媒染對柿漆棉織物顏色與性能的影響

孫曉楠, 王利君,b,c

(浙江理工大學 a.服裝學院; b.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心; c.絲綢文化傳承與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化技術(shù)文化和旅游部重點實驗室,杭州 310018)

柿漆是一種傳統(tǒng)染料,由青柿子榨汁發(fā)酵而成,在傳統(tǒng)工藝中柿漆多用作防水、防腐、黏合劑,用作染料得到的顏色會隨著氧化逐漸加深。柿漆主要成分為柿單寧,能夠與金屬鹽反應(yīng)形成顏色物質(zhì),呈現(xiàn)出豐富色彩,尤其與鐵鹽反應(yīng)色彩變化較大。柿單寧在空氣中能夠氧化成難溶于水和酒精的高分子化合物,因此柿漆染色織物表面具有涂層和染色雙重效果,抗紫外線性能優(yōu)異[1-3]。張櫻等[4]將柿漆對桑蠶絲織物直接染色,得到的織物顏色呈現(xiàn)出淺棕色至深棕色,其中pH值對色相影響較大;梁曉穎等[5]將柿漆直接染色棉織物時,隨著染色次數(shù)的增加,織物顏色從茶色逐漸變成深茶色。以上研究說明,柿漆直接染色織物顏色色調(diào)較單一。在日本流行的柿黑染,即用鐵漿媒染,織物顏色呈現(xiàn)出黑色;綠礬與柿漆同媒染在棉織物上呈現(xiàn)出淺灰色[6];錢紅飛[7]用茶多酚染色蠶絲,采用綠礬作為媒染劑,織物呈現(xiàn)紫褐色,明礬為媒染劑時織物為淺棕色,且媒染處理織物的色深值較高;劉曉辰等[8]用紫檀色素染色羊毛纖維,選擇氯化亞鐵作為媒染劑,得到羊毛織物色相呈現(xiàn)黑色調(diào);張馳等[9]用茜草色素對桑蠶絲織物進行媒染發(fā)現(xiàn),亞鐵鹽類媒染劑得到的織物顏色呈紫色,其中同媒法中pH值對顏色的影響較大;余艷娥等[10]用兒茶素對桑蠶絲織物媒染,明礬做媒染劑時織物的K/S值不高,硫酸亞鐵媒染時明顯提高了染料的上染;Eser等[11]研究蕁麻葉對棉織物采用鐵鹽、鋁鹽媒染,能夠獲得多達27種不同的色調(diào)。以上研究均指出媒染不僅能夠豐富染色織物的色調(diào),也提升了染色織物的K/S值,但缺少對媒染織物服用性能的進一步分析。

因此,本文選擇鐵鹽類媒染劑(綠礬),采用直接染色、前媒染及后媒染染色方式研究柿漆媒染棉織物色調(diào)的多樣性,通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)和媒染方式得到色彩豐富的棉織物。探究不同因素對K/S值的影響,通過正交實驗優(yōu)化染色工藝,并分析最優(yōu)工藝下柿漆媒染對棉織物耐用性、熱濕舒適性、色牢度和抗紫外線等服用性能的影響。

1 實 驗

1.1 材料及儀器

平紋純棉織物(市售),柿漆(北京植染時藍有限公司),七水合硫酸亞鐵(綠礬,分析純)、碳酸鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)。織物規(guī)格如表1所示。

ME204電子天平(上海巴玖實業(yè)有限公司),Datacolor 500電腦測色配色儀(美國Datacolor有限公司),UV-2000F紫外線防護系數(shù)測試儀(美國Labsphere公司),Y571D多功能摩擦色牢度測試儀、YG026PC型電子強力機(溫州方圓儀器有限公司),數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇區(qū)西城新瑞儀器廠),YG401H馬丁代爾儀、YG033E數(shù)字式織物撕裂儀、YG606D型紡織品保暖測試儀、NF3031型紡織品接觸瞬間涼感測試儀(寧波紡織儀器廠),FX3300透氣測試儀(日本DAIEI公司),YGB871型透濕試驗箱(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

表1 棉織物結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structural parameters of cotton fabrics

1.2 染色工藝

1.2.1 染色過程

染色過程如圖1所示。

圖1 染色過程Fig.1 Dyeing process

1.2.2 染色工藝參數(shù)

從染色次數(shù)、稀釋比例、pH值和日照時間研究染色工藝對顏色的影響,因此設(shè)置染色次數(shù)為2～10次,染液的稀釋比例為1︰1～1︰9,pH值為7～11,日照時間為5～40 h[4-5]。

1.2.3 媒染工藝參數(shù)

從溫度、質(zhì)量濃度、處理時間3個方面研究媒染劑對織物上染效果的影響[12]。各參數(shù)范圍設(shè)置媒染溫度30～70 ℃,媒染劑質(zhì)量濃度0.1～0.3 g/L,處理時間10～50 min。

1.2.4 發(fā)色工藝

染色完成后將織物用清水清洗,懸掛于太陽下暴曬。柿漆中的柿單寧屬于縮合型單寧,能夠在日曬條件下與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成沉淀,染色棉織物隨著日照時間的增加,沉淀增多,顏色逐漸加深。

1.3 織物性能測試

1.3.1 顏色表征

使用Datacolor500電腦測色配色儀測試染色棉織物的顏色特征,采用D65光源及10°觀察角測定染色織物的L*、a*、b*及波長360 nm下的K/S值。其中L*代表明度,值越大則顏色明度越高;a*代表偏紅或偏綠,正值為紅光,負值為綠光;b*代表偏黃或偏藍,正值為黃色,負值為藍色;K/S值代表顏色深度,值越大則越深。將試樣折疊4層,測試不同位置4次,取平均值。

1.3.2 耐用性

根據(jù)GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第二部分:試樣破損的測定》標準對試樣第一根紗線斷裂時的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進行測定。

根據(jù)GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分:沖擊擺錘法撕破強力的測定》標準測試試樣的撕破強力。

根據(jù)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)》標準測試試樣斷裂強力及斷裂伸長率。

1.3.3 熱濕舒適性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》標準測試試樣的透氣性。

根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法第1部分:吸濕法》標準測試實驗組合體的質(zhì)量,根據(jù)下式計算試樣透濕性。

(1)

式中:WVT為每平方米每天(24 h)的透濕量,g/(m2·d);Δm為同一實驗組合體兩次稱量之差,g;S為試樣實驗面積,m2;t為實驗時間,h。

根據(jù)GB/T 11048—1989《紡織品 保溫性能實驗方法》標準測試試樣的克羅值。

采用紡織品接觸瞬間涼感測試儀測試織物的涼感系數(shù)。

1.3.4 色牢度及抗紫外線性能

根據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度實驗?zāi)湍Σ辽味取窐藴蕼y試試樣的干、濕耐摩擦色牢度,用灰色樣卡評級。

根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》標準對試樣的紫外線防護系數(shù)(UPF)、長波透過率(UVA)和中波透過率(UVB)進行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 媒染工藝對棉織物顏色的影響

采用同一柿漆染色工藝:染色次數(shù)6次,染液浴比1︰50,稀釋比例1︰5,pH值9,發(fā)色日照時間20 h。

2.1.1 媒染溫度

設(shè)置媒染劑質(zhì)量濃度0.2 g/L、媒染時間30 min,調(diào)整媒染溫度30～70 ℃,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表2和圖2所示。

表2 媒染溫度對顏色特征的影響Tab.2 Effect of the mordant dyeing temperature on color characteristics

圖2 媒染溫度對K/S值的影響Fig.2 Effect of the mordant dyeing temperature on K/S values

由表2和圖2可知,隨著媒染溫度的升高,L*值逐漸增加,明度升高;前媒染中a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱,呈茶褐色;后媒染中a*值增加,紅光增強;b*值下降,黃光減弱,織物表面的柿單寧與亞鐵離子反應(yīng)生成的單寧酸亞鐵能夠氧化成單寧酸鐵的絡(luò)合物,從而呈現(xiàn)出藍黑色;K/S值逐漸降低。綠礬溶于水后在加熱的條件下會生成硫酸亞鐵沉淀和水,從而降低與柿單寧的反應(yīng)濃度,因此織物的色相不變,色調(diào)變淺。故將媒染溫度定為30 ℃。

2.1.2 媒染質(zhì)量濃度

設(shè)置媒染溫度30 ℃、媒染時間30 min,調(diào)整媒染劑質(zhì)量濃度0.1～0.3 g/L,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表3和圖3所示。

表3 媒染濃度對顏色特征的影響Tab.3 Effect of mordant dyeing concentrations on color characteristics

圖3 媒染劑質(zhì)量濃度對K/S值的影響Fig.3 Effect of mordant dyeing concentrations on K/S values

由表3和圖3可知,隨著媒染劑質(zhì)量濃度的增加,L*值逐漸下降,明度降低;前媒染中茶褐色調(diào)逐漸加深;后媒染中藍黑色調(diào)逐漸加深;K/S值逐漸升高最終趨于平衡,綠礬會與棉織物表面的柿單寧發(fā)生反應(yīng),生成顏色物質(zhì),在媒染劑質(zhì)量濃度達到定值后,反應(yīng)完全,K/S值達到最大。故將媒染劑質(zhì)量濃度定為0.25 g/L。

2.1.3 媒染時間

設(shè)置媒染溫度30 ℃、媒染劑質(zhì)量濃度0.25 g/L,調(diào)整媒染時間10～50 min,分析對顏色特征及K/S值的影響,如表4和圖4所示。

表4 媒染時間對顏色特征的影響Tab.4 Effect of mordant dyeing time on color characteristics

圖4 媒染時間對K/S值的影響Fig.4 Effect of mordant dyeing time on K/S values

由表4和圖4可知,隨著媒染時間的增加,L*值逐漸下降,明度降低;前媒染中a*值、b*值增加,茶褐色調(diào)更加明顯;后媒染中a*值、b*值下降,藍黑色調(diào)加深;K/S值逐漸升高,在30 min后K/S值增加變緩。媒染時,媒染劑會吸附于棉織物表面,隨著時間的增加,吸附趨于飽和[13],織物表面發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)達到最大,顏色逐漸加深?？紤]能耗與成本因素,故將媒染時間定為30 min。

2.2 柿漆媒染染色工藝對棉織物顏色的影響

采用相同的媒染工藝:媒染溫度30 ℃,媒染劑質(zhì)量濃度0.25 g/L,處理時間30 min,分析不同染色方式、染色工藝對柿漆媒染棉織物顏色的影響。

2.2.1 染色次數(shù)

配置染液浴比為1︰50,稀釋比例為1︰5,pH值為9,發(fā)色日照時間為20 h。通過調(diào)整染色次數(shù)2～10次觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表5和圖5所示。

表5 染色次數(shù)對顏色特征的影響Tab.5 Effect of the number of dyeing times on color characteristics

由表5可知,隨著染色次數(shù)的增加,L*值均下降,直接染色由淺棕色變?yōu)樯钭厣?前媒染由淺褐色變?yōu)椴韬稚?后媒染的藍黑色調(diào)加深,明度降低;a*值增加,紅光增強;b*值增加,黃光增強。

圖5 染色次數(shù)對K/S值的影響Fig.5 Effect of the number of dyeing times on K/S values

由圖5可知,染色次數(shù)在2～6次時,K/S值的增長速度較快,染料少量多次地附著于棉纖維;在8次時達到最大,說明染料與棉纖維的結(jié)合達到平衡[14];10次時K/S值增加變緩或下降。因此,染色次數(shù)控制在4～8次為宜。

2.2.2 稀釋比例

配置染液浴比為1︰50,染色次數(shù)為2,pH值為9,發(fā)色日照時間為20 h。通過調(diào)整原液的稀釋比例1︰1～1︰9觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表6和圖6所示。

表6 稀釋比例對顏色特征的影響Tab.6 Effect of the dilution ratio on color characteristics

由表6可知,隨著稀釋比例的增加,染液中柿單寧的含量降低,同樣的染色次數(shù)下,織物表面與空氣氧化的物質(zhì)減少,故L*值逐漸增加,顏色變淺,明度增加;a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱;其中后媒染的織物色相偏藍。

圖6 稀釋比例對K/S值的影響Fig.6 Effect of the dilution ratio on K/S values

由圖6可知,隨著稀釋比例的降低,染液質(zhì)量濃度逐漸升高,色素分子的擴散速率增加,K/S值逐漸增加。因此,稀釋比例控制在1︰1～1︰5為佳。

2.2.3 pH值

配置染液浴比為1︰50,染色次數(shù)為6,稀釋比例為1︰5,發(fā)色日照時間為20 h。通過調(diào)節(jié)pH值為7～11觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表7和圖7所示。

表7 pH值對顏色特征的影響Tab.7 Effect of the pH value on color characteristics

由表7可知,隨著pH值的增加,直接染色的L*值逐漸下降,明度降低;a*值下降,紅光減弱;b*值下降,黃光減弱。兩種媒染方式中的L*值均增加,明度增加;a*值增加,紅光增強;b*值增加,黃光增強。

圖7 pH值對K/S值的影響Fig.7 Effect of the pH value on K/S values

由圖7可知,pH值為8～10時,染液中的電離程度和溶解度增加,K/S值均增加;pH值為10～11時,棉織物表面的陽離子減少,對染液的吸附能力減弱[15],K/S值均有一定程度的下降趨勢。因此,將pH值控制在8～10較好。

2.2.4 日照時間

配置染液浴比為1︰50,染色次數(shù)為6,稀釋比例為1︰5,pH值為9。通過改變?nèi)照諘r間為5～40 h觀察柿染棉織物顏色特征及K/S值的變化,如表8和圖8所示。

表8 日曬時間對顏色特征的影響Tab.8 Effect of sunshine duration on color characteristics

由表8可知,隨著日照時間的增加,織物表面的柿單寧與氧氣反應(yīng)充分,故三種染色方式的L*值均下降,色調(diào)加深;直接染色與前媒染中a*、b*值增加,色光增強。后媒染的a*、b*值降低,色光減弱。

由圖8可知,日照時間在5～20 h時,K/S值增加較快,在日照前期柿單寧與氧氣反應(yīng)速率較快;20～40 h時,K/S值增加趨緩,說明反應(yīng)到一定程度后,速率會減慢。因此,將日照時間控制為10～30 h較好。

圖8 日照時間對K/S值的影響Fig.8 Effect of sunshine duration on K/S values

2.3 柿漆媒染工藝優(yōu)化

通過單一變量因素可以看出,染色次數(shù)、稀釋比例、pH值和日照時間對柿漆染色都有一定的影響。為了得到最佳染色工藝,故選擇對K/S值影響較大的變量,設(shè)計4因素3水平正交實驗。本文以后媒染為例,實驗安排與結(jié)果如表9所示。

表9 正交實驗及結(jié)果Tab.9 Results of the orthogonal tests

由表9可見,根據(jù)R值可知四因素對K/S值的影響大小為:染色次數(shù)>pH值>日照時間>稀釋比例。由正交實驗得出前媒染和后媒染的最佳染色工藝為:染色8次,稀釋比例1︰3,pH值10,日照時間20 h。直接染色的最佳日照時間為30 h,但結(jié)合實際因素,將日照時間統(tǒng)一為20 h。

2.4 柿漆媒染棉織物服用性能評價

根據(jù)優(yōu)化后的工藝參數(shù)進行染色,并對試樣進行服用性能測試,結(jié)果如表10所示。

表10 服用性能測試結(jié)果Tab.10 Results of the wearability tests

由表10可知,相比未染色織物,染色織物在耐磨性、斷裂強力方面性能有所提高,柿漆染色后棉織物的紗線會有柿單寧及其氧化物附著,因此柿染棉織物的斷裂強力增大;柿漆染色后的織物會有一定的縮率且手感發(fā)硬[3],因此織物的緊度增加,撕裂時紗線不易滑移,受力三角變小,撕破強力降低。

1) 熱濕舒適性能。柿漆媒染棉織物的透氣透濕性變好,這是因為染色時棉纖維吸附柿漆,使紗線緊密黏合在一起,紗線交織處空隙增大;染色后織物的厚度和質(zhì)量增加[16],織物中的靜止空氣增加,保暖性增強,克羅值增大;直接染色和前媒染的棉織物具有良好的吸水性,后媒染織物的吸水性較差,這是因為后媒染會在織物表面形成拒水層,有一定的防水性;染色后棉織物表面更加光滑平整,手感硬挺[17],涼感系數(shù)增加。

2) 色牢度。柿染棉織物的摩擦色牢度均達到標準,后媒染的織物色牢度稍差,是由于媒染劑與柿單寧反應(yīng)后生成的顏色物質(zhì)附著于織物表面,更容易隨著摩擦而褪色。

3) 抗紫外線性能。柿染棉織物的抗紫外線性能較為優(yōu)越,UPF值均大于50且紫外線透過率小于5%,其中媒染后的織物優(yōu)于直接染色織物,這是因為染色后織物的厚度增加且織物表面形成涂層;媒染棉織物表面吸附了更多的染料量[18]。

3 結(jié) 論

本文研究了媒染對柿漆染色棉織物色調(diào)的影響,根據(jù)K/S值確定了媒染工藝參數(shù),通過改變媒染方式得到了不同色調(diào)的織物,采用正交實驗優(yōu)化柿漆染色工藝,分析了最優(yōu)工藝下柿漆媒染棉織物的耐用性、熱濕舒適性、色牢度及抗紫外線性能。

1) 上染效果較好的媒染工藝為:媒染溫度30 ℃,媒染劑質(zhì)量濃度0.25 g/L,處理時間30 min。

2) 柿漆媒染染色的最優(yōu)工藝為:常溫下染色15 min,浴比1︰50,染色8次,稀釋比例1︰3,pH值10,日照時間20 h。

3) 不同染色方式呈現(xiàn)出不同色調(diào),柿漆直接染色棉織物呈黃棕色調(diào);綠礬作媒染劑時,前媒染棉織物呈茶褐色調(diào),后媒染棉織物呈藍黑色調(diào)。

4) 相比直接染色織物,柿漆媒染棉織物具有良好的服用性能。耐磨性、撕破強力增大,抗紫外線性能優(yōu)異,色牢度符合國家標準。

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