高濕態(tài)環(huán)境下NO2致活性染料面料色變原因分析及解決方案

胡青青，陳紅霞

(江蘇金太陽紡織科技股份有限公司，江蘇 南通226314)

一般活性印花或染色面料具有優(yōu)異的手感、較佳的色牢度，一直占領(lǐng)著主流的消費市場。但活性面料也容易發(fā)生黃變或折痕處褪色的現(xiàn)象[1-3]，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有很多，包括面料的耐氣候色牢度不達標(二氧化氮、燃氣煙熏、大氣臭氧、高濕二氧化氮)，面料的質(zhì)量指標不達標(p H值)，在面料的包裝、運輸、裁剪、倉儲等過程中的環(huán)境因素(抗氧化劑、甲醛、增白劑，以及溫度、濕度、光照)引起的變色。目前，面料耐二氧化氮色牢度的指標不在行業(yè)標準規(guī)定的測試范圍之列，面料發(fā)貨前不易發(fā)現(xiàn)，后期加工過程中易形成質(zhì)量糾紛和投訴。本文就二氧化氮致活性面料變色的原因進行分析并提出了解決方案。

1 質(zhì)量問題和分析

1.1 環(huán)境因素

近年來，中國大氣污染問題日趨嚴重，空氣質(zhì)量成為人們的關(guān)注焦點。陳誠[4]研究了2001-2011年間，江蘇沿江城市大氣污染變化規(guī)律，其中8個城市NO2的濃度分布呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，普遍在夏季偏低，形成明顯的谷底，達到全年最低，在秋冬季節(jié)偏高，冬季達到全年最高。這是因為夏季雨水較多，大部分NO2都溶解在空氣里的水汽中，由此引發(fā)的二氧化氮致全棉活性面料變色質(zhì)量問題逐年上升。

1.2 問題分析

從印染廠發(fā)回的面料，外觀檢驗時，沒有發(fā)現(xiàn)色變現(xiàn)象。當將面料流轉(zhuǎn)發(fā)到縫制工廠后，縫制工廠裁剪后，將面料疊放整齊暴露在空氣中。當面料放置2周左右，面料折疊處即發(fā)生變色現(xiàn)象，環(huán)境濕度和污染度比較高的時候，面料放置2～3天顏色就會發(fā)生褪色現(xiàn)象。經(jīng)過對變色或褪色面料進行分析、統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，面料有如下特征:(1)折疊處發(fā)生變色的面料主要集中在艷藍色、紫色、藍灰色等顏色上，變色面料的藍色色光萎暗，藍色色光變淺甚至消失變成黃色或黃棕色，但面料折疊處的其他顏色沒有明顯變化，即沿著折痕處呈現(xiàn)一條明顯的淺色或黃色條影，較正常部位顏色要淺。(2)這種折疊處發(fā)生變色或褪色的現(xiàn)象，從2011年開始出現(xiàn)并逐年增多，2015年左右達到高峰，這期間的每年5～10月，空氣濕熱，雨水偏多，發(fā)生時間段有逐漸擴大的趨勢。(3)發(fā)生面料變色的染廠車間不通風(fēng)，空氣比較渾濁；發(fā)生面料變色的縫制工廠，車間比較悶熱，不通風(fēng)。(4)發(fā)生變色(或褪色)的花型(或色布)折痕處的染料處方中，大都使用活性P3R藍染料(C.I.活性藍49)或KN-R藍(C.I.活性藍19)，這類染料是一種以蒽醌結(jié)構(gòu)為母體結(jié)構(gòu)的艷藍染料。

1.3 變色機理

以溴氨酸為染料母體的艷藍色活性染料，具有較高的日曬牢度和鮮艷的色光，在鮮艷花型的表現(xiàn)上具有非常好的效果。但是這類染料容易發(fā)生煙氣褪色，如活性艷藍X-BR、K-GR、KN-R、M-BR、P-3R等。這是因為這些染料分子中具有游離氨基或亞氨基，當遇到空氣中的二氧化氮氣體時，會發(fā)生重氮化或亞硝化反應(yīng)[5-7]，從而引起面料色澤變化。為了提高活性染料的耐氮氧化物的褪色牢度，染料分子上要避免留有游離氨基，可用取代氨基代替，或者在共軛體系中引入強吸電子基，以降低氨基上的電子云密度，使其不易受到二氧化氮的攻擊。

針對變色現(xiàn)象的幾個特征進行探討，從多雨水季節(jié)空氣中二氧化氮對面料顏色影響的角度進行分析，找出可能產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因以及有效的預(yù)防措施。從二氧化氮濃度、空氣濕度、染料類型、染料濃度、加工工藝、儲藏方式等方面模擬實際使用環(huán)境參數(shù)，建立實驗室測試方法，形成有效的預(yù)防措施。

2 試驗部分

2.1 材料

活性染料:C-5X藍(亨斯邁)，P3R藍(C.I.活性藍49)，K-BR黑(C.I.活性黑8)，P-SG 黑(C.I.活性黑1)，KN-B黑(C.I.活性黑5)。

面料:全棉緞紋絲光面料(14.58 tex×14.58 tex/144×76)，全棉斜紋磨毛面料(18.22 tex×27.76 tex/133×60，未絲光)，全棉斜紋磨毛面料(18.22 tex×27.76 tex/133×60，絲光)。

2.2 儀器

BGY9802A系列標準光源箱(南通宏大實驗儀器有限公司)，ADT600B-NO2便攜式二氧化氮檢測儀(深圳市奧迪特科技有限公司)，高濕態(tài)二氧化氮色牢度測試儀(自制)[8]。

2.3 方法

實驗室模擬試驗:(1)用不同的染料分別對不同的面料在手工臺板上進行刮色，然后對面料進行汽蒸和水洗，水洗時將p H值調(diào)至中性，未做柔軟整理。(2)將面料(測試樣)放入自制的高濕態(tài)二氧化氮色牢度測試儀器中，根據(jù)試驗要求進行測試。同時，將控制樣放置到試驗儀器中，直至控制樣變色至標樣顏色為止，即為1個試驗循環(huán)，可視為試驗結(jié)束。(3)將測試樣和控制樣取出，立即在D65光源燈箱下進行評級。(4)其他要求及方法參考國標GB/T11039《紡織品 色牢度試驗?zāi)痛髿馕廴疚锷味取返?部分:高濕氧化氮。

實際環(huán)境試驗:將刮好的色樣分別放在染廠和縫制工廠車間進行測試，測試時間段為2017年8月1日～31日。

3 結(jié)果與討論

3.1 低濕二氧化氮濃度對面料顏色的影響

將面料放置在二氧化氮色牢度測試儀器中，測試倉的相對濕度為50%RH±2.5%RH，溫度為(40±1)℃，NO2濃度為5～15 ppm，染料濃度為1%。試驗發(fā)現(xiàn)，控制樣在測試倉中測試24 h仍未發(fā)生變色，人為終止試驗，采用變色灰卡評級，結(jié)果見表1。

表1 低濕態(tài)下不同濃度的二氧化氮致面料變色情況

從表1中可以看出，在低濕態(tài)下，無論是蒽醌結(jié)構(gòu)的P3R藍還是偶氮結(jié)構(gòu)(包括含金屬絡(luò)合活性染料)或是C-5X藍(結(jié)構(gòu)未公開，推測是以甲臜結(jié)構(gòu)為母體，活性基為乙烯砜型)的活性染料，采用變色灰卡評級時均具有較好的牢度。在標準光源燈箱中，采用D65光源用肉眼觀察面料，沒有發(fā)現(xiàn)明顯色差。隨著二氧化氮濃度的增大，面料也沒有明顯的變色現(xiàn)象。盡管當二氧化氮濃度達到15 ppm時，肉眼觀察和灰卡評級時，面料之間并沒有明顯色差，仍符合國家一等品要求。因此，當環(huán)境中的濕度較低時，面料對二氧化氮具有較好的耐受力。

3.2 高濕條件下二氧化氮濃度對面料顏色的影響

將面料放置在二氧化氮色牢度測試儀器中，設(shè)置測試倉的相對濕度為87.5%RH±2.5%RH，溫度為(40±1)℃，NO2濃度為5 ppm，染料濃度為1%?？刂茦? h即發(fā)生變色，采用變色灰卡評級，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，在高濕態(tài)環(huán)境中，采用變色灰卡對面料進行評級時，各面料及其染料對高濕態(tài)環(huán)境下二氧化氮的穩(wěn)定性都有不同程度的下降，其中P3R藍下降尤為明顯。用肉眼觀察面料，P3R藍面料與原樣之間的顏色有明顯差異，發(fā)生了褪色現(xiàn)象；偶氮結(jié)構(gòu)類染料(包括含金屬)顏色稍微有點變淺而不是褪色，但是不明顯。對P3R藍而言，面料經(jīng)過絲光后，其對高濕態(tài)環(huán)境下二氧化氮的穩(wěn)定性要較未絲光的好一些。這可能是因為絲光工藝能增加纖維素纖維的無定形區(qū)，染料分子容易進入纖維內(nèi)部，從而在一定程度上提升了染料耐高濕態(tài)下二氧化氮的牢度。在無水或水份含量非常少的情況下，二氧化氮還是具有相對穩(wěn)定的性質(zhì)。但是當空氣中的水份含量較高時，裸露在空氣中的折疊部位，最先接觸到空氣中的水份，二氧化氮遇水汽則會發(fā)生反應(yīng)，生成亞硝酸，然后這些化學(xué)物質(zhì)，以面料為載體，使面料表面堆積的染料最先發(fā)生重氮化或硝化反應(yīng)，最終使面料發(fā)生變色。

此外，通過統(tǒng)計實際發(fā)生變色的成品面料數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全棉類未絲光面料占到總變色數(shù)量的95%以上，全棉類絲光面料只有不到5%，其他為再生纖維素纖維(黏膠或天絲)類的面料。再生纖維素纖維類面料發(fā)生較少的變色，可能與纖維本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，首先，天絲或黏膠的結(jié)晶度較低，無定形區(qū)較大，染料易進入纖維的內(nèi)部；其次，這類纖維具有較多的潛在醛基，這些醛基具有較高的還原性，能提升面料對二氧化氮的耐受力。

表2 高濕態(tài)下不同濃度的二氧化氮致面料變色情況

3.3 染料濃度對面料耐高濕二氧化氮色牢度的影響

將不同染料濃度的面料放置在高濕態(tài)二氧化氮色牢度測試儀器中，設(shè)置測試倉的相對濕度為87.5%RH±2.5%RH，溫度為(40±1)℃，NO2濃度為5 ppm，控制樣3 h即發(fā)生變色，采用變色灰卡評級，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，隨著染料濃度的增加，面料耐高濕態(tài)下二氧化氮的能力逐步增強。用肉眼觀察測試面料與原樣之間的變色情況時，高濃度染料的面料，盡管灰卡評級結(jié)果較好，但從外觀上看能明顯看出測試樣與原樣之間的色差。在實際生產(chǎn)過程中，面料有較多的是印花滿地色或大塊面的顏色，面料上有細微的變色都能很容易用肉眼看出。然而在GB/T 11039-2014標準中并未對色差等級是否合格做出明確的界定，只是提供了相應(yīng)的測試方法和要求。建議評判色差是否合格的標準，需根據(jù)各公司的實際情況而定。

表3 二氧化氮對不同染料濃度面料的影響

3.4 布面p H值對面料耐高濕二氧化氮色牢度的影響

將面料放置在二氧化氮色牢度測試儀器中，設(shè)置測試倉的相對濕度為87.5%RH±2.5%RH，溫度為(40±1)℃，NO2濃度為5 ppm，染料濃度為1%?？刂茦? h即發(fā)生變色，采用變色灰卡評級，結(jié)果見表4。

表4 布面p H值對面料耐高濕二氧化氮色牢度的影響

從表4可以看出，隨著布面p H值的上升，P3R藍面料對高濕態(tài)環(huán)境下二氧化氮的耐受力有一定的提升，其中未絲光的面料提升較為明顯，但仍比絲光的面料變色程度大。對于C-5X藍面料而言，其變化不是很明顯。盡管GB18401-2010中規(guī)定B類面料的布面p H值為4.0～8.5，很多印染廠為了避免p H值堿性超標，在后整理柔軟定型過程中，常常加入大量的酸以規(guī)避風(fēng)險。然而，在定型機中加酸，由于車速較快，面料浸軋工作液的時間只有1～3 s，工作液未能很好地滲透到面料或纖維內(nèi)部，常常造成面料表面過酸，而纖維內(nèi)部則是偏堿性的，會造成一個布面整體p H值合格的假象，面料的表面p H值遠遠低于面料實際測試的p H值，進而會加劇面料變色現(xiàn)象的發(fā)生。因此，建議印染加工時，對印花或染色半制品面料水洗時調(diào)酸，這樣能保證面料內(nèi)外部的p H值一致，減少柔軟定型酸的使用量。

3.5 儲藏方式對面料耐高濕二氧化氮色牢度的影響

將刮好的色塊樣(蒸化、水洗完，未做柔軟整理，p H值為7～8)沿面料中間對折，一半面料用保鮮膜包裹好，并將該部分夾在書中避光，另一半面料暴露在空氣中。在同一時間段，分別將面料放置在容易發(fā)生變色的印染廠和縫制廠，測試面料在實際環(huán)境中的變色情況。最后用變色灰卡對面料進行評級，結(jié)果見表5。

表5 儲藏方式對面料變色的影響

從表5中可以看出，在印染廠和縫制廠的車間環(huán)境中，裸露在空氣中的面料，用變色灰卡對面料進行評級，面料發(fā)生了明顯的變化，同時用肉眼也能發(fā)現(xiàn)面料變色較為明顯。被保鮮膜包裹好的面料，沒有發(fā)生任何變化。在實際生產(chǎn)過程中，由于折痕處暴露在空氣中，易吸收空氣中的水分和二氧化氮，面料作為一個反應(yīng)的載體，使染料發(fā)生褪色現(xiàn)象。因此，在成品套件加工過程中，控制車間的濕度，同時減少面料裸露在空氣中的時間，做到及時裁剪、及時縫制，未能縫制的面料及時包裹好，這些措施能降低面料發(fā)生變色的風(fēng)險。

4 結(jié)語

紡織品在加工或使用過程中，有各種因素會引起面料變色或褪色，可先從面料褪色現(xiàn)象上初步判斷面料產(chǎn)生色變的原因，然后結(jié)合染料處方進一步鑒別是否是由二氧化氮引起的色變。針對高濕態(tài)環(huán)境中二氧化氮引起的色變，可采用如下預(yù)防措施:

(1)盡量避免使用蒽醌結(jié)構(gòu)的染料，如P3R藍在染色或部分印花面料應(yīng)用上，可以使用C-5X藍來替代KN-R藍或P3R藍；如果必須要采用P3R藍才能滿足鮮艷度或色光要求，后期需做好面料保護措施。

(2)建立企業(yè)標準，面料檢驗增加二氧化氮色牢度測試項目。

(3)對手感要求不高的面料，可以對面料進行適當?shù)慕z光，有助于染料擴散進入纖維內(nèi)部。

(4)嚴格控制面料的p H值，避免面料表面過酸。

(5)減少面料裸露在空氣中的時間和概率，控制生產(chǎn)車間的溫濕度，縮短成品加工周期，可以降低面料發(fā)生折痕變色的風(fēng)險。