劉幸樂， 姚繼明， 侯賀剛， 韓 琪

(1. 河北新大東紡織有限公司， 河北 石家莊 052260; 2. 河北科技大學 紡織服裝學院， 河北 石家莊 050018)

紗線線密度與染色槽數對靛藍上染率的影響

劉幸樂1，2， 姚繼明2， 侯賀剛1， 韓 琪1

(1. 河北新大東紡織有限公司， 河北 石家莊 052260; 2. 河北科技大學 紡織服裝學院， 河北 石家莊 050018)

為了解靛藍染料的染色特性，提高打版成功率，同時更加精確地計算染色成本，測試分析了相同染槽深度時不同紗線線密度對靛藍上染率的影響和相同線密度時不同染槽深度對靛藍上染率的影響。通過30 ℃對紗線進行染色，浸染時間為26 s，氧化時間為120 s，壓力為7.0 MPa，然后對烘干后染色紗樣的上染率進行測試和分析。結果表明：在底水各組分質量濃度測試值為靛藍2.0 g/L、燒堿3.0 g/L，保險粉1.32 g/L、pH值11.88，氧化還原電位-785 mV，電導率64.2 μS/cm時，靛藍上染率隨紗線線密度的增加而降低，相同的染槽深度下，上染率與紗線線密度的平方根成反比；靛藍上染率隨染色槽數的增加而增加，且增長率逐漸減小。

靛藍； 染槽； 上染率； 紗線； 線密度

牛仔布生產起源于美國，最初的牛仔布是靛藍染色經紗與緯紗以一定的組織結構交織而成的純棉布，由于其耐磨的優(yōu)勢，受到了美國礦工的歡迎，也因此得以廣泛流傳。到目前為止，靛藍染色仍是牛仔布生產的主要工藝[1]。短期內，靛藍染色織物因其耐光照、耐洗滌及氯漂色牢度好的優(yōu)勢，其市場份額仍不會縮減[2]。隨著牛仔水洗技術的發(fā)展，利用靛藍染色不透芯的特殊性，將牛仔進行水洗，可獲得不同顏色和風格的面料，經石磨后兼具層次感和立體感。增加靛藍的染色深度是開發(fā)更多品種的先決條件，因此，靛藍深色染色技術得以發(fā)展。影響靛藍染色效果的因素較多，紗線線密度、紡紗方式等都會對靛藍的深度和色光造成影響，因此，合理地選擇用紗也是靛藍染色的一個要素。另外，相對于其他染料，牛仔布生產過程中，靛藍染料的染色速率相對較低。通過增加底水中靛藍濃度來加深紗線表面色，只能提高染料的初染率，卻達不到理想的滲透效果。染料吸附到紗線，在表層發(fā)生聚集，難以向紗芯滲透，造成明顯的環(huán)染現象。這時，染料與纖維結合以范德華力為主，部分染料在后續(xù)的退漿、水洗等工序后會以浮色的形式損失掉。生產成本高，造成大量浪費，同時織物的摩擦牢度也會明顯降低。通過增加染槽數量，采用多次浸染的方法進行染色，可改善這一問題[3]。本文分別研究了紗線線密度和染槽數對靛藍上染率的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與設備儀器

材料：不同線密度的純棉環(huán)錠紗。

藥品：N-甲基吡咯烷酮、燒堿溶液、保險粉，均為化學純，蒸餾水。

設備儀器：T-1109束莫里森束染機(Morrison Textile Machincry Co.)、Y2301型手持式紗線張力儀(南通宏大實驗儀器有限公司)、102型電熱恒溫鼓風干燥箱(山東濰坊醫(yī)藥集團股份有限公司醫(yī)療器械廠)、CP114-型電子天平(上海奧豪斯儀器有限公司)、HH-S6型數顯恒溫水浴鍋(常州國宇儀器制造有限公司)、722s型可見分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)。

1.2 染色方法

浸染過程中，染色時間為21 s，氧化時間為99 s，軋輥壓力為7.0 MPa，紗線張力為3.0 MPa。染色底水參數為：靛藍質量濃度2.0 g/L,燒堿質量濃度3.0 g/L,游離保險粉質量濃度1.32 g/L，pH值11.88，氧化還原電位-785 mV，電導率68.5 μS/cm，溫度30 ℃。

1.2.1 紗線線密度對靛藍上染率的影響

取不同線密度環(huán)錠紡純棉紗在繩染機進行染色，做大貨生產染純靛藍時，紗線繞過張力架，一端捆綁于第1束紗，跟隨繩染大貨同步進行染色和氧化。在經歷5次染槽浸染及氧化架氧化后，將染色紗樣取出不經水洗，直接烘干。

1.2.2 染槽個數對靛藍上染率的影響

取58.31 tex環(huán)錠紡純棉紗在繩染機進行5組染色實驗，做大貨生產染純靛藍時，紗樣繞過張力架，一端捆綁于第1束紗，跟隨繩染大貨同步進行染色和氧化。在經歷不同染槽浸染及氧化架氧化后，取出不經水洗，直接烘干。

1.3 剝色方法

1.3.1 剝色溶液

用量筒準確量取300 mL N-甲基吡咯烷酮，全部移入1 000 mL容量瓶；吸取20 mL 燒堿溶液轉移至上述容量瓶；在分析天平上準確稱取10.000 g保險粉移入容量瓶；用蒸餾水對剝色溶液進行定容，搖勻后待用。

1.3.2 紗線剝色

用分析天平稱取0.190～0.200 g烘干后的色紗，放入50 mL容量瓶；用制備好的剝色溶液對50 mL容量瓶進行定容；將定容后的容量瓶放入60 ℃的水浴鍋中，恒溫15 min。

1.4 測試方法

1.4.1 分光光度計設定及校對

參照上述剝色方法，在波長為408 nm處測定一系列還原態(tài)靛藍的濃度-吸光度的對應數據，以100%純靛藍顆粒作為基準物繪制校驗曲線?？筛鶕崪y的吸光度獲得還原態(tài)靛藍的實際質量濃度。

設質量濃度值為x，測試所得吸光度為y，靛藍質量濃度為0～10 mg/L時，可得一元線性方程：

y=0.077 3x

(1)

由式(1)得出

x=12.94y

(2)

濃度因子可根據式(2)設定為1 294，實際質量濃度即為質量濃度直讀值/100，單位為mg/L。

分光光度計校對。取2個剝色溶液到10mm比色皿中，在722s型可見光分光光度計上進行校對，波長調至408nm，斜率設為1 294，記錄剝色溶液的讀數A。

1.4.2 色紗上染率測試

將剝色液搖勻并冷卻至室溫，準確吸取5 mL剝色液移入50 mL容量瓶，用剝色溶液定容并搖勻；將制備好的溶液在分光光度計上進行測試，記錄數值B。

紗線上靛藍上染率的計算式為

(3)

式中M為干后的色紗質量，g。

2 結果與討論

為排除人為操作因素的干擾，在同一底水狀態(tài)下進行若干組重復實驗，將測量的有效數據取平均值。

2.1 紗線線密度對上染率的影響

在相同的工藝條件下，分別對不同線密度的環(huán)錠紗染5個染槽的靛藍，并對烘干后的紗線進行靛藍上染率測試，結果見表1。

表1 靛藍對不同線密度紗線的實際上染率Tab. 1 Actual dye uptake of indigo for yarns with different density

由表1可見，在相同的染槽深度，色紗靛藍的實際上染率隨紗線線密度的增加而降低。紗線線密度越大，紗線越粗，單位質量的紗線所吸收到的染料越少。用同樣的染料進行染色，比表面積越大，得色越深，而比表面積小的則得色淺[4]。這是由于隨紗線線密度的減小，紗線比表面積增大，染料的吸附能力增強，從而靛藍的實際上染率提高，顏色加深[5-6]。

根據染色物理模型[7],靛藍上染率與棉紗線密度的關系為

(4)

式中：參照紗線的線密度為Na；紗線靛藍上染率為ρa，達到與參照紗相同的表面顏色深度所需要的上染率為ρb。由式(4)可知，上染率ρb與紗線線密度N的平方根成反比。紗線線密度越大，紗線越粗，達到相同的上染率所需要的染料越多。

以72.89tex紗為基數，利用式(4)對不同線密度所得上染率進行計算。用Origin軟件對實際上染率和理論上染率的關系作圖，結果如圖1所示。

由圖1可看出，理論上染率與實際上染率2條曲線基本吻合，這說明了對不同紗線線密度的單因子實驗中，實測數據對理論上染率進行了有效的驗證，理論計算與實驗結果一致。即，在相同的工藝條件下，紗線線密度越大，靛藍上染率越低；而上染率紗線線密度的平方根呈反比。

2.2 不同染色槽數對上染率的影響

取同一批次58.31 tex的環(huán)錠紗，在繩染機上染不同染槽數量的靛藍，對烘干后的紗線進行上染率測試，結果如圖2所示。

由圖2可看出，在一定范圍內，靛藍上染率隨染槽數量的增加而增加。但染槽數量與色紗靛藍的上染率并沒有呈現出理想的線性關系。隨浸染次數的增加，整體上染率緩慢增長，而平均每槽上染率會越來越低。每種染料單獨對每種基質材料分別以一定的質量濃度進行梯度著色[8]，同理，靛藍染料也隨染槽數量的增加對紗線進行梯度著色。

一部分隱色體在纖維浸入第1個染槽后，經紗可接受染料的染座數量較多，染液中的電解質也起到了一定的促染作用，染料迅速吸附在紗線表面。但由于靛藍隱色體的擴散性能差，染料大量聚集在紗線的表面，從而導致初染率高，勻染性能差。在較短的時間內，吸附的染料與染液中的隱色體難以達到置換平衡。經第1道氧化架氧化后，染料固著下來，但這種表層的染料與紗線的結合并不緊密。

進入第2個染槽后，由于電解質的作用，底水中的隱色體會在紗芯方向促進紗線表層染料向紗芯滲透，并占據原來的部分染座。相反，表層染料也會阻礙其他隱色體的繼續(xù)上染。由于染色時間的限制，在堿性條件下，底水中過量保險粉對色紗的剝色速率與隱色體對紗線的吸附速率僅達到某種程度的平衡，紗線一出染槽就開始第2次氧化。

在第3個以及更多染槽后，每次浸染，染料的上染率的增加速度越來越小，上染率增加越來越緩慢。隨染槽數量的無限增加，紗線上染座被充分占據，每次浸染，染料剝色和對紗線的吸附達到最終的平衡。氧化后，紗線上的靛藍上染率不再繼續(xù)增加。

3 結 論

1)在染色過程中，靛藍的上染率受到紗線線密度和染槽數量等因素的影響。其他工藝條件相同的情況下，紗線線密度越大，質量比表面積越小，對染料吸附能力越弱，染料上染率越低。不同紗線達到相同的表面顏色深度所需要的上染率與紗線線密度的平方根成反比，因此，靛藍在連續(xù)生產過程中，計算染色成本時要考慮紗線線密度對靛藍消耗速率的影響。

2)隨染色槽數的增加，靛藍的上染率逐漸增加，而上染率與染色槽數不呈線性關系；隨染色槽數的增加，靛藍上染率增加速度會越來越小，直至趨近于零。生產使用的染槽數量少，達不到深度要求，染槽數量太多，又會造成染料的浪費，因此要想在降低成本的同時染得較深的顏色，必須權衡好染色槽數與上染率之間的關系。

FZXB

[1] 李毅.牛仔布生產與質量控制[M]. 北京：中國紡織出版社，2002:1-2. LI Yi. Jean Production and Quality Control [M]. Beijing：China Textile & Apparel Press，2002:1-2.

[2] ALBERT Roessler，JIN Xiunan . State of art technologies and new electrochemical methods for the reduction of vat dyes [J].Dyes and Pigments， 2003(59):223-235.

[3] 姚繼明，劉幸樂.靛藍染色體系的優(yōu)化設計[J]. 紡織學報，2013，34(7):79-84. YAO Jiming， LIU Xingle, Optimization of indigo dyeing system on cotton fabrics [J]. Journal of Textile Research，2013， 34(7):79-84.

[4] 宋曉秋，李宏濤，高冬梅.電子測色和分色制版技術在紡織印染工業(yè)中的應用[J].長春工業(yè)大學學報，2003,24(3):13-15. SONG Xiaoqiu，LI Hongtao，GAO Dongmei. Electronic color matching and color plate-making technology application in textile and dyeing industry [J]. Journal of Changchun University of Technology，2003，24(3):13-15.

[5] 張增強.彈性織帶生產過程中的問題分析與工藝調校[J].上海紡織科技，2009，37(2):46-48. ZHANG Zengqiang. Elastic ribbon in production of problem analysis and process adjustment [J].Shanghai Textile Science & Technology，2009，37(2):46-48.

[6] 戴文勇，羅軍，林寶金.滌綸微細纖維筒子紗染色性能的探討[J].廣東化纖，2002(2):44-48. DAI Wenyong，LUO Jun， LIN Baojin. Discussion of polyester micro fiber bobbin on dyeing [J]. Guangdong Chemical Fiber,2002(2):44-48.

[7] 溫和.棉紗細度對靛藍染色效果的影響[J].五邑大學學報，2011,25(2):47-51. WEN He. Effects of cotton yarn fineness on indigo dyeing[J]. Journal of Wuyi University, 2011,25(2): 47-51.

[8] 徐海松.顏色技術原理及在印染中的應用[J].印染，2006(9):36-38. XU Haisong. Application of color principle in printing and dying technology [J]. China Dyeing & Finishing, 2006(9):36-38.

Effect of yarn density and dyeing vat on dye uptake of indigo

LIU Xingle1,2, YAO Jiming2, HOU Hegang1, HAN Qi1

(1.Hebei Xindadong Textile Co., Ltd., Shijiazhuang, Hebei 052260, China; 2. College of Textile and Garment, Hebei University of Science & Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

In order to grasp the dyeing properties of the indigo, promote success rate of the production, and calculate the cost of the dyeing process, two groups of experiments were carried out in the rope dyeing machine, and effect of yarn density on the dye uptake of indigo and effect of dyeing vat on the dye uptake of indigo. The yarns were impregnated with dyeing solutions for 26 s at 30 ℃, and oxidized for 75 s, and the pressure was 7.0 MPa. The dye-uptake of the drying sample yarns were tested and analyzed. The results show that, when the dosage is: indigo 2.0 g/L, caustic soda 3.0 g/L and sodium hyposulfite 1.32 g/L, pH 11.88, oxidation-reduction potential -785 mV and electrical conductivity 64.2 μS/cm, the dye-uptake reduced with the increasing of the yarn density. Under the same depth, the dye uptake is inversely proportional to the square root of the yarn density. The dye-uptake increased with the increasing of the dyeing vat, but the growth rate decreased.

indigo; dyeing vat; dye uptake; yarn; density

10.13475/j.fzxb.20150401604

2015-04-14

2016-02-21

劉幸樂(1985—)，男，碩士生。研究方向為牛仔布經紗染色及上漿技術。姚繼明，通信作者，E-mail: yaojiming66@126.com。

TS 193.63

A