棉用活性染料乙醇/水體系中對羊毛織物的染色

杭彩云，尚潤玲，陳 磊

(江陰職業(yè)技術學院 化學紡織工程系，江蘇 江陰 214405)

常用羊毛染色染料有酸性染料、媒染染料和毛用活性染料，但是酸性染料存在濕處理牢度差、染色時間長的問題；媒染染料中媒染劑對環(huán)境有污染；毛用活性染料價格貴，成本高，市場份額小[1-2]。同時，羊毛緊密的鱗片層結(jié)構(gòu)使得染色時一般需要在沸騰條件下進行，這不僅對羊毛損傷大、失重多，而且羊毛容易泛黃、手感變硬，還消耗大量的能源[3-4]。因此，開發(fā)羊毛低溫染色和毛用活性染料的替代品成為研究的熱點之一。

棉用活性染料性價比高，色譜齊全，市場占有率高。已有研究結(jié)果表明，將雙乙烯砜活性基棉用活性染料應用于羊毛染色可以獲得比較好的效果[2,5]，但是染色溫度依然比較高，為90 ℃或95 ℃，而且染色時需要加入電解質(zhì)。本文以棉用活性黑KNB為對象，乙醇/水為染色介質(zhì)，系統(tǒng)分析影響活性染料染色性能的因素，并與傳統(tǒng)羊毛染色工藝作對比。

1 試 驗

1.1 材料及儀器

織物：純羊毛織物(市售)。

藥品：活性黑KNB(江蘇錦雞實業(yè)股份有限公司)，染料結(jié)構(gòu)式如圖1所示。毛用活性染料Lanasol CE-2B(無錫安保染料化工有限公司)；皂洗劑ZS-2300(杭州綠島科技有限責任公司)；乙醇為化學純試劑；冰醋酸、純堿和元明粉均為工業(yè)級。

儀器：Color-Eye 7 000 A(杭州三錦科技有限公司)；pH計(杭州奧立光儀器有限公司)；YP10002電子天平(上海精密科學儀器有限公司)；HL型常溫染色機(靖江市海瀾裝備廠)；IR-12型紅外線染色機(廈門瑞比精密機械有限公司)；M11-2摩擦牢度儀(溫州紡織儀器廠)；SW-12耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)。

圖1 活性黑KNB染料分子結(jié)構(gòu)

1.2 實驗方法

1.2.1 染色方法

毛用活性染料水浴染色方法：毛用活性染料Lanasol CE-2B 2%(owf)，先調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，浴比1∶30，室溫投入羊毛織物，升溫至98 ℃，保溫90 min后取出，再投入2 g/L純堿溶液中，80 ℃處理20 min，皂洗，水洗，晾干。

棉用活性染料水浴染色方法：活性黑KNB 2% (owf)，元明粉30 g/L，先調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，浴比1∶30，室溫投入羊毛織物，升溫至60 ℃，保溫30 min后，加入純堿1 g/L，升溫至90 ℃，保溫60 min，染色結(jié)束，水洗，皂洗，水洗，晾干。

棉用活性染料乙醇/水體系染色方法：活性黑KNB 2% (owf)，調(diào)節(jié)初始染液pH值為4，按不同乙醇體積分數(shù)配制浴比為1∶30的染浴，室溫投入羊毛織物，升溫至60 ℃，保溫30 min后，加入純堿，再升溫，保溫一定時間，染色結(jié)束，水洗，皂洗，水洗，晾干。

1.2.2 上染百分率和固色率的測定

配制2個相同的染浴，一個染浴加入羊毛織物，另一個染浴中不加織物，按1.2.1中染色方法染色結(jié)束后，在染料的最大吸收波長處分別測試2個染浴殘液的吸光度，上染百分率按下式計算[6]：

式中：A0為標準染液的吸光度；A1為染色殘液的吸光度；n0為標準染液的稀釋倍數(shù)；n1為染色殘液的稀釋倍數(shù)。

按1.2.1染色方法染色和后處理，收集染色殘液和所有洗滌液并定容，在染料最大吸收波長處測吸光度；另一只沒加織物的染浴也經(jīng)過相同的后處理過程，冷卻后定容，測吸光度，固色率按下式計算：

式中：A2為經(jīng)歷染色過程的標準染液和后處理洗滌液混合溶液的吸光度；A3為染色殘液和所有洗滌液混合溶液的吸光度；n2為標準染液和后處理洗滌液混合溶液的稀釋倍數(shù)；n3為染色殘液和所有洗滌液混合液的稀釋倍數(shù)。

1.2.3K/S值測定

用Color-Eye 7 000 A電腦測色儀對染色后羊毛織物進行測試，每個樣品在不同部位測5次，取平均值。

1.2.4 色牢度測試

耐洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定；耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定；根據(jù)GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》和GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》評定測試結(jié)果。

2 結(jié)果及討論

2.1 乙醇體積分數(shù)對染色性能的影響

在乙醇/水體系中，通過改變乙醇體積分數(shù)用活性黑KNB對羊毛織物進行染色，染色織物的K/S值如圖2所示。可以看出，隨著乙醇體積分數(shù)的提高，染色織物的K/S值先提高后降低，當乙醇體積分數(shù)為80%時，染色織物的K/S值達到最大值。其原因是乙醇的表面張力為22.32 mN/m，水的表面張力為72.75 mN/m[7-8]，當乙醇加入水溶液后，體系的表面張力下降，有助于羊毛織物的潤濕和染料的滲透；同時水溶液的極性力δp=16.0(J/cm3)1/2，乙醇的極性力δp=8.8(J/cm3)1/2[9]，乙醇的加入使混合體系的極性減小，降低了親核取代或親核加成反應所需要的能量，加快了活性黑KNB與羊毛纖維間共價鍵的形成[10]。此外，乙醇是典型的兩性分子，溶于水后會與水分子發(fā)生氫鍵結(jié)合，形成氫鍵締合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，促進染料上染纖維[6]。但是，當乙醇體積分數(shù)超過80%后，乙醇/水體系中自由狀態(tài)的水越來越少，染料不能完全溶解，部分染料發(fā)生聚集和沉淀，因此染色織物的K/S值下降。

圖2 乙醇體積分數(shù)對活性黑KNB染色性能的影響

2.2 初始pH值對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，固色溫度80 ℃，固色時間60 min，純堿1 g/L，染浴初始pH值對羊毛織物K/S值的影響如圖3所示。

圖3 初始pH值對活性黑KNB染色性能的影響

從圖3可知，在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，染浴初始pH值對活性黑KNB染色性能有一定影響，隨著染浴pH值的提高，染色羊毛織物的K/S值明顯下降，這主要是由于羊毛大分子側(cè)鏈上含有氨基和羧基，染浴的pH值對羊毛纖維的電荷性影響較明顯。當體系的pH值越高，氨基的質(zhì)子化程度越小，羊毛纖維正點性也就越弱，活性染料KNB與羊毛纖維之間的靜電引力不強，染料上染至纖維上的量就少，所以染色后羊毛織物的K/S值降低[5]。

2.3 固色溫度對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，純堿1 g/L，固色時間60 min，固色溫度對羊毛織物K/S值的影響如圖4所示。

圖4 固色溫度對活性黑KNB染色性能的影響

從圖4可以看出，當固色溫度在60～80 ℃范圍時，染色羊毛織物的K/S值隨著固色溫度升高而提高，這是因為溫度提高，一方面有助于羊毛纖維的膨化溶脹，內(nèi)部孔道擴張，便于活性黑KNB分子穿透羊毛鱗片層進入纖維內(nèi)部；另一方面，染料分子運動加速，更多的染料分子可以從染浴擴散進入纖維內(nèi)部，與纖維發(fā)生共價鍵的結(jié)合，因此染色后羊毛織物的表觀深度提高。

從圖4還可以看到，當固色溫度超過80 ℃后，對染色織物表觀顏色深度影響不明顯，主要是在101.3 kPa條件下，當乙醇/水體系中乙醇體積分數(shù)為79.33%時，混合液的沸點為79.40 ℃[10]。雖然設定乙醇/水體系外的溫度為80 ℃和90 ℃，但是體系內(nèi)都是在沸騰狀態(tài)下，所以染色后羊毛織物K/S值變化不大。

2.4 純堿質(zhì)量濃度對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，固色溫度80 ℃，固色時間60 min，純堿質(zhì)量濃度對羊毛織物K/S值的影響如圖5所示。

圖5 純堿質(zhì)量濃度對活性黑KNB染色性能的影響

從圖5可以看出，固色時純堿質(zhì)量濃度對染色羊毛織物的表觀顏色深度有影響，隨著純堿質(zhì)量濃度的提高，染色織物的K/S值先提高后下降，當純堿質(zhì)量濃度為1 g/L時，染色織物的表觀顏色最深。從圖1活性黑KNB染料分子結(jié)構(gòu)中可知，分子中含有2個乙烯砜活性基團，在酸性條件下，主要以β-乙基砜硫酸酯形式存在；只有在堿性條件下轉(zhuǎn)化成反應性比較強的乙烯砜基，與羊毛發(fā)生共價鍵的結(jié)合，但是，固色時堿性越強，染料水解越嚴重，而且羊毛受到的損傷也就越嚴重。因此，當純堿質(zhì)量濃度超過1 g/L時，染色羊毛織物的K/S值越來越小。由此綜合考慮，活性黑KNB染羊毛時，固色時最佳純堿質(zhì)量濃度為1 g/L。

2.5 固色時間對染色性能的影響

在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中，活性黑KNB 2% (owf)，染浴初始pH值為4，純堿1 g/L，固色溫度80 ℃，固色時間對羊毛織物K/S值的影響如圖6所示。

圖6 固色時間對活性黑KNB染色性能的影響

從圖6可知，羊毛織物染色后表觀顏色受固色時間的影響較明顯，固色時間越長，染色后織物的顏色越深，活性黑KNB與羊毛發(fā)生鍵合的染料越多，從固色30 min到60 min時，K/S值提高比較快，60 min到90 min時間段內(nèi)，K/S值增加速度比較緩慢，尤其在80 min之后，染料上染和固色基本達到平衡。因此，為了提高染色效率，固色時間可以控制在60 min以內(nèi)。

2.6 3種染色工藝效果對比

活性黑KNB分別在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系和傳統(tǒng)水浴中對羊毛進行染色，以及毛用Lanasol CE-2B水浴染色，3種染色工藝后染色效果的對比如表1所示?？梢钥闯?，活性黑KNB在乙醇/水體系中染色效果比水浴中染色效果有明顯的提高，上染百分率、固色率和K/S值分別提高12.8%、17.01%和17.4%；與毛用活性Lanasol CE-2B水浴染色效果相比，上染百分率、固色率和各項色牢度基本達到同等水平。通過對比3種羊毛染色工藝，在乙醇/水(乙醇體積分數(shù)為80%)體系中用棉用活性染料對羊毛織物染色，不僅可以實現(xiàn)無鹽染色，杜絕了無機鹽對環(huán)境的污染，而且染色溫度由沸染變?yōu)?0 ℃，降低了能耗；染液中的乙醇通過回收后反復使用，減少了水耗。

表1 不同染色工藝的染色效果對比

3 結(jié) 論

①棉用活性染料在乙醇/水體系中對羊毛織物染色，不僅可以達到毛用活性染料的染色效果，而且實現(xiàn)無鹽少水低溫染色，節(jié)約了能耗水耗，以及減少對環(huán)境污染。

②乙醇/水體系中乙醇體積分數(shù)達到80%時，活性黑KNB對羊毛織物染色后的K/S值達到最大值；升高固色溫度和延長固色時間有助于提高羊毛染色織物的K/S值；染浴初始pH值越高染色后織物的K/S值越?。还躺珪r純堿最佳質(zhì)量濃度為1 g/L。