毛/滌混紡織物一浴法染色工藝探究

楊 強(qiáng)，曹秀明，袁久剛，范雪榮

(1.生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無(wú)錫 214122； 2.江蘇陽(yáng)光集團(tuán)，江蘇 江陰 214426)

毛/滌混紡織物具有手感柔軟、呢面挺括、吸濕透氣等優(yōu)點(diǎn)，是一種深受市場(chǎng)歡迎的面料，常用作中高檔西裝和禮服。毛/滌混紡織物一般采用二浴法染色，即先用分散染料在高溫條件下染滌綸，經(jīng)過(guò)還原清洗后再染羊毛。傳統(tǒng)的二浴法具有染色效果好、色彩鮮艷等特點(diǎn)，但因其染色工藝耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、效率低，且容易在高溫(120～130 ℃)染滌綸時(shí)對(duì)羊毛纖維造成損傷，所以學(xué)者們逐漸把目光轉(zhuǎn)向一浴法染色[1]。相對(duì)于二浴法，一浴法染色具有生產(chǎn)周期短、能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種對(duì)印染企業(yè)更為經(jīng)濟(jì)有利的染色方法，同時(shí)也符合國(guó)家提倡的節(jié)能降耗，潔凈生產(chǎn)的政策。

國(guó)內(nèi)外對(duì)毛/滌混紡織物一浴法染色的工藝也開(kāi)展了多年的研究，但離實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用都還有一定的差距。楊一銘等[2]探究了分散劑和載體用量對(duì)羊毛纖維沾色的影響，通過(guò)在一浴法中加入適量載體和分散劑降低了羊毛沾色的現(xiàn)象，染后織物的色牢度達(dá)到4級(jí)甚至4～5級(jí)。王艷童等[3]通過(guò)使用改性滌綸與羊毛同浴染色，發(fā)現(xiàn)改性滌綸 EDDP、ECDP比常規(guī)滌綸在相同溫度下具有更高的上染百分率，且明顯降低了羊毛的沾色現(xiàn)象。劉昭雪等[4]先對(duì)毛/滌混紡織物進(jìn)行剝色處理提高染色性能，漂毛粉質(zhì)量濃度為2 g/L。之后篩選出了ANOSET WPN 型酸性染料同分散染料一浴染色，在105～115 ℃保溫20 min，染后織物強(qiáng)力和色牢度等性能指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于低溫載體一浴法染色而言，由于混紡面料中不同纖維染色性能不一樣，不同染料在結(jié)構(gòu)上也存在差異，導(dǎo)致對(duì)成品面料的同色性難以把控，且羊毛的沾色現(xiàn)象是造成染后織物色牢度不好的主要因素[5-6]。要想達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的，需要對(duì)在載體、助劑和染色工藝等多方面進(jìn)行分析。本文選取了幾種市售載體和分散劑，通過(guò)對(duì)羊毛和滌綸纖維上染百分率影響的分析，篩選出了載體PEW和分散劑IS，并確定了載體、分散劑以及勻染劑SE-5的最佳用量。之后對(duì)毛/滌50/50混紡織物進(jìn)行單色實(shí)驗(yàn)和拼色實(shí)驗(yàn)，以期研究出可達(dá)實(shí)際生產(chǎn)要求的最佳染色工藝，從而實(shí)驗(yàn)企業(yè)的節(jié)能減耗、提高生產(chǎn)效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

織物：滌綸纖維、羊毛纖維、毛/滌50/50混紡機(jī)織物(面密度230 g/m2)。

染化料：蘭納灑脫黃2R、蘭納灑脫紅2B、蘭納灑脫灰G(亨斯邁公司)；分散黃T-GL、分散紅E-4G、分散藍(lán)E-4R(九江富達(dá)實(shí)業(yè)有限公司)；醋酸、元明粉(市售)；載體RY-705、載體RY-103(張家港瑞銳化工有限公司)；載體PEW、分散劑IS、分散劑NNO(拓納化學(xué)有限公司)；分散劑IW(廣州中萬(wàn)新材料有限公司)；勻染劑SE-5(自制)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

J型高溫缸(無(wú)錫東洲印染機(jī)械廠)；752S紫外分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司)；SW-12皂洗牢度儀(常州新紡檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司)；YG571B摩擦色牢度儀(常州新紡檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司)；YG63汗?jié)n色牢度儀(常州新紡檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 染色工藝流程

2種染色方法的工藝流程如圖1、2所示：

圖1 一浴法染色工藝流程Fig.1 One-bath dyeing process

圖2 二浴法染色工藝流程Fig.2 Two-bath dyeing process

1.3.2 染色實(shí)驗(yàn)

單色實(shí)驗(yàn)：蘭納灑脫染料 1%(owf)，分散染料1%(owf)，元明粉 5%(owf)，pH值 4.5，載體PEW質(zhì)量濃度1.5 g/L，分散劑IS質(zhì)量濃度2 g/L，勻染劑SE-5質(zhì)量濃度4 g/L，浴比1∶15。

拼色實(shí)驗(yàn)：蘭納灑脫黃2Rx1%(owf)，蘭納灑脫紅Gx2%(owf)，蘭納灑脫灰Gx3%(owf)，分散黃T-GLy1%(owf)，分散紅E-4By2%(owf)，分散藍(lán)E-4Ry3%(owf)，元明粉 5%(owf)，pH值 4.5，載體PEW質(zhì)量濃度1.5 g/L，分散劑IS質(zhì)量濃度2 g/L，勻染劑SE-5質(zhì)量濃度4 g/L，浴比1∶15。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 上染百分率的測(cè)定

采用吸光度法測(cè)試，按下式計(jì)算上染百分率E。

式中：A0為染色原液在最大吸收波長(zhǎng)處吸光度，A1為染色殘液在最大吸收波長(zhǎng)處吸光度。

1.4.2 色牢度的測(cè)定

耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》進(jìn)行測(cè)定，耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)定，耐汗?jié)n色牢度參照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散染料沾色分析

2.1.1 載體的影響

選取市售的3種載體PEW、RY-705和RY-103，按照?qǐng)D1的一浴法染色工藝流程對(duì)羊毛和滌綸纖維染色，探究不同載體及其質(zhì)量濃度對(duì)滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測(cè)試結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 載體對(duì)滌綸纖維上染百分率的影響Fig.3 Influence of the carrier on the dyeing percentage of polyester fiber

由圖3可知，隨著3種載體用量的增加，滌綸纖維的上染百分率不斷升高，當(dāng)載體質(zhì)量濃度超過(guò)1.5 g/L后，上染百分率反而出現(xiàn)一定程度的下降，其中PEW對(duì)滌綸纖維上染百分率的提升作用更為顯著。滌綸纖維上染百分率的提高一方面是由于載體的增塑作用，載體分子一般都比較小，容易提前一步擴(kuò)散進(jìn)入纖維的無(wú)定形區(qū)，降低分子間作用力，使分子鏈段更容易滑動(dòng)，從而降低滌綸纖維玻璃化溫度[7]。另一方面，由于載體有增溶作用，染料分子更容易溶解和吸附在載體中，因此提高了纖維表面載體層的染料濃度和擴(kuò)散濃度梯度，促進(jìn)染料上染[8]。但當(dāng)載體質(zhì)量濃度超過(guò)1.5 g/L后，過(guò)多的載體溶解了大量的染料，導(dǎo)致染浴中的染料濃度降低，反而造成滌綸纖維上染百分率下降。

如圖4所示，羊毛纖維的上染百分率隨著3種載體用量的增加而逐漸減低。這是由于載體對(duì)分散染料的親和力很強(qiáng)，載體質(zhì)量濃度的提升會(huì)使得染浴中染料的濃度降低，從而減少了羊毛纖維的沾色現(xiàn)象。其中載體PEW對(duì)減少羊毛纖維的沾色效果最好，但當(dāng)載體質(zhì)量濃度超過(guò)1.5 g/L后，染浴中過(guò)量的載體在水中形成分散相(第3相)，對(duì)分散染料增溶作用顯著[9]，導(dǎo)致上染百分率的下降趨勢(shì)逐漸變緩。綜合以上結(jié)果考慮，選取PEW作為一浴法染色的載體，質(zhì)量濃度取1.5 g/L。

圖4 載體對(duì)羊毛纖維上染百分率的影響Fig.4 Influence of the carrier on the dyeing percentage of wool fiber

2.1.2 分散劑質(zhì)量濃度的影響

選取市售的3種分散劑IS、NNO和IW，按照?qǐng)D1 的一浴法染色工藝流程對(duì)羊毛和滌綸纖維染色，探究不同分散劑及其質(zhì)量濃度對(duì)滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測(cè)試結(jié)果如圖5、6所示。

圖5 分散劑對(duì)滌綸纖維上染百分率的影響Fig.5 Influence of dispersant on dyeing percentage of polyester fiber

圖6 分散劑對(duì)羊毛纖維上染百分率的影響Fig.6 Influence of dispersant on dyeing percentage of wool fiber

由圖5、6可知，隨著分散劑質(zhì)量濃度的增加，羊毛和滌綸纖維的上染百分率都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，其中分散劑IS對(duì)提高滌綸纖維的上染百分率，減少羊毛纖維的沾色的效果最好。當(dāng)分散劑IS質(zhì)量濃度超過(guò)2 g/L后，提高染浴中染料穩(wěn)定性的作用。選取的3種分散劑都是陰離子助劑，一方面能以色散力與分散染料的疏水基結(jié)合，另一方面也能以自帶的羥基或者酚基與染料分子的氨基或羥基形成氫鍵，在染料分子外層形成一層帶負(fù)電荷的保護(hù)層，與染浴相斥，起到提高上染百分率、提高染料穩(wěn)定性的作用[10]。當(dāng)分散劑過(guò)量時(shí)，其對(duì)染料的增溶作用更加顯著，從而會(huì)降低上染百分率。綜合以上結(jié)果考慮，選取IS作為分散劑，質(zhì)量濃度為2 g/L。

2.1.3 勻染劑質(zhì)量濃度的影響

以自制的勻染劑SE-5按照?qǐng)D1的一浴法染色工藝流程對(duì)羊毛和滌綸纖維染色，探究勻染劑質(zhì)量濃度對(duì)滌綸和羊毛纖維上染百分率的影響，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 勻染劑質(zhì)量濃度對(duì)上染百分率的影響Fig.7 Influence of leveling agent dosage on fiber uptake rate

由圖7可知，滌綸纖維的上染百分率隨著勻染劑SE-5質(zhì)量濃度的增加而逐漸提高，而羊毛纖維的上染百分率卻逐步降低，當(dāng)SE-5質(zhì)量濃度超過(guò)4 g/L后，2種纖維上染率的變化趨勢(shì)開(kāi)始變緩。自制勻染劑SE-5是陰離子表面活性劑，既能有效延緩染料對(duì)纖維的上染，提高上染百分率，又能在染色不勻時(shí)起到移染的作用，避免色花產(chǎn)生。尤其是對(duì)于設(shè)計(jì)的一浴法染色實(shí)驗(yàn)，有著極佳的促染勻染效果，能顯著提高滌綸的上染百分率且減少羊毛纖維的沾色現(xiàn)象。對(duì)于染后織物色牢度的提升起到很大的作用。綜合考慮，選取勻染劑SE-5質(zhì)量濃度為4 g/L。

2.2 單色樣實(shí)驗(yàn)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)確定了載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的最佳質(zhì)量濃度，現(xiàn)以蘭納灑脫染料、分散染料對(duì)毛/滌混紡織物進(jìn)行一浴法染色。按照1.3.2染色實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中單色實(shí)驗(yàn)分別對(duì)黃、紅、藍(lán)做單色樣染色。對(duì)染后織物進(jìn)行色牢度測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單色樣色牢度測(cè)試結(jié)果

由表1可知，紅、黃、藍(lán)3種單色樣的色牢度測(cè)試均在4級(jí)以上，色牢度測(cè)試結(jié)果已達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求。單色實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的一浴法染色工藝流程可行，在載體PEW、勻染劑SE-5和分散劑IS的共同作用下，能明顯地減少分散染料對(duì)羊毛的沾色現(xiàn)象，有效解決了毛/滌織物一浴法染色色牢度低的問(wèn)題。

2.3 拼色樣實(shí)驗(yàn)

2.3.1 拼色樣打樣結(jié)果

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)確定了載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的最佳質(zhì)量濃度，按照1.3.2染色實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中拼色實(shí)驗(yàn)，對(duì)市面上流行的淺咖、嫩綠、粉紅3種顏色進(jìn)行拼色打樣，打樣染料配方如表2所示。

表2 拼色樣染料配方Tab.2 Color matching dye formula %(owf)

由表2可知，蘭納灑脫染料和分散染料通過(guò)適當(dāng)配比，能成功拼出淺咖、嫩綠、粉紅3種顏色。就目前來(lái)說(shuō)，對(duì)大多數(shù)中淺色織物的打樣較為可行；對(duì)一些深色如藏青，黑色等品種，蘭納灑脫染料和分散染料難以拼出理想的顏色效果，且染料用量較大，建議使用傳統(tǒng)酸性染料染色。

2.3.2 拼色樣性能測(cè)試

對(duì)3個(gè)拼色樣淺咖、嫩綠、粉紅的色牢度測(cè)試結(jié)果如表3所示。由表3可知，淺咖、嫩綠、粉紅3個(gè)拼色樣染后各項(xiàng)色牢度均達(dá)到4級(jí)，個(gè)別達(dá)到4～5級(jí)，已完全達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求。說(shuō)明一浴法染色工藝不止對(duì)于單色可行，對(duì)于大多數(shù)淺色鮮亮的顏色，也能經(jīng)過(guò)打樣、一浴法染色，達(dá)到理想的顏色效果，且各項(xiàng)指標(biāo)合格。

表3 拼色樣色牢度測(cè)試結(jié)果

2.4 一浴法與二浴法染色效果的比較

2.4.1 染后色牢度

選取天藍(lán)和橙色2種顏色作為對(duì)比，按照1.3所設(shè)計(jì)的染色實(shí)驗(yàn)對(duì)毛/滌混紡織物分別進(jìn)行一浴法和二浴法染色，染后色牢度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 一浴法和二浴法色牢度測(cè)試結(jié)果

如表4所示，天藍(lán)和橙色2種顏色色牢度測(cè)試指標(biāo)都達(dá)到4級(jí)或4級(jí)以上，2種染色工藝總體上無(wú)多大差別，都達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求。二浴法所染織物較為鮮艷，而一浴法所染織物的光澤則更為柔和。值得一提的是，由于一浴法染色中載體PEW、分散劑IS、勻染劑SE-5的協(xié)同作用效果顯著，低溫染色滌綸上染百分率高，羊毛沾色的現(xiàn)象少，所以一浴法染色工藝流程還省去了加皂洗劑還原清洗這一步驟，進(jìn)一步降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2.4.2 生產(chǎn)成本

生產(chǎn)成本是染整企業(yè)最關(guān)心的問(wèn)題之一，本文一浴法染色實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)已在工廠實(shí)際應(yīng)用了一段時(shí)間，由于一浴法與二浴法在染料和助劑上消耗差別不大，所以在只考慮水電氣消耗的情況下，按照生產(chǎn)1 t毛/滌混紡織物計(jì)算，對(duì)2種染色工藝的生產(chǎn)成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可看出，生產(chǎn)1 t毛/滌50/50混紡織物，可節(jié)約水電氣86元，大約是二浴法染色消耗費(fèi)用的1/3，極大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。此外，常規(guī)二浴法染色需要7 h，而一浴法染色只需要5 h，縮短染色時(shí)間2 h。若1個(gè)月工作22天，一浴法染色工藝可多生產(chǎn)30 t面料，這就意味著企業(yè)可多產(chǎn)生30 t面料的利潤(rùn)，并且節(jié)約成本約 9 000元。因此，一浴法染色工藝對(duì)染整企業(yè)節(jié)能減耗，提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有著十分重要的意義。

表5 2種染色工藝處理成本對(duì)比Tab.5 Comparison of treatment costs of two dyeing processes

3 結(jié) 論

①通過(guò)探究不同載體和分散劑對(duì)纖維上染百分率的影響，發(fā)現(xiàn)PEW和IS能顯著減少羊毛纖維的沾色現(xiàn)象。一浴法染色工藝中載體和助劑的最佳用量為：載體PEW質(zhì)量濃度1.5 g/L、分散劑IS質(zhì)量濃度2 g/L、勻染劑SE-5質(zhì)量濃度4 g/L。

②單色樣和拼色樣的色牢度測(cè)試結(jié)果顯示，毛/滌織物的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度及耐汗?jié)n色牢度均在4級(jí)以上，有效解決了毛/滌織物一浴法染色色牢度低的問(wèn)題。所選的蘭納灑脫、分散染料組合可以對(duì)大多數(shù)中淺色織物染色。

③將一浴法染色工藝應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，所染織物色牢度測(cè)試均達(dá)企業(yè)生產(chǎn)要求。經(jīng)過(guò)成本核算，發(fā)現(xiàn)一浴法比二浴法減少1/3的水電氣消耗，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排有較好的參考價(jià)值。