陳 娟,渠少波,文 卓

(東莞德永佳紡織制衣有限公司,廣東 東莞523133)

棉纖維是一種天然纖維素纖維,具有優(yōu)異的吸濕性和親膚性,易染色[1]。活性染料具有色澤鮮艷、色譜齊全、染色簡單的特點(diǎn),與纖維素纖維通過共價(jià)鍵結(jié)合,水洗牢度好[2]。但活性染料的上染率和固色率低,染色廢水色度高,在染深色時(shí)這些問題更加突出[3]。在活性染料傳統(tǒng)浸染染色工藝中,為了促進(jìn)染料從染液向纖維上的吸附,需加入大量無機(jī)鹽Na2SO4或NaCl(30～100g/L),以提高上染率。大量無機(jī)鹽的排放易破壞水體系生態(tài)環(huán)境,造成土地鹽漬化[4]。因此,活性染料無鹽或低鹽染色已成為一個(gè)重要的課題,為此,各國染整工作者進(jìn)行了大量的研究[5]。環(huán)保壓力下的印染行業(yè),染料成本日益提高,企業(yè)要想降低染化料成本,提升染料利用率明顯是一個(gè)重要的手段。研究表明,棉纖維陽離子改性是實(shí)現(xiàn)活性染料無鹽或少鹽染色的有效途徑,同時(shí),可提高染料固色率和色牢度,降低染色殘液的COD,使之具有廣闊的應(yīng)用前景[6-7]。反應(yīng)型陽離子改性劑能夠有效地解決這些問題,但采用缸內(nèi)改性需要較大的浴比才能保證后續(xù)染色的相對均勻性,同時(shí),需要一定的溫度環(huán)境,一方面能保證改性劑的活性,另一方面也會加速改性劑的水解,導(dǎo)致大量改性劑水解浪費(fèi),利用率低[8-9]。

本文采用浸軋陽離子改性劑XR,然后利用冷堆的方法對純棉針織物進(jìn)行陽離子改性前處理,降低改性浴比,同時(shí)減少改性劑與燒堿單獨(dú)接觸的時(shí)間,以降低水解程度,提高改性劑XR的利用率。

1 試驗(yàn)部分

1.1 織物、試劑與儀器

織物 17.15tex精棉針織雙面布(100%精棉,東莞德永佳紡織制衣有限公司)。

試劑 陽離子改性劑XR(自制)；NaOH；滲透劑(自制)；消泡劑PHD(非離子型,昂高化工有限公司)；H2O2；HAc；NaCl；Na2CO3；活性染料藍(lán)BF(昂高化工有限公司)；活性染料黑HSP(亨斯邁化工貿(mào)易有限公司)；T-980弱陽離子型軟油(自制)。

儀器 EL-400立式小軋車(順德精瑞實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；M-TENTER連續(xù)式平幅烘干機(jī)(福瑞斯環(huán)保設(shè)備有限公司)；紅外線染色缸(香港立信)；Ultrascan-XE電腦測色配色儀(美國HunterLab公司)；Y571B型摩擦牢度儀(英國JamesH.Heal有限公司)；SW-12A型水洗牢度儀(上海泛標(biāo)紡織品檢測技術(shù)有限公司)。

1.2 棉織物的陽離子改性

1.2.1 改性工藝處方

1.2.2 陽離子改性工藝

棉針織坯布陽離子改性處理(一浸一軋,帶液率60%～70%)→將處理的棉布打卷→蓋上塑料薄膜→旋轉(zhuǎn)堆置。

1.3 染色工藝

1.3.1 棉織物染色處方

1.3.2 染色工藝流程

坯布落缸除油→煮布→過酸(HAc1.0g/L)→除氧→染色→皂洗→烘干。

1.3.3 皂洗工藝

(1)常規(guī)皂洗工藝：常溫冷行水洗2次→過酸(50℃,10min,HAc1.0g/L)→皂洗(95℃,15min,皂片4g/L)→洗熱水(95℃,10min)→常溫冷行水洗3次。

(2)高效皂洗工藝：

(a)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→常溫冷行洗水→柔軟整理(50℃,20min,T-9803.75g/L)。

(b)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→常溫冷行洗水。

(c)熱水洗水2次(65℃,5min)→過酸(50℃,10 min,HAc1.0g/L)→熱水洗水3次(95℃,5min)→常溫冷行洗水。

1.4 染色性能

(1)上染率和固色率

用紫外-可見分光亮度計(jì)分別在最大吸收波長處測定染色前后染液及皂洗后的皂洗液吸亮度,按照式(1)和式(2)計(jì)算上染率E和固色率F。

式中A0為染色前染液吸亮度；A1為染色殘液吸亮度；A2為皂洗殘液吸亮度。

(2)K/S值及色差

用電腦測色配色儀測定,10°視野,D65光源,試樣折疊8層,每個(gè)試樣在不同位置測8次,取平均值。

1.5 牢度性能

耐摩擦色牢度按AATCC116-2005《耐摩擦色牢度：旋轉(zhuǎn)垂直摩擦儀法》測定；

耐皂洗色牢度按AATCC61-2013《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)退瓷味取窚y定；

耐水色牢度按照AATCC107-2009《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)退味取窚y定；

滲化色牢度按照Daimaru測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaOH用量與XR用量對上染率和K/S值的影響

設(shè)置NaOH用量為4～32g/L,陽離子改性劑XR用量為5～50g/L,探究兩者用量對上染率和K/S值的影響；設(shè)置染色用活性染料BlueBF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20g/L,試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖2 不同XR用量下NaOH用量對染色K/S值的影響

由圖1可知,隨著改性劑XR用量的增加,上染率E值呈現(xiàn)增加的趨勢,當(dāng)改性劑XR用量為10～50g/L時(shí),E值達(dá)到98%～99%；由圖2可知,布面K/S值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,不論XR用量為多少,當(dāng)NaOH用量達(dá)到8g/L左右時(shí),K/S值均達(dá)到一個(gè)較好的水平。

2.2 改性條件對改性效果的影響

2.2.1 改性條件初步判定

設(shè)置改性劑用量5～50g/L,NaOH用量4～32 g/L,冷堆時(shí)間設(shè)置6～24h,滲透劑用量1g/L,活性染料藍(lán)BF質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.0%,NaCl用量60g/L,Na2CO3用量20g/L。根據(jù)改性工藝條件采用正交表L16(43)進(jìn)行正交試驗(yàn),見表1,測試染色上染率E值,得到上染率E值直觀分析表,見表2。通過表中的極差比較發(fā)現(xiàn),3個(gè)因素中極差最大的是改性劑XR用量,其次是NaOH用量,最小的是冷堆時(shí)間,極差越大,所對應(yīng)的因素影響越重要。由此得出：試驗(yàn)范圍內(nèi),改性劑XR用量是影響改性織物上染率E值最重要的因素,NaOH用量次之,而冷堆時(shí)間影響較小。

表1 改性條件正交試驗(yàn)表

表2 不同改性條件下上染率直觀分析表

根據(jù)各影響因素水平和不同改性條件下上染率E值,得到如圖3所示的因素效應(yīng)曲線。從圖3可以看出,隨著各影響因素值的增大,染色上染率E值均呈現(xiàn)一定程度的增加,但基本達(dá)到一定數(shù)值后,增值逐漸趨于平緩,上染率E值越大表示染色得色越高,染料利用率也越高,由此次試驗(yàn)可以得出改性最佳工藝參數(shù)為XR用量為30～40g/L,NaOH用量為12g/L,冷堆時(shí)間為6h左右。

圖3 不同改性條件下上染率效應(yīng)曲線

2.2.2 改性劑XR用量優(yōu)化

在2.2.1試驗(yàn)結(jié)論基礎(chǔ)上優(yōu)化陽離子改性劑XR用量,分別控制NaOH用量為12g/L,冷堆時(shí)間為6 h,設(shè)置XR用量為0～50g/L,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料活性藍(lán)BF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20g/L,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知,當(dāng)改性冷堆時(shí)間控制在6h,NaOH用量為12g/L時(shí),隨著XR用量的增加,上染率呈現(xiàn)增加的趨勢,當(dāng)用量增至30g/L時(shí),E值增加的趨勢變慢,但用量增加至40g/L時(shí)上染率E值達(dá)至98%,再增加XR的用量,E值不再明顯增加。此時(shí)XR的最佳改性用量為30～40g/L。

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2.3 改性棉染色條件探究

2.3.1 染色溫度和pH值對XR改性棉染色效果的影響

控制改性劑XR用量為30～40g/L,冷堆時(shí)間為6 h,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料藍(lán)BF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20 g/L,考察染色溫度(60、80、100℃)的影響。以未改性織物為標(biāo)準(zhǔn)樣,考察染色pH值對染色織物的K/S值、力份及顏色特征值的影響,見表3。由表3可知,中性條件下對于活性藍(lán)BF染料在

表3 染色pH值對染色織物的K/S值、力份及顏色特征值的影響

80℃染色條件下,染色織物的表觀得色最深,降低或升高溫度得色都會有一定程度的降低。此外,pH值保持在5-6時(shí)得色程度相對較高。但pH值的影響較染色溫度的影響小。

2.3.2 不同XR用量下染色鹽堿對染色效果的影響

控制改性劑NaOH用量為12g/L,冷堆時(shí)間為6 h,潤濕劑用量為1g/L,染色用活性染料黑HSP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%～12.0%時(shí),考察0～50g/LXR用量范圍下,不同NaCl用量(0～80g/L)和Na2CO3用量(5～25g/L)對織物染色效果的影響。根據(jù)改性劑用量及染色用鹽堿工藝,按正交表L25(56)進(jìn)行試驗(yàn),見表4,測量染色K/S值,得到K/S值直觀分析表,見表5。通過表中的極差比較,發(fā)現(xiàn)4個(gè)因素中極差最大的是染料用量,其次依次是NaCl用量、改性劑XR用量、Na2CO3用量,極差越大,所對應(yīng)的因素影響越大。由此得出：試驗(yàn)范圍內(nèi),染料用量依然是影響K/S值最重要的因素,NaCl和改性劑XR次之,而Na2CO3影響較小。

表4 不同XR用量下染色鹽堿對染色效果的影響正交試驗(yàn)表

表5 不同試驗(yàn)條件下染色K/S值的直觀分析表

根據(jù)各影響因素水平和不同改性劑用量及染色鹽堿用量下染色的K/S值,得到如圖5所示的因素效應(yīng)曲線。從圖5可以看出,隨著各影響因素值的增大,染色K/S值均呈現(xiàn)一定程度的增加,但基本達(dá)到一定數(shù)值后,增加逐漸趨于平緩,染色K/S值越大表示染色得色越深,由此次試驗(yàn)可以得出改性最佳工藝參數(shù)為XR用量為30～40g/L,染料用量為10%左右；對染料活性黑 HSP在10.0%用量下,最大僅需40～60g/L的NaCl,即可獲得優(yōu)異的染色效果,較傳統(tǒng)染色鹽量可減少40%～50%左右,Na2CO3用量20～25g/L,基本維持原有狀態(tài)。

圖5 不同試驗(yàn)條件下染色K/S值的效應(yīng)曲線圖

2.4 改性棉皂洗工藝研究

控制改性劑XR用量為30～40g/L,冷堆時(shí)間為6 h,滲透劑用量為1g/L,染色用活性染料藍(lán)BF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%,NaCl用量為60g/L,Na2CO3用量為20 g/L,考察不同皂洗工藝(具體皂洗工藝及條件見1.3.3)對染色性能的影響,以未改性織物為標(biāo)準(zhǔn)樣,染色織物的K/S值、力份及顏色特征值見表6,牢度性能測試結(jié)果見表7。

由表6和表7可知,改性后能夠在一定程度上提升滲化牢度1級左右,且提升得色后仍然不會降低摩擦牢度,尤其是濕摩擦牢度；改進(jìn)后處理方式后仍然可以達(dá)到常規(guī)后處理的牢度效果,但改性后織物色光仍然偏紅,不同后處理方式對色光影響不大；對比常規(guī)皂洗工藝及高效皂洗工藝2種方式,選擇工藝a,在該染料用量下,能夠明顯減少皂洗水量45%左右,節(jié)約處理時(shí)間50%以上。

表6 不同皂洗方式染色K/S值和顏色特征值

表7 不同皂洗方式牢度性能對比

3 結(jié)論

(1)冷堆時(shí)間對改性效果影響較小,為保證運(yùn)轉(zhuǎn),控制冷堆時(shí)間為6h,NaOH用量為12g/L,XR的最佳用量為30～40g/L時(shí),改性后的上染率能夠達(dá)到98%,較未改性織物約提升5%。

(2)在試驗(yàn)條件下,適當(dāng)升高染色溫度至80℃可以提高染色得色率；此外,染色pH值控制在5-6時(shí),染色效果較中性條件所得染色得色率更高。對于染深色,僅需40～60g/L的NaCl,較傳統(tǒng)染色鹽量可減少40%～50%左右。

(3)改性后能夠在一定程度上提升滲化牢度1級左右,并不會降低其他牢度,但改性后織物色光整體偏紅,不同皂洗方式對色光影響不大。對比多個(gè)后處理方式,在該染料用量下,能夠明顯減少后處理次數(shù),節(jié)約后處理時(shí)間,節(jié)水量達(dá)到45%,同時(shí)縮短皂洗時(shí)間至少50%。

(4)在試驗(yàn)過程中,雖然勻染性無很大問題,針對敏感色和非敏感色都進(jìn)行了中試研究,但改性劑堿性水解問題一直得不到根本解決,改性劑利用率的提升仍然需要進(jìn)一步深入研究,以降低生產(chǎn)成本。

(5)本試驗(yàn)雖然已進(jìn)行大貨驗(yàn)證,但不同的染料及染料組合,助劑等的節(jié)約量會有一定的差異性,通過改性處理能夠在一定程度上有效提升染色表觀得色深度,節(jié)省染料用量。