鄧旭山 蔣贊 吳金丹 王際平

摘?要：在家庭洗滌過程中，活性染料染色布樣會(huì)發(fā)生褪色及串色現(xiàn)象。以活性黑5染色的棉針織物為研究對象，通過硫酸剝色等技術(shù)并采用UV-Vis來定量研究洗滌過程中棉織物上染料掉落的量以及串色的量，同時(shí)用測色配色儀測定洗滌前后布樣的K/S值和ΔE值。結(jié)果表明：洗滌過程中掉落的染料由殘液中的游離染料和毛頭上的染料組成，機(jī)械力是影響毛頭上染料量的主要因素。機(jī)械力越強(qiáng)掉落的染料越多，布樣的K/S值明顯下降，色差ΔE增大。而對陪洗白織物而言，殘液中的游離染料會(huì)串染、掉落的毛頭會(huì)黏附到白色織物上使其色差發(fā)生變化，且毛頭的黏附是影響陪洗織物色度變化的主要因素。

關(guān)鍵詞：毛頭;染料掉落;洗滌;機(jī)械力;褪色及串色

Abstract：In the home washing process， color fading and crossing will happen for cloth dyed by reactive dyes. In this study， the cotton knitted fabric dyed with reactive black 5 was used as the object. Sulfuric acid decolorization and Ultraviolet-visible spectrometry （UV-Vis） were used to quantitatively study the amount of dye drop and color crossing in the washing process. At the same time， the K/S value and ΔE value of the sample before and after washing were measured by colorimetric colorimeter. The results show that the dye dropped during the washing process consists of the free dye in the residue and the dye on the pompon. Mechanical force is the main factor affecting the amount of dye on the pompon. The stronger the mechanical force， the more the dyes dropped. The K/S value of the cloth sample decreased significantly and chromatism ΔE increased. When the colored fabric washed together with the white one， the free dyes in the residue would lead to color crossing， and the dropped pompons would adhere to the white fabric， resulting to the chromatic aberration change. And the adhesion of pompon is the main factor affecting the chromaticity change of the white fabric.

Key words：pompom; dye drop; washing; mechanical force; color fading and crossing

活性染料目前已成為纖維素纖維印染的主要染料[1-2]，盡管活性染料染色織物具有固色率高的優(yōu)點(diǎn)，但在日常家庭洗滌中不同顏色織物混洗還是會(huì)出現(xiàn)有色織物褪色、淺色織物沾色的現(xiàn)象?？椢锿噬脑蛑饕校合礈靹┲斜砻婊钚詣┑娜榛蜐B透增溶染料分子，造成染料分子的掉落;日曬等過程導(dǎo)致染料分子發(fā)生氧化反應(yīng)或減弱其與織物吸附牢度;織物在洗滌過程中溫度過高，共價(jià)鍵發(fā)生水解等[3-4]。Gorensek等[5]研究了溫度對活性染料與纖維素纖維形成的化學(xué)鍵穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)活性染料與棉織物形成的共價(jià)鍵在低于60 ℃環(huán)境中極為穩(wěn)定，而隨著溫度升高，共價(jià)鍵會(huì)發(fā)生快速水解，布樣上染料掉落。但是在低溫洗滌下，仍會(huì)發(fā)生衣物的褪色和串色，這表明低溫洗滌中水解可能不是染料掉落的唯一因素?？椢锏拇侵干钌椢锱c淺色織物同時(shí)洗滌時(shí)造成的顏色由深色織物轉(zhuǎn)移到淺色織物上的現(xiàn)象[6-7]。在日常的洗滌中，上述現(xiàn)象都會(huì)發(fā)生，本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)機(jī)械力和水硬度等對織物的褪色有影響，但對布樣的褪色及串色行為認(rèn)識(shí)存在不足，且大多數(shù)都只停留在定性的分析[8-11]。因此，需要發(fā)展一種新的定量探究織物染料掉落過程的方法，有利于更深入的理解織物在家庭洗滌過程中的褪色行為。

本研究以活性黑5染色的棉針織物為研究對象，通過硫酸剝色等技術(shù)并采用UV-Vis分析來定量研究洗滌過程中織物上染料掉落以及串色的量。通過改變鋼珠數(shù)量來調(diào)控洗滌過程中的機(jī)械力大小，通過UV-Vis來測定掉落染料的量，用測色配色儀測定洗滌前后布樣的K/S值和ΔE值。旨在研究和揭示織物在家庭洗滌過程中的褪色以及串色的行為規(guī)律。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?實(shí)驗(yàn)材料與儀器

18.2 tex（32 s）純棉針織白布（未整理）;18.2 tex（32 s）純棉針織黑布;活性黑5（浙江龍盛集團(tuán)有限公司），為雙乙烯砜型活性染料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示;98%濃硫酸;某品牌市售普通洗衣液，購自商場;紫外可見分光光度計(jì)UV-8000（上海元析儀器有限公司）;計(jì)算機(jī)測色配色儀Datacolor600（美國Datacolor公司）;水洗色牢度儀HB12P（臺(tái)灣新瑞開發(fā)科技有限公司）。

1.2?染色工藝流程

采用一浴一步法對布樣進(jìn)行染色，染色過程如圖2所示。染色流程及條件如下：染色浴比1∶30，染料用量2%（owf），60 ℃保溫30 min，然后皂洗，皂洗溫度為98 ℃，皂洗后布樣漂洗2次，然后用沸水沖洗，盡可能多地去除未上染的染料，然后于烘箱中烘干待用。染色過程需要加鹽加堿，其中堿為硫酸鈉，質(zhì)量濃度60 g/L，鹽為碳酸鈉，質(zhì)量濃度為40 g/L，皂洗劑為十二烷基苯磺酸鈉，質(zhì)量濃度為2 g/L。

1.3?洗滌流程

將布樣裁剪成5 cm×10 cm大小，洗滌過程中浴比為1∶50，洗滌劑為市售普通洗衣液，稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%。用水洗色牢度儀進(jìn)行洗滌。其他洗滌條件如下：洗滌溫度30 ℃，洗滌時(shí)間30 min，漂洗2次，脫水后烘干。烘干后再次進(jìn)行洗滌，循環(huán)5次。使用鋼珠提供機(jī)械力，并且模擬條件總結(jié)如表1。

1.4?染料轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)

將黑色布樣和陪洗白布裁剪成5 cm×10 cm大小，加入150 mL水，洗滌劑為市售普通洗衣液，稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%。用水洗色牢度儀進(jìn)行洗滌。其他洗滌條件如下：洗滌時(shí)間為30 min，洗滌溫度為30 ℃，烘干。烘干后再次進(jìn)行洗滌，每次洗滌都加入新的陪洗布，循環(huán)5次。使用鋼珠提供機(jī)械力。

1.5?標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取0.1 g活性黑5，攪拌、溶解，定容于100 mL容量瓶中，制得活性黑5的母液，濃度為1 mg/mL，分別取不同量的活性黑5置于100 mL容量瓶中，定容至活性黑5的濃度分別為0.000 5、0.001 0、0.005 0、0.010 0 mg/mL，在最大吸收波長處分別測其吸光度。以染料質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)，所繪制的曲線即為染料溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.6?染料量的測定

1.6.1?掉落毛頭上染料量的測定

將洗滌得到的殘液進(jìn)行離心處理，離心后收集毛頭。將5 mL 98%濃硫酸緩慢滴加入水中稀釋到10 mL，加入毛頭，溶解后，加水定容于50 mL的容量瓶中，振蕩至毛頭完全溶解后，測吸光度。在598 nm（活性黑5的最大吸收波長）處測定毛頭解離液的吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到掉落毛頭上染料的質(zhì)量。

1.6.2?殘液中染料量的測定

布樣洗滌后，收集洗滌殘液，分別取20 mL洗滌殘液，用0.45 μm的濾頭過濾，在598 nm（活性黑5的最大吸收波長）處測定溶液的吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到掉落在殘液中染料的質(zhì)量。

1.6.3?陪洗白布上染料量的測定

按1.4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，將陪洗白布上的毛頭收集起來進(jìn)行測定。而陪洗白布上串染的染料量則需要準(zhǔn)確測量洗滌后陪洗白布的質(zhì)量，這里假設(shè)陪洗布樣串染均勻，剪下0.1 g的布樣。將5 mL 98%濃硫酸緩慢滴加入水中稀釋到10 mL，加入布樣，溶解后，加水定容于50 mL的容量瓶中，振蕩至毛頭完全溶解后，測吸光度。計(jì)算出0.1 g布樣上的染料含量，根據(jù)比例算出陪洗布上串染的染料量。

1.7?布樣K/S值和ΔE值的測定

使用Datacolor600（Datacolor，USA）評(píng)價(jià)棉織物的比色性質(zhì)。根據(jù)Kubelka-Munk方程獲得數(shù)據(jù)[12]（K/S值），計(jì)算如式（1）：

布樣的ΔE值都由Datacolor600測定。測定條件為：大孔徑（30 W尺寸），鏡面光澤為不包含，濾鏡為100% UV下，在每塊布樣上隨機(jī)選取4處進(jìn)行測試。

參考GB/T 26398—2017《衣料用洗滌劑去污性能、耗水量與節(jié)水性能評(píng)估指南 模擬家庭洗滌試驗(yàn)法》，使用色差儀測量洗滌前后每塊布片的L、a、b值（4個(gè)測試點(diǎn)），用洗后值減去洗前值分別求出ΔL、Δa、Δb，并根據(jù)式（2）求出色差值ΔE，取4個(gè)測試點(diǎn)的ΔE平均值作為該織物的總色差值ΔE，計(jì)算如式（2）：

2?結(jié)果與討論

2.1?染料對硫酸穩(wěn)定性的影響

因?qū)嶒?yàn)需要將洗滌產(chǎn)生的毛頭置于濃硫酸溶液中，待完全溶解后，用分光光度法測定吸光度，進(jìn)而定量計(jì)算毛頭上的染料量。先研究了活性黑5在硫酸溶液中的穩(wěn)定性，活性黑5的染料水溶液和硫酸溶液的紫外光譜如圖3所示，其中染料質(zhì)量濃度為0.01 g/L，硫酸質(zhì)量濃度為75 g/L。從圖3的紫外光譜曲線可以看出，在不同介質(zhì)中，活性黑5的最大波長和曲線形狀未有很大變化，這說明75 g/L的硫酸溶液基本沒有影響活性黑5染料的發(fā)色性能。

2.2?染料掉落的分析

洗滌后，洗滌殘液略微著色，發(fā)現(xiàn)一些短的破碎的有色纖維毛頭懸浮在殘液中，表明掉落的染料由殘液中游離的染料分子和毛頭上的染料兩部分組成。洗滌一次后的毛頭解離液和濾掉毛頭后殘液的紫外光譜如圖4所示，其中i到iv分別表示表1中A到D組。

從圖4可以看出，隨著鋼珠數(shù)目的增加，不管是毛頭解離液還是洗滌殘液的吸光度強(qiáng)度都增加。原因是洗滌過程中鋼珠數(shù)目增加，機(jī)械摩擦力增加，導(dǎo)致有更多的染料掉落到溶液中。同時(shí)，強(qiáng)大的機(jī)械磨損力使織物纖維斷裂并產(chǎn)生大量短纖維毛頭，因此被磨落的毛頭也增多。

根據(jù)其最大吸收波長處的吸光度來計(jì)算掉落的染料量。其中掉落在殘液中的染料量和毛頭上染料量如圖5所示。從圖5中可以看出，在洗滌過程中，隨著鋼珠數(shù)目的增加，殘液中的游離染料量增加并不明顯。這主要是因?yàn)闅堃褐杏坞x的染料分子主要來自于與纖維鍵合的染料的水解，且水解過程不受機(jī)械力影響。而毛頭上的染料量隨著鋼珠數(shù)的增加而增大，表明機(jī)械力是影響導(dǎo)致毛頭掉落的最主要因素。洗滌1次時(shí)，殘液中游離染料量在0.4 mg左右，而毛頭上的染料量為0.1 mg（鋼珠數(shù)=0）至0.3 mg（鋼珠數(shù)=200），說明當(dāng)機(jī)械力很小時(shí)，褪色主要是由活性染料的水解造成的，而當(dāng)機(jī)械力增加時(shí)，毛頭掉落引起的褪色越來越顯著。

掉落的染料的組成不僅與洗滌機(jī)械力有關(guān)，還受洗滌次數(shù)影響。以C組（鋼珠數(shù)100）為例，不同洗滌次數(shù)布樣掉落的染料量如圖6所示。從圖6中可以看出，隨著洗滌次數(shù)的增加，染料的水解和毛頭的磨損過程都有所減緩，掉落的染料量顯著減少。第1次洗滌時(shí)，掉落在殘液中的染料量占大多數(shù)，約占掉落量的68%左右。原因可能是在第1次洗滌時(shí)，大部分通過兩次力吸附在棉纖維上的未固定染料被洗掉。而隨著洗滌次數(shù)的增加，殘液中游離染料量急劇減少，毛頭上的染料逐漸成為掉落染料的主要部分。如5次洗滌后，毛頭上的染料占近50%。

2.3?布樣色差的分析

在紡織工業(yè)中廣泛使用的K/S值可以表示織物表面的色深和染料濃度[13]。一般來說，較高的K/S值表示較深的顏色深度和較高的染料濃度。ΔE則表示洗滌后織物的顏色變化。由圖7可知，隨著洗滌次數(shù)的增加，K/S值降低，在沒有機(jī)械力作用的A組織物上K/S變化較小，而機(jī)械力的增加，導(dǎo)致B、C和D組織物上K/S值急劇下降。其中5次洗滌后，D組織物上發(fā)現(xiàn)了明顯的褪色，并且K/S值從39.2降至35.7，這意味著織物表面染料的掉落量更大，表明洗滌過程中染料損失會(huì)影響織物顏色深度和染料濃度。而由圖8更可以看出，不加鋼珠時(shí)，洗滌次數(shù)對布樣的色差影響不大，加鋼珠后，隨著機(jī)械力的增大，洗滌次數(shù)的增多，布樣的色差值是逐漸變大的。因此，機(jī)械力對洗滌布樣的K/S值和ΔE值影響較大，可能的原因是強(qiáng)機(jī)械力會(huì)對布樣表面造成損傷，易導(dǎo)致纖維斷裂，進(jìn)而使布樣上的斷裂纖維掉落到溶液中，產(chǎn)生毛頭，而毛頭上也含有部分染料，同時(shí)織物表面容易發(fā)生起毛起球，進(jìn)而影響光線在布樣上的折/反射行為，使布樣色差較大。這些都會(huì)導(dǎo)致布樣顏色發(fā)生變化，因而布樣?的色差值變化也較大。

2.4?染料轉(zhuǎn)移分析

洗滌后，發(fā)現(xiàn)陪洗織物上有黑色毛頭且織物略微著色，表明含活性染料棉織物在洗滌過程中對陪洗織物色度變化的影響主要來自兩個(gè)方面，其一是洗滌過程中斷裂的棉織物微纖維毛頭在陪洗織物上的黏附，其二是棉織物上的活性染料分子串染到陪洗織物上。所以通過定量測量這兩方面分別有多少染料量來確定對陪洗織物的影響，其結(jié)果如圖9所示。

由圖9可知，隨著鋼珠數(shù)目的增加，毛頭上的染料量和陪洗白布上的染料量都是增加的，說明機(jī)械力會(huì)影響陪洗織物的色度變化，且每組中毛頭上的染料量比陪洗白布上的染料量要多。這說明毛頭的黏附是陪洗布沾色的主要原因，游離染料在陪洗布上的上染是次要的。由于每次洗滌都加入新的陪洗布，因此隨著洗滌次數(shù)的增加，單次洗滌中毛頭上的染料量和陪洗白布上的染料量都在逐漸減少，說明黑色布樣掉落的有色毛頭和水解染料量越來越少。且以D組為例，第1次洗滌時(shí)，毛頭上的染料量約占總陪洗布上染料量的65%（圖10），而第5次洗滌后，該次毛頭上的染料量占總陪洗布上染料量達(dá)到85%左右，毛頭上染料量的比例逐漸增加，而陪洗白布上染料量比例逐漸減小。根據(jù)這些現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在D組中陪洗白布的色度變化是最大的，也說明了沾色主要是由深色織物上掉落毛頭的黏附造成的。

3?結(jié)?論

開發(fā)了一種簡便的方法來定量研究洗滌過程中織物上染料掉落的量以及串色的量。結(jié)果表明，洗滌過程中掉落的染料由殘液中的染料和毛頭上的染料組成;多次洗滌后，毛頭上的染料所占比例較大，機(jī)械力是影響毛頭上染料量的主要因素，且強(qiáng)機(jī)械力會(huì)對布樣表面造成損傷，布樣的K/S值下降，色差ΔE增大;而對陪洗織物而言，其色度變化來自黑色布樣上的有色毛頭黏附和對陪洗白布的串染，且毛頭上的染料是影響陪洗織物色度變化的主要因素?；谝陨涎芯?，在開發(fā)具有防串色及護(hù)色功能的洗滌劑時(shí)，建議加入柔軟劑或潤滑劑有助于減少?由于毛頭掉落引起的褪色及串色。

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