改性棉織物活性染料無(wú)鹽染色工藝研究*

孫仁斌 ，王楊楊 ，周天池

（1.江蘇悅達(dá)紡織集團(tuán)有限公司；2.鹽城工學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

活性染料染棉環(huán)境一般為堿性，因?yàn)樵趬A性條件下，纖維素陰離子才能得以形成，進(jìn)而與染料活性基的帶部分正電荷的碳原子發(fā)生親核取代或親核加成反應(yīng)[1,2]。但同時(shí)由于活性分子結(jié)構(gòu)中含有水溶性基團(tuán)，因而在染液中會(huì)形成染料陰離子，在染色過程中，染料陰離子與纖維素陰離子之間會(huì)產(chǎn)生靜電斥力作用，使得染料上染率偏低。加入電解質(zhì)食鹽或元明粉可以通過降低Zeta電位的方式以降低電荷斥力，促進(jìn)染料的上染。但電解質(zhì)的加入使得染色后的廢水鹽濃度升高[3-5]，大量無(wú)機(jī)鹽的排放會(huì)破壞水資源，土壤鹽堿化，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此開發(fā)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)活性染料無(wú)鹽染色亟待解決[6,7]。本文選用反應(yīng)性相對(duì)偏低但成鍵相對(duì)穩(wěn)定的K型染料，采用陽(yáng)離子化改性棉織物的方法，利用改性后活性染料與棉纖維靜電引力進(jìn)行無(wú)鹽染色，并與K型染料的常規(guī)染色方法作比較，以期為活性染料染色過程中減少無(wú)機(jī)鹽的用量提供技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

純棉平紋針織布、活性翠藍(lán)K-3R（工業(yè)品）由鹽城工學(xué)院紡服學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供；氫氧化鈉、碳酸鈉、氯化鈉、2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨均為分析純，購(gòu)買于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑。

FAL004N電子分析天平（上海越平科學(xué)儀器（蘇州）制造有限公司，中國(guó)）、NEXUS-670傅里葉變換紅外光譜儀（NICOLET公司，美國(guó)）、CE7000A電腦測(cè)配色系統(tǒng)（MACBETH公司，美國(guó)）、RCZ2400振蕩染色機(jī)（上海瀚而祥機(jī)電設(shè)備有限公司，中國(guó)）、722s可見分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司，中國(guó)）、HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市正基儀器有限公司，中國(guó)）、SW-12A耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)儀（溫州大榮紡織儀器有限公司，中國(guó)）、Y(B)517-Ⅱ耐摩擦色牢度實(shí)驗(yàn)儀（溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠，中國(guó)）。

1.2 常規(guī)染色

室溫下，將織物于60℃下放入染液，保溫15min，加食鹽，繼續(xù)保溫15min后，升溫至90℃（3℃/min），加純堿固色，保溫30min，染色完成后冷水洗、熱水洗、皂煮（皂片2g/L，90℃，5min，浴比1:50）、水洗、烘干。工藝處方：染料用量2%owf、食鹽40g/L、純堿10g/L、浴比1:50、染色溫度60℃、固色溫度90℃。

1.3 無(wú)鹽染色

（1）改性工藝：將純棉織物浸入一定濃度NaOH溶液中30min，浴比1:30,然后升溫至40℃時(shí)加入50g/L的陽(yáng)離子改性劑，繼續(xù)升溫至80℃，充分?jǐn)嚢?h后水洗，烘干。

（2）染色工藝：在一定染色溫度下將改性織物放入染液，保溫一定時(shí)間，升溫至90℃（3℃/min），加純堿固色，保溫同樣時(shí)間，染色完成后取出，冷水洗、熱水洗、皂煮、烘干。工藝處方：染料用量2%owf、食鹽40g/L、純堿10g/L-20 g/L、浴比1:30-1:50、染色溫度50-70℃、固色溫度90℃、染色時(shí)間50-70min。

1.4 性能測(cè)試

采用NEXUS-670傅里葉變換紅外光譜儀（ATR法）進(jìn)行陽(yáng)離子化棉織物的表面化學(xué)分析。

用CE7000A電腦測(cè)配色系統(tǒng)測(cè)量在染色織物最大吸收波長(zhǎng)處的表面色深K/S值。

準(zhǔn)確吸取標(biāo)準(zhǔn)染液4mL，移入50mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，利用722s分光光度計(jì)找出標(biāo)準(zhǔn)染液的最大吸收波長(zhǎng)λmax，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)染液在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度A0。在染色過程中，每隔10min從染色殘液中吸取4mL，移入50mL容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度，測(cè)定其在最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度Ai,按公式（1）計(jì)算上染百分率：

按照GB/T3920-2008測(cè)定染色棉織物的干、濕耐摩擦色牢度，按照GB/T3921-2008測(cè)定染色棉織物的皂洗牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖1為陽(yáng)離子化改性后棉織物的紅外光譜，由圖可以看出，3340.26 cm-1為O-H伸縮振動(dòng)，2914.60cm-1及2851.28 cm-1為飽和C-H的伸縮振動(dòng)。在1374.36 cm-1處出現(xiàn)了-CH3的平面搖擺彎曲振動(dòng)，說明改性后由于陽(yáng)離子改性劑的引入，出現(xiàn)了甲基吸收振動(dòng)；在1244.96cm-1處出現(xiàn)一尖峰，應(yīng)由陽(yáng)離子改性劑中的C-N伸縮振動(dòng)所引起；譜圖中3300cm-1處的峰面積偏小，而1020-1200cm-1處峰面積較大，說明改性劑與纖維素發(fā)生開環(huán)醚化反應(yīng)。以上分析表明陽(yáng)離子改性劑被成功的接枝到纖維素大分子鏈上。

圖1 陽(yáng)離子化改性后織物紅外光譜圖

2.2 NaOH/陽(yáng)離子改性劑不同摩爾比染色性能分析

圖2為對(duì)染色織物表面色深的影響。其染色參數(shù)為：染料用量為2%owf，食鹽40g/L，染色溫度為70℃，固色溫度為90℃，染色時(shí)間為60min，浴比為1:30，碳酸鈉濃度為10g/L。從圖中可以看出，起初隨著堿/改性劑摩爾比的增大，棉織物染色的K/S值呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)镹aOH在改性中起到堿催化的作用，促進(jìn)纖維素和改性劑發(fā)生開環(huán)醚化反應(yīng)，但當(dāng)兩者摩爾比超過1:2時(shí)，K/S值呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)闅溲趸c會(huì)促使陽(yáng)離子改性劑水解開環(huán)，降低其與纖維素反應(yīng)的機(jī)率，因此不能有效接枝纖維素，故其染色后的K/S值下降。因此棉織物改性的最佳氫氧化鈉/改性劑摩爾比為1:2。

圖2氫氧化鈉/改性劑摩爾比對(duì)染色效果的影響

2.3 上染百分率分析

圖3為常規(guī)染色及改性無(wú)鹽染色上染百分率的對(duì)比分析。改性無(wú)鹽染色工藝參數(shù)為：染色溫度為70℃，固色溫度為90℃，染色時(shí)間為60min，浴比為1:30，碳酸鈉濃度為10g/L。從圖中可以看出兩種染色法均表現(xiàn)出活性染料染色的兩階段性，陽(yáng)離子化改性棉織物在吸附階段其上染百分率明顯高于常規(guī)染色織物。改性后上染20min，上染百分率已達(dá)72.23%左右，而常規(guī)染色法僅為20.10%。染色完成后，未改性的織物上染百分率僅為52.62%，而改性試樣的上染百分率達(dá)到92.75%，其染色殘液的清澈度遠(yuǎn)高于未改性織物。

圖3 常規(guī)染色法及改性無(wú)鹽染色法棉織物上染百分率的對(duì)比分析

2.4 正交分析實(shí)驗(yàn)

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表1為四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析表。由表可知，在四個(gè)影響因素中，溫度對(duì)K/S值的影響最大，其次為堿劑用量，再次為時(shí)間，最后為浴比。最佳工藝參數(shù)組合為：染色時(shí)間為60min，染色溫度為70℃, 浴比為1:30,碳酸鈉用量為10g/L。以正交實(shí)驗(yàn)所得的優(yōu)化方案進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，測(cè)其k/s值、皂洗牢度及耐摩擦牢度，相關(guān)數(shù)據(jù)及常規(guī)染色樣的數(shù)據(jù)列于表2。改性棉織物的K/S值及染色牢均優(yōu)于未改性棉織物，表明陽(yáng)離子化改性棉織物的方法較好的實(shí)用價(jià)值和生產(chǎn)前景。

表 2 最佳工藝染色織物的各項(xiàng)染色性能

結(jié)論

陽(yáng)離子改性劑改性后K型活性染料對(duì)棉織物的染色效果得到顯著提高，其上染百分率可達(dá)92.75%，比常規(guī)染色法的上染百分率提高76.26%。改性織物染色K/S值為11.35，比常規(guī)染色方法染色試樣的K/S值提高68.95%.

通過正交實(shí)驗(yàn)分析，探究出陽(yáng)離子化改性棉織物K型活性染料無(wú)鹽染色的最佳工藝為：染料用量為2%owf，食鹽40g/L，染色溫度為70℃，固色溫度為90℃，染色時(shí)間為60min，浴比為1:30，碳酸鈉濃度為10g/L。