平幅軋染中針織物形變對(duì)染色的影響

王秋平， 毛志平， 鐘 毅， 徐 紅， 張琳萍

(1. 東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620；3. 東華大學(xué) 紡織科技創(chuàng)新中心， 上海 201620)

針織加工生產(chǎn)效率高，工藝流程短，投資少，適應(yīng)于小批量、多品種的生產(chǎn)，因此，針織工業(yè)在整個(gè)紡織工業(yè)中所占的比重越來(lái)越大[1]。傳統(tǒng)針織物的印染加工多釆用間歇方式，特別是染色過(guò)程，100%采取間歇方式。這種染色工藝加工設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)染色過(guò)程可以在1臺(tái)機(jī)器上完成，具有處理緩和、易對(duì)色，染色后織物手感好，織物的組織花紋可得到保持等優(yōu)點(diǎn)，但是該染色工藝浴比大，單位質(zhì)量的織物染化助劑用量大，水、能源消耗大，污水處理和排放問(wèn)題突出，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了危害[2]。

針織物冷軋堆染色工藝是一種半連續(xù)化的生產(chǎn)工藝，該工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境污染小，因無(wú)需汽蒸和高溫固色，節(jié)約能源，耗水量少[3-4]；但冷軋堆染色收卷過(guò)程中由于縫頭而導(dǎo)致的染色色差問(wèn)題且不能連續(xù)化加工，不能滿足服裝工業(yè)的需求，因此針織物印染需逐步朝平幅連續(xù)加工方式轉(zhuǎn)變。根據(jù)歐美國(guó)家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，將針織物印染加工從繩狀間歇式改為平幅連續(xù)式，可節(jié)水、節(jié)能、降低生產(chǎn)成本，節(jié)能減排效果突出。同時(shí)，針織物連續(xù)式印染加工還具有如下特點(diǎn)：無(wú)繩狀加工的皺印問(wèn)題；無(wú)摩擦或磨損缺陷；織物表面更光滑(無(wú)微小的起球，幾乎無(wú)毛羽)；容易控制織物的縮水狀況等[5]。因此，針織物的平幅染整加工技術(shù)是目前全球印染行業(yè)的研究和推廣的熱點(diǎn)。

針織物特別是彈性針織物對(duì)張力敏感[6]，并且針織物滲透性比機(jī)織物好，平幅軋液過(guò)程中的張力差會(huì)導(dǎo)致針織物發(fā)生形變，使織物的帶液率發(fā)生變化[7]。當(dāng)受到張力時(shí)織物變形不勻，則易出現(xiàn)染液施加不均勻現(xiàn)象，從而影響染色的均勻性。染色過(guò)程中織物左中右張力的均勻性也會(huì)影響染色的均勻性[8]，因此，研究張力對(duì)針織物平幅軋染產(chǎn)生的影響十分必要。本文分別選用3種不同活性基活性紅染料對(duì)針織物進(jìn)行平幅軋染，研究了平幅軋染過(guò)程中張力對(duì)染色效果的影響，考察了著色織物色牢度，并與傳統(tǒng)浸漬染色進(jìn)行了比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

織物：羅紋組織純棉針織物(面密度為178 g/m2)。

藥品：活性紅WBRH(江蘇德美科化工有限公司，KN型乙烯砜活性基)、活性紅P-BN(上海雅運(yùn)紡織化工有限公司，K型一氯均三嗪活性基)、活性紅L-S(上海安諾其紡織化工股份有限公司，M型雙乙烯砜活性基)；元明粉、氫氧化鈉、碳酸鈉、(上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，均為分析純，未經(jīng)進(jìn)一步純化，皂片(上海制皂廠)

儀器：JMU-5058型臺(tái)式軋車(北京紡織機(jī)械器材研究所)，DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，SF650型測(cè)色配色儀(美國(guó)Datacolor公司)，JA2003型電子分析天平(上海天平儀器廠)，M-TENTER型連續(xù)式織物定型機(jī)(臺(tái)灣瑞比公司)，DHE型高溫汽蒸箱(瑞士Mathis公司)，Y571B型摩擦色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州紡織儀器廠)，SW-12AII型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州大榮紡織儀器有限公司)

1.2 軋染工藝

浸軋工作液處方：染料2～20 g/L；元明粉80～200 g/L；碳酸鈉20～40 g/L。

工藝流程：經(jīng)過(guò)前處理的棉針織物→浸軋(二浸二軋，軋液率80%)→預(yù)烘(80 ℃，3 min)→飽和蒸汽汽蒸(100 ℃，2 min)→水洗→皂洗(皂片2 g/L，碳酸鈉2 g/L，95 ℃，10 min，浴比1∶20)→水洗→烘干

工作液由堿液和染液混合制備，攪拌均勻后倒入軋車的輥槽中；浸軋液使用時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，以免染料發(fā)生水解而造成色淺。

1.3 浸染工藝

染色處方：染料0～6%(o.w.f)；元明粉0～100 g/L；碳酸鈉0～20 g/L；浴比1∶20。

為了比較相同染料不同工藝的差異，將染料用量進(jìn)行歸一化[9]，浸染染液處方中染料用量計(jì)算如表1所示。

表1 軋染染料濃度與浸染對(duì)應(yīng)值Tab.1 Pad dye concentration and the corresponding value of dyeing

染料質(zhì)量濃度為1 g/L時(shí)，織物固色前吸浸的染料量為

以此計(jì)算浸漬染色染料用量：

式中：m0為織物的質(zhì)量，g；m1為浸軋后織物上的染料量，g；C為軋染時(shí)1 g/L對(duì)應(yīng)的浸染所需染料用量；P為軋余率，本實(shí)驗(yàn)中設(shè)定為80%。

工藝流程：在30～60 ℃條件下染15 min后加入鹽，續(xù)染15 min，升溫至60～90 ℃后加入純堿，并在此溫度下固色30 min，染色完畢后降溫冷卻，取出試樣，用冷水洗、皂煮、水洗、烘干。其中KN型活性染料入染溫度為30 ℃，固色溫度為60 ℃；K型活性染料入染溫度為60 ℃，固色溫度為90 ℃；M型活性染料入染溫度為40 ℃，固色溫度為60 ℃。

1.4 測(cè)試方法

1.4.1K/S值的測(cè)定

通過(guò)Datacolor SF650型測(cè)色配色儀測(cè)定針織物的表觀深度(K/S值)，選擇4個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)色，測(cè)試結(jié)果取平均值。

1.4.2 組間組內(nèi)相關(guān)性的分析

重復(fù)6次實(shí)驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)并采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分析組間組內(nèi)的相關(guān)性。

1.4.3 摩擦牢度的測(cè)定

耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

1.4.4 皂洗牢度的測(cè)定

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》中的C(3)方法測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 針織物平幅軋染性能

采用針織物軋烘蒸小樣染色，染料選用活性紅WBRH(乙烯砜活性基)、活性紅P-BN(一氯均三嗪活性基)和活性紅L-S(雙乙烯砜活性基)，考察針織物軋染染色性能，并與浸染方式進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)不同染色方式染色后得到活性紅染料提升力曲線，如圖1所示。

圖1 活性紅染料提升力曲線Fig.1 Lifting force curve of reactive red dyes. (a) Reactive Red WBRH; (b) Reactive Red P-BN; (c) Reactive Red L-S

采用3種染料軋染工藝對(duì)棉針織物進(jìn)行染色，隨著染料用量的增加，棉針織物的K/S值呈上升趨勢(shì)；低濃度時(shí)，K/S值隨染料用量升高基本呈直線變化；當(dāng)染料增加到一定量后，K/S值上升趨勢(shì)逐漸減緩。采用浸染工藝對(duì)棉針織物進(jìn)行染色時(shí)，隨著染料用量的增加，棉針織物的K/S值基本呈直線上升趨勢(shì)。

由于染料的結(jié)構(gòu)差異，不同染色工藝條件下棉針織物對(duì)3種染料的吸附固色完全不同，提升力亦不相同，如圖1所示。對(duì)于這3種不同活性基的活性染料，軋染染色提升力大小為：活性紅L-S>活性紅P-BN>活性紅WBRH，即雙乙烯砜活性基>單一氯均三嗪活性基>單乙烯砜活性基，這是由于雙活性基的活性大于單活性基，因此活性紅L-S的K/S值更大。2種單活性基活性染料的上染相近，在本實(shí)驗(yàn)條件下，乙烯砜活性基活性略高于一氯均三嗪活性基。

比較3種活性染料平幅浸軋染色時(shí)發(fā)現(xiàn)，帶有單乙烯砜活性基的活性紅WERH軋染表現(xiàn)出較好的提升力(見(jiàn)圖1(a))，高于浸漬染色，這是由于浸軋染色時(shí)染料與堿劑接觸時(shí)間短，染料水解率大大降低，因此，活性紅WBRH(KN型)更推薦軋染工藝。由圖1(b)、圖1(c)可知：雙乙烯砜活性基的活性紅L-S(M型)和一氯均三嗪活性基的活性紅P-BN(K型)2種工藝染色提升力曲線出現(xiàn)了交叉；低濃度染色時(shí)，軋染的K/S值顯著高于浸染；隨著染料用量的增大，浸染的K/S值高于軋染并且二者之間差值逐漸變大。這是因?yàn)槿玖嫌昧吭龃髸r(shí)，浸軋染色染料堿劑與纖維的接觸時(shí)間短，對(duì)于較活潑的雙活性基和一氯均三嗪活性基，纖維的非結(jié)晶區(qū)與活性基結(jié)合數(shù)量存在上限，因此經(jīng)過(guò)短時(shí)間的汽蒸，只能有少部分染料與纖維結(jié)合，大部分在汽蒸之后的水洗過(guò)程中被洗掉，所以隨著使用染料的增多，軋染色深低于浸染，并且二者之間差距逐漸增大。綜上所述，染中淺色時(shí)采用軋染方式，可獲得更大的色深，節(jié)省染料。

由圖1還可知：對(duì)于3種染料采用軋染工藝對(duì)棉針織物進(jìn)行染色，隨著染料用量的增加，棉針織物的K/S值呈上升趨勢(shì)；低濃度時(shí)K/S值與染料用量基本呈直線變化；隨著染料用量的增加，K/S值上升趨勢(shì)逐漸減緩，采用浸染工藝對(duì)棉針織物進(jìn)行染色時(shí)，隨著染料用量的增加，棉針織物的K/S值基本呈直線上升趨勢(shì)。

2.2 針織物張力對(duì)染色效果的影響

針織物平幅連續(xù)軋染，織物是在浸軋、預(yù)烘、汽蒸和洗滌全過(guò)程中帶張力運(yùn)行，纖維拉伸內(nèi)應(yīng)力對(duì)染色產(chǎn)生影響，因此，本文首先依次對(duì)針織物經(jīng)緯方向拉伸，然后選取上述3種活性紅染料(20 g/L)，采用1.2節(jié)連續(xù)軋染處方與工藝曲線，對(duì)針織物進(jìn)行平幅軋染，重復(fù)實(shí)驗(yàn)6次，分別研究預(yù)烘、汽蒸等關(guān)鍵環(huán)節(jié)拉伸率(在0%～20%范圍內(nèi))對(duì)染色的影響。

2.2.1 預(yù)烘中橫向張力對(duì)染色的影響

針織物在預(yù)烘過(guò)程中依次在緯向方向拉伸不同比率，通過(guò)測(cè)定織物最終K/S值來(lái)評(píng)價(jià)橫向張力對(duì)染色的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和表2所示。

圖2 預(yù)烘時(shí)橫向拉伸率對(duì)色深的影響Fig.2 Effect of transverse stretch rate on color depth during pre-baking

染料組間離均平方和組內(nèi)離均平方和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量P值臨界值活性紅WBRH0.003 0.086 0.21 0.93 4.18 活性紅P-BN0.041 0.656 0.39 0.81 4.18 活性紅L-S0.266 3.102 0.54 0.71 4.18

由圖2和表2可知，顯著性水平α=0.01，對(duì)于KN型活性染料活性紅WBRH，K型活性染料活性紅P-BN和M型活性染料活性紅L-S，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量<臨界值，組間離均平方和<組內(nèi)離差平方和，沒(méi)有證據(jù)表明組間存在明顯差異，即預(yù)烘時(shí)橫向張力對(duì)3種染料染色的色深影響較小，因此，在預(yù)烘過(guò)程中對(duì)針織物施加橫向拉伸力對(duì)針織物的染色效果影響較小。

2.2.2 預(yù)烘中縱向張力對(duì)染色的影響

預(yù)烘中依次在經(jīng)向方向拉伸不同比率，通過(guò)測(cè)定織物最終K/S值來(lái)評(píng)價(jià)縱向張力對(duì)染色的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3和表3所示。

圖3 預(yù)烘時(shí)縱向拉伸率對(duì)色深的影響Fig.3 Effect of longitudinal stretch rate on color depth during pre-baking

染料組間離均平方和組內(nèi)離均平方和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量P值臨界值活性紅WBRH0.001 0.056 0.05 0.99 4.18 活性紅P-BN0.003 0.536 0.04 1.00 4.18 活性紅L-S0.113 2.180 0.32 0.86 4.18

由圖3和表3可知：顯著性水平α=0.01，對(duì)于KN型活性染料活性紅WBRH，K型活性染料活性紅P-BN和M型活性染料活性紅L-S，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量<臨界值，組間離均平方和<組內(nèi)離均平方和，沒(méi)有證據(jù)表明組間存在明顯差異，即預(yù)烘時(shí)縱向張力對(duì)3種染料染色的色深影響較小，因此，在預(yù)烘過(guò)程中對(duì)針織物施加縱向拉伸力對(duì)針織物的染色效果影響較小。

2.2.3 汽蒸時(shí)橫向張力對(duì)染色的影響

針織物汽蒸固色過(guò)程中依次在橫向方向拉伸不同比率，通過(guò)測(cè)定織物最終K/S值來(lái)評(píng)價(jià)橫向張力對(duì)染色的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和表4所示。

圖4 汽蒸時(shí)橫向拉伸率對(duì)色深的影響Fig.4 Effect of transverse stretch rate on color depth during steaming

染料組間離均平方和組內(nèi)離均平方和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量P值臨界值活性紅WBRH0.006 0.060 0.68 0.61 4.18 活性紅P-BN0.029 0.525 0.35 0.84 4.18 活性紅L-S0.243 4.013 0.38 0.82 4.18

由圖4和表4可知：顯著性水平α=0.01，對(duì)于KN型活性染料活性紅WBRH，K型活性染料活性紅P-BN和M型活性染料活性紅L-S，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量<臨界值，組間離均平方和<組內(nèi)離均平方和，沒(méi)有證據(jù)表明組間存在明顯差異，即汽蒸時(shí)橫向張力對(duì)3種染料染色的色深影響較小。因此，在汽蒸過(guò)程中對(duì)針織物施加橫向拉伸力對(duì)針織物的染色效果影響較小。

2.2.4 汽蒸時(shí)縱向張力對(duì)染色的影響

同理，汽蒸固色過(guò)程中依次在縱向方向拉伸不同比率，通過(guò)測(cè)定織物最終K/S值來(lái)評(píng)價(jià)縱向張力對(duì)染色的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5和表5所示。

圖5 汽蒸時(shí)縱向拉伸率對(duì)色深的影響Fig.5 Effect of longitudinal stretch rate on color depth in steaming

染料組間離均平方和組內(nèi)離均平方和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量P值臨界值活性紅WBRH0.003 0.056 0.32 0.86 4.18 活性紅P-BN0.065 0.475 0.86 0.50 4.18 活性紅L-S0.069 1.362 0.32 0.86 4.18

由圖5和表5可知：顯著性水平α=0.01，對(duì)于KN型活性染料活性紅WBRH，K型活性染料活性紅P-BN和M型活性染料活性紅L-S，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量<臨界值，組間離均平方和<組內(nèi)離均平方和，沒(méi)有證據(jù)表明組間存在明顯差異，即汽蒸時(shí)縱向張力對(duì)3種染料染色的色深影響較小。因此，在汽蒸過(guò)程中對(duì)針織物施加縱向拉伸力對(duì)針織物的染色效果影響較小。

綜上所述，選用3種不同活性基的紅色活性染料對(duì)針織物進(jìn)行平幅染色，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)色深進(jìn)行方差分析得知，張力并不是影響色深的決定性因素，因此，在針織物的平幅加工過(guò)程中，不同環(huán)節(jié)施加張力不同，對(duì)最后色深不會(huì)有明顯影響，降低了針織物平幅加工中對(duì)設(shè)備及操作的要求。

2.3 針織物平幅連續(xù)軋染與浸染牢度對(duì)比

采用1.2節(jié)連續(xù)軋染處方(染料質(zhì)量濃度為20 g/L)與工藝曲線進(jìn)行平幅軋染的針織物，與采用1.3節(jié)浸染處方(1.57%(o.w.f))與工藝曲線進(jìn)行浸染的針織物的各項(xiàng)牢度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 針織物平幅連續(xù)軋染與浸染各項(xiàng)牢度對(duì)比Tab.6 Contrast of various fastness of continuous padding and dyeing of flat knitted fabric

由表6可知，無(wú)論是浸染或者軋染，3種染料染色的針織物的摩擦牢度都在3級(jí)以上，干摩擦牢度明顯高于濕摩擦牢度，橫向和縱向的摩擦牢度差別不大。

對(duì)于活性紅L-S，浸染與軋染得色相當(dāng)，針織物色牢度差異不顯著；對(duì)于活性紅WBRH和活性紅P-BN，由于使用不同的染色方式，軋染針織物所得色深與浸染針織物的色深差異較大，浸染得色遠(yuǎn)低于軋染。因此，測(cè)得浸染針織物各項(xiàng)牢度略優(yōu)于軋染針織物。

采用3種活性紅染料經(jīng)過(guò)平幅軋染與浸染的針織物的皂洗牢度都在4級(jí)以上，符合生產(chǎn)要求。

3 結(jié) 論

本文采用3種主要類型活性染料對(duì)針織物進(jìn)行平幅軋染，借助方差分析的手段，考察針織物在不同拉伸形變條件下固色后染料結(jié)構(gòu)對(duì)染色性能的影響，得到如下結(jié)論。

1)染中淺色時(shí)，采用連續(xù)軋染可節(jié)省更多染料，尤其對(duì)于活性紅WBRH(KN型)，軋染色深明顯高于浸染，更推薦軋染方式。

2)在針織物平幅連續(xù)染色加工中，不同環(huán)節(jié)施加張力不同，對(duì)最終色深和勻染沒(méi)有顯著影響，降低了針織物平幅加工中對(duì)設(shè)備及操作的要求。

3)浸染及軋染工藝所染針織物的皂洗牢度都在4級(jí)以上，符合生產(chǎn)要求。

后續(xù)將針對(duì)拼混染料在針織物浸軋、烘干以及汽蒸中的泳移固色等方面做進(jìn)一步深入探究。

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