超臨界CO2技術下麻織物冰裂紋肌理研究

尚尚，范鐵明

超臨界CO2技術下麻織物冰裂紋肌理研究

尚尚，范鐵明＊

（齊齊哈爾大學 美術與藝術設計學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

試驗采用分散紅54在超臨界染色裝置上進行亞麻織物的防染印花，探究了染色時間、染色溫度、染色壓力以及糊料濃度對亞麻織物防染印花性能的影響，測定了染色后亞麻織物及印花的/值和色牢度。結果表明，在防染劑質量分數(shù)為10%、溫度為120℃、壓力為20MPa、染色時間為60min 的條件下，亞麻織物印花防白效果好同時印花能達到最大的/值，染色牢度達到4級。

分散染料；防染印花；超臨界二氧化碳；亞麻織物

超臨界CO2染色技術是目前最具影響力的綠色染色技術，相比較傳統(tǒng)水浴染色技術，超臨界CO2流體染色全過程無水、無助劑并且價格低廉，上染速度快、上染率高，染色完成后剩余的染料和系統(tǒng)內CO2可回收循環(huán)利用，在染整中做到了零排放無污染，充分體現(xiàn)了清潔化、綠色化、環(huán)保化的現(xiàn)代生產理念[1-3]。

近年來超臨界CO2染色技術已經陸續(xù)投入產業(yè)化，但是藝術肌理相關研究較少[4]。相比傳統(tǒng)水浴染色，超臨界CO2染色工藝在將介質水替換成CO2且染色時染色釜內處于高溫高壓的環(huán)境，分散染料的上染與固色幾乎同時進行，因此，拔染印花工藝在超臨界CO2染色工藝中并不理想，防染印花是在織物上預先印上某種能夠防止地色染料上染的防染劑,以防止花紋上染的一種印花工藝[5-7]。防染印花比拔染印花歷史更久,我國很早流傳的種藍白花布,就是先用石灰漿在織物上印花,然后以靛藍（俗稱靛青）染色而成的[8,9]。它較拔染印花有許多優(yōu)點，如價格低、無需汽蒸、工藝流程短，相對地疵布產生機會也較低。

本試驗以多種常用糊料為防染劑，采用超臨界CO2染色工藝對亞麻布進行印花染色，以此探討染糊料種類、防染劑質量濃度、染色壓力，染色時間、染色溫度等影響因素對織物印花/值的影響。其成果對超臨界CO2亞麻防染印花提供參考。

1 試驗

1.1 織物、藥品和儀器

織物：70 g/m2亞麻，浙江億瑞襯布有限公司。

染化料：C.I.分散紅54原粉，浙江龍盛集團股份有限公司；海藻酸鈉、活性淀粉、羥甲基纖維素鈉；純度99%CO2氣體，大連光明化工院。

C.I.分散紅54 結構式：

設備：100目平板絲網；超臨界CO2流體染色機；LAMBDA 35紫外光譜儀，美國PE公司；Color-Eye 7000A計算機測色儀，美國愛色麗公司。

1.2 染色工藝

防染漿處方/%：糊料X，水適量。

工藝流程：印花→烘干→染色→水洗→烘干。

超臨界CO2染色：將處理好的亞麻織物，卷繞于染色軸上，裝于染色釜，將分散染料放于染料釜。通過增壓泵將CO2壓入系統(tǒng)，開啟加熱器進行加熱，待達到相應壓力、溫度條件后，斷開閥門，打開循環(huán)泵開始進行染色。染色結束后，打開閥門，泄壓并回收CO2。超臨界CO2流體染色工藝流程圖如圖1所示。

圖1 超臨界CO2流體染色工藝流程

H01-二氧化碳儲罐；H03-換熱器；H02-高壓泵；H09-染色釜；H08-染料釜；H10、11-分離釜；H04-制冷機；H14-冷劑泵；H06-循環(huán)泵

1.3 測試方法

1.3.1 顏色特征值

將超臨界CO2流體染后的亞麻織物試樣對折4層，采用計算機測色配色儀進行測量。每個試樣測試3次，取平均值。

1.3.2 織物性能測試

耐摩擦色牢度 根據GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定。

耐水洗色牢度 根據GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度：試驗》測定。

2 結果與討論

2.1 糊料種類對防染印花影響

按照節(jié)1.2印花工藝配置8%的海藻酸鈉糊、8%活性淀粉糊和8%的羥甲基纖維素鈉，用100目平板絲網雙面印制后烘干，在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、60 min的條件下，系統(tǒng)壓力20MPa進行防染印花試驗。染色完成后，測定染后試樣和印花的/值，結果見圖2。由圖2可知，在超臨界CO2染色工藝中，淀粉、海藻酸鈉和羥甲基纖維素鈉都具備較好的防染效果。其中海藻酸鈉作為防染劑防染效果最好，在染色釜體內，防染漿處于高溫高壓且無水的環(huán)境下，防染漿內的水分蒸發(fā)后會形成一層膜緊密的貼附在亞麻纖維表面，能夠有效地阻擋染料的上染。淀粉糊和羥甲基纖維素鈉作為防染劑時，在染色釜內高溫高壓的環(huán)境里水分會被迅速蒸發(fā)，緊密地附在亞麻纖維上阻擋染料的上染，由于縫隙較多，防染效果較海藻酸鈉糊略低且會大量吸收染料，故試驗均采用海藻酸鈉作為防染劑。

圖2 糊料種類對防染印花影響

2.2 防染漿質量濃度對防染印花的影響

按照節(jié)1.2印花工藝配置4%～12%的海藻酸鈉糊、用100目平板絲網雙面印制后烘干，在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、60min，系統(tǒng)壓力20MPa的條件下進行試驗。染色完成后，測定染后試樣和印花的/值，結果見圖3。由圖3可得，隨著防染劑中海藻酸鈉質量分數(shù)的提高，印花的防染效果也隨之提升。當海藻酸鈉質量分數(shù)處于4%～8%時，印制在印花的量也相對較少，導致在染色時形成的網狀膜縫隙較多無法有效地阻擋染料上染。當海藻酸鈉質量分數(shù)超過10%～12%時，其海藻酸鈉質量濃度較高，足以形成密集的膜覆蓋在亞麻纖維上，能夠有效地阻擋染料的上染。故，最佳海藻酸鈉糊質量分數(shù)為10%。

圖3 海藻酸鈉質量濃度對防染印花的影響

2.3 染色壓力對防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、時間60min不變的條件下，改變染色壓力（16～24MPa）進行染色，結果見圖4。由圖4可得，染色壓力對冰裂紋的/值有較大影響，在16～20MPa時呈現(xiàn)上升較大，之后開始平緩穩(wěn)定在24MPa。對防染印花影響較小，整體穩(wěn)定。

圖4 壓力對防染印花的影響

通常，超臨界二氧化碳流體的密度在較低壓力下較低，隨著壓力的增加，超臨界CO2的密度也隨之加大，可以攜帶更多的染料分子進入亞麻纖維中，同時亞麻纖維的膨脹可以得到改善，從而促進染料的擴散并促進染料擴散到纖維的無定形區(qū)域。當壓力達到20MPa時，印花的/值開始平穩(wěn)。從安全和能效角度考慮，推薦染色壓力為20MPa。

圖5 溫度對防染印花的影響

2.4 染色溫度對防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色壓力24MPa、時間60min不變的條件下，改變染色溫度（90～130℃）進行染色，結果見圖5。由圖5可知，溫度對防染漿影響較小，防染印花的/值總體保持穩(wěn)定。相比之下織物上冰裂紋的/值隨著染色溫度的升高而增大。

溫度在超臨界CO2亞麻織物染色過程中起著至關重要的作用。較高的染色溫度有利于形成更多的大孔隙和大孔道，加速染料分子向亞麻纖維無定形區(qū)的滲透和擴散。因此，在較高溫度下，在超臨界二氧化碳流體中，隨著染色溫度的延長，冰裂紋的/值呈現(xiàn)上升趨勢，在120℃后開始平穩(wěn)。因此，推薦染色溫度為120 ℃。

2.5 染色時間對防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、染色壓力20MPa的條件下，改變染色時間（40～120min）進行染色試驗，結果見圖6。

圖6 溫度對防染印花的影響

如圖6所示，冰裂紋的K/S值在10min到60min時提升較快，當染色時間超過60min后/值呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，幾乎沒有增加。這是因為染料分子在纖維表面發(fā)生快速吸附，并且在短時間內染料擴散到纖維中。染色時間從60min延長90min，染色強度不能有效提高，表明染料在纖維上的吸附達到飽和。

2.6 亞麻印花織物色牢度測定

在染色溫度為120℃、染色壓力為24MPa、染色時間為60min，防染漿質量濃度為10%時，測試了不同糊料染色樣品的色牢度，結果如表1所示，最佳工藝下冰裂紋肌理樣品如圖7所示。

表1 亞麻織物色牢度

圖7 最佳工藝下冰裂紋肌理樣品

3 結論

（1）海藻酸鈉作為防染劑在超臨界CO2防染印花工藝中具備良好的防染效果，可以出現(xiàn)冰裂紋肌理（圖7），在傳統(tǒng)染纈藝術領域中亦具備較大應用價值。

（2）超臨界CO2亞麻織物防染印花的最佳工藝是：海藻酸鈉質量分數(shù)10%、溫度120℃、壓力20MPa、時間60min。

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Study on ice crack texture of hemp fabric by supercritical CO2technique

SHANG Shang，F(xiàn)AN Tie-ming*

(College of Art and Design, Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar 161006, China)

The/value and color fastness of dyed flax fabric and printing were determined. The results showed that under the conditions of sodium alginate mass fraction 10%, temperature 120℃, pressure 20MPa and dyeing time 60min, the flax fabric had good anti-whitening effect and the maximum/value, and the dyeing fastness reached grade 3-4, which met the requirements of national standards.

disperse dye；anti-dye printing；supercritical carbon dioxide；linen fabric

2022-01-20

國家社會科學基金項目（19BMZ092）；黑龍江省省屬高等學?；究蒲袠I(yè)務費科研項目（135309322）；黑龍江省經濟社會發(fā)展重點研究課題（20516）

尚尚（1995-），男，黑龍江齊齊哈爾人，在讀碩士，主要從事服飾設計與工程研究，18351532682@163.com。

范鐵明（1972-）,男，教授，主要研究方向為服裝設計與設計理論研究，fantieming@126.com。

TS194.449

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1007-984X(2022)04-0080-03