棉冷軋堆陽離子化改性及活性染料染色工藝研究

陳 娟,渠少波,文 卓

(東莞德永佳紡織制衣有限公司,廣東 東莞523133)

棉纖維是一種天然纖維素纖維,具有優(yōu)異的吸濕性和親膚性,易染色[1]?；钚匀玖暇哂猩珴甚r艷、色譜齊全、染色簡單的特點,與纖維素纖維通過共價鍵結(jié)合,水洗牢度好[2]。但活性染料的上染率和固色率低,染色廢水色度高,在染深色時這些問題更加突出[3]。在活性染料傳統(tǒng)浸染染色工藝中,為了促進染料從染液向纖維上的吸附,需加入大量無機鹽Na2SO4或NaCl(30～100g/L),以提高上染率。大量無機鹽的排放易破壞水體系生態(tài)環(huán)境,造成土地鹽漬化[4]。因此,活性染料無鹽或低鹽染色已成為一個重要的課題,為此,各國染整工作者進行了大量的研究[5]。環(huán)保壓力下的印染行業(yè),染料成本日益提高,企業(yè)要想降低染化料成本,提升染料利用率明顯是一個重要的手段。研究表明,棉纖維陽離子改性是實現(xiàn)活性染料無鹽或少鹽染色的有效途徑,同時,可提高染料固色率和色牢度,降低染色殘液的COD,使之具有廣闊的應(yīng)用前景[6-7]。反應(yīng)型陽離子改性劑能夠有效地解決這些問題,但采用缸內(nèi)改性需要較大的浴比才能保證后續(xù)染色的相對均勻性,同時,需要一定的溫度環(huán)境,一方面能保證改性劑的活性,另一方面也會加速改性劑的水解,導(dǎo)致大量改性劑水解浪費,利用率低[8-9]。

本文采用浸軋陽離子改性劑XR,然后利用冷堆的方法對純棉針織物進行陽離子改性前處理,降低改性浴比,同時減少改性劑與燒堿單獨接觸的時間,以降低水解程度,提高改性劑XR的利用率。

1 試驗部分

1.1 織物、試劑與儀器

織物 17.15tex精棉針織雙面布(100%精棉,東莞德永佳紡織制衣有限公司)。

試劑 陽離子改性劑XR(自制)；NaOH；滲透劑(自制)；消泡劑PHD(非離子型,昂高化工有限公司)；H2O2；HAc；NaCl；Na2CO3；活性染料藍BF(昂高化工有限公司)；活性染料黑HSP(亨斯邁化工貿(mào)易有限公司)；T-980弱陽離子型軟油(自制)。

儀器 EL-400立式小軋車(順德精瑞實驗設(shè)備有限公司)；M-TENTER連續(xù)式平幅烘干機(福瑞斯環(huán)保設(shè)備有限公司)；紅外線染色缸(香港立信)；Ultrascan-XE電腦測色配色儀(美國HunterLab公司)；Y571B型摩擦牢度儀(英國JamesH.Heal有限公司)；SW-12A型水洗牢度儀(上海泛標紡織品檢測技術(shù)有限公司)。

1.2 棉織物的陽離子改性

1.2.1 改性工藝處方

1.2.2 陽離子改性工藝

棉針織坯布陽離子改性處理(一浸一軋,帶液率60%～70%)→將處理的棉布打卷→蓋上塑料薄膜→旋轉(zhuǎn)堆置。

1.3 染色工藝

1.3.1 棉織物染色處方

1.3.2 染色工藝流程

坯布落缸除油→煮布→過酸(HAc1.0g/L)→除氧→染色→皂洗→烘干。

1.3.3 皂洗工藝

(1)常規(guī)皂洗工藝：常溫冷行水洗2次→過酸(50℃,10min,HAc1.0g/L)→皂洗(95℃,15min,皂片4g/L)→洗熱水(95℃,10min)→常溫冷行水洗3次。

(2)高效皂洗工藝：

(a)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→常溫冷行洗水→柔軟整理(50℃,20min,T-9803.75g/L)。

(b)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→常溫冷行洗水。

(c)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→熱水洗水3次(95℃,5min)→常溫冷行洗水。

1.4 染色性能

(1)上染率和固色率

用紫外-可見分光亮度計分別在最大吸收波長處測定染色前后染液及皂洗后的皂洗液吸亮度,按照式(1)和式(2)計算上染率E和固色率F。

式中A0為染色前染液吸亮度；A1為染色殘液吸亮度；A2為皂洗殘液吸亮度。

(2)K/S值及色差

用電腦測色配色儀測定,10°視野,D65光源,試樣折疊8層,每個試樣在不同位置測8次,取平均值。

1.5 牢度性能

耐摩擦色牢度按AATCC116-2005《耐摩擦色牢度：旋轉(zhuǎn)垂直摩擦儀法》測定；

耐皂洗色牢度按AATCC61-2013《紡織品色牢度試驗?zāi)退瓷味取窚y定；

耐水色牢度按照AATCC107-2009《紡織品色牢度試驗?zāi)退味取窚y定；

滲化色牢度按照Daimaru測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaOH用量與XR用量對上染率和K/S值的影響

設(shè)置NaOH用量為4～32g/L,陽離子改性劑XR用量為5～50g/L,探究兩者用量對上染率和K/S值的影響；設(shè)置染色用活性染料BlueBF質(zhì)量分數(shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20g/L,試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖2 不同XR用量下NaOH用量對染色K/S值的影響

由圖1可知,隨著改性劑XR用量的增加,上染率E值呈現(xiàn)增加的趨勢,當改性劑XR用量為10～50g/L時,E值達到98%～99%；由圖2可知,布面K/S值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,不論XR用量為多少,當NaOH用量達到8g/L左右時,K/S值均達到一個較好的水平。

2.2 改性條件對改性效果的影響

2.2.1 改性條件初步判定

設(shè)置改性劑用量5～50g/L,NaOH用量4～32 g/L,冷堆時間設(shè)置6～24h,滲透劑用量1g/L,活性染料藍BF質(zhì)量分數(shù)4.0%,NaCl用量60g/L,Na2CO3用量20g/L。根據(jù)改性工藝條件采用正交表L16(43)進行正交試驗,見表1,測試染色上染率E值,得到上染率E值直觀分析表,見表2。通過表中的極差比較發(fā)現(xiàn),3個因素中極差最大的是改性劑XR用量,其次是NaOH用量,最小的是冷堆時間,極差越大,所對應(yīng)的因素影響越重要。由此得出：試驗范圍內(nèi),改性劑XR用量是影響改性織物上染率E值最重要的因素,NaOH用量次之,而冷堆時間影響較小。

表1 改性條件正交試驗表

表2 不同改性條件下上染率直觀分析表

根據(jù)各影響因素水平和不同改性條件下上染率E值,得到如圖3所示的因素效應(yīng)曲線。從圖3可以看出,隨著各影響因素值的增大,染色上染率E值均呈現(xiàn)一定程度的增加,但基本達到一定數(shù)值后,增值逐漸趨于平緩,上染率E值越大表示染色得色越高,染料利用率也越高,由此次試驗可以得出改性最佳工藝參數(shù)為XR用量為30～40g/L,NaOH用量為12g/L,冷堆時間為6h左右。

圖3 不同改性條件下上染率效應(yīng)曲線

2.2.2 改性劑XR用量優(yōu)化

在2.2.1試驗結(jié)論基礎(chǔ)上優(yōu)化陽離子改性劑XR用量,分別控制NaOH用量為12g/L,冷堆時間為6 h,設(shè)置XR用量為0～50g/L,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料活性藍BF質(zhì)量分數(shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20g/L,試驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知,當改性冷堆時間控制在6h,NaOH用量為12g/L時,隨著XR用量的增加,上染率呈現(xiàn)增加的趨勢,當用量增至30g/L時,E值增加的趨勢變慢,但用量增加至40g/L時上染率E值達至98%,再增加XR的用量,E值不再明顯增加。此時XR的最佳改性用量為30～40g/L。

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2.3 改性棉染色條件探究

2.3.1 染色溫度和pH值對XR改性棉染色效果的影響

控制改性劑XR用量為30～40g/L,冷堆時間為6 h,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料藍BF質(zhì)量分數(shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20 g/L,考察染色溫度(60、80、100℃)的影響。以未改性織物為標準樣,考察染色pH值對染色織物的K/S值、力份及顏色特征值的影響,見表3。由表3可知,中性條件下對于活性藍BF染料在

表3 染色pH值對染色織物的K/S值、力份及顏色特征值的影響

80℃染色條件下,染色織物的表觀得色最深,降低或升高溫度得色都會有一定程度的降低。此外,pH值保持在5-6時得色程度相對較高。但pH值的影響較染色溫度的影響小。

2.3.2 不同XR用量下染色鹽堿對染色效果的影響

控制改性劑NaOH用量為12g/L,冷堆時間為6 h,潤濕劑用量為1g/L,染色用活性染料黑HSP質(zhì)量分數(shù)為4.0%～12.0%時,考察0～50g/LXR用量范圍下,不同NaCl用量(0～80g/L)和Na2CO3用量(5～25g/L)對織物染色效果的影響。根據(jù)改性劑用量及染色用鹽堿工藝,按正交表L25(56)進行試驗,見表4,測量染色K/S值,得到K/S值直觀分析表,見表5。通過表中的極差比較,發(fā)現(xiàn)4個因素中極差最大的是染料用量,其次依次是NaCl用量、改性劑XR用量、Na2CO3用量,極差越大,所對應(yīng)的因素影響越大。由此得出：試驗范圍內(nèi),染料用量依然是影響K/S值最重要的因素,NaCl和改性劑XR次之,而Na2CO3影響較小。

表4 不同XR用量下染色鹽堿對染色效果的影響正交試驗表

表5 不同試驗條件下染色K/S值的直觀分析表

根據(jù)各影響因素水平和不同改性劑用量及染色鹽堿用量下染色的K/S值,得到如圖5所示的因素效應(yīng)曲線。從圖5可以看出,隨著各影響因素值的增大,染色K/S值均呈現(xiàn)一定程度的增加,但基本達到一定數(shù)值后,增加逐漸趨于平緩,染色K/S值越大表示染色得色越深,由此次試驗可以得出改性最佳工藝參數(shù)為XR用量為30～40g/L,染料用量為10%左右；對染料活性黑 HSP在10.0%用量下,最大僅需40～60g/L的NaCl,即可獲得優(yōu)異的染色效果,較傳統(tǒng)染色鹽量可減少40%～50%左右,Na2CO3用量20～25g/L,基本維持原有狀態(tài)。

圖5 不同試驗條件下染色K/S值的效應(yīng)曲線圖

2.4 改性棉皂洗工藝研究

控制改性劑XR用量為30～40g/L,冷堆時間為6 h,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料藍BF質(zhì)量分數(shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20 g/L,考察不同皂洗工藝(具體皂洗工藝及條件見1.3.3)對染色性能的影響,以未改性織物為標準樣,染色織物的K/S值、力份及顏色特征值見表6,牢度性能測試結(jié)果見表7。

由表6和表7可知,改性后能夠在一定程度上提升滲化牢度1級左右,且提升得色后仍然不會降低摩擦牢度,尤其是濕摩擦牢度；改進后處理方式后仍然可以達到常規(guī)后處理的牢度效果,但改性后織物色光仍然偏紅,不同后處理方式對色光影響不大；對比常規(guī)皂洗工藝及高效皂洗工藝2種方式,選擇工藝a,在該染料用量下,能夠明顯減少皂洗水量45%左右,節(jié)約處理時間50%以上。

表6 不同皂洗方式染色K/S值和顏色特征值

表7 不同皂洗方式牢度性能對比

3 結(jié)論

(1)冷堆時間對改性效果影響較小,為保證運轉(zhuǎn),控制冷堆時間為6h,NaOH用量為12g/L,XR的最佳用量為30～40g/L時,改性后的上染率能夠達到98%,較未改性織物約提升5%。

(2)在試驗條件下,適當升高染色溫度至80℃可以提高染色得色率；此外,染色pH值控制在5-6時,染色效果較中性條件所得染色得色率更高。對于染深色,僅需40～60g/L的NaCl,較傳統(tǒng)染色鹽量可減少40%～50%左右。

(3)改性后能夠在一定程度上提升滲化牢度1級左右,并不會降低其他牢度,但改性后織物色光整體偏紅,不同皂洗方式對色光影響不大。對比多個后處理方式,在該染料用量下,能夠明顯減少后處理次數(shù),節(jié)約后處理時間,節(jié)水量達到45%,同時縮短皂洗時間至少50%。

(4)在試驗過程中,雖然勻染性無很大問題,針對敏感色和非敏感色都進行了中試研究,但改性劑堿性水解問題一直得不到根本解決,改性劑利用率的提升仍然需要進一步深入研究,以降低生產(chǎn)成本。

(5)本試驗雖然已進行大貨驗證,但不同的染料及染料組合,助劑等的節(jié)約量會有一定的差異性,通過改性處理能夠在一定程度上有效提升染色表觀得色深度,節(jié)省染料用量。