表面活性劑對濕蒸染深性的影響

盛春英，閆英山，孫紅玉，王力民，賈榮霞，夏燕茂，郭冬梅，于 琦

（1.山東省短流程印染新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濱州 256600；2.華紡股份有限公司技術(shù)中心，山東濱州256617；3.濱州華紡工程技術(shù)研究院有限公司，山東濱州 256600）

現(xiàn)代印染技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)就是“節(jié)能降耗”和“消除污染”，染整加工大多在較高溫度下進(jìn)行，耗能大，國內(nèi)單耗是國外的3～5 倍。活性染料是目前纖維素纖維染色最主要的染料，由于其具有色譜寬廣、色澤鮮艷、性能優(yōu)異、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而應(yīng)用廣泛，2006 年我國活性染料年產(chǎn)量已達(dá)17.4 萬t[1]。但活性染料染色過程中需要加入大量電解質(zhì)促染，同時，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝需要經(jīng)過軋→烘→軋→蒸等工序，既產(chǎn)生大量含鹽廢水對環(huán)境造成污染，也浪費(fèi)大量能源。

為了解決以上問題，人們提出了活性染料濕蒸短流程工藝，即織物浸軋染液后不經(jīng)過預(yù)烘，濕布直接進(jìn)入蒸箱，在一定溫度和濕度條件下固色，然后洗滌得到成品。該工藝固色時間短、固色效率高、耗鹽低、節(jié)能，適合連續(xù)生產(chǎn)；但是濕蒸時，活性染料的固色程度受到限制，染料損失高達(dá)30%～50%。[2]

本項(xiàng)目主要探討幾種染色常見的表面活性劑在濕蒸過程對布面染深性的影響，找出能夠增加濕蒸染深性的簡易方法，提高濕蒸過程中深色的上染率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：C40×40，173×120（絲光后，濱州華紡股份有限公司）。染化料：液堿、純堿、元明粉、尿素（工業(yè)級），活性染料（無錫潤新染料有限公司），十六烷基三甲基氯化銨（上海尚賢新材料有限公司），螯合劑HFA03（濱州華紡股份有限公司），滲透劑AS（拓納化學(xué)），滲透劑CHL（青島飛龍?jiān)椿び邢薰荆?/p>

儀器：分析天平、電子秤（濱州市科慧科技有限公司），Datacolor測色配色儀（德塔顏色商貿(mào)有限公司），Y(B)571-II 型預(yù)置式色牢度摩擦儀、皂洗機(jī)（溫州大榮儀器紡織儀器有限公司）。

1.2 工藝流程

工藝配方：工業(yè)鹽200 g/L、純堿20 g/L、燒堿6 g/L。活性染料軋烘軋蒸傳統(tǒng)工藝加工流程如下：

濕蒸工藝加工流程如下：

1.3 測試

耐摩擦色牢度：參照AATCC 8—2016《摩擦色牢度》測定有色織物因摩擦而沾色的程度。

原變、白沾：參照AATCC 61-2A《家庭及商業(yè)上顏色之洗滌堅(jiān)牢》評估織物經(jīng)常洗滌情況下顏色的堅(jiān)牢度。

2 結(jié)果與討論

在活性染料的濕蒸工藝中，織物經(jīng)過浸軋染液后直接濕蒸，是一種節(jié)能的方法。活性染料與纖維素纖維反應(yīng)除了受染料結(jié)構(gòu)的影響外，還受濕度、汽蒸時間、溫度、染液pH、添加劑等的影響。本項(xiàng)目主要研究在汽蒸過程固色堿與染液混合液中加入不同表面活性劑對濕蒸布面染深性的影響。

表面活性劑通常分為潤濕劑、增溶劑、乳化劑、分散劑、洗滌劑等，能夠使相同粒子分開到不同表面，減少粒子之間的相互吸引。分別將滲透劑、尿素、陽離子表面活性劑、鈣鎂離子螯合劑等加入濕蒸染色固色液中，進(jìn)行濕蒸效果的對比。通過染料用量、固色堿劑用量以及汽蒸時間等的對比，確定固色堿劑具體配方，如表1。

表1 不同染料用量的固色堿劑配方

2.1 滲透劑對濕蒸染深性的影響

分別采用拓納化學(xué)的滲透劑AS和青島飛龍?jiān)吹臐B透劑CHL，為了比較兩種滲透劑對濕蒸染深性的影響，滲透劑用量均選擇2 g/L。根據(jù)貝卡爾-蒙克（Kubelka-Munk）方程式，通過電子測色配色儀測量上述兩種面料的表觀顏色深度（K/S值，K/S值越大，表示顏色越深；K/S值越小，則表示顏色越淺），結(jié)果見圖1。

圖1 濕蒸過程加入不同滲透劑布面增深性與傳統(tǒng)工藝對比圖

由圖1 可以看出，加入滲透劑CHL 后，對不同染料及用量的濕蒸布面稍有改善，但改善效果并不明顯，不同顏色濕蒸短流程工藝的布面深度均比傳統(tǒng)生產(chǎn)低很多，而且深度越深，差距越大。

2.2 尿素對濕蒸染深性的影響

尿素能夠與染料形成氫鍵從而提高染料的溶解性能，利于染料擴(kuò)散到纖維內(nèi)部。在活性染料的汽蒸或焙烘過程中，尿素通過親水的氨基和羥基接近水分子，提供水分使纖維膨化，進(jìn)一步提高染料的滲透性能，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可以看出，在3 種顏色不同的染料用量下，濕蒸工藝的布面深度均比傳統(tǒng)工藝低；加入尿素后，布面顏色的深度也均比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝淺。

圖2 不同染料用量、尿素用量下濕蒸短流程與傳統(tǒng)工藝布面增深性的對比曲線

這說明在濕蒸過程中，因?yàn)椴济姹旧砭哂泻艽蟮臐穸?，所以尿素的吸濕性及其使纖維膨化的性能都沒有發(fā)揮作用；而且隨著染料用量的增加，濕蒸的布面深度與傳統(tǒng)工藝差距越大，所以，后續(xù)主要針對低質(zhì)量濃度的染液進(jìn)行測試。

2.3 十六烷基三甲基氯化銨對濕蒸染深性的影響

陽離子表面活性劑選用十六烷基三甲基氯化銨，表面活性劑通過單分子或膠束作用，能夠?qū)θ玖掀鹪鋈茏饔?。表面活性劑用量?～0.5 g/L時，根據(jù)濕蒸布面測試結(jié)果，在表面活性劑0.5 g/L的染液染色布面上出現(xiàn)細(xì)小的團(tuán)聚，1.0 g/L時開始出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，使布面存在大量色點(diǎn)，所以，本實(shí)驗(yàn)在表面活性劑用量為0～0.5 g/L時進(jìn)行濕蒸實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同用量表面活性劑下濕蒸短流程工藝與傳統(tǒng)工藝的對比

由圖3 可知，加入表面活性劑對濕蒸布面的染深性沒有很明顯的改善，而且不同顏色改善程度不一致。綜合比較，十六烷基三甲基氯化銨對活性染料濕蒸布面染深性沒有明顯的改善效果。

2.4 鈣鎂離子螯合劑對濕蒸染深性的影響

日常生產(chǎn)所用工業(yè)自來水硬度為280 mg/L，水中鹽類物質(zhì)質(zhì)量濃度稍高，所以，加入螯合劑能夠與鈣鎂離子進(jìn)行絡(luò)合[3]，在一定程度上減少水中離子對濕蒸布面染深性的影響。針對5 g/L的染液，探索螯合劑用量0～3 g/L時對濕蒸布面效果的影響，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 鈣鎂離子螯合劑對濕蒸布面染深性的影響曲線

由圖4 可知，鈣鎂離子螯合劑（HF-A03）質(zhì)量濃度達(dá)到1 g/L 時，3 種顏色的布面濕蒸效果最好，雖然比傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝差，但比其他幾種助劑改善效果更明顯。鈣鎂離子螯合劑質(zhì)量濃度為0.5～3.0 g/L時，對布面效果影響差距不大，綜合比較，1.0 g/L 的效果較好。螯合劑對不同質(zhì)量濃度染液濕蒸布面染深性的影響見圖5。

圖5 鈣鎂離子螯合劑對不同質(zhì)量濃度染液濕蒸布面染深性的影響

由圖5可知，加入鈣鎂離子螯合劑，增加染液質(zhì)量濃度后，濕蒸短流程工藝的布面K/S值與傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝差距不大；加入螯合劑后，可以增加濕蒸過程染料的上染率，減少染料排放，使活性染料濕蒸工藝在縮短工藝流程的基礎(chǔ)上，還能夠降低排放污染，使生產(chǎn)過程更加環(huán)保清潔。

2.5 色牢度對比

為了進(jìn)一步驗(yàn)證濕蒸短流程工藝的布面染色牢度，針對使用鈣鎂離子螯合劑的濕蒸短流程工藝進(jìn)行原變、白沾、耐摩擦色牢度的測試，結(jié)果如表2。

表2 濕蒸與傳統(tǒng)工藝布面色牢度測試結(jié)果

由表2可知，濕蒸布面對棉組分的白沾比傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝差，并且耐干摩、濕摩色牢度比傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝好，所以，該工藝在濕蒸染色方面有一定優(yōu)勢。

3 結(jié)論

在濕蒸過程中分別加入滲透劑、尿素、陽離子表面活性劑、鈣鎂離子螯合劑等幾種表面活性劑，與傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，表面活性劑對濕蒸效果改善不同；鈣鎂離子螯合劑對3 種顏色的改善效果基本一致，比不加表面活性劑的濕蒸工藝布面效果要好；在加入鈣鎂離子螯合劑的條件下，提高染液質(zhì)量濃度，濕蒸布面得色雖然比傳統(tǒng)軋烘軋蒸工藝淺，但比空白濕蒸工藝提高很多，而且布面色牢度可滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。