綠棉織物顏色耐堿穩(wěn)定性的研究

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(浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州　310018)

天然彩棉具有天然顏色，其產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中無需染色，符合開發(fā)生態(tài)紡織品的趨勢(shì)。但是天然彩棉色系單調(diào)、纖維的成熟度較差[1]。為豐富產(chǎn)品顏色，提高產(chǎn)品質(zhì)量，常常采用彩棉與白棉混紡的方式。

彩棉纖維的主要成分包括纖維素和果膠物質(zhì)、脂肪、灰分和蠟狀物質(zhì)等雜質(zhì)[2]，這些雜質(zhì)影響纖維的服用性能，在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過精練、堿縮等工藝過程。

為了探究綠棉色素遇堿和高溫的變化，本文從分析綠棉與白棉的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用綠棉和白棉混紡的方式，紡制58.3 tex的混紡紗，編織成織物，并參考常規(guī)的精練工藝和堿縮工藝條件，探討堿液質(zhì)量濃度、溫度參數(shù)對(duì)綠棉/白棉混紡織物顏色穩(wěn)定性的影響。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1　綠棉與白棉結(jié)構(gòu)形態(tài)觀測(cè)

白棉、綠棉纖維經(jīng)四氧化鋨染色固定，切片采用JEM-1200EX透射電鏡放大后觀察，獲得白棉和綠棉纖維的橫截面視圖。

1.2　綠棉/白棉混紡紗線與織物制備

1.2.1紗線紡制

選用山東壽光生產(chǎn)的綠棉和白棉纖維為原料，設(shè)計(jì)綠棉/白棉質(zhì)量比50/50，在小樣紡紗機(jī)上紡制環(huán)錠紗線。紗線的線密度58.3 tex，捻度64捻/10 cm。

1.2.2織物小樣織造

使用10針/英寸的電腦橫機(jī)，采用2根紗并線方式進(jìn)線，選用合適的密度，編織緯編平紋組織織物若干，用于后整理實(shí)驗(yàn)。下機(jī)平衡后測(cè)試，織物橫密為12列/5 cm，縱密為16行/5 cm。

1.3　織物顏色測(cè)試

采用SF-600測(cè)色光譜儀測(cè)定彩棉/白棉混紡織物的顏色變化。SF-600測(cè)色光譜儀直接測(cè)試織物的Lab變化值[3]，通過計(jì)算可以得到衡量顏色變化的色差值DE。DL表示顏色明度的變化，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果中DL值為正，說明試樣顏色比標(biāo)樣淺；相反DL值為負(fù)，顏色比標(biāo)樣深。Da、Db描述色向的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果中Da為正值，表示織物紅色調(diào)加深，Da為負(fù)值，表示綠色調(diào)增加；實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果中Db為正值，表示黃色調(diào)加深，Db為負(fù)值，表示藍(lán)色調(diào)增加。色差值DE用于衡量顏色的總變化，DE在0～0.5，表示兩種織物顏色變化不大[4]。

選用生坯織物作為標(biāo)準(zhǔn)樣，處理過的織物作為測(cè)試樣，通過織物的DL、Da、Db、DE值來研究精練和堿縮工藝對(duì)綠棉/白棉混紡織物的顏色穩(wěn)定性的影響，每一種實(shí)驗(yàn)方案制作、測(cè)試3塊試樣，取平均值作為分析依據(jù)。

1.4　精練與堿縮實(shí)驗(yàn)

1.4.1精練實(shí)驗(yàn)

織物精練的目的是去除棉纖維中的天然雜質(zhì)。采用氫氧化鈉為主練劑，表面活性劑、硅酸鈉為助練劑改變精練堿液質(zhì)量濃度和精練溫度，按下列工藝條件對(duì)織物進(jìn)行單因子實(shí)驗(yàn)，共15組。

a)工藝處方

氫氧化鈉：5、10、15、20、25 g/L；硅酸鈉：1%；耐堿滲透劑：1%。

b)工藝條件

浴比：1∶30；精練溫度：70、80、90 ℃；精練時(shí)間：1 h。

c)工藝過程

織物質(zhì)量稱量→計(jì)算氫氧化鈉、硅酸鈉和耐堿滲透劑的用量，配置相應(yīng)的煮練液→水浴鍋加熱至40 ℃，放入織物→繼續(xù)加熱至相應(yīng)溫度，保溫煮練1 h→取出織物，熱、冷水交替洗3次→烘箱烘干→恒溫恒濕放置24 h→SF-600測(cè)色光譜儀測(cè)定彩棉/白棉混紡織物的顏色變化。

1.4.2堿縮實(shí)驗(yàn)

堿縮是棉織物在松弛狀態(tài)下，用濃氫氧化鈉溶液處理，使織物緊密。堿縮通常在常溫(20 ℃)下進(jìn)行。在配置堿液過程中，氫氧化鈉吸水放熱，堿液溫度為50 ℃。本文做了20、50 ℃條件下的堿縮實(shí)驗(yàn)。

a)工藝條件

氫氧化鈉：200 g/L；堿縮溫度：20、50 ℃；浸漬時(shí)間：10 min。

b)工藝過程

將生坯織物放入200 g/L氫氧化鈉溶液中浸漬10 min→熱、冷水洗滌3次去除氫氧化鈉→烘箱烘干→恒溫恒濕放置24 h→SF-600測(cè)色光譜儀測(cè)定彩棉/白棉混紡織物的顏色變化。

2　結(jié)果與討論

2.1　綠棉與白棉結(jié)構(gòu)形態(tài)比較

圖1為實(shí)驗(yàn)用白棉、綠棉纖維的橫截面視圖。綠棉和白棉的橫截面均呈腰圓形；白棉中腔小而圓，綠棉中腔呈干癟狀，可推知白棉成熟度較高，纖維品質(zhì)更好，綠棉纖維品質(zhì)較差[5]，因此采用白棉/綠棉混紡的方式；白棉幾乎不含色素，綠棉含有大量的色素，色素分布不均勻，主要分布在靠近中腔的次生細(xì)胞壁內(nèi)[6]。

圖1　棉纖維橫截面視圖

2.2　精練對(duì)綠棉/白棉混紡織物顏色穩(wěn)定性的影響

通過改變精練堿液質(zhì)量濃度、溫度，進(jìn)行單因子實(shí)驗(yàn)，以生坯織物作為標(biāo)準(zhǔn)樣得到15組測(cè)試結(jié)果，見表1所示。

表1　精練前后試樣的Lab值

為分析精練中堿液質(zhì)量濃度、溫度對(duì)試樣顏色的影響，得到圖2—圖5。

圖2　精練堿液質(zhì)量濃度對(duì)DL值的影響

圖2表明，綠棉/白棉混紡織物經(jīng)過精練處理，其DL值均為負(fù)值，即經(jīng)過精練，試樣顏色加深；隨著堿液濃度的增加，DL值明顯下降；隨著溫度的增加，DL值呈下降趨勢(shì)。經(jīng)過精練工藝，織物DL值的下降范圍在-0.26～-1.59。

綠棉/白棉混紡織物經(jīng)過精練處理，除去棉纖維中的果膠、脂類、糖類等雜質(zhì)，織物的明度有增加的趨勢(shì)。

圖3　精練堿液質(zhì)量濃度對(duì)Da值的影響

圖4　精練堿液質(zhì)量濃度對(duì)Db值的影響

由圖3和圖4可知，綠棉/白棉混紡織物經(jīng)過精練處理，其Da、Db值均為負(fù)值，即經(jīng)過精練，試樣顏色向綠色調(diào)、藍(lán)色調(diào)加深；隨著堿液質(zhì)量濃度的增加，Da、Db值下降；隨著溫度的增加，Da、Db值呈下降趨勢(shì)；經(jīng)過精練工藝，織物Da值的下降范圍在-0.58～-1.84，Db值的下降范圍在-0.67～-1.65。

棉纖維顏色不純，經(jīng)過精練后，一些色素因色牢度低被減弱，使得織物顏色更藍(lán)更綠。

圖5　精練堿液質(zhì)量濃度對(duì)DE值的影響

根據(jù)圖5可知，綠棉/白棉混紡織物經(jīng)過精練處理，其DE值均大于0.5，即經(jīng)過精練，試樣有色差變化；隨著堿液濃度的增加，DE值變大；隨著溫度的增加，DE值呈上升趨勢(shì)；經(jīng)過精練工藝，織物DE值的變化范圍在1.1～2.67。

總之，精練堿質(zhì)量液濃度的增加，溫度的上升均使綠棉/白棉混紡織物的顏色變深且向藍(lán)綠色變化。

2.3　堿縮對(duì)綠棉/白棉混紡織物顏色穩(wěn)定性的影響

調(diào)整堿縮溫度，生坯織物直接進(jìn)行堿縮處理。以生坯織物作為標(biāo)準(zhǔn)樣得到2組測(cè)試結(jié)果，見表2。50 ℃堿液進(jìn)行堿縮處理的樣品表示為S50；20 ℃堿液進(jìn)行堿縮處理的樣品表示為S20；

表2　堿縮對(duì)織物顏色影響

經(jīng)過堿縮處理，織物顏色變深，顏色鮮艷度變高，其顏色向藍(lán)綠色調(diào)變化。

堿縮最小色差值為5.04，而精練的最大色差值為2.67，所以堿縮處理使綠棉/白棉混紡織物變化更大。說明濃堿的處理比溫度對(duì)綠棉/白棉混紡織物顏色穩(wěn)定性影響更大。

這是因?yàn)橥ㄟ^堿縮，成熟的棉纖維在濃堿的作用下橫向上發(fā)生劇烈的溶脹反應(yīng)，由腰圓形變成柱形，同時(shí)濃堿會(huì)使纖維內(nèi)的胞腔和纖維內(nèi)的天然捻度消失，棉織物的色澤鮮艷度也會(huì)發(fā)生改變。

結(jié)合綠棉結(jié)構(gòu)分析，綠棉色素中含有大量羰基、羧基和酚羥基等吸電子基團(tuán)和羥基、甲氧基等供電子基團(tuán)[7]。堿性基團(tuán)為供電子基團(tuán)。在堿性浴中，綠棉色素中吸電子基團(tuán)與堿性基團(tuán)(供電子基團(tuán))結(jié)合，使綠棉顏色向藍(lán)綠色變化。結(jié)果表明：綠棉顏色變化趨勢(shì)大小與堿性基團(tuán)濃度有一定關(guān)系，隨著堿液質(zhì)量濃

度的增加，綠棉顏色向藍(lán)綠色變化趨勢(shì)增大。

3　結(jié)　論

a)根據(jù)單因子變量精練工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，精練堿液質(zhì)量濃度的增加，溫度的上升均使綠棉/白棉混紡織物顏色變深且向偏藍(lán)偏綠變化。DE值變化幅度在1.1～2.67，變化幅度較小。

b)堿縮工藝后綠棉/白棉混紡織物的顏色加深且向藍(lán)綠色改變，其色差值DE為5.04、6.13。

c)相同的綠棉/白棉混紡織物，精練處理后色差最大值為2.67，堿縮處理后最小色差值DE為5.04，堿縮工藝后的色差值遠(yuǎn)大于精練工藝后的色差值，說明濃堿對(duì)綠棉織物顏色的穩(wěn)定性影響更大。