIQ進(jìn)行改性，染料用量3%、pH值=5、染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，改性劑用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響如圖1所示.

由圖1可知，隨著LIQ用量的增加，棉織物陽(yáng)離子熒光紅GN染色的K/S值和UPF值逐漸增加，當(dāng)LIQ用量小于6%(owf)時(shí)增加幅度較大，大于6%(owf)時(shí)增加變得緩慢.這是因?yàn)楫?dāng)LIQ用量較低時(shí)，纖維上含有可與LIQ反應(yīng)的羥基較多，隨著改性劑用量的增加，纖維上結(jié)合的LIQ增多，抗紫外線性能增強(qiáng)，UPF值增加，可與陽(yáng)離子熒光染料靜電結(jié)合的陰離子基團(tuán)增多，染料上染量增加，所以染色K/S值增加.但纖維上可與LIQ反應(yīng)結(jié)合的羥基是有限的，因?yàn)檫@部分反應(yīng)性羥基僅存在于纖維的無定形區(qū)，當(dāng)改性劑用量達(dá)到一定濃度時(shí)，羥基與LIQ發(fā)生充分反應(yīng)，達(dá)到飽和，若繼續(xù)增加LIQ用量，對(duì)纖維上陰離子基團(tuán)的增加幾乎沒有影響，所以UPF值和染色K/S值增加緩慢.因此，可選擇改性劑LIQ的用量為6%(owf).

圖2 染色溫度對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響Fig.2 Effect of dyeing temperature on UPF and K/S value of cotton fabrics

2.2 染色溫度對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響

棉織物用改性劑LIQ 6%(owf)進(jìn)行改性，染料用量為3%(owf)，在pH值=5、保溫染色時(shí)間30 min條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，染色溫度對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響如圖2所示.

由圖2可知，隨著染色溫度的升高，棉織物的染色K/S值先增加后變小，在40 ℃時(shí)有最大值.這是因?yàn)闇囟鹊纳哂欣诶w維的膨化，染料更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部與纖維充分接觸，所以染色K/S值增加；繼續(xù)升高溫度，染料分子運(yùn)動(dòng)加劇，但染料對(duì)纖維的親和力降低，陽(yáng)離子染料較容易從纖維上解吸下來，所以棉織物的染色K/S值變小，染色溫度不宜過高.由圖2還可知，UPF值與織物的K/S值變化規(guī)律一致，這是因?yàn)殛?yáng)離子熒光紅GN對(duì)抗紫外線性能有一定的影響，織物上固著的染料越多，抗紫外線性能越好，UPF值越大.因此，綜合考慮可確定染色溫度為40 ℃.

圖3 保溫染色時(shí)間對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響Fig.3 Effect of heat preservation time on UPF and K/S value of cotton fabrics

2.3 保溫染色時(shí)間對(duì)織物UPF和K/S值的影響

棉織物用改性劑LIQ 6%(owf)進(jìn)行改性，染料用量為3%(owf)，在pH值=5、染色溫度40 ℃的條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，保溫染色時(shí)間對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響如圖3所示.

由圖3可知，隨著保溫染色時(shí)間的延長(zhǎng)，棉織物染色K/S值逐漸增加，保溫染色時(shí)間超過30 min后染色織物的K/S值變化不大，趨于穩(wěn)定；UPF值的變化規(guī)律與K/S值的變化規(guī)律類似，也隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，在30 min時(shí)出現(xiàn)最大值.這是因?yàn)槿玖仙先拘枰欢螘r(shí)間，在染色時(shí)間較短時(shí)，染料與纖維接觸不充分，反應(yīng)不完全，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，陽(yáng)離子熒光染料逐漸向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，與纖維上的陰離子基團(tuán)發(fā)生庫(kù)侖力結(jié)合，所以染色K/S值逐漸增加；繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間，染料吸附纖維達(dá)到平衡，趨于穩(wěn)定.因?yàn)殛?yáng)離子熒光紅GN也具有一定的紫外線防護(hù)性能，染料越多抗紫外線性能越好，所以UPF值隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加.因此，考慮到染色的均勻性和透染性，可確定最佳保溫染色時(shí)間為30～60 min.

圖4 染色pH值對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響Fig.4 Effect of dyeing pH on UPF and K/S value of cotton fabrics

2.4 pH值對(duì)織物UPF和K/S值的影響

棉織物用改性劑LIQ 6%(owf)進(jìn)行改性，染料用量為3%(owf)，在染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，染色pH值對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響如圖4所示.

由圖4可知，隨著染色pH值的增加，棉織物染色K/S值逐漸變小，在pH值為4～7時(shí)出現(xiàn)一段穩(wěn)定平衡值，染色K/S值幾乎不受影響，UPF值同樣逐漸變小，與K/S值變化規(guī)律一致.這是因?yàn)槿旧玴H值越高，陽(yáng)離子熒光紅GN所帶的正電性降低，故陽(yáng)離子熒光紅GN對(duì)帶負(fù)電性的改性棉織物的吸附性降低，所以染色K/S值逐漸變小，抗紫外線性能減弱，UPF值逐漸變??；在弱酸性條件下，染色K/S值幾乎不受影響，抗紫外線性能變化也較小，但在強(qiáng)酸性條件下棉纖維易受到損傷，綜合考慮可選擇染色pH值為5.

圖5 染料用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響Fig.5 Effect of dyes concentration on UPF and K/S value of cotton fabrics

2.5 染料用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響

棉織物用改性劑LIQ 6%(owf)進(jìn)行改性，在pH值=5、染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，染料用量對(duì)棉織物UPF和K/S值的影響如圖5所示.

由圖5可知，隨著染料用量的增加，棉織物染色K/S值逐漸增加，當(dāng)用量小于3%(owf)時(shí)，染色K/S值增加明顯，之后逐漸變緩，織物的UPF值有同樣的變化規(guī)律.這是因?yàn)樵谌旧跏茧A段，纖維上的陰離子基團(tuán)較多，染料較少，染料可全部與纖維上的陰離子基團(tuán)以靜電結(jié)合上染，所以染色K/S值逐漸增加，抗紫外線性能增強(qiáng)，UPF值增加.但纖維上可與陽(yáng)離子熒光紅GN以靜電結(jié)合的陰離子基團(tuán)是有限的，隨著染料用量的增加，反應(yīng)逐漸達(dá)到飽和，直至反應(yīng)完全，所以染色K/S值增加變得緩慢.因此，可根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)娜玖嫌昧?

2.6 染色織物的性能測(cè)試

棉織物用改性劑LIQ 6%(owf)進(jìn)行改性，染料用量為3%(owf)，在pH值=5、染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min條件下進(jìn)行陽(yáng)離子熒光紅GN染色，染色織物的抗紫外線性能和染色牢度如表1所示.由表1可知，染色后織物的UPF值接近120，具有極佳的抗紫外線效果，耐洗和摩擦牢度均在3級(jí)以上.

表1 染色織物的抗紫外線和染色牢度性能測(cè)試Tab.1 Anti-UV and dyeing fastness test of dyed fabrics

3 結(jié)論

(1)反應(yīng)型紫外線吸收劑LIQ 6%(owf)改性棉織物，當(dāng)染料用量為3%(owf)時(shí)，紫外線吸收劑改性棉織物陽(yáng)離子熒光染料最佳染色工藝為pH值=5、染色溫度40 ℃、保溫染色時(shí)間30 min.

(2)紫外線吸收劑LIQ改性棉織物陽(yáng)離子熒光紅GN染色適合在弱酸性條件下進(jìn)行，染色后織物的抗紫外線性能得到很大提高，染色后棉織物的耐洗和摩擦牢度均在3級(jí)以上.

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[12]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐皂洗色牢度:GB/T 3920—2008[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

DyeingtheUVabsorberfinishedcottonfabricswithcationicfluorescentdyes

CAOJiliang1,2,WUFengyu1,MENGChunli1,LIWulong1,LIUAjing1,ZHANGSimin1

(1.CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China;2.HenanClothingTextileEngineeringResearchCenter,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China)

Modification was carried out on cotton fabrics with reactive UV absorber LIQ and then cationic fluorescence red GN was used to the dyeing of it. The effect of modification agent and dyes dosage, dyeing temperature, pH and time on the cationic dyes dyeing performance of cotton fabrics was researched. The K/S value, UPF index, washing and rubbing fastness of dyed fabrics were tested. The results show that the UPF index of dyed fabrics was about 120 and washing and rubbing fastness up to 3 class, when the dosage of modification agent 6%(owf), cationic fluorescence red GN 3%(owf), the optimal dyeing process of modified cotton fabrics was pH=5, dyeing at 40 ℃ for 30 min.

cotton fabrics; reactive UV absorber; modification; cationic fluorescence red GN; dyeing

TS193.5

A

1674-330X(2017)04-0005-04

2017-08-15

河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心2016年度開放基金(CTERC201602)

曹機(jī)良(1982-)，男，湖南湘陰人，講師，博士研究生，主要從事紡織品染整工藝與理論、紡織品功能整理方面的研究.