滌/棉混紡織物一浴法染色

李萬新,白賽豪,王玉霖,張新琪,劉瑞寧,舒大武,,,*,韓 博

(1.河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,河北 石家莊 050000;2.淄博墨林匯新材料有限公司,山東 淄博 255000;3.河北省應(yīng)急防護面料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,河北 邢臺 055550)

滌/棉混紡織物具有易洗速干、耐磨性好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點,深受廣大消費者青睞[1-4]。一般情況下,多采用分散/活性染料對滌/棉混紡織物進行染色。二浴二步法作為滌/棉混紡織物的傳統(tǒng)染色工藝,需要在高溫高壓下,利用分散染料對滌綸進行染色,再使用活性染料上染棉纖維[5],工藝繁瑣,耗能大,生產(chǎn)效率低[6-8]。顯然在“雙碳”背景下,該印染加工方式很難滿足綠色生產(chǎn)和高品質(zhì)制造的需求。

近年來,開發(fā)新型染料[9]以及滌/棉混紡織物先改性再染色[10]被廣泛研究。含有β-硫酸根乙基磺酰基的染料分子,在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為具有活性的乙烯砜基,能夠同時上染混紡織物中的滌綸纖維和棉纖維,降低染料用量,但染色時需調(diào)節(jié)染液的p H 值,過程繁瑣[11]。對滌/棉混紡織物進行陽離子化改性,解決了染料利用率低、環(huán)境污染嚴重等問題,但會增加染色成本,勻染性和重現(xiàn)性較差[12-13]。因此,開發(fā)一種適合滌/棉混紡織物低碳高效染色工藝勢在必行。

選用分散黑LET、活性藏青LCB 對滌/棉混紡織物進行同浴軋染,以染色織物表觀色深K/S值為評價指標,確定適宜的汽蒸時間、堿劑用量。揭示了染色添加劑(NaCl、NaOH 和尿素)和分散/活性染料比值對染色織物表觀色深的影響規(guī)律,試圖為制定適合滌/棉混紡織物的流程短、能耗低染色工藝奠定基礎(chǔ)。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料:滌/棉混紡漂白織物(混紡比65∶35,河北寧紡集團有限責(zé)任公司);分散黑LET、活性藏青LCB(浙江龍盛集團股份有限公司);氯化鈉、無水碳酸鈉、氫氧化鈉、尿素、皂粉(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。試劑在沒有特殊標注的情況下,均為分析純。

儀器:CP-114電子天平(奧豪斯儀器制造有限公司);101-3AB電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);P-BO 臥式軋車(萊州元茂儀器有限公司);Colori5測色配色儀(愛色麗公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 一浴一步染色工藝

染色工藝流程:

配制染液(分散黑LET 10 g/L、活性藏青LCB 10 g/L、無水碳酸鈉5 ～20 g/L)→織物浸軋染色工作液→汽蒸(102 ℃,1 ～5 min)→預(yù)烘(80 ℃,3 min)→焙烘(210 ℃,3 min)→冷水洗→熱水洗→皂洗→熱水洗→冷水洗→烘干。

將等質(zhì)量的分散黑LET 和活性藏青LCB溶解并攪拌均勻,形成染色工作液(分散黑LET 10 g/L、活性藏青LCB 10 g/L)。將攪拌均勻的染液與一定濃度的堿液混合,形成染色工作液,迅速將滌/棉混紡織物在工作液中浸漬1 min,采用二浸二軋的方式得到帶液率為(67±1)%的濕織物,軋車壓力為0.16 MPa,車速為30 m/min。浸軋后的織物用保鮮膜密封后進行固色(102℃汽蒸1～5 min→80℃預(yù)烘3 min→210℃焙烘3 min)。固色過程結(jié)束后織物依次進行冷水沖洗、50～60 ℃熱水洗3 min、100 ℃皂煮5 min(皂洗液3 g/L,浴比1∶50)、70～80℃熱水洗3 min,最后冷水洗去浮色。

將濕織物在室溫下自然晾干,留樣,用于顏色特征值的測試。

1.2.2 表觀色深K/S值測試

使用Colori 5測色配色儀,將待測織物對折1次,每個樣品上隨機選取8個不同位置進行測試,所得結(jié)果取其平均值。

2 結(jié)果與討論

滌/棉混紡織物染色時,汽蒸時間、堿劑用量、NaCl、NaOH、尿素和分散/活性染料比值均會對織物的染色性能產(chǎn)生影響,利用染色織物表觀色深K/S值作為評價指標,揭示了上述因素對染色織物顏色的影響規(guī)律。在未經(jīng)特殊說明的情況下,分散黑LET 和活性藏青LCB的濃度均定為10 g/L。

2.1 汽蒸時間

為探明染色工藝中汽蒸時間對染色織物的表觀色深K/S值的影響規(guī)律,將Na2CO3濃度定為10 g/L,在102℃汽蒸1～5 min,染色織物表觀顏色深度如圖1所示。

圖1 汽蒸時間對染色織物K/S 值的影響

圖1示出,染色織物的表觀色深K/S值隨汽蒸時間的延長呈下降趨勢,前3 min下降趨勢較小,汽蒸時間延長到3 min之后,染色織物表觀顏色值急劇下降。汽蒸固色,主要目的是讓活性染料對混紡織物中的棉組分進行上染和固著。汽蒸時間太短,染料向纖維內(nèi)部擴散不充分,汽蒸時間太長,活性染料在高溫濕熱情況下易水解。從圖1反映的規(guī)律來看,汽蒸1 min已完全滿足需求,試驗中沒有低于1 min的變量,主要考慮到操作的可行性,故未能體現(xiàn)。

2.2 Na2 CO3濃度

對滌棉混紡織物而言,堿劑實際上是活性染料固色劑,能夠促使染料分子與纖維素羥基負離子發(fā)生共價鍵合。為探明堿劑與染色織物表觀顏色深度的關(guān)系,將汽蒸時間定為1 min,染色工作液中Na2CO3濃度調(diào)節(jié)為5～20 g/L,染色織物的表觀色深K/S值如圖2所示。

圖2 Na2 CO3濃度對染色織物K/S 值的影響

由圖2可知,當堿劑濃度由5 g/L 增加到10 g/L時,染色織物的表觀色深K/S值由13.0增加至13.3,變化較小;當堿劑濃度大于10 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值呈下降趨勢,具體而言,增加堿劑濃度至15 g/L 時,混紡織物的K/S值由13.3 下 降至12.0,減小了1.3;繼續(xù)提高堿劑濃度至20 g/L,染色織物顏色繼續(xù)降低。堿劑是活性染料固色過程中的催化劑。一方面使混紡織物中棉纖維大分子的羥基發(fā)生電離,形成羥基負離子;另一方面增加活性染料分子活性,利于染料分子和纖維素羥基反應(yīng)位點鍵合。堿性太弱,染料分子與纖維之間反應(yīng)性能降低;但堿劑用量過高,活性染料會發(fā)生水解,有效利用率降低,表觀顏色變淺。對于滌棉混紡織物采用分散/活性染料同浴染色而言,需考慮分散染料不溶于水,要使用大量水分子進行分散染料的分散。加入堿劑之后,Na2CO3會電離成Na+和CO32-,消耗水分子,影響分散染料的簇集狀態(tài)。因此,堿劑用量不宜太高,故將適宜的堿劑用量確定為10 g/L。

2.3 NaCl濃度

由于活性染料和棉纖維在水溶液中都帶有負電荷,不利于染料分子舍染液而上染纖維。加入無機鈉鹽之后,Na+會上染纖維,屏蔽纖維表面的負電荷,提高染色深度。為探明NaCl濃度對染色織物的表觀色深K/S值的影響,設(shè)定汽蒸時間為1 min,堿劑濃度為10 g/L,將染色工作液中NaCl濃度設(shè)定為0 ～20 g/L。測定染色織物表觀色深K/S值,結(jié)果如圖3所示。

圖3 NaCl濃度對染色織物K/S 值的影響

圖3 示出,當NaCl濃度從0 g/L 增加到5 g/L時,染色織物的表觀色深K/S值略微增加。當NaCl濃度高于5 g/L 時,染色織物顏色呈現(xiàn)降低趨勢。如前所述,無機鹽加入之后,溶解需要消耗染色工作液中水分子,加速染料簇集體的形成。染料分子上染纖維絕大多數(shù)是以單分子形式存在,為染料分子舍染液上染纖維提供了阻力,故整體呈現(xiàn)下降的趨勢。該試驗現(xiàn)象表明,在滌棉混紡織物采用分散/活性染料同浴染色時,尤其是超低浴比連續(xù)染色,盡可能不要使用無機鹽,以免影響染色深度,甚至可能會影響其勻染性。

2.4 NaOH濃度

活性染料染深色時,往往會加入NaOH 提高染色織物色深,探明NaOH 與染色織物的表觀色深K/S值的影響規(guī)律對制定染色工藝十分關(guān)鍵。試驗將汽蒸時間和堿劑濃度分別設(shè)定為2 min和10 g/L,染液中的NaOH 濃度設(shè)定為0～4 g/L,染色織物K/S值如圖4所示。當NaOH 的濃度為0 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值最大為13.8,濃度增加至0.5 g/L時,K/S值幾乎不變。繼續(xù)將NaOH 濃度從1 g/L提高至4.0 g/L 時,染色織物表觀顏色K/S值明顯下降。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因在于NaOH 堿性較強,加速了染料分子的聚集和水解。

圖4 NaOH 濃度對染色織物K/S 值的影響

2.5 尿素濃度

連續(xù)軋染,實際上是超小浴比染色,而尿素具有較強的吸濕性能,能夠起到分散和助溶的作用。尿素濃度對染色織物顏色的影響規(guī)律如圖5所示。

圖5 尿素濃度對染色織物K/S 值的影響

由圖5可知,隨著尿素濃度的增加,染色織物的表觀色深K/S值總體呈現(xiàn)下降的趨勢。當尿素濃度從0 g/L增加至10 g/L 時,染色織物的表觀色深K/S值由13.6減小到12.1。當尿素濃度增大到15 g/L 時,染色織物表觀色深K/S值迅速下降至10.8,該數(shù)據(jù)表明染液中添加尿素不利提高染色織物顏色深度。雖然尿素具有溶解活性染料、增強纖維素纖維吸濕溶脹的功效,但在這種超低浴比染色環(huán)境之中,染料分子簇集狀態(tài)與染色性能密切相關(guān)。在實際工業(yè)化生產(chǎn)中,混紡織物是在常壓飽和蒸汽下進行汽蒸固色,尿素會從飽和蒸汽中吸收水分子,為染料分子上染提供便利條件。但實驗室模擬實驗是在保鮮膜中進行,微環(huán)境中水分子數(shù)量不變,吸濕助溶效果無法體現(xiàn),故整體呈現(xiàn)下降趨勢。

2.6 分散/活性染料比例

為探明分散染料和活性染料質(zhì)量之比對染色織物K/S值的影響,將分散染料與活性染料以不同的質(zhì)量比混合后配置成染色工作液,其他染色工藝條件相同,染色織物K/S值如圖6所示。

圖6 分散/活性染料比例對染色織物K/S 值的影響

由圖6可知,當染色工作液中只有分散黑LET 染料時,染色織物的表觀色深K/S值為4.8。減少分散黑LET 的占比后,使兩者之比為7∶1,染色織物的表觀色深K/S值迅速增大至10.6。當分散/活性染料比例為5∶3時,染色織物的表觀色深K/S值達到最大值13.3。繼續(xù)提高活性染料占比,從37.5%提高至100%時,染色織物K/S值從13.3減小至5.4。結(jié)果表明,滌棉混紡織物染色時,滌棉織物比例與分散/活性染料比例相接近時,染色織物顏色最深,分散/活性染料占比過大或過小均不利于提高染色織物表觀顏色深度。

3 結(jié) 論

(1)對滌/棉混紡織物同浴連續(xù)染色工藝作了探究,在分散/活性染料質(zhì)量比1∶1,染料總濃度20 g/L的情況下,適宜的汽蒸時間、堿劑用量為1 min和10 g/L。因染料簇集的原因,染色工作液中加入NaCl、NaOH 和尿素均不利于提高染色織物表觀顏色深度。

(2)分散/活性染料比值與滌/棉混紡比越接近,染色織物表觀顏色越深。采用連續(xù)軋染工藝對滌棉混紡織物進行分散染料和活性染料同浴染色,可以減少浸軋染液和烘干的操作步驟,降低能源消耗,但需合理制定染色工藝,尤其是要考慮分散染料在染色工作液中的簇集狀態(tài)。