纖維素纖維類(lèi)織物冷軋堆無(wú)鹽染色新工藝

李冬梅，魏賢峰，丁紅平

（佛山市順德金紡集團(tuán)有限公司，廣東佛山 528300）

冷軋堆染色，即織物在低溫下通過(guò)浸軋染液和堿液，利用軋輥壓軋使染液吸附在織物纖維表面，然后進(jìn)行打卷堆置，在室溫下堆置一定時(shí)間（鍵合時(shí)間）并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)使之完成染料的吸附、擴(kuò)散和固色，最后水洗完成上染。[1]該工藝分為浸軋工作液、堆置固色、水洗3個(gè)階段。冷軋堆染色工藝是一種介于浸染與軋染之間的，半連續(xù)化軋染工藝；由于其準(zhǔn)備工作如染色工作液的配制在上機(jī)前完成，故仍具有較高的生產(chǎn)效率。與常規(guī)溢流浸染工藝相比，冷軋堆工藝具有浴比低、耗水量小的優(yōu)點(diǎn)[2]；較常規(guī)軋染技術(shù)省去了烘焙汽蒸工序。因此，工藝流程短、效率高、消耗低、成本低、污染低的冷軋堆工藝成為研究熱點(diǎn)。

活性染料上染纖維素纖維時(shí)，為提高染料上染率，往往需要在配制染色工作液時(shí)添加大量無(wú)機(jī)電解質(zhì)如氯化鈉或元明粉促染。而大量的無(wú)機(jī)鹽會(huì)增加織物染后的水洗難度和廢水處理工作。因此，纖維素纖維類(lèi)織物無(wú)鹽冷軋堆新工藝的開(kāi)發(fā)顯得尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與設(shè)備

織物：全棉四面彈力布（棉98%，氨綸2%）。

試劑：雅格素藍(lán)HF-CL、雅格素黃HF-AL、雅格素紅HF-BL、雅格素紅CBM、雅格素黑EX-NG以及活性深夜色S-R（上海雅運(yùn)紡織化工股份有限公司），燒堿，純堿，環(huán)保洗滌劑209，冰醋酸。

設(shè)備：微波爐，冷軋堆設(shè)備，烘干機(jī)，定型機(jī)。

1.2 工藝流程

小樣準(zhǔn)備→半制品準(zhǔn)備→冷軋堆染色→水洗→烘干。

1.3 生產(chǎn)實(shí)踐

依據(jù)上述纖維素纖維織物的冷軋堆無(wú)鹽染色，結(jié)合佛山市順德金紡集團(tuán)有限公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇3種顏色（軍綠色、寶藍(lán)色、黑色）對(duì)纖維素纖維織物進(jìn)行冷軋堆無(wú)鹽染色，并測(cè)試產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)。冷軋堆無(wú)鹽染色工藝實(shí)例配方見(jiàn)表1。

表1 冷軋堆無(wú)鹽染色工藝實(shí)例配方

1.4 測(cè)試

1.4.1 耐摩擦色牢度

采用GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取穼?duì)成品面料耐干摩擦色牢度及耐濕摩擦色牢度進(jìn)行測(cè)試。

1.4.2 耐皂洗色牢度

采用GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取穼?duì)成品面料的耐皂洗色牢度進(jìn)行測(cè)試。

1.4.3 耐汗?jié)n色牢度

采用GB/T 3922—2013《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)秃節(jié)n色牢度》對(duì)成品面料的耐酸汗、耐堿汗色牢度進(jìn)行測(cè)試。

1.4.4 pH

采用GB/T 7573—2009《紡織品水萃取液pH的測(cè)定》對(duì)成品面料的pH進(jìn)行測(cè)試。

1.4.5 甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)

采用GB/T 2912.1—2009《紡織品甲醛的測(cè)定第1部分：游離和水解的甲醛（水萃取法）》對(duì)成品面料甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)試。

1.4.6 其他

產(chǎn)品的符合性采用GB 18401—2010《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》以及GB/T 2662—2008《棉服裝》判定。

2 結(jié)果與討論

2.1 染料選擇

冷軋堆的染色機(jī)理分為吸附、擴(kuò)散和固著3 個(gè)階段。由于冷軋堆是在室溫條件下通過(guò)浸軋染液使纖維素膨脹，并使染料分子轉(zhuǎn)移到纖維內(nèi)部，因此要求選用擴(kuò)散性良好、對(duì)纖維的親和力以及直接性低的活性染料，在保證勻染性的前提下，有利于克服織物的頭尾色差，同時(shí)水解的染料也容易清洗去除。[3]

該工藝的染料選擇范圍較廣，鹵代均三嗪、乙烯砜型單活性基及多活性基活性染料均可使用。具體原則：（1）染料在堿浴中的溶解度要大，否則染料會(huì)發(fā)生聚集而產(chǎn)生色點(diǎn)。（2）染液的穩(wěn)定時(shí)間要長(zhǎng)，盡量選擇耐堿性能較好的染料拼色，防止染料在強(qiáng)堿浴中產(chǎn)生不同程度的水解而造成色光變化。（3）固色堆置時(shí)間的寬容度要大，盡量選擇固色時(shí)間相近的染料，防止因堆置時(shí)間變化形成顏色差異。（4）拼色染料配伍性要好，如染料的親和力（比移值）、固色速率、易洗滌性、耐堿水解、溶解度等性能要接近。染料親和力不能太高，防止染料堆積在織物表面，造成色牢度下降和前后色差。固色速率不能太快，以延長(zhǎng)染料吸附、滲透、擴(kuò)散的時(shí)間，防止表面著色。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)及大生產(chǎn)實(shí)踐，上海雅運(yùn)紡織化工股份有限公司的雅格素系列染料較適用于冷軋堆染色。選擇目前較流行的軍綠色、寶藍(lán)色以及黑色作為實(shí)踐對(duì)象，染料配方見(jiàn)表1。

2.2 堿液選擇

由于活性染料上染纖維素纖維需要在堿性環(huán)境下進(jìn)行，染料與纖維的反應(yīng)速率及浸軋液的穩(wěn)定性不僅取決于染料的反應(yīng)性，也取決于堿劑的強(qiáng)度。不同種類(lèi)的染料所選用的堿劑也不同。冷軋堆染色固色方法有代用堿法和混合堿劑法[4]。目前代用堿的用量一般為純堿用量的1/6～1/8，分為含磷和不含磷2 種。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)及大生產(chǎn)實(shí)踐，選用混合堿劑作為冷軋堆染色工藝的堿液，有利于染液的穩(wěn)定并可保證染后色光的重現(xiàn)性。目前，常用的混合堿劑為硅酸鈉和燒堿，該混合體系在打卷時(shí)，可防止布邊的堿劑碰觸空氣后發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致布邊顏色變淺；但是硅酸鈉易水解，會(huì)沉積在軋輥上形成塵垢，導(dǎo)致軋輥的損壞，進(jìn)而有可能在織物上形成色斑。可以選用燒堿-純堿的混合堿劑作為復(fù)合堿的緩沖體系；相較于硅酸鈉，純堿較溫和與穩(wěn)定，對(duì)軋輥的損傷小。經(jīng)實(shí)踐表明，純堿-燒堿的混合堿劑體系中，燒堿與純堿最佳比例一定時(shí)，可得到最佳得色量?；旌蠅A液的具體用量隨染料總量的增加而增大，并與軋車(chē)的速度和軋余率呈線性關(guān)系。實(shí)例中軍綠色和寶藍(lán)色為中深色，染料總量相差不大，因此所用堿劑配方及用量一致，而黑色為深色類(lèi)型，染料用量大，需要加大堿劑用量，可以增加活性染料的固色率[4]。

2.3 小樣準(zhǔn)備

小樣制備流程：浸軋染液、堿液混合液（一浸一軋，軋余率55%～65%）→微波爐打樣→冷水洗→熱水洗→皂洗（環(huán)保洗滌劑1 g/L，95 ℃，4 min）→熱水洗→冷水洗→烘干。

打小樣是冷軋堆染色前非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，小樣的準(zhǔn)確性直接影響大樣結(jié)果。冷軋堆染色打小樣采用微波爐法和恒溫烘箱法。微波爐法是一種最簡(jiǎn)單快捷的打樣方式，即織物浸軋染液后在微波爐中完成染料的固色。微波是一種高頻輻射，它會(huì)增加染料的振動(dòng)，提高染料擴(kuò)散進(jìn)入纖維的速率，從而可以將活性染料快速固著在棉織物上。凡是在低功率情況下能提供精確無(wú)級(jí)變化加熱方式的微波爐都可使用，但是在使用前必須對(duì)其特定功率進(jìn)行校準(zhǔn)，以適應(yīng)染色要求。校準(zhǔn)方式：在玻璃燒杯中加入1 L水，放入微波爐，調(diào)試功率大小，直至規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到以下溫度并將符合要求的功率固定下來(lái)。初始20 ℃；5 min 后31～32 ℃；10 min 后41～42 ℃；20 min后58～59 ℃；30 min 后72 ℃。

浸軋速率、軋余率、微波功率、織物在微波下暴露的時(shí)間都會(huì)不同程度地影響織物的得色情況。必須調(diào)節(jié)微波功率來(lái)保持小樣色光、浸軋速率以及軋余率與大生產(chǎn)條件一致。

恒溫烘箱法是織物浸軋染液后，在恒溫烘箱中完成染料固色的方法。有風(fēng)格效果要求的織物通常選擇恒溫烘箱法打小樣。

2.4 半制品準(zhǔn)備

冷軋堆染色對(duì)半制品的要求較高。經(jīng)前處理的纖維素纖維織物必須具有均勻而良好的吸水性，毛效應(yīng)在8 cm/30 min以上。過(guò)干的織物表現(xiàn)出疏水性，浸軋染液時(shí)不易潤(rùn)濕，織物含濕率一般控制在4%～6%。進(jìn)軋槽前，織物需充分冷卻，確?？椢锷喜缓p氧水且布面pH保持在7～8。由于部分活性染料對(duì)pH敏感，水解程度會(huì)隨著溫度的升高而加快，易造成前后色光的差異，因此，溫度的控制是冷軋堆染色成功的關(guān)鍵。冷軋堆染色工藝溫度一般控制在20～30 ℃。

2.5 冷軋堆染色

半制品經(jīng)過(guò)烘筒熨平，防止織物在打卷環(huán)節(jié)起皺。在浸染前，將準(zhǔn)備好的染色工作液（混合染料和堿劑體積比1∶4）輸送至浸軋槽，進(jìn)行面料浸軋。浸軋染液必須用均勻軋車(chē)，采用40 L較小容積的軋槽以加快染液的循環(huán)和更新速率，縮短染料和堿劑在軋槽的停留時(shí)間，防止染料在堿性條件下水解。浸軋是使織物在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)工作液的吸附并擴(kuò)散均勻的過(guò)程，通過(guò)張力的控制來(lái)抑制卷邊現(xiàn)象的發(fā)生。冷軋堆染色具體工藝流程：半制品→烘筒（熨平、冷卻）→浸軋→打卷→轉(zhuǎn)動(dòng)堆置。

一浸一軋后卷繞形成卷裝，用薄膜將卷裝包裹，室溫下堆置8～12 h，并保持卷裝緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。放置結(jié)束后，織物經(jīng)水洗烘干得染色織物。染料在堆置過(guò)程中逐步上染纖維，完成染料的擴(kuò)散及固色。

2.6 水洗烘干

采用清洗設(shè)備將堆置染色環(huán)節(jié)中已水解和未固著的染料通過(guò)皂洗工藝洗除干凈，防止未固著的染料在后續(xù)加工或服用環(huán)節(jié)中發(fā)生掉色。皂洗結(jié)束后再通過(guò)酸洗中和，使織物pH保持中性。水洗烘干工藝流程及參數(shù)：平幅進(jìn)布→冷水洗3 格（開(kāi)噴淋，軋車(chē)壓力0.3 MPa）→過(guò)酸（冰醋酸2～4 g/L，室溫，軋車(chē)壓力0.15 MPa）→皂洗3格（85～95 ℃，環(huán)保洗滌劑2～4 g/L，開(kāi)噴淋，軋車(chē)壓力0.3 MPa）→熱水洗1格（60 ℃，開(kāi)噴淋，軋車(chē)壓力0.3 MPa）→過(guò)酸（冰醋酸2～4 g/L，室溫，軋車(chē)壓力0.15 MPa）→3柱烘筒烘干（蒸汽壓力147～196 kPa）。

2.7 染色效果

根據(jù)表1 染色配方及無(wú)鹽冷軋堆新技術(shù)，對(duì)軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑染色織物進(jìn)行測(cè)試，成品面料的染后效果見(jiàn)表2。

由表2 可知，經(jīng)無(wú)鹽冷軋堆新技術(shù)加工的軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑棉織物染后的耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度以及耐皂洗色牢度均在3 級(jí)及以上，滿足國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范等要求。同時(shí)經(jīng)無(wú)鹽冷軋堆新技術(shù)加工的軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑棉織物布面的pH 以及甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范要求。由此可見(jiàn)，纖維素纖維冷軋堆無(wú)鹽染色工藝已滿足紡織產(chǎn)品的基本服用性能要求。

表2 軍綠色、寶藍(lán)色、標(biāo)準(zhǔn)黑的染色織物質(zhì)量對(duì)照表

2.8 生產(chǎn)能耗

生產(chǎn)實(shí)踐表明：冷軋堆無(wú)鹽染色工藝的染料利用率高達(dá)90%以上；與傳統(tǒng)工藝相比，染料、堿、水、電以及蒸汽分別節(jié)省了15%、30%、30%、20%和25%。

3 結(jié)論

纖維素纖維無(wú)鹽染色工藝流程：小樣準(zhǔn)備→半制品準(zhǔn)備→染色工作液的配制→冷軋堆染色→水洗→烘干。半制品質(zhì)量影響織物后續(xù)染色的效果，染料的選擇及堿液的配制直接決定成品面料的染后效果。實(shí)踐表明：纖維素纖維織物冷軋堆新工藝染色效果滿足紡織產(chǎn)品基本服用性能要求。與傳統(tǒng)染色工藝相比，冷軋堆新工藝在實(shí)現(xiàn)無(wú)鹽染色的同時(shí)，節(jié)約了生產(chǎn)能耗，如染化料、水、電、蒸汽等，減少了環(huán)境污染。因此，節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的冷軋堆無(wú)鹽染色新工藝，在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈、環(huán)保壓力大的環(huán)境下，將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。