天然彩絲織物的環(huán)氧化合物浸軋烘焙固色整理

呂宗諭

[浙江理工大學 紡織科學與工程學院（國際絲綢學院），浙江 杭州 310018]

天然彩色蠶絲是一種高檔的紡織材料，用其制成的織物并不需要使用染料染色，自身便具有自然柔和的色彩。天然彩色蠶絲的色素有的源于桑葉、飼料，有的則通過蠶體自身合成而來[1]。這些色素類物質含量遠高于普通白色蠶絲[2]，不僅賦予了天然彩絲鮮艷的顏色，同時也使蠶絲具有更佳的紫外吸收性能、抗菌性能和抗氧化性能[3-4]。

然而，由于天然彩絲的色素幾乎都聚集在絲膠層[5]，并且其結構不穩(wěn)定，在加工與日常使用過程中，天然彩絲的色素與顏色很容易隨著絲膠的流失而損失，使得天然彩絲的進一步加工與應用受到了限制。為了解決上述問題，絲膠的固著技術成為諸多學者關注的熱點，即采用交聯(lián)劑與絲膠發(fā)生交聯(lián)反應，將絲膠固著于絲素上，起到固定天然色素、保留色彩的作用。本研究使用環(huán)氧化合物聚乙二醇二縮水甘油醚（Polyethylene Glycol Diglycidyl Ether，PEGDE）作為固色劑，使用絲綢整理工藝中常用的浸軋烘焙方式對天然彩色蠶絲織物進行固色整理，探索了該工藝最佳的固色條件，對處理前后織物的拉伸性能、手感風格以及顏色穩(wěn)定性作了進一步研究。

1 實驗

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

未脫膠天然黃色桑蠶絲織物；PEGDE；氯化鈣；碳酸鈉；平平加O；藍月亮中性衣物洗滌劑。

1.1.2 儀器

AR124CN電子分析天平，GZX-9140 MBE數(shù)顯鼓風干燥箱，YMPO-01S-08型小軋車，EB55M 919小神童洗衣機，Datacolor 6000測色配色儀，YM065織物強力實驗儀，YG541E織物折痕彈性測試儀，LLY-01B電子硬挺度儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 浸軋烘焙固色

將天然黃色蠶絲織物裁剪為7 cm×12 cm試樣于室溫下平衡24.0 h，將試樣完全浸漬于含有PEGDE與氯化鈣的混合水溶液（pH=7）中，氯化鈣為催化劑，控制PEGDE的質量分數(shù)為0%～20%，氯化鈣為0%～4%。充分浸泡5 min后取出，使用手動小軋車輥軋一次，控制軋液率約為100%，重復浸泡與輥軋工藝一次，取出后于90 ℃烘箱中預烘燥90 s，再置于高溫烘箱中烘焙，控制烘焙時間為0～30 min，烘焙溫度為120～160 ℃，取出后洗凈并于35 ℃干燥箱中烘至恒重，稱量并記錄所得質量。以上變量的控制均為單因素實驗。

1.2.2 固色效果的評估

對不同條件下固色處理后的彩絲織物，采用計算絲膠溶失率的方法間接評估色素及絲膠固著的效果。具體方法：按照FZ/T 40004—2009《蠶絲含膠率實驗方法》，以浴比1∶100將固膠處理后的彩絲織物在質量濃度為0.5 g/L的碳酸鈉水溶液中煮練0.5 h，脫膠時不斷用玻璃棒攪拌，完成后用去離子水洗凈。重復上述脫膠步驟3次后，徹底洗凈并于35 ℃干燥箱中烘至恒重，稱取質量，按式（1）計算絲膠溶失率（ΔW）：

式中：W1、W2分別為煮練前后的織物質量，g。

1.2.3 織物拉伸性能測試

參考標準GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》對固色前后的織物進行測試，分別制成規(guī)格25 cm×5 cm的固色前后彩絲織物，經(jīng)緯向各3塊，共計12塊，進行拉伸斷裂實驗，設定上下夾持距離為200 mm，拉伸速度為100 mm/min，記錄實驗數(shù)據(jù)，結果取每組數(shù)據(jù)平均值。

1.2.4 手感風格測試

（1）干態(tài)折痕回復角。參考GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》相關實驗方法測試并記錄實驗數(shù)據(jù)。經(jīng)緯向分別測定5次，取平均值。

（2）濕態(tài)折痕回復角。將試樣浸泡在質量濃度為2.0 g/L的平平加O溶液中，5 min后取出平鋪在濾紙上，并吸去表面多余水分，使用質量為1 kg的金屬輥子在試樣表面往復滾動兩次，參考GB/T 3819—1997相關實驗方法進行測試，經(jīng)緯向分別測試5次，取平均值。

（3）硬挺度。參考GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》實驗方法，經(jīng)緯向各裁取3塊試樣，每塊分別測試正反兩面并取平均值。

1.2.5 織物水洗前后顏色值的測定

（1）固色及水洗處理。將固色后的彩絲織物縫紉在AATCC DummyⅠ陪洗布上洗滌，設置洗滌程序。洗滌劑用量為2.5 g/L，使用AATCC DummyⅠ陪洗布補足織物總重至1 kg，浴比為1∶12，水溫為30 ℃，洗滌時間為30 min，漂洗/脫水兩次，每次時間15 min。洗滌完成后，于35 ℃烘箱中烘干。上述過程視為一次洗滌。

（2）顏色參數(shù)。將洗滌后的樣品置于恒溫恒濕條件下平衡24 h，使用測色配色儀測織物的顏色參數(shù)（L*、a*、b*、K/S值），每個試樣在不同位置測試5次后取平均值。測試采用D65光源，10°視角。

總色差ΔE采用式（2）進行計算：

2 結果與討論

2.1 浸軋烘焙最佳固色條件探究

本研究使用織物的絲膠溶失率間接評估固色效果，其溶失率越小，說明絲膠的固著效果越好；反之，固著效果越差。不同固色條件對彩絲織物絲膠溶失率的影響如下：PEGDE濃度越高，絲膠溶失率越小，并且在0%～15%內降幅較大，超過15%后，絲膠溶失率減小。因此，在兼顧固色效果與經(jīng)濟成本情況下，15%為理想的固色劑質量分數(shù)。

隨著烘焙時間的增加，絲膠溶失率先減小后增大，當烘焙時間為17 min左右時，織物的絲膠溶失率最小。其原因為固色劑與蠶絲蛋白的交聯(lián)需要一定的反應時間，當烘焙時間增加，PEGDE與絲膠蛋白反應加??；若在高溫下烘焙過長時間，兩者副反應增加，蠶絲纖維熱分解程度增大，易造成絲蛋白的變形與損傷。綜合考慮，烘焙時間宜為17 min。

隨著烘焙溫度的升高，織物的絲膠溶失率先減小后增大，在140 ℃達到最小，這是由于環(huán)氧基團的開環(huán)反應需要吸收能量，溫度的升高使交聯(lián)反應活性增強，反應速率增大。當溫度過高時，會引發(fā)蠶絲纖維與固色劑的副反應及纖維的熱分解，對蠶絲內部結構造成損傷，進而導致絲膠溶失率增加。氯化鈣質量分數(shù)越高，絲膠溶失率越小，故選用4%為最佳催化劑質量分數(shù)。

2.2 固色前后織物拉伸性能變化

固色前后彩絲織物斷裂強力與斷裂伸長率的測試結果表明：固色后的織物在經(jīng)向上的斷裂強力比原樣織物略有提高，而在緯向上的強力與原樣織物基本相同；固色后的織物在經(jīng)、緯向上的斷裂伸長率均略有降低，分別減少6.4%、4.2%。綜上所述，浸軋烘焙固色處理對織物的拉伸性能沒有明顯的影響，織物的機械性能保持良好。

2.3 固色前后織物手感風格變化

2.3.1 折痕回復性能

通常情況下，折痕回復角越大，織物的折痕回復角越好，反之則較差。表1為固色前后彩絲織物的折痕回復角測試結果。

由表1可知，干態(tài)下固色后的織物折痕回復角比未固色織物有小幅度的減少，急彈性折痕回復角下降4.26%，緩彈性折痕回復角下降5.15%，而固色后的織物在濕態(tài)下所得急彈性折痕回復角與緩彈性折痕回復角均有較大程度的提高，分別提高了45.94%與26.07%。可能的原因為：蠶絲蛋白質分子鏈間有許多鹽式鍵、氫鍵、范德華力，當纖維吸收水分并膨化時，這些賦予織物干態(tài)折痕回復性的作用力容易被破壞，形變難以恢復。環(huán)氧基團的引入使其與蠶絲蛋白中的羥基和氨基等基團反應，形成交聯(lián)結構，從而減少了由于氫鍵拆散而導致的形變不立即恢復的情況，濕態(tài)的抗折痕性能大幅度提升。

表1 固色前后彩絲織物的折痕回復角

2.3.2 織物剛柔性

織物的抗彎剛度是表征織物剛柔性的指標，織物彎曲長度越大，則其抗彎剛度越大，織物越硬挺。本研究對固色前后的天然彩絲織物進行測試，采集抗彎長度數(shù)據(jù)衡量織物的柔軟程度。結果發(fā)現(xiàn)，不論經(jīng)緯方向，固色前后天然彩絲織物的抗彎長度都沒有發(fā)生明顯變化，說明固色處理對織物的剛柔性影響不大。

2.3.3 固色前后織物耐水洗顏色穩(wěn)定性

天然彩絲織物在日常使用時如遇洗滌或潮濕條件容易掉色。因此，針對天然彩絲織物的特性，本研究采用反復洗滌并測試顏色參數(shù)的方法對環(huán)氧化合物固色效果進行評定。

圖1為天然黃色絲織物在反復洗滌前后顏色的對比照片。由圖1可以看出，固色前后天然黃色絲織物顏色差別不大，經(jīng)過15次洗滌后，未固色織物與原織物均出現(xiàn)一定程度的褪色，且固色彩絲織物的褪色程度明顯較未固色織物輕，仍保留較深的顏色，說明固色處理對天然彩絲的色素有較好的保留效果，提高了織物的耐水洗色牢度。

圖1 固色前后及洗滌15次后的彩絲織物

表2記錄了固膠前后天然黃色絲織物的顏色參數(shù)在洗滌不同次數(shù)后的變化情況。隨著洗滌次數(shù)的增加，未固色彩絲的L*值先減小后增大，固色彩絲的L*值則逐漸增大，說明兩者的明度均變亮，色深變淺，但固色織物的變化小于未固色織物，水洗15次后的明度增加值比未固色織物小2.2倍；兩者Δa*隨水洗次數(shù)的增加不斷減小，說明紅光減少；Δb*則呈先增加后減小的趨勢；對于K/S值，兩種織物均有減小，說明兩種織物在洗滌后均出現(xiàn)了褪色情況，色彩變淡。同樣，固色后的黃絲織物褪色程度明顯低于未固色的黃絲織物，在水洗15次后，保留的K/S值比未固色織物高34.1%，總色差（ΔE）比未固色織物低得多，說明環(huán)氧化合物對天然彩絲的固色處理起到了明顯的作用，提高了其織物的耐水洗色牢度。

表2 固色前后彩絲織物經(jīng)水洗后顏色參數(shù)變化

3 結語

使用浸軋烘焙方式對彩絲織物進行固膠固色，采用單因素實驗探究了其最佳工藝條件，并在最佳條件下固色后探討了此工藝對彩絲織物力學性能、手感風格以及顏色穩(wěn)定性的影響。

（1）在軋液率100%左右，90 ℃預烘90 s的情況下，最佳固色工藝條件為：PEGDE質量分數(shù)15%、烘焙溫度140 ℃、烘焙時間17 min、催化劑質量分數(shù)4%。

（2）在使用最佳固色條件固色處理后，彩絲織物的拉伸性能并沒有發(fā)生明顯變化；織物的干態(tài)折痕回復性小幅度降低，濕態(tài)折痕回復性顯著提高，起到一定抗皺整理效果；織物的剛柔性變化并不明顯。

（3）最佳固色條件處理后的彩絲織物本身顏色變化不大，反復洗滌作用下的顏色穩(wěn)定性高于未固色織物，洗滌后的固色樣品色深高于未固色樣品。