羊絨條毛用活性染料低損傷染色工藝實(shí)踐

李連鋒，王科林，王懷芳

(1.山東如意毛紡服裝集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073； 2.中國毛紡織行業(yè)如意毛精紡面料技術(shù)研發(fā)中心， 山東，濟(jì)寧 272073； 3.青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，羊絨制品愈來愈趨于平民化，但與此同時(shí)，人們對于羊絨制品的質(zhì)量要求也隨之提高，包括抗起球性、手感、抗靜電性以及尺寸穩(wěn)定性等服用性能[1]。因此，通過研究羊絨制品染色、紡紗和織造過程的損傷情況來改善和提高產(chǎn)品的品質(zhì)是必要的。染色工序作為羊絨制品的初道加工，為優(yōu)質(zhì)羊絨制品的生產(chǎn)提供質(zhì)量基礎(chǔ)。因此，如何減少染色過程中對纖維的損傷，就成了染色技術(shù)工作者不斷研究和努力的方向。

眾所周知，羊絨染色過程中纖維不可避免的要受到一些損傷，所帶來的直接表現(xiàn)是纖維強(qiáng)度的降低以及纖維彈性的降低。在整個(gè)染色過程中，羊絨纖維受到長時(shí)間的高速液流的頻繁沖擊導(dǎo)致纖維糾纏,甚至氈并[2-3]。染色前后的這種變化，導(dǎo)致纖維在后道梳理過程中易被拉斷，進(jìn)而對后道可紡性帶來較大影響；同時(shí)導(dǎo)致纖維強(qiáng)力降低，并且成品手感發(fā)澀發(fā)僵。為了減少纖維在染色過程中損傷，國內(nèi)外的染色工作者開展了大量的研究工作，如染色前對羊絨纖維進(jìn)行相關(guān)的物化保護(hù)、優(yōu)選染化料、優(yōu)化染色工藝(如減少染色時(shí)間、降低染色溫度、使用化學(xué)物質(zhì)來阻止有害的化學(xué)反應(yīng)等)[4-5]以及使用自動(dòng)化機(jī)械等方法來減少纖維損傷。山東如意集團(tuán)多年來通過使用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備和優(yōu)化染色工藝參數(shù)，在羊絨纖維低損傷染色方面積累了多方面的成熟的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了相關(guān)技術(shù)，并將其應(yīng)用到實(shí)際批量化生產(chǎn)過程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合車間生產(chǎn)實(shí)際，以中深色號(hào)染色的毛用活性染料為例，從設(shè)備參數(shù)和染色工藝參數(shù)的優(yōu)化組合著手，研究其對羊絨條在染色過程中的纖維損傷影響，以色牢度、色差和纖維損傷等指標(biāo)對染色纖維進(jìn)行綜合評定，分析制定了一套低損傷的羊絨條活性染料染色工藝，以供染廠工作者參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和藥品

材料：羊絨條(纖維細(xì)度15.2 μm，纖維長度38.5 mm，清河縣開元羊絨制品有限公司)。

染料：LANASOL CE系列染料(Hunstman公司)。

試劑：低溫助劑LTD、消泡劑FFA(Hunstman公司)，甲酸、醋酸、純堿(工業(yè)純，泰安明源化工廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

eco-bloc X染色機(jī)(德國Thies公司)，SF-800測色儀(美國Datacolor公司)，YG001N電子單纖維強(qiáng)力儀(江蘇南通宏達(dá)儀器實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 染色工藝

采用毛用活性染料對羊絨條進(jìn)行染色，染液pH值控制在4.0～4.5，起染溫度35～40 ℃。固色采用分階段固色法，固色溫度80 ℃，不同階段的加料通過副缸和料缸混勻后流入主缸。具體染色工藝曲線及加料說明如圖1所示。

圖1 羊絨染色工藝曲線Fig.1 Dyeing process and the corresponding parameters of cashmere

染色工藝說明：①助劑：副缸+甲酸1.5%(owf)+FFA 0.5%(owf)(調(diào)節(jié)pH值至 4.0～4.5)，副缸+低溫助劑LTD 2%(owf)；②主料缸+染料6%(owf)；③料缸2回水+純堿1.5%(owf)(調(diào)節(jié)pH 值至 6.0～6.5)；④副缸+純堿1.5%(owf)(調(diào)節(jié)pH值至8.0～8.5)；⑤副缸+1%甲酸(owf)(調(diào)節(jié)pH值至5.0～5.5)；X為保溫溫度范圍80～100 ℃。

1.3.2 染色過程監(jiān)控

通過德國Thies公司染色機(jī)中央控制系統(tǒng)，檢測過程中染液的循環(huán)情況，尤其是流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及過程中壓差的變化情況。

1.4 性能測試

1.4.1 內(nèi)外色差測定

測試方法：孔徑9 mm，D65光源，10°視角，以羊絨染色條內(nèi)側(cè)作為標(biāo)樣，外側(cè)作測試樣，采用Datacolor SF-800型電腦測色配色儀，對羊絨條內(nèi)外色差進(jìn)行測試。

1.4.2 強(qiáng)力測試

測試方法：溫度18 ℃，相對濕度49%，加持隔距40 mm，拉伸速度40 mm/min，測試根數(shù)300 根，使用YGOON1N電子單纖維強(qiáng)力儀對不同工藝下纖維強(qiáng)力進(jìn)行測試，分別測試300次然后取平均值，試樣長度10 mm。

1.4.3 煮呢色牢度測試

測試方法：把羊絨條試樣用毛布和棉布包裹并纏繞在玻璃棒上，毛布在里側(cè)，棉布在外側(cè)，浸入水中，溫度95 ℃，pH值6左右，煮30 min。晾干后，依據(jù)GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 評定沾色用灰色樣卡》，對棉布沾色情況進(jìn)行評級(jí)。

1.4.4 耐摩擦色牢度

測試方法：按照GB/T 3920—2018《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行干摩擦和濕摩擦的檢測，依據(jù)GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 評定沾色用灰色樣卡》對摩擦布沾色情況進(jìn)行評級(jí)。

2 結(jié)果與討論

生產(chǎn)中，染色結(jié)果的評價(jià)主要從羊絨條內(nèi)外色差情況、纖維的氈并情況、染色牢度情況以及纖維的損傷情況進(jìn)行綜合評價(jià)，考慮各項(xiàng)指標(biāo)的平衡，得到各參數(shù)的優(yōu)化組合。

羊絨條在染色過程中會(huì)受到長時(shí)間的高溫水流沖擊，因水流的揉搓使得羊絨纖維易向毛根方向進(jìn)行移動(dòng)，纏繞堵塞染籠，形成氈并，染色毛條見圖2。

圖2 染色后羊絨條Fig.2 Cashmere top after dyeing process. (a)Normal cashmere top ；(b) Felted cashmere top

由圖2示出，無氈并的羊絨條每根纖維平滑順直，但氈并后的羊絨條纖維之間相互纏繞，局部纖維堆積發(fā)生氈縮，在后道的梳理過程中纖維因牽伸力的作用將被直接拉斷，所以染色過程的氈并是羊絨纖維損傷的一個(gè)重要原因。

2.1 設(shè)備對纖維的損傷

羊絨染色過程中，設(shè)備對纖維的損傷包括2個(gè)方面：一方面羊絨纖維在染色過程中始終受到擠壓，部分纖維被壓彎、扭曲，彎曲點(diǎn)處受到局部損傷，也就是常說的裝缸質(zhì)量密度的控制；另一方面羊絨纖維在染色過程中染液的循環(huán)沖擊產(chǎn)生氈縮，導(dǎo)致氈縮損傷，即染液的循環(huán)控制不當(dāng)帶來的設(shè)備損傷[6-8]。

2.1.1 裝缸質(zhì)量密度的控制

羊絨染色前的裝缸是影響纖維損傷的一個(gè)關(guān)鍵因素，要求用力均勻，質(zhì)量與密度合適，才能確保染色過程中實(shí)現(xiàn)液流沖擊小和穿透均勻，獲得羊絨條無氈并的染色效果。

因羊絨纖維細(xì)度極小，使得纖維間的間隙較小，故染色穿透需要相對較大的穿透力，在生產(chǎn)中使用染籠裝缸，染籠的籠壁上有密集排列的小孔，用以保證染液的循環(huán)，但羊絨球與籠壁直接接觸時(shí)，一旦染液穿透就會(huì)造成很大的水流沖擊，因此在生產(chǎn)中采用聚酯材料的網(wǎng)布在籠壁與羊絨球之間形成一層間隔，用于減緩水循環(huán)穿透籠壁后對纖維的沖擊。實(shí)踐證明，將染籠中心柱用網(wǎng)布包纏能有效減緩水流循環(huán)的沖擊避免氈并的產(chǎn)生。羊絨球裝缸密度的計(jì)算方法如圖3所示。

圖3 裝缸密度示意圖Fig.3 Density calculation diagram for cashmere loading in dyeing machine

羊絨球體積V及羊絨球密度ρ分別為：

ρ=W/V

式中：D為羊絨球外圍直徑，mm；d為染芯直徑，cm；h為羊絨球裝缸高度，cm；W為羊絨球質(zhì)量，kg;V為羊絨球體積，L。

裝缸松緊度即密度的控制，過緊則造成染液不易穿透毛球而形成染色內(nèi)外層差；過松則染色過程中毛球吸水塌陷，而造成染色“短路”現(xiàn)象，從而使“短路”的地方受到更強(qiáng)的水沖擊而導(dǎo)致氈并，同時(shí)也容易造成染液穿透不均勻而形成染色色花。

羊絨球裝缸密度的不同，將對羊絨球染色的內(nèi)外色差和羊絨條的氈并帶來不同程度的影響，不同裝缸密度羊絨條染色情況如表1所示。

表1 不同裝缸密度羊絨條染色情況Tab.1 Dyeing property of cashmere with various loading density in dyeing machine

由表1示出，羊絨條密度在0.40～0.50 g/cm3時(shí)，無論內(nèi)外色差還是氈并情況都能達(dá)到理想狀態(tài)。

2.1.2 染液的循環(huán)方式及流量的控制

生產(chǎn)中，染液循環(huán)慢，纖維受到?jīng)_擊力小，纖維相互糾纏的程度就小，故而纖維產(chǎn)生的氈縮現(xiàn)象以及拉伸狀態(tài)形變也小，纖維損傷就會(huì)降低，但染液循環(huán)慢會(huì)導(dǎo)致染液穿透不勻，容易造成色花，染色的羊絨條無法保證色澤而無法使用；相反，如果染液循環(huán)快，纖維受到的沖擊力大，染液容易穿透纖維獲得勻透的色澤，但是纖維受到劇烈沖擊造成嚴(yán)重的氈縮和拉伸形變，導(dǎo)致纖維受到損傷[9]。因此，生產(chǎn)中，染液循環(huán)方式的選擇以“低流量、小循環(huán)”作為依據(jù)。本文探索了不同循環(huán)方式以及不同染流量對羊絨條染色效果的影響，不同循環(huán)方式及流量大小羊絨條染色情況結(jié)果見表2。

表2 不同循環(huán)方式及流量大小羊絨條染色情況Tab.2 Effects of water cycling mode and flux

由表2示出，采用由內(nèi)向外的染液循環(huán)方式，染液流量控制在10～15 L/(kg·min)，可以確保羊絨條染色勻透且無氈并情況。

2.2 染色工藝對纖維的損傷

2.2.1 染色溫度的控制

溫度對羊絨的染色起著至關(guān)重要的作用。隨著溫度的升高，染料分子動(dòng)能增加，纖維膨化、鱗片張開，可使染色速率和上染百分率增加[2]，但是隨著溫度的升高，纖維損傷往往也會(huì)隨之增加，因此，染色溫度的選擇要根據(jù)染色的上染百分率、色牢度要求和纖維損傷進(jìn)行綜合評定。本文考察了不同染色溫度對羊絨條的上染百分率、斷裂強(qiáng)力及染色牢度的影響，結(jié)果如圖4和表3所示。

圖4 羊絨纖維上染百分率隨溫度變化曲線Fig.4 Effect of temperature of dye uptake on cashmere

表3 保溫溫度對羊絨染色指標(biāo)的影響Tab.3 Effect of dyeing temperature on the physical property and color fastness of the cashmere

由圖4示出，溫度越高，上染百分率和上染速率(曲線斜率)增加；當(dāng)溫度升高到90 ℃左右時(shí)，上染百分率幾乎不再變化。

由表3示出，經(jīng)過染色后纖維的強(qiáng)力均有明顯下降，常規(guī)98 ℃保溫染色比低溫90 ℃保溫染色下降更為明顯，不但強(qiáng)力變小，斷裂伸長也變小，從斷裂強(qiáng)度的對比中更能表現(xiàn)出這一點(diǎn)。結(jié)合表3和圖4綜合考慮上染百分率、色牢度指標(biāo)以及纖維損傷，選擇90 ℃保溫比較合理。

2.2.2 染色保溫時(shí)間的控制

染色時(shí)，保溫時(shí)間的長短取決于保溫溫度、目標(biāo)織物色深要求、色牢度要求等因素，低溫染色相對于常規(guī)沸騰狀態(tài)保溫時(shí)間要適當(dāng)延長，染深色織物要求的保溫時(shí)間相對淺色保溫時(shí)間要延長，濕耐磨擦色牢度要求高的要延長保溫時(shí)間，各因素最佳結(jié)合才能達(dá)到纖維損傷小、色光勻透、重現(xiàn)性高以及色牢度高的結(jié)合點(diǎn)[2]。羊絨條裝缸密度在0.40～0.50 g/cm3，采用由內(nèi)向外的循環(huán)方式，液流量10～15 L/(kg·min)，90 ℃保溫，考察不同保溫時(shí)間對染色效果的影響，染色保溫時(shí)間對羊絨性能的影響結(jié)果如表4所示。

表4 染色保溫時(shí)間對羊絨性能的影響Tab.4 Effect of dyeing time period duration on the dyeing properties of dyed cashmere

由表4示出，隨著染色時(shí)間的延長，上染百分率逐漸提高，且60 min后上染百分率基本保持不變，并且時(shí)間過長，纖維的束強(qiáng)損失率增大。因此，生產(chǎn)中選擇保溫時(shí)間為60 min為基本線，根據(jù)染料不同再對保溫時(shí)間進(jìn)行微調(diào)。

2.3 批量生產(chǎn)實(shí)踐

根據(jù)上述研究結(jié)果，將不同參數(shù)優(yōu)化組合，選定羊絨條裝缸密度在0.40～0.50 g/cm3，采用由內(nèi)向外的循環(huán)方式，液流量10～15 L/(kg·min)，染色保溫溫度90 ℃，保溫時(shí)間隨著染料用量適當(dāng)調(diào)整，對工廠不同純羊絨或毛+羊絨類批量化產(chǎn)品進(jìn)行染色后細(xì)紗斷頭情況進(jìn)行追蹤，羊絨類產(chǎn)品細(xì)紗千錠時(shí)斷頭情況如表5所示。

表5 羊絨類產(chǎn)品細(xì)紗千錠時(shí)斷頭情況Tab.5 Breakage number of fine cashmere (per rilo- spindles hour) yarn with optimized dyeing parameters

生產(chǎn)實(shí)踐中，對于純毛產(chǎn)品，細(xì)紗千錠時(shí)斷頭基本在80根以上，而羊毛和羊絨混紡產(chǎn)品基本在100根以上。由表5示出，采用優(yōu)化工藝參數(shù)染色后羊絨產(chǎn)品細(xì)紗千錠時(shí)斷頭平均52根，但受產(chǎn)品組織、梳理過程及細(xì)紗設(shè)備狀態(tài)等綜合因素影響，染色過程的纖維損傷是其主要因素之一，但從總體趨勢來看，上述工藝的染色有助于降低纖維損傷，減少細(xì)紗斷頭，能較好地滿足大批量工藝的生產(chǎn)。

3 結(jié) 論

羊絨在染色過程中的損傷表現(xiàn)在多個(gè)方面，如原料本身的失重，纖維變脆易斷，后道梳理短毛含量增加，纖維永久定形帶來的彈性下降導(dǎo)致梳理過程易斷裂。本文通過對羊絨染色后單纖維強(qiáng)力的變化、上染百分率、色牢度指標(biāo)以及細(xì)紗斷頭的變化等方面分析，就毛用活性類染料染色，從設(shè)備參數(shù)和染色工藝參數(shù)控制入手，得出一套可以批量化生產(chǎn)的染色方法。

①趨向于選擇節(jié)能設(shè)備，纖維損傷需重點(diǎn)考慮，在保證染液穿透均勻的前提下采用低流量小循環(huán)工藝。建議羊絨的裝缸密度在0.40～0.50 g/cm3之間，染液由內(nèi)向外循環(huán)，流量控制在10～15 L/(kg·min)之間。

②染色工藝的設(shè)計(jì)是在設(shè)備參數(shù)確定之后染色成功與否的重要一環(huán)，在提高上染百分率和染色牢度的同時(shí)，需關(guān)注降低纖維損傷以及生產(chǎn)成本。建議染色保溫溫度90 ℃，保溫時(shí)間以60 min為基準(zhǔn)線，根據(jù)染料種類和染色深淺進(jìn)行微調(diào)。