活性染料染色棉織物的二氧化硫脲剝色研究

陳益平，王祥榮

（蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215123）

紡織品的回收再利用不僅可以減輕對(duì)環(huán)境的污染，還可以緩減原料緊缺，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。紡織品的回收再利用需要對(duì)織物上的染料進(jìn)行剝除［1-2］。剝色原理是通過(guò)化學(xué)或者物理的方法，將織物上染料的發(fā)色基團(tuán)破壞或者將染料從織物上分離從而達(dá)到消色的目的［3］?；钚匀玖先旧蘅椢锏膭兩椒ㄖ饕写温人徕c法、保險(xiǎn)粉-燒堿法、過(guò)氧化氫法和雕白粉法［4-6］等。其中，次氯酸鈉法易產(chǎn)生氯氣；保險(xiǎn)粉性質(zhì)很不穩(wěn)定，在濕熱條件下易分解，分解速率難以控制，受潮后易結(jié)塊，嚴(yán)重時(shí)能自燃，還原性雖強(qiáng)但不夠持久，往往造成剝色不勻，有效利用率低；雙氧水極不穩(wěn)定，遇熱、強(qiáng)光、雜質(zhì)、沖擊、重金屬等均易分解，且剝色效果不明顯；雕白粉有刺激性臭味，受潮時(shí)釋放出硫化氫，雖然剝色效果較好，但使用時(shí)會(huì)釋放出甲醛，影響人體健康［7］。因此，尋找一種安全高效的剝色方法勢(shì)在必行。

二氧化硫脲（TD）是一種優(yōu)良的還原劑，性質(zhì)穩(wěn)定，還原電位較保險(xiǎn)粉更高且還原性持久，不含活性硫化物，是棉織物理想的剝色劑，TD 和偶氮染料、蒽醌染料的反應(yīng)原理［8-9］如下：

TD 本身無(wú)任何氧化性和還原性，只有在堿性和加熱條件下才會(huì)分解為尿素和次硫酸，后者是剝色的有效成分［10］。本研究采用TD 對(duì)多種活性染料染色棉織物進(jìn)行剝色，并和傳統(tǒng)保險(xiǎn)粉的剝色結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

織物：純棉平紋織物（江蘇沙印集團(tuán)有限公司）。

試劑：活性橙X-GN、活性紅3BS、活性黃K-HL、活性藏青K-L、平平加O（市售工業(yè)品），氫氧化鈉（分析純，上海試劑總廠），碳酸鈉、無(wú)水硫酸鈉（分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司），保險(xiǎn)粉（上海阿拉丁生化科技股份有限公司），二氧化硫脲（分析純，上海畢得醫(yī)藥科技有限公司）。

儀器：Ultra Scan XE 型分光測(cè)色配色儀（美國(guó)Hunter Lab 公司），Nicolet-5700 型FT-IR 紅外光譜儀（美國(guó)熱電公司），TM-3030 型臺(tái)式掃描電子顯微鏡（日本日立高新技術(shù)有限公司），XY300-2C 型電子天平（常州幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司），YG026B 型電子織物強(qiáng)力機(jī)，DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），XW-ZDR 低噪振蕩式染樣機(jī)（靖江市新旺染整設(shè)備廠）。

1.2 棉織物活性染料染色

按照浴比1∶50 配制活性染料的染液［活性染料1%(omf)，硫酸鈉20 g/L（X 型）或30 g/L（其他），碳酸鈉3 g/L］，置于染樣機(jī)中，升溫，棉織物在指定溫度入染（活性橙X-GN 30 ℃、活性紅3BS 50 ℃、活性黃KHL、活性藏青K-L 60 ℃），15 min 后加入規(guī)定量硫酸鈉，繼續(xù)染色15 min，按2 ℃/min 升溫到指定的溫度（活性橙X-GN 40 ℃、活性紅3BS 70 ℃、活性黃K-HL和活性藏青K-L 90 ℃），加入規(guī)定量碳酸鈉，保溫染色30 min，降溫，水洗，皂洗（皂片2 g/L，90 ℃，15 min），熱水洗，冷水洗，烘干。

1.3 剝色實(shí)驗(yàn)

取2 g 染色后的棉織物，放入100 mL 含有0.2 g/L平平加O、一定質(zhì)量濃度TD 和NaOH 的剝色液中，在一定溫度下剝色規(guī)定的時(shí)間，取出，多次水洗，烘干。

取2 g 染色后的棉織物，放入100 mL 含有0.2 g/L平平加O、3 g/L 保險(xiǎn)粉和5 g/L NaOH 的剝色液中，在60 ℃下剝色40 min，取出，多次水洗，烘干。

1.4 測(cè)試

K/S值、dE*值及剝色率：K/S值和dE*值用測(cè)色配色儀在D65光源和10°視場(chǎng)條件下測(cè)定4 次，取平均值。按下式計(jì)算剝色率：

式中：（K/S）1為染色織物剝色前的K/S值，（K/S）2為染色織物剝色后的K/S值。

斷裂強(qiáng)力：將棉織物裁剪成5 cm×30 cm 大小，根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》，在電子織物強(qiáng)力機(jī)上測(cè)試，每個(gè)試樣測(cè)量5 次，取平均值。按下式計(jì)算強(qiáng)力保留率：

式中：F1、F2分別為剝色前后織物的斷裂強(qiáng)力。

SEM：采用臺(tái)式掃描電子顯微鏡觀察，放大倍數(shù)為2 000。

2 結(jié)果與討論

2.1 TD 剝色效果的影響因素

2.1.1 NaOH 質(zhì)量濃度

由圖1 可知，隨著NaOH 質(zhì)量濃度的增加，染色織物的剝色率提高，堿性越強(qiáng)，TD 還原電位越高，剝色效果越好；但當(dāng)NaOH 質(zhì)量濃度超過(guò)5 g/L 后，剝色率不再隨堿質(zhì)量濃度的增加而增大。故NaOH 質(zhì)量濃度選擇5 g/L。

圖1 NaOH 質(zhì)量濃度對(duì)棉織物剝色率的影響

2.1.2 TD 質(zhì)量濃度

從圖2 中可以看出，在TD 質(zhì)量濃度較低時(shí)，只能還原活性黃K-HL 染料的部分發(fā)色基團(tuán)，活性黃KHL 染色織物的剝色率較其他染料偏低，隨著TD 質(zhì)量濃度的增加，剝色率顯著提升；而其他3 種染料染色織物的剝色率在TD 質(zhì)量濃度很低時(shí)已達(dá)到80%以上，繼續(xù)增加TD 質(zhì)量濃度，剝色率增大緩慢。當(dāng)TD質(zhì)量濃度超過(guò)4 g/L 后，剝色率變化不大，故TD 質(zhì)量濃度選擇4 g/L，可以保證不同染料染色織物均有較高的剝色率。

圖2 TD 質(zhì)量濃度對(duì)棉織物剝色率的影響

2.1.3 溫度

由圖3 可知，活性橙X-GN 和活性紅3BS 染色織物在較低溫度下就有較高的剝色率，且溫度變化影響不大。而活性黃K-HL 和活性藏青K-L 染色織物的剝色率隨著溫度的升高不斷增大。溫度升高有助于活性物質(zhì)次硫酸的產(chǎn)生，其還原電位升高。當(dāng)剝色溫度為70 ℃時(shí)已經(jīng)有較高的剝色率，再升高溫度對(duì)剝色率影響不大，故剝色溫度選擇70 ℃。

圖3 溫度對(duì)棉織物剝色率的影響

2.1.4 時(shí)間

由圖4可看出，剝色10 min 時(shí)，4種染料染色織物的剝色率均能達(dá)到90%以上；活性橙X-GN 和活性紅3BS 染色織物的剝色率已達(dá)到最大值；延長(zhǎng)時(shí)間可繼續(xù)提高活性黃K-HL 和活性藏青K-L 染色織物的剝色率，當(dāng)剝色時(shí)間超過(guò)40 min 后，剝色率增加不大。綜合各種染料的剝色效果，選擇40 min較為合適。

圖4 時(shí)間對(duì)棉織物剝色率的影響

2.2 剝色方法比較

由表1 可知，TD 對(duì)棉織物的剝色效果明顯優(yōu)于保險(xiǎn)粉。保險(xiǎn)粉剝色對(duì)棉織物造成的強(qiáng)力損失要大于TD，原因是TD 在高溫堿性環(huán)境下緩慢分解，產(chǎn)生活性物質(zhì)作用于色素；由dE*值可看出，TD 剝色和未染色原布色差更小，原因是保險(xiǎn)粉穩(wěn)定性差，在高溫強(qiáng)堿條件下分解較快，有效利用率低，還原剝色不勻。

表1 兩種方法最佳工藝的剝色效果對(duì)比

2.3 表面形態(tài)

對(duì)比圖5a、5b 可知，染色后的棉纖維表面較染色前更光滑，這是由于高溫染色和堿性固色導(dǎo)致織物上的殘余漿料和雜質(zhì)得以清除，染料均勻地吸附在纖維表面，使纖維表面變得光滑。

圖5 活性藏青K-L 染色棉織物在最佳工藝下剝色的SEM

對(duì)比圖5c～5f發(fā)現(xiàn)，TD 剝色后的纖維表面依舊較為光潔、完整；保險(xiǎn)粉剝色后的纖維表面出現(xiàn)少量裂紋和殘?jiān)?，說(shuō)明TD 剝色對(duì)纖維的損傷較保險(xiǎn)粉剝色小，這與最佳工藝下強(qiáng)力保留率大小相吻合。TD 和保險(xiǎn)粉均為還原體系剝色，保險(xiǎn)粉分解速率難以控制，而TD 剝色較為溫和，在堿性條件下緩慢產(chǎn)生的活性物質(zhì)能有效、均勻地作用于染料的發(fā)色基團(tuán)，在顏色有效剝除的同時(shí)不會(huì)使棉纖維大分子發(fā)生降解和斷裂。

3 結(jié)論

（1）TD 對(duì)4 種活性染料染色棉織物剝色的最佳工藝為：TD 4 g/L、NaOH 5 g/L、70 ℃、40 min。TD 對(duì)染色棉織物剝色率都能達(dá)到95%以上，剝色率較保險(xiǎn)粉高。

（2）和傳統(tǒng)保險(xiǎn)粉剝色法相比，TD 剝色對(duì)棉纖維的影響較小，棉織物強(qiáng)力損失更小，強(qiáng)力保留率大于95%。TD 剝色是一種能夠替代保險(xiǎn)粉剝色的安全綠色剝色方法。