蠶絲/棉復合絲織物冷軋堆染色工藝探討

郭精超，唐人成，陳國強

(1. 現代絲綢國家重點工程試驗室，江蘇 蘇州 215123；2. 蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215006)

蠶絲/棉復合絲織物冷軋堆染色工藝探討

郭精超，唐人成，陳國強

(1. 現代絲綢國家重點工程試驗室，江蘇 蘇州 215123；2. 蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215006)

基于對純棉機織物與真絲織物活性染料冷軋堆染色工藝的大量實踐與深入研究，將冷軋堆染色工藝應用于蠶絲/棉復合絲織物上，試驗結果肯定了該應用的可行性。在此基礎上進一步探討了試驗用活性染料類型、固色堿劑種類、固色堿劑質量濃度及堆置時間對染色效果的影響，從而確定了適宜的染色工藝條件。通過試驗得到適用于各染料的最佳工藝為：活性黃3RS、海軍藍BES所用堿劑均為碳酸鈉40 g/L，堆置時間15 h；汽巴克隆紅C-2BL用碳酸鈉40 g/L＋硅酸鈉40 g/L，堆置時間10 h。

蠶絲；棉；復合絲；活性染料；冷軋堆；染色工藝

冷軋堆染色工藝因其基礎投資費用低，工藝簡單可靠，能量消耗少且固色率高，勻染性優良，在清潔生產中備受青睞。目前，純棉織物的冷軋堆染色工藝已廣泛應用于實際生產，且在染料制造商、染廠和機械制造商之間良好的合作下，不斷完善、日漸成熟[1]，并逐漸應用于蠶絲等蛋白質纖維上，取得了較好的效果[2]。

真絲作為天然的蛋白質纖維，具有優良的光澤、吸濕性和保健性等，但價格昂貴。而將真絲和棉纖維進行交織和復合，既可保持絲綢產品的質量和風格，又可降低原料成本。因此，以真絲為主的多種雙組分面料越來越多地出現在面料市場上，其一浴一步法染色工藝技術研究日益受到重視[3]。但傳統設備的濕熱加工又使得織物勻染性變差，易產生拖剎印、灰傷等病疵。而冷軋堆染色采用室溫打卷堆置法，織物受到的張力小，摩擦減少，不僅對真絲綢的損傷減少，灰傷降低，色澤均勻，而且還可克服常規染色造成的緯斜、條印、易紕等病疵[2]。

絲/棉面料的一浴法染色，活性染料是首選，因為活性染料既可以上染真絲纖維，也可以上染棉纖維，而且染料與纖維是以共價健結合，其染色產品的色牢度優良。由于活性染料母體絕大多數屬于酸性染料，同時又具有能發生鍵合反應的活性基團，相對分子質量也不大，所以使它具有融酸性染料和直接染料的主要優點于一體的特點，既能克服直接染料色光晦暗、勻染性差的缺點，又可彌補酸性染料牢度不足的短處。桑蠶絲的蛋白質分子鏈的兩端存在著自由的羧基(―COOH)和氨基(―NH2)，主鏈上存在著一定量的酰胺基，它們都可以和活性染料反應，形成共價鍵結合[4]。

目前，關于蠶絲/棉復合絲織物的冷軋堆染色工藝尚鮮有報道。本研究基于棉和真絲的冷軋堆染色工藝研究，進一步探討了該工藝在蠶絲/棉復合絲織物上的應用；在肯定了該應用可行性的基礎上，探討了3種不同類型活性染料冷軋堆染色工藝中固色堿劑、堆置時間對染色效果的影響，并確定了適宜的工藝條件，以期對投入生產有所幫助。

1 試 驗

1.1 材 料

織物：純棉機織物，斜紋；桑棉緞，經向為100 %桑蠶絲，緯向為絲棉復合絲。

染化料：活性黃3RS(江蘇省宜興市振楊染料化工有限公司)，汽巴克隆紅C-2BL(上海汽巴精化有限公司)，Megafix海軍藍BES(上海萬得化工有限公司)，硅酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉均為分析純，皂片為工業純。

儀器：小型軋車(上?；示迣崢I有限公司)，X-5型紅外染色機(上海皇巨實業有限公司)，UItraScan XE型電腦測色配色儀(美國HunterLab公司)，XW-ZDR-25X12低噪振蕩式染樣機(靖江市新旺染整設備廠)，Model 670型摩擦牢度儀(英國James H.Heal公司)，WASH TEC-P型水洗牢度儀(英國羅切斯國際公司)。

1.2 試驗流程

1.2.1 前處理

織物前處理是確保染料良好擴散的基礎，前處理充分，染料在纖維界面的擴散和滲透就好，能提高染色勻染性、重現性。尤其冷軋堆染色過程對織物的前處理要求較高，前處理必須確?？椢餄櫇裥詢灹?，pH值適宜，且有較好的毛效[5]。本試驗中所用織物為桑棉緞，其經向為100 %桑蠶絲，緯向為絲/棉復合絲，含桑蠶絲70 %左右。而桑蠶絲含 20 %～30 %絲膠，絲膠包裹在絲素的外面，使絲織物手感粗糙、光澤晦暗，同時絲膠的存在還會影響漂白效果及染料上染，導致染色不均勻，因此多余的絲膠必須精練除去。

1.2.1.1 處 方

預處理液處方為：碳酸鈉1.0 g/L、滲透劑0.5 g/L、浴比50︰1；初練液處方為：碳酸鈉3.0 g/L、絲素保護劑7 g/L、保險粉0.5 g/L、硅酸鈉1.5 g/L、浴比50︰1；復練液處方為：碳酸鈉1.0 g/L、絲素保護劑4.0 g/L、保險粉0.5 g/L、硅酸鈉1 g/L、浴比50︰1；后處理液處方為：碳酸鈉1.0 g/L、30 %雙氧水10 mL/L、浴比50︰1。

1.2.1.2 工藝流程

預處理(90 ℃，30 min，pH10～11)→熱水洗(90 ℃，5 min)→初練(90 ℃，40 min，pH10)→熱水洗(90 ℃，5 min)→復練(90 ℃，40 min，pH10)→后處理。其中，后處理過程為：熱水洗(85 ℃，5 min)→溫水洗(50 ℃，5 min)→后處理液(90 ℃，10 min)→溫水洗(50 ℃，5 min)→冷水洗→烘干[6]。

1.2.2 冷軋堆染色工藝

精練后蠶絲/棉復合絲織物→浸軋染液(室溫→一浸一軋，軋余率80 %左右)→保鮮袋密封置于鋼瓶中→恒溫25 ℃堆置→皂洗(皂片2 g/L，碳酸鈉2 g/L，浴比50︰1，90 ℃、10 min)→ 50 ℃熱水洗5 min →冷水洗、晾干。

染液處方：染料X g/L，堿劑Y g/L，染料和堿劑按4∶1進行混合。

1.3 測 試

1.3.1 染料的耐堿性

按HG/T 3399－2001《染料擴散性能的測定》進行，采用濾紙滲圈法測定活性染料染液的耐堿穩定性[7]。

1.3.2 K/S值的測定和固色率

將染色后的織物用測色儀測試染色布K/S值，以表征染色后試樣的色深；按式(1)計算固色率。

1.3.3 耐摩擦牢度和耐水洗牢度

耐摩擦和耐水洗色牢度的測試分別按GB/T 3920－2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》和GB/T 3921－2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》標準進行。

2 結果與討論

2.1 染料的耐堿性

冷軋堆染色要想獲得較高的染色固著率，首先必須挑選適宜的染料。因為冷軋堆染色是在室溫下使染料完成吸附、擴散、固色，反應過程不經加熱和汽蒸，所以對染料要求較高。首先，染料要具有良好的溶解性和擴散性，染料溶解性不好易給織物留下色點和色斑，擴散性差會使織物顏色過渡不均勻；其次，染料對纖維要具有低或中等的親和力，親和力太高會使反應速率過快，引起染色不勻、不透[2]；最后，更為重要的是，染料要具有良好的耐堿穩定性，因為冷軋堆染色工藝中染色和固色同時進行，使用的堿劑量大，染料耐堿性差，會大量水解失去反應性。

因此，試驗在選擇溶解性好、擴散性佳、反應性適中的染料的基礎上，對其耐堿性進行了測試。將各染料分別配置為質量濃度5 g/L的染液，按染液與堿劑(混合堿，其中含硅酸鈉30 g/L和氫氧化鈉6 g/L溶液)4∶1混合后于不同時間段各取0.2 mL，逐滴滴到平放在表面皿上的中性濾紙上，置陰涼處晾干。測得水圈直徑R1和染料圈直徑R2，并計算染料的比移值Rf＝R2/R1，計算結果見表1。 染料比移值變化率即水解率的大小反映了染料的耐堿性，比移值變化率大則染料的耐堿性較差，反之，染料的耐堿性較好。

表1 染料的耐堿性Tab. 1 Alkali resistance of selected reactive dyes

由表1可以看出，堿性條件下，3種染料在30 min內的水解率為5 %～6 %，耐堿性均較佳。3種染料中，活性黃3RS的水解率最小(即耐堿性最好)，汽巴克隆紅C-2BL相對較差。這是因為活性黃3RS是一種由一氯均三嗪和乙烯砜基以對位酯組合而成的雙活性基染料，對溫度的依存性較小，固色反應相對較慢，耐堿抗水解性好，較穩定。海軍藍BES活性染料是以一氯均三嗪為橋基，在經嚴格篩選的染料母體上引入乙烯砜硫酸酯基團，使之成為含有雙異官能反應基的活性染料，且2種活性基具有協同性和互補性，使染料具有溶解度高、耐堿性優良、固色率高等特點。3種染料與堿劑混合不同時間后，比移值變化均較小，且隨著時間的延長，比移值減小，符合活性染料冷軋堆染色的要求。

2.2 固色堿劑對染色效果的影響

2.2.1 碳酸鈉對K/S值的影響

由圖1a可以看到，3種不同類型活性染料染得絲棉織物的K/S值隨碳酸鈉質量濃度的增加有所變大，但增加并不明顯，在質量濃度為30～40 g/L時基本達到最大，再增大質量濃度色深反而變小。因為堿的加入雖可促進染料發生固色反應，但同時也會加速染料水解，且絲素對堿很敏感。棉對堿穩定，堿的增加對棉的上染有利，而真絲組分顏色會下降，因此絲棉織物在染色過程中加堿后色深變化與染棉時有很大不同。為改善絲、棉的同色性，堿的質量濃度不宜過高，同時調節堿劑質量濃度和染液的pH值可有所幫助。同時可以看到，與純棉機織物(如圖1b所示)相比，隨著純堿質量濃度的增加，織物色深變化的趨勢相同，但變化幅度不及純棉機織物大，且相同純堿質量濃度下同一質量濃度的染料在絲棉織物上得色淺，這與2種織物不同的染色性能有很大關系。

2.2.2 氫氧化鈉對K/S值的影響

由圖2可以看到，3種染料在只加氫氧化鈉的情況下，染色后織物的K/S值都很低，不及只加碳酸鈉時色深大。且隨染液中氫氧化鈉質量濃度的增大，2種織物染得色深的變化都不明顯，如質量濃度過大還會使色深有所下降。原因是氫氧化鈉堿性過強，使染料水解劇烈失去了反應活性，不利于上染。此外，堿性太強對蠶絲組分會有損傷，因此不能單獨使用。

2.2.3 混合堿劑對染色效果的影響

由圖3可以看出，對3種染料而言，在上染純棉機織物和蠶絲/棉復合織物時，均在碳酸鈉與硅酸鈉、氫氧化鈉復配的堿液體系中獲得效果較佳，而氫氧化鈉與硅酸鈉復配的堿體系染色效果較差。這是因為，氫氧化鈉堿性太強使染料水解嚴重，不利于染料的上染，不適合于絲/棉復合面料的染色。相對而言，碳酸鈉堿性較弱，有利于固色反應的進行，使得表面色深增加。

2.3 染料在不同堿劑中固色率的比較

由圖4可以看出，活性黃3RS在氫氧化鈉4 g/L＋硅酸鈉40 g/L的混合堿體系中固色率最高，而汽巴克隆紅C-2BL和海軍藍BES在碳酸鈉40 g/L＋硅酸鈉40 g/L的混合堿體系中固色率最大。這是因為硅酸鈉加入后會形成緩沖體系，硅酸鈉作為緩沖劑，對堿液的pH值起調節作用，可控制染料的水解反應，有利于提高固著率且軋液時極大地降低了織物的“吸堿”，使pH值趨于穩定，有利于固色反應的進行。綜合考慮堿劑對色深及固色率的影響，將最佳堿劑及質量濃度確定為：活性黃3RS和海軍藍BES用碳酸鈉40 g/L，汽巴克隆紅C-2BL用碳酸鈉40 g/L和硅酸鈉40 g/L的混合堿體系。

通過比較同種染料在純棉機織物與蠶絲/棉復合織物上的固色率可以得到：在堿性較弱的條件下，染料在蠶絲/棉復合織物上獲得的固色率較高。這是因為活性染料在蠶絲上的固色率受染液堿性和染料活性強弱的影響較大，若所用染料的反應性較高同時染料被纖維吸附的速率較快，染料的固色率就較高。因此，實驗所用雙活性基的活性染料在堿性不太大的條件下對蠶絲/棉復合絲染色會獲得更高的固色率。

2.4 堆置時間對染色效果的影響

由圖5可以看出，活性黃3RS與海軍藍BES染色織物在室溫堆置15 h左右時達到最大色深值；對汽巴克隆紅C-2BL只需室溫堆置10 h就能達到最佳效果，再延長堆置時間，反而會造成色深減小。同時可以得到，3種染料染得色深隨時間的變化并不明顯。但是，適當延長堆置時間有利于固色率的提高。

2.5 染色牢度測試結果

由圖6可以看出，對活性黃3RS和海軍藍BES而言，堆置時間達到10 h后固色率有明顯提高。這是因為冷軋堆染色過程中溫度低，固色速率慢，時間太短固色不能完全，染料上染率低。因此，確定適合染料的堆置時間需綜合考慮染得色深與固色率兩方面的因素?；钚渣S3RS和海軍藍BES應堆置15 h左右，汽巴克隆紅C-2BL只需堆置10 h左右。

在3種染料中，汽巴克隆紅C-2BL在蠶絲/棉復合織物上染得色深值最小，其次是活性黃3RS，海軍藍BES色深值最大，這一規律與在純棉織物上相同，這是由3種染料的結構性能決定的。汽巴克隆紅C-2BL是雙活性基染料，其結構特點是使用活性高于三聚氯氰的三聚氟氰，用脂肪烴替代芳香烴與乙烯砜連接。由于其分子結構中以F原子取代CL原子，分子量減小，直接性降低，對纖維的親和力降低，且水解速率常數增大[8]，因此達到最佳固色率所需時間短，但色深值較小。

綜合以上試驗結果可以看出，3種類型活性染料冷軋堆染色工藝在蠶絲/棉復合織物上與在純棉織物上隨工藝條件的變化趨勢是基本相同的。然而在純棉機織物上的色深值要明顯大于在蠶絲/棉復合織物上的色深值，這說明染料在蠶絲上的利用率較低，得色淺。其原因是多方面的：首先，因為蠶絲纖維與棉纖維在物理性能上存在很大差異，所以染色性能有所不同。對于軋染工藝而言染料與纖維的結合與纖維表面結構特征有很大關系，棉纖維縱向為帶有不規則轉區的扁平管狀體，橫截面為帶有中腔的腰圓體，而桑蠶絲截面內巨原纖呈簇團狀緊密聚集在一起，縱向平滑。其次，真絲綢的內部結構屬蛋白質結構，其化學組成為氨基酸由大量多肽鏈構成，含有氨基、羥基和羧基等活性基團數量較少，同活性染料分子反應有限，故上色較低。最后，與織物組織結構亦有關，試驗用棉布為斜紋組織(屬中厚型)，棉纖維是短纖維，組織間隙大，而蠶絲/棉復合織物為素縐緞，較輕薄，且蠶絲是長絲組織細密、空隙小，不利于染料的瞬間滲入。

由表2測試結果可以看出，活性染料的冷軋堆染色工藝技術應用于蠶絲/棉復合絲織物的染色可以取得滿意的色牢度，干濕摩及耐水洗變、沾色牢度均在3級以上。

表2 色牢度測試結果Tab.2 Test results of color fastness

3 結 論

1)通過以上結果可以看出，冷軋堆染色技術可以應用于蠶絲/棉復合織物的染色。活性黃3RS、汽巴克隆紅C-2BL、海軍藍BES均能在該織物上取得良好的染色效果。

2)試驗得到適用于各染料的工藝條件為：活性黃3RS、海軍藍BES用碳酸鈉40 g/L，堆置時間15 h；汽巴克隆紅C-2BL用碳酸鈉40g/L＋硅酸鈉40g/L，堆置時間10 h。

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Study on the Cold Pad-Batch dyeing process of silk-cotton composite fabric

GUO Jing-chao, TANG Ren-cheng, CHEN Guo-qiang
(1.National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China; 2.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University,Suzhou 215006, China)

On the base of large amount of work and profound researches on cold pad-batch dyeing with reactive dyes of pure cotton woven fabric and real silk fabric, this paper applies cold pad-batch dyeing process to silk-cotton composite fabric, which has been approve to be applicable by test result. Based on this, this thesis further studies how the relevant factors in fl uenced the dyeing effect, including category of dyes which be used in the test, the type and dose of fi xation alkaline agent and stacking-time. In this way, the appropriate technological conditions of dyeing are determined.According to experiments, the optimum process that is suitable for all dyes was

, i.e., for Reactive Yellow 3RS and Navy Blue BES, sodium carbonate 40 g/L, and they should be stacked at room temperature for 15 h; while for Cibacron C-2BL, sodium carbonate is 40 g/L mix with sodium silicate 40 g/L, the period during which it is stacked is10 h.

Silk; Cotton; Composite silk; Reactive dyes; Cold Pad-Batch; Dyeing process

TS193.8

A

1001-7003(2012)06-0016-06

2012-01-07；

2012-04-23

郭精超(1989－ )，女，碩士研究生，研究方向為織物的染整工藝研究。通訊作者：陳國強，教授，chenguo jiang@suda.edu.cn。