陽離子改性劑B對棉織物無鹽低堿染色性能的影響

胡德芳,楊 潔,馬旋旋,沈 麗,朱 泉,*

(1.廣東德潤紡織有限公司,廣東 佛山528306；2.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院,上海201620)

在活性染料染棉的過程中,由于加入鹽和堿,容易導(dǎo)致染料水解,使染料利用率下降,并造成環(huán)境污染。通過陽離子改性劑改性棉纖維,可以在棉纖維上引入正電荷,吸引帶負電荷的染料陰離子。改性棉織物可顯著增加對染料的吸附性,提高染料的利用率[1-5],同時還可以實現(xiàn)棉織物在無鹽、無堿或低堿條件下的染色[6-11],減輕環(huán)保壓力。但是通常織物改性后由于上染速率過快容易導(dǎo)致勻染性下降。本文采用陽離子改性劑B改性棉織物,并對改性棉織物進行無鹽低堿染色,從染料的上染率、染色織物的K/S值、皂洗牢度、摩擦牢度等方面探討改性劑對棉織物染色性能的影響,尤其是對勻染性的影響。

1 試驗部分

1.1 材料、藥品和儀器

材料和藥品：經(jīng)過漂白和絲光的棉織物(規(guī)格：180 g/m2,廣州佛岡順亞紡織染整有限公司),陽離子改性劑B、皂洗劑DB-5(張家港德寶化工有限公司),活性紅3BS(浙江閏土有限公司),其他試劑為市售分析純。

主要儀器：NR-24P型低浴比染色小樣機(亞博紡織機械有限公司),KL-AS-RF型恒溫水浴鍋(佛山科倫機電有限公司),101A-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱(常州市第二紡織儀器廠),723PC型自動可見光分光光度計(上海析譜儀器有限公司),DATACOLOR 650測色配色儀(Datacolor-China),Y571N型摩擦色牢度儀(南通宏大實驗儀器有限公司)。

1.2 棉織物的改性

主要采用冷軋堆法對棉織物進行改性,將棉織物放在一定濃度的陽離子改性劑和氫氧化鈉中,采用二浸二軋的方式,帶液率約為85%,然后大卷堆置24 h(轉(zhuǎn)速為3 r/min,套上保鮮膜,室溫)。堆置結(jié)束后,取出棉織物經(jīng)過酸洗(浴比1∶10、60℃、10 min)洗至中性,烘干,用于染色。

工藝配方：染料3%(o.w.f)和5%(o.w.f),陽離子改性劑B適量,氫氧化鈉適量,浴比1∶10,60℃。

工藝流程：

1.3 染色

主要采用浸漬法對棉織物進行染色處理(結(jié)束該過程需將染色殘液保留)。

1.3.1 常規(guī)棉織物染色

工藝配方：活性紅3BS 3%(o.w.f)和5%(o.w.f),元明粉50 g/L,碳酸鈉25 g/L,浴比1∶10。

工藝流程：

1.3.2 改性布染色

工藝配方：活性紅3BS 3%(o.w.f)和5%(o.w.f),純堿2 g/L,浴比1∶10。

工藝流程：

1.4 測試方法[12-14]

1.4.1 上染百分率

在最大吸收波長下測量染色前后2種溶液的吸光度。按式(1)計算：

上染率(%)=[1-(m×A0)/(n×A)]×100(1)式中m、n為染色前后稀釋的倍數(shù)；A0、A為染色前后染液被稀釋m、n倍后所測得的吸光度。

1.4.2K/S值

用測色配色儀測定K/S值,并在織物的不同位置分別測試10次,取平均值。

1.4.3 勻染性

在同一塊染色棉織物上均勻選擇10個點,測量最大吸收波長下的K/S值。計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr,用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr來表示勻染性,Sr越小,勻染性越好,反之,勻染性越差。Sr的計算公式如式(2)所示：

1.4.4 皂洗色牢度

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取吩u定。

1.4.5 摩擦色牢度

按照GB/T 3920-2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y定。

1.4.6 日曬牢度

采用GB/T 8427-2008《紡織品色牢度試驗?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　穼γ蘅椢镞M行耐光色牢度的測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽離子改性劑用量對染色效果的影響

因為陽離子改性劑處理后的棉織物帶正電,與染料陰離子有靜電吸引作用,在染色過程中,染料陰離子能夠與改性后的棉織物快速結(jié)合,從而導(dǎo)致在染色初期有較高的上染速率,被快速吸附的染料陰離子不能均勻地與棉織物結(jié)合,從而導(dǎo)致染色不勻。陽離子改性劑的用量對上染率、K/S值和勻染性的影響如圖1、圖2所示。

圖1 改性劑用量對上染率的影響

圖2 改性劑用量對K/S值及勻染性的影響

采用染料濃度為常規(guī)的3%(o.w.f)和5%(o.w.f),測試得到染料濃度為3%(o.w.f)時常規(guī)染色的上染率為68.91%；染料濃度為5%(o.w.f)時常規(guī)染色的上染率為59.25%。從圖1中可以看出,通過增加陽離子改性劑B質(zhì)量濃度,棉織物的上染率增加,用量增加到一定值時,上染率趨向于平衡,不再有顯著變化。當(dāng)染料濃度為3%(o.w.f),改性劑質(zhì)量濃度為50 g/L時,活性染料的上染率已經(jīng)達到92.31%,比常規(guī)染色增加23.40%。當(dāng)染料濃度為5%(o.w.f),改性劑質(zhì)量濃度為80 g/L時,上染率為91.39%,比常規(guī)上染率增加32.14%?？梢婈栯x子改性劑應(yīng)用于棉織物上,使活性染料的上染率大大提高,減少了染料的浪費,減輕了污染排放壓力。

試驗得到染料濃度為3%(o.w.f)時常規(guī)染色的K/S值為8.86,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.28；染料濃度為5%(o.w.f)時常規(guī)染色的K/S值為11.61,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.37。由圖2可知,增加改性劑的質(zhì)量濃度,染色后棉織物K/S值增大。染料濃度為3%(o.w.f)、改性劑用量為50 g/L時,對比常規(guī)染色K/S值增大3.42。標(biāo)準(zhǔn)偏差隨著陽離子改性劑用量的增加而增加,說明改性劑用量對織物的勻染性有影響。在改性劑用量為50 g/L時,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.52,這是由于棉織物上改性劑增多,導(dǎo)致染料的吸附量增大,從而顏色加深,但會造成初染率增大,勻染性下降[14]。但是目測織物無明顯色差,勻染性的標(biāo)準(zhǔn)偏差屬于客戶可接受范圍之內(nèi),因此陽離子改性劑的使用并未對勻染性有較大影響。同樣,染料濃度為5%(o.w.f)的織物有類似結(jié)果。

2.2 氫氧化鈉用量對染色效果的影響

NaOH對棉織物的改性起催化作用,可促進改性劑與棉纖維的反應(yīng),提高改性效果。氫氧化鈉用量對上染率、K/S值和勻染性的影響如圖3、圖4所示。

圖3 氫氧化鈉用量對上染率的影響

圖4 氫氧化鈉用量對K/S值及勻染性的影響

已知染料濃度為3%(o.w.f)常規(guī)染色的上染率為69.23%,染料濃度為5%(o.w.f)常規(guī)染色的上染率為59.16%。由圖3可知,增加氫氧化鈉質(zhì)量濃度,染色后棉織物的上染率呈先增大后減小的趨勢。染料濃度為3%(o.w.f),氫氧化鈉濃度為20 g/L,上染率已經(jīng)達到94.09%,比常規(guī)染色增加了24.86%。從圖4可知,隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加,棉織物的K/S值的變化趨勢與上染率的變化趨勢相同。當(dāng)染料濃度為3%(o.w.f)時,氫氧化鈉濃度為20 g/L,K/S值比常規(guī)染色增加了3.41,勻染性較常規(guī)染色略差,但仍在可接受范圍之內(nèi)。在處理過程中控制合適的堿用量,可增加上染率,提高K/S值,同時保持良好的勻染性。

2.3 改性時間對改性效果的影響

按1.2和1.3的工藝對棉織物進行改性、染色。改性時間對上染率、K/S值和勻染性的影響如圖5、圖6所示。

圖5 改性時間對上染率的影響

圖6 改性時間對K/S值及勻染性的影響

由圖5可知,隨著改性時間的增加,染色后棉織物的染色速率增加。染料濃度為3%(o.w.f)、改性時間為8 h時,上染率已經(jīng)達到94.15%,比常規(guī)染色上染率增加了24.90%,改性時間在8 h后上染率無明顯變化。染料濃度為5%時,變化類似。

由圖6可知,隨著改性時間的增加,染色后棉織物K/S值也呈遞增趨勢。染料濃度為3%(o.w.f)時,在改性時間為8 h之后,K/S值變化不大,此時K/S值比常規(guī)染色增加了3.46。標(biāo)準(zhǔn)偏差隨著改性時間的延長趨于平衡。這是因為改性劑在反應(yīng)的初始階段更具反應(yīng)性,因此與棉織物的反應(yīng)速率更快。然而反應(yīng)不夠穩(wěn)定,改性不均勻,織物結(jié)合的改性劑的量很小。上染率和K/S值的提升取決于改性劑與棉纖維是否完全反應(yīng)。隨著改性時間的延長,棉織物上能與染料結(jié)合的基團增加,改性劑與棉纖維充分反應(yīng)。此時,織物改性達到飽和狀態(tài),上染率和K/S值不再顯著增加,同時勻染性有所提升。

采用冷軋堆法對棉織物進行陽離子改性,在染料濃度為3%(o.w.f)時,最佳工藝為改性劑質(zhì)量濃度50 g/L、氫氧化鈉質(zhì)量濃度20 g/L、改性時間8 h；在染料濃度為5%(o.w.f)時,最佳工藝為改性劑質(zhì)量濃度80 g/L、氫氧化鈉質(zhì)量濃度30 g/L、改性時間8 h,改性棉織物采用無鹽低堿染色工藝,可大大提高上染率和K/S值,同時對勻染性影響不大。

2.4 改性后棉織物染色的各項牢度

測試改性后棉織物染色的皂洗牢度、摩擦牢度及日曬牢度,與常規(guī)染色對比來評價改性效果。由表1可知,改性后染色棉織物的摩擦色牢度與常規(guī)染色棉織物的摩擦色牢度相似,皂洗色牢度也相對持平,日曬牢度無改變,說明經(jīng)過陽離子改性劑B改性后染色棉織物對其摩擦牢度和皂洗色牢度并沒有較大影響。

表1 織物染色后各項色牢度

3 結(jié)論

(1)采用陽離子改性劑B對棉織物進行改性,若采用染料濃度為3%(o.w.f)進行無鹽低堿染色,改性劑B用量50 g/L、氫氧化鈉用量20 g/L,采用冷軋堆的方法堆置改性8 h,改性后織物具有較好染色性能。當(dāng)染料濃度為5%(o.w.f)時,改性劑B和氫氧化鈉用量需適當(dāng)增加,改性時間相同。

(2)改性后的棉織物采用無鹽低堿工藝進行活性染料染色,與常規(guī)染色相比,改性后織物的上染率、K/S值均有較大的提升。皂洗色牢度、摩擦色牢度和日曬牢度沒有太大改變,且勻染性沒有明顯下降。