有機堿劑對活性艷紅KM-2B染色性能的影響

付中平

（河北省紡織科學(xué)研究所，河北石家莊 050031）

活性染料因色譜寬廣、顏色鮮艷、性能優(yōu)異、適用性強的特性廣泛應(yīng)用于棉織物尤其是棉針織物的染色［1-3］。但活性染料需要加堿固色，固色的同時會造成部分染料水解，降低固色率，因而近年來大力開發(fā)高上染率、高固色率以及高染色牢度的新型活性染料，同時選擇合適的堿劑固色條件，提升上染率及固色率，是活性染料染色領(lǐng)域的研究熱點［4-6］。棉用活性染料染色的固色堿劑主要有碳酸氫鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉等［7-9］，這些堿劑價格便宜、使用方便，但pH 緩沖作用差，固色率偏低。三乙醇胺、三異丙醇胺、十八叔胺是常用的有機堿劑［10-12］，叔胺基可以和雜環(huán)類活性基形成帶正電的活性中心，提升上染率，同時還可以降低固色的堿度，降低染料的水解率，提升固色率。本實驗使用活性艷紅KM-2B 對棉針織物進行染色，通過正交實驗確定有機堿劑種類、堿劑用量及固色溫度對上染率、固色率及染色性能的影響，進一步采用灰色聚類分析法優(yōu)化染色工藝。

1 實驗

1.1 材料

活性艷紅KM-2B（結(jié)構(gòu)式如下）、元明粉、三乙醇胺、三異丙醇胺、十八叔胺（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司），蒸餾水，普通本白棉針織坯布（180 g/m2，幅寬70 cm，常州中鴻服飾有限公司）。

1.2 儀器

XH-KG68 型高溫染色機（上海一派印染技術(shù)有限公司），Color-i5 型電腦測色配色儀（美國Datacolor公司），JH756 型紫外可見分光光度計（上海菁華科技有限公司）。

1.3 染色

配方：活性艷紅KM-2B 1%(omf)，元明粉20 g/L，有機堿劑x，浴比1∶20。

工藝：把針織物剪成10.0 g 方形樣布。在染杯中加入0.1 g活性艷紅KM-2B、8 g元明粉、400 mL 水，攪拌溶解后加入樣布，在染色機中50 ℃上染30 min，加入不同堿劑，升溫至不同溫度固色30 min，取出布樣，皂洗1 min，晾干后測色。

1.4 測試

上染率：分別移取一定量染色前后的工作液，選擇合適的容量瓶稀釋、定容；同時配制相應(yīng)的參比溶液（即不含活性艷紅KM-2B 染料、其他所有化學(xué)試劑或助劑一致的空白溶液）。以空白溶液作為參比進行光譜掃描，在最大吸收波長（λmax）540 nm 處測試染色前后工作液的吸光度分別為A0、Ax，計算上染率=(1-Ax/A0)×100%。

固色率：將固色后的殘液、皂洗液、水洗液以及染色后的殘液合并形成總殘液，移取一定量稀釋、定容，在λmax處測試吸光度Ay，計算固色率=(1-Ay/A0)×100%。

顏色特征值（L*、a*、b*、K/S值）：采用電腦測色配色儀測試，測3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 固色工藝對染料上染率及固色率的影響

由表1 可知，當(dāng)有機堿劑為十八叔胺、堿劑用量3 g/L、固色溫度70 ℃時，活性染料的上染率和固色率最高。各因素中，有機堿劑種類的影響最顯著，其次是固色溫度。十八叔胺是一種弱堿性、無色至微黃的膏體，具有較長的碳鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)活性染料和纖維素纖維發(fā)生反應(yīng)時，十八叔胺作為一種催化媒介，使之更容易形成共價鍵；同時由于本身分子質(zhì)量大，叔胺基與染料的磺酸基依靠庫侖力結(jié)合后降低了染料的水溶性，上染的染料不容易從纖維上脫落，從而提高染料的上染率與固色率。三乙醇胺和三異丙醇胺碳鏈較短，水溶性大，而且本身含有的羥基也能與活性染料發(fā)生反應(yīng)，所以堿劑種類的影響最顯著。堿劑用量提高，可以提高染料的吸附速率、平衡吸附量以及在纖維上的吸附密度，從而提高上染率和固色率；但堿劑用量過高，容易造成部分染料水解，反而影響染料的上染率及固色率。固色溫度升高，在一定條件下可以提高染料與纖維的反應(yīng)速率，從而提高染料的上染率和固色率；但固色溫度過高會增大染料的水解程度，反而使固色率降低。

表1 固色工藝對染料上染率和固色率的影響

2.2 固色工藝對織物顏色的影響

K/S值表示織物的顏色深度；L*表示明度，數(shù)值越大顏色越亮，反之越暗；a*表示偏紅光或偏綠光，數(shù)值越大顏色越紅，反之偏綠；b*表示偏黃光或偏藍(lán)光，數(shù)值越大顏色越黃，反之偏藍(lán)［13］。

由表2 可知，影響K/S值的主次因素依次為堿劑種類、固色溫度、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、用量1 g/L、固色溫度80 ℃；影響L*值的主次因素依次為堿劑種類、堿劑用量、固色溫度，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、用量3 g/L、固色溫度70 ℃。影響a*的主次因素依次為堿劑種類、固色溫度、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為三異丙醇胺、用量3 g/L、固色溫度60 ℃。影響b*值的主次因素依次為堿劑種類、堿劑用量、固色溫度，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、用量1 g/L、固色溫度60 ℃。

表2 固色工藝對織物顏色的影響

由表3可知，織物染色皂洗后K/S值明顯降低，L*提高變亮，a*值減小變綠，b*值減小變藍(lán)。皂洗時部分沒有固色和水解的染料被清洗下來，因而皂洗后K/S值更能反映染料與纖維發(fā)生反應(yīng)的程度。采用十八叔胺在染色后固色，皂洗后織物的K/S值最高。

此外，影響皂洗后織物K/S值的主次因素依次為堿劑種類、固色溫度、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、用量1 g/L、固色溫度80 ℃。影響L*值的主次因素依次為固色溫度、堿劑種類、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、堿劑用量3 g/L、固色溫度80 ℃。影響a*值的主次因素依次為堿劑種類、固色溫度、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為十八叔胺、用量3 g/L、固色溫度80 ℃。影響b*值的主次因素依次為固色溫度、堿劑種類、堿劑用量，最優(yōu)水平組合為三乙醇胺、用量為2 g/L、固色溫度80 ℃。

2.3 活性艷紅KM-2B 染色工藝優(yōu)化

根據(jù)不同工藝條件對活性艷紅KM-2B 上染率、固色率及染色織物皂洗前后K/S值的影響，對各自對應(yīng)的最優(yōu)工藝進行重復(fù)染色實驗，結(jié)果見表4。

表4 各性能指標(biāo)下最優(yōu)工藝實驗

對表4 的單項指標(biāo)逐一對比無法綜合評價染色體系的性能，需要采用數(shù)據(jù)分析的方法進行綜合評價?；疑垲惙治龇ㄇ『檬茄芯俊靶颖?、貧信息”不確定性系統(tǒng)的，因此采用灰色聚類分析法對活性艷紅KM-2B 的染色情況進行綜合評價［14］。

將4 個實驗方案記為聚類對象i（i=1，2，3，4），將活性艷紅KM-2B 上染率、固色率和染色織物皂洗前后的K/S值4項指標(biāo)（數(shù)值均越大越好）記為聚類指標(biāo)j（j=1，2，3，4），將綜合性能分為好、中、差3 種，記為k1、k2、k33 個灰類，具體聚類過程（所有數(shù)據(jù)均須以正相關(guān)關(guān)系計入聚類計算）如下：

（1）將矩陣中行為分析時的4 個實驗列為相對應(yīng)的指標(biāo)測試值，以表4 中的相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)成一個4×4 的矩陣dij：

（2）定義j指標(biāo)對s個灰類（s=k1，k2，k3）的區(qū)間：A綜合性能好的灰類區(qū)間B 綜合性能中等的灰類區(qū)間C 綜合性能差的灰類區(qū)間為對應(yīng)的第j列平均值；dj為xij的極差；maxxij為xij的最大值；minxij為xij的最小值。

（3）定義j指標(biāo)k子類的白化權(quán)函數(shù)，分別取Xj、Yj、Zj為舒適性能好、中、差的灰類區(qū)間中點：

定義白化權(quán)函數(shù)：

（4）根據(jù)白化權(quán)函數(shù)確定j指標(biāo)k子類臨界值(λkj)m×s，并計算j指標(biāo)k子類的權(quán)ηkj，結(jié)果如下：

計算聚類系數(shù)矩陣，結(jié)果如下：

式中，每一橫行的3 個數(shù)值對應(yīng)著活性艷紅KM-2B染色情況綜合評價屬于好、中、差3 個灰類的可能性大小。

根據(jù)灰色聚類分析法的結(jié)果，第一二組實驗的綜合性能較好，其中第二組即有機堿劑種類為十八叔胺、堿劑用量3 g/L、固色溫度80 ℃時，活性艷紅KM-2B 染色整體情況相對最好。

2.4 十八叔胺與碳酸鈉對比

在活性艷紅KM-2B 的優(yōu)化染色工藝下，用相同量的碳酸鈉代替十八叔胺進行染色，結(jié)果如表5所示。

表5 十八叔胺與碳酸鈉作為堿劑的染色性能對比

由表5 可知，與傳統(tǒng)堿劑碳酸鈉相比，十八叔胺作為催化媒介，染料的上染率、固色率及染色織物皂洗前后的K/S值都有所提高，染色性能更好。

3 結(jié)論

（1）堿劑種類變化對織物樣布顏色的影響較為顯著，其次是固色溫度、堿劑用量。通過對皂洗前后樣布的染色性能進行評價，使用十八叔胺固色時K/S值較大，而使用三乙醇胺和三異丙醇胺固色時K/S值較小。

（2）經(jīng)正交實驗及灰色聚類分析顯示，活性艷紅KM-2B 的優(yōu)化染色工藝為：十八叔胺用量3 g/L、固色溫度80 ℃。