棉針織物乙醇-水體系練染一浴工藝探討

徐善如

（南通三榮實(shí)業(yè)有限公司，江蘇 南通 226001）

棉針織物染色最常用的染料為活性染料，水作為傳統(tǒng)的染色介質(zhì)具有很多好處，如溶解染料、鹽、堿和其他助劑，使得棉纖維得到充分溶脹，染料易進(jìn)入纖維內(nèi)部。但由于染色時(shí)活性染料易發(fā)生水解，水解染料不能吸附上染纖維，造成染料利用率下降，同時(shí)還要用大量的水凈洗去除水解染料，造成許多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1-2]。

本課題以乙醇-水體系為介質(zhì)，探討了棉針織物練染一浴工藝。乙醇是一種很好的溶劑，可以溶解很多有機(jī)物，對(duì)纖維雜質(zhì)有去除作用。另外，乙醇是兩性分子，溶于水并與水形成氫鍵，使得纖維上的水有更強(qiáng)的親和力，活性染料易被吸附[3]。乙醇的潛熱和比熱都比水小[4]，所以升溫快，可降低精練和染色溫度、減少能耗。乙醇易于回收再利用，可大大減少活性染料染色過(guò)程中水的使用，降低廢水中中性電解質(zhì)的濃度，有利于廢水的處理，降低環(huán)境污染。

1 試驗(yàn)

1.1 材料、藥品及儀器

材料：24.6 tex全棉汗布坯布（南通泰慕士服裝有限公司）。

藥品：無(wú)水乙醇（分析純，上海振興化工一廠），氫氧化鈉（分析純，西隴化工股份有限公司），活性紅3BS（精制染料，上海雅運(yùn)紡織化工有限公司）。

儀器：EL303電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]，KS-300D超聲波清洗器（寧波科生儀器廠），SHA-C水浴恒溫振蕩器（金壇市恒豐儀器廠），101AB-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器（海門(mén)市恒昌儀器廠），Datacolor650電腦測(cè)色配色儀（美國(guó)Datacolor公司），pHS-3C精密pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司），YG（B）871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀、WSB-3A智能式數(shù)字白度計(jì)（溫州大榮紡織儀器有限公司），TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司），GYROWAH4/5水洗/干洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（英國(guó)James H Heal公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 前處理工藝條件

前處理工藝條件如表1所示。

表1 前處理工藝條件

1.2.2 練染一浴處理工藝條件

（1）前處理?xiàng)l件，如表2所示。

表2 前處理?xiàng)l件

（2）染色工藝條件，如表3所示。

表3 染色工藝條件

（3）皂洗工藝條件，如表4所示。

表4 皂洗工藝條件

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 織物毛細(xì)管效應(yīng)

織物毛細(xì)管效應(yīng)參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。記錄30 min后液體沿布面上升的高度，精確到0.1 cm，如果上升液面參差不齊，在最低處讀數(shù)。

1.3.2 織物白度

預(yù)熱校準(zhǔn)儀器，將織物疊成4層厚度，在白度計(jì)上進(jìn)行，測(cè)試5次取平均值。每個(gè)試樣須保持測(cè)試面相同。

1.3.3 上染率

上染率是指吸附上染到纖維上的染料量占加入到染浴中染料總量的百分?jǐn)?shù)。將染色原液和染色后的殘液將一定的倍數(shù)稀釋?zhuān)赥U-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度，按公式計(jì)算染料的上染率：

式中：A2—原液的吸光度；n2—原液的稀釋倍數(shù)。A1—染色殘液的吸光度；n1—染色殘液的稀釋倍數(shù)。

1.3.4 織物的表觀深度K/S值

將試樣疊至不透光，同一批試樣保持所測(cè)面一致，分別選取織物的不同部位進(jìn)行測(cè)試，在最大吸收波長(zhǎng)條件下測(cè)量織物表觀深度K/S值，每塊織物測(cè)試4次，結(jié)果取平均值。

1.3.5 染色牢度

染色后棉針織物的耐皂洗牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》中方法（3）的規(guī)定進(jìn)行操作，分別測(cè)試褪色牢度和染色牢度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 前處理工藝

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)和氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)前處理效果的影響

選取質(zhì)量濃度為0～5 g/L的氫氧化鈉，乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為60%、70%、80%、90%，前處理時(shí)間為40 min。按照上述工藝流程對(duì)棉針織物進(jìn)行處理，改變乙醇體積分?jǐn)?shù)和氫氧化鈉質(zhì)量濃度進(jìn)行前處理后，測(cè)試織物的白度和毛細(xì)管效應(yīng)，結(jié)果如圖1～2所示。

圖1 氫氧化鈉質(zhì)量濃度和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)棉針織物白度的影響

圖2 氫氧化鈉質(zhì)量濃度和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)棉針織物毛細(xì)管效應(yīng)的影響

由圖1可以看出，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的提高，織物的白度升高，說(shuō)明氫氧化鈉對(duì)織物纖維中的雜質(zhì)有去除作用，同時(shí)，乙醇體積分?jǐn)?shù)的提高對(duì)于某些不溶于水而能溶于醇的纖維上的雜質(zhì)有較好的去除效果。當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)2 g/L時(shí)，織物的白度沒(méi)有明顯的提升，但是氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加會(huì)損傷織物。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，織物的白度明顯提升，而再增加乙醇比例反而對(duì)白度有明顯的降低作用，可能是由于溶液中水的比例太小，對(duì)雜質(zhì)的去除效果不佳。

由圖2可以看出，織物的毛細(xì)管效應(yīng)隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度增加有明顯的提升，毛細(xì)管效應(yīng)的提高說(shuō)明了織物的潤(rùn)濕性能提高和染料上染吸附能力提高。在80%的乙醇溶液中，選取2 g/L的氫氧化鈉處理后可以達(dá)到染色要求。隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，毛細(xì)管效應(yīng)提升，但用量過(guò)高可能會(huì)損傷織物，因此，能達(dá)到染色要求即可。

因此，從織物的毛細(xì)管效應(yīng)、白度、完好性和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，80%的乙醇溶液、2 g/L的氫氧化鈉比較合適。

2.1.2 前處理時(shí)間對(duì)前處理效果的影響

選取前處理時(shí)間為30～70 min，氫氧化鈉質(zhì)量濃度為2 g/L，乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，按照上述工藝流程處理棉針織物，改變前處理時(shí)間進(jìn)行處理后，測(cè)試白度和毛細(xì)管效應(yīng)，結(jié)果如表5所示。

表5 前處理時(shí)間對(duì)棉針織物性能的影響

由表5 可知，在前處理中，處理時(shí)間對(duì)織物性能的影響不大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，織物的毛細(xì)管效應(yīng)和白度有小幅提升。當(dāng)處理時(shí)間超過(guò)40 min 時(shí)，織物的白度和毛細(xì)管效應(yīng)變化不大，保持穩(wěn)定。從節(jié)能增效角度出發(fā)，選取處理時(shí)間為40 min。

2.2 乙醇-水體系練染一浴工藝

2.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)練染效果的影響

采用乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、70%、80%、90%的溶液對(duì)織物進(jìn)行前處理，然后用對(duì)應(yīng)乙醇體積分?jǐn)?shù)的染液進(jìn)行染色（織物質(zhì)量為1 g，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，浴比為1∶30，測(cè)得在不同乙醇體積分?jǐn)?shù)練染一浴工藝下織物的K/S值，結(jié)果如圖3所示。

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)K/S值的影響

由圖3可以看出，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增加，織物的表觀深度K/S值先升后降，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)K/S值達(dá)到最大，而在乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%時(shí)K/S值反而下降。這是因?yàn)殡S著乙醇體積分?jǐn)?shù)的上升，前處理效果逐漸變好，當(dāng)達(dá)到90%時(shí)，前處理效果會(huì)因?yàn)樗挠昧繙p少而降低，導(dǎo)致染色織物的色深值減小。結(jié)合2.1得出結(jié)論，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)可以獲得良好的染色深度。

2.2.2 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)練染效果的影響

選取氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0～5 g/L，前處理時(shí)間為40 min，前處理溫度為80 ℃，染色時(shí)間為60 min，染色溫度為80 ℃，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、70%、80%、90%的乙醇-水體系中，改變氫氧化鈉的質(zhì)量濃度，測(cè)試織物的表觀深度K/S值，結(jié)果如圖4所示。

圖4 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響

由圖4可以看出，織物染色后的表觀深度值K/S值，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加先增大后減小。氫氧化鈉的作用一方面是在前處理中除去纖維素纖維上的雜質(zhì)，另一方面是在染色過(guò)程中固著染料。隨著氫氧化鈉的質(zhì)量濃度提高，溶液中氫氧根離子的質(zhì)量濃度提高，使得染料水解，而水解染料是不能上染固著纖維的，所以染色后得色下降。一開(kāi)始，氫氧化鈉的加入會(huì)使得染料和纖維發(fā)生的結(jié)合使反應(yīng)加快，有利于染料上染固著。

進(jìn)一步設(shè)置氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0～0.5 g/L，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇-水體系中進(jìn)行處理，結(jié)果如圖5所示。

圖5 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響

由圖4～5可以看出，在氫氧化鈉質(zhì)量濃度較低的情況下對(duì)棉針織物進(jìn)行一浴法練染，棉織物的表觀深度K/S值反而較高。這是因?yàn)闅溲趸c質(zhì)量濃度較大時(shí)，會(huì)使染液的pH很高，導(dǎo)致大量活性染料水解，上染率下降。隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，織物染色后的表觀深度K/S值先增加后減少，在氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0.3 g/L的情況下達(dá)到最佳。通過(guò)測(cè)試染液的pH可以看出，在氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0.3 g/L的條件下，染液pH為10.27，為活性染料較優(yōu)的固色pH，染色得色較深。

2.2.3 前處理時(shí)間對(duì)練染效果的影響

選取前處理溫度為80 ℃，染色溫度為80 ℃，染色時(shí)間為60 min，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇-水體系中，改變前處理時(shí)間后，測(cè)試織物的表觀深度K/S值，結(jié)果如圖6所示。

圖6 前處理時(shí)間對(duì)K/S值的影響

由圖6可以看出，前處理時(shí)間對(duì)織物的表觀深度K/S值影響不大，色深大致趨于一致，結(jié)合前面單純前處理工藝的研究結(jié)果，練染一浴前處理時(shí)間選擇40 min。

2.2.4 染色溫度對(duì)練染效果的影響

選取前處理時(shí)間為40 min，前處理溫度為80 ℃，染色時(shí)間為60 min，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇-水體系中，改變?nèi)旧珳囟群螅瑴y(cè)試織物的表觀深度K/S值，結(jié)果如圖7所示。

圖7 染色溫度對(duì)K/S值的影響

由圖7可以看出，染色溫度對(duì)織物的染色效果有比較大的影響，隨著染色溫度的提升，織物的表觀深度K/S值明顯上升。這是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，纖維的溶脹較小，染料分子不易擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，染色色深值低。隨著溫度提高，纖維溶脹增大，染料分子容易擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，獲得較高的染色深度。考慮到乙醇的揮發(fā)性，染色溫度選擇80 ℃。

2.2.5 染色時(shí)間對(duì)練染效果的影響

選取前處理時(shí)間為40 min，前處理溫度為80 ℃，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇-水體系中，染色溫度為80 ℃，改變?nèi)旧珪r(shí)間后，測(cè)試織物的表觀深度K/S值，結(jié)果如圖8所示。

圖8 染色時(shí)間對(duì)K/S值的影響

由圖8可以看出，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，織物的表觀深度K/S值呈上升趨勢(shì)，染料分子擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部需要時(shí)間，同時(shí)達(dá)到吸附解析平衡也需要一定時(shí)間，固著在纖維內(nèi)部的染料分子越多，織物的表觀深度越深。隨著時(shí)間的推移，織物的表觀深度有明顯的上升，到60 min后上升趨勢(shì)趨于平緩，說(shuō)明染料分子達(dá)到了吸附上染上限，繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間對(duì)染色結(jié)果沒(méi)有較大的影響，反而造成資源浪費(fèi)。所以，染色時(shí)間選擇在60 min較合適。

2.2.6 乙醇-水體系練染一浴織物的染色牢度

采用1%（omf）活性紅3BS，按最佳練染工藝對(duì)棉針織物進(jìn)行處理后，測(cè)得染色織物的耐皂洗色牢度如表6所示。

表6 染色織物的耐皂洗色牢度

由表6可以得出，在乙醇-水體系中進(jìn)行練染一浴處理后，棉針織物的耐皂洗色牢度較好。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在乙醇-水體系中前處理的最佳工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為2 g/L，處理時(shí)間為40 min。

（2）在乙醇-水體系中練染一浴的最佳工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0.3 g/L，前處理時(shí)間為40 min，前處理溫度為80 ℃，染色時(shí)間為60 min，染色溫度為80 ℃。棉針織物染色后的耐皂洗色牢度較好。