真絲/PLA織物的染整工藝研究

吳 嵐，翁艷芳，王曉芳，余志成

(1.達利(中國)有限公司 研發中心，杭州 311231；2.浙江理工大學 材料與紡織學院，杭州 310018)

真絲/PLA織物的染整工藝研究

吳 嵐1，翁艷芳1，王曉芳1，余志成2

(1.達利(中國)有限公司 研發中心，杭州 311231；2.浙江理工大學 材料與紡織學院，杭州 310018)

以聚乳酸(PLA)長絲與桑蠶絲交織成的絲玉珠緞織物為研究對象，針對PLA纖維不耐強堿和高溫的特點，對真絲/PLA織物的前處理、染色、熱定形工藝參數等進行了研究，確定了適合真絲/PLA織物的酶練工藝、一浴法染中淺色和一浴兩步法或二浴法染深色的染色方法、熱定形等染整工藝參數，使真絲/PLA織物保持良好的風格及服用性能。

PLA纖維；真絲；酶練；染色；還原清洗；熱定形

聚乳酸(PLA)纖維兼有合成纖維和天然纖維的優點，可以生物降解，其制品廢棄后在土壤或海水中經微生物作用可分解為二氧化碳和水，無環境污染問題[1-2]。同時，PLA纖維具有許多獨特的性能：比重、強力與蠶絲接近；光澤柔和，可與蠶絲媲美；具有可潤濕性和濕氣的轉移性能；具有比錦綸更高的彈性回復性(伸長5 %時的恢復度是93 %，錦綸為89 %，蠶絲52 %)，可賦予織物優良的形態穩定性和抗皺性。所以PLA纖維得到國際紡織界的廣泛重視。

蠶絲纖維素有“纖維皇后”之美稱，具有無與倫比的獨特性能：輕薄滑爽，柔軟舒適，良好的吸濕、透氣性，特有的柔和亮麗光澤，而且對人體具有保健作用。然而，真絲綢也存在濕彈性較差、易泛黃等缺點，使其優良品質難以充分發揮。

將蠶絲纖維與PLA纖維交織，使得兩種纖維實現優勢互補，織成的織物可比純蠶絲織物更為舒適、不易泛黃；同時，因PLA纖維具有很高的彈性回復性，可賦予交織物優良的形態穩定性和抗皺性。兩種纖維交織的面料新穎而高檔，具有廣闊的市場前景，不僅可應用于內衣面料、T恤、睡衣等，還可應用于家紡面料、裝飾布等領域。

本研究以PLA纖維、蠶絲纖維交織而成的絲玉珠緞織物為研究對象，對真絲/PLA織物的前處理、染色、熱定形工藝等進行研究，確定了染整工藝參數，使真絲/PLA織物保持良好的風格及服用性能。

1 試 驗

1.1 材料、藥品和儀器

試驗材料：絲玉珠緞交織物，經2 2.2×24.4 dtex(22/20 D)真絲，緯83.3 dtex(75 D/48f)玉米長絲(PLA)，組分含量70 %真絲/30 %玉米長絲，平方米克重為75 g/m2。

試驗藥品：碳酸鈉、碳酸氫鈉、醋酸、純堿、連二亞硫酸鈉等，均為分析純；堿性蛋白酶、中性蛋白酶(湖州禮來生物技術有限公司)，精練劑LD-1840(杭州綠典化工有限公司)，分散劑WA、高溫勻染劑等(傳化集團有限公司)，柔軟劑302、增深劑DL-6為自制；酸性還原劑(色樂康P-ACT)(德司達有限公司)，分散藍AC-E、分散黃M-4GL(德司達有限公司)，分散灰H-BL、分散軍藍S-2G(浙江龍盛有限公司)。

儀器和設備：HH-6數顯恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)，BF-A12型紅外染色機(瑞士Mathis有限公司)，R-3型熱定形小樣機(廣州鴻靖實驗設備有限公司)，H10KS型Tinius Olsen雙臂強力試驗機(美國天氏歐森公司)，SF600X型電腦測配色儀(美國Datacolor公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 前處理工藝

預處理：純堿1 g/L，60 ℃下處理30 min。

酶練：蛋白酶1～5 g/L、50 ℃下處理50 min，堿性蛋白酶pH9，中性蛋白酶pH8。

復練：精練劑1～2 g/L、保險粉0.5～1 g/L、分散劑WA 2 g/L、95 ℃處理45～60 min。

1.2.2 染色工藝

PLA纖維織物在堿性浴中染色，纖維均會發生明顯的水解損傷，纖維的強力和延伸性均會降低[3]。因此，選用中性浴對真絲/PLA織物進行染色。

1.2.2.1 分散/活性染料一浴法染中淺色

選用對真絲沾色小的分散染料，以及在中性浴具有較高上染率、固色率的活性染料：分散染料X %，活性染料Y %，DL-6 2 g/L，高溫勻染劑0.5 g/L，元明粉40～50 g/L。從50℃開始染色，以1 ℃/min升溫至110 ℃保溫30 min或升溫至100 ℃保溫45 min，然后熱水洗，還原清洗。

1.2.2.2 分散/活性染料一浴兩步法染深色

染中深色時，活性染料在高溫條件下易分解，會導致活性染料上色不夠深，故在染較深顏色時，須將活性染料染色階段的時間加長。分散染料的染色條件是在弱酸性條件下，故在染色過程中不加堿劑。染色配方如下：分散染料X %，活性染料Y %，DL-6 1.5～2 g/L，高溫勻染劑0.5 g/L，元明粉40～50 g/L。從50 ℃開始染色，以1 ℃/min升溫，至70 ℃保溫40～50 min,以1 ℃/min升溫，至100 ℃保溫40～50 min，然后進行熱水洗，還原清洗。

1.2.2.3 分散/活性染料二浴法染深色

大多數分散染料對真絲有沾色，所以先用分散染料染PLA纖維，染后采用酸性還原清洗工藝，去除真絲織物表面浮色；然后用活性染料在中性條件下對真絲進行染色，以獲得良好的染色效果，減少PLA纖維的損傷。分散染料染色：分散染料X %，高溫勻染劑0.5 g/L，DL-6 1.5～2 g/L，醋酸0.2～0.5 g/L，溫度110 ℃、時間30 min。染色后60 ℃熱水洗20 min、酸性還原清洗?；钚匀玖先旧夯钚匀玖蟉 %、元明粉50 g/L、平平加O 0.5 g/L，溫度60 ℃、時間50 min、浴比1︰30。

1.3 性能測試

1.3.1 PLA長絲強力及斷裂伸長率的測試

PLA長絲的強力及斷裂伸長率按GB/T 3923.1－1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》測定。

1.3.2 織物練減率測試

采用稱重法，按下式計算：

式中：W0為精練前織物干重；W1為精練后織物干重。

1.3.3 織物K/S值測試

采用Datacolor電腦測配色儀(D65光源，觀察角45°)對織物的染色表觀度(即K/S值)進行測定。

2 結果與討論

2.1 真絲/PLA織物的前處理工藝研究

2.1.1 堿劑預處理對PLA長絲強力的影響

PLA纖維精練是為了去除油劑油污、標記色素及消除纖維的內應力[4]。PLA纖維耐酸不耐堿，20 ℃在35 %硫酸溶液中，質量損失小于3 %，且強力基本不變；在15 %醋酸溶液中，質量、強力幾乎沒有損失。而在15 %氫氧化鈉溶液(20 ℃)中浸漬后，纖維失重急劇增加，強力嚴重下降；隨堿液溫度升高，纖維降解速度加劇，最終PLA在堿液中完全溶解。表1為碳酸鈉溶液在模擬精練與染色條件下對PLA長絲強力的影響。由表1可知，在弱堿性條件下處理PLA長絲，強力均有所下降。95 ℃處理60 min，強力下降明顯，即使碳酸鈉質量濃度只有2 g/L，強力保持率只有67.5 %，說明高溫弱堿性處理對PLA長絲強力影響較大；而在60 ℃溫度下處理30 min，即相當于活性染料固色的條件下，即使碳酸鈉質量濃度達到10 g/L，PLA長絲強力保持率仍可達到76.2 %，下降幅度較小。因此，真絲/PLA織物在精練時，應盡可能減少PLA長絲的強力損失。在前處理階段，考慮采用中性、堿性兩種蛋白酶對真絲/PLA織物進行脫膠。

表1 碳酸鈉處理對PLA長絲強力的影響Tab.1 Effect of the sodium carbonate on the strength of PLA

2.1.2 蛋白酶質量濃度對練減率的影響

不同蛋白酶質量濃度下測得真絲/PLA織物的練減率如圖1所示。由圖1可知，隨著蛋白酶質量濃度的增加，真絲/PLA織物練減率增加。中性蛋白酶質量濃度達到3～4 g/L時，織物練減率基本趨向穩定，故選用3～4 g/L；當堿性蛋白酶質量濃度在4～5 g/L時，織物練減率基本趨向穩定，故選用4～5 g/L。

圖1 酶質量濃度對織物練減率的影響Fig.1 Effect of the dosage of enzyme on the degumming loss percentage of the fabric

2.1.3 酶練pH值的選擇

選用堿性蛋白酶和中性蛋白酶對真絲/PLA織物脫膠。用不同的緩沖溶液調節溶液pH值，織物練減率見圖2。從圖2可知，對于堿性蛋白酶來講，隨著pH值的提高，織物練堿率呈增加趨勢，當pH值在9～10時達到最大值；進一步提高pH值，練堿率反而減小，這是由于蛋白酶活性下降之故。因此，堿性蛋白酶脫膠pH值宜控制在9左右較合適。對于中性蛋白酶來講，pH值為7.5時織物練減率最高，pH值增加或減小，脫膠率都隨之降低，這是由于中性蛋白酶在中性條件下活性最大。因此，中性蛋白酶pH值宜控制在7.5左右較合適。

2.1.4 酶練溫度選擇

用小蘇打調節溶液pH值(堿性蛋白酶pH9，中性蛋白酶pH7.5)，測得不同溫度下織物練減率(圖3)。由圖3可知，堿性蛋白酶在50～55 ℃活性較好，練減率最高；溫度繼續升高，練減率急劇下降，這是由于堿性蛋白酶在高溫下失活之故。中性蛋白酶在40～45 ℃練減率較高，繼續提高溫度，練減率也下降。

圖2 pH值對真絲/PLA織物練減率的影響Fig.2 Effect of pH on the degumming loss percentage of the fabric

圖3 酶練溫度對織物練減率的影響Fig.3 Effect of the temperature of proteinase re fi ning on the degumming loss percentage of the fabric

2.1.5 酶練時間選擇

織物練減率與酶練時間的關系如圖4所示。由圖4可知，酶練30 min，中性蛋白酶和堿性蛋白酶處理織物的練減率分別為7.22 %、8.58 %。時間增加，練減率增加，超過60 min練減率增加不明顯。因此酶練時間選50～60 min。

圖4 不同時間對織物練減率的影響Fig.4 Effect of different time on the degumming loss percentage of the fabric

2.1.6 復 練

酶練后真絲纖維上的大部分絲膠已去除，但還可能殘留少量絲膠，以及油脂蠟質、色素等雜質，需通過復練加以去除。將真絲/PLA織物、純真絲織物按照酶練、復練工藝處理，結果如表2所示。純真絲織物用堿性蛋白酶酶練后練減率達到22.87 %，復練后練減率達到23.66 %；中性蛋白酶練堿率從20.1 8 %增加到22.54 %，達到真絲/PLA織物練漂要求。

表2 PLA/真絲織物、純真絲織物的練減率Tab.2 The degumming loss percentage of the fabric made of silk and PLA, silk fabric

2.2 真絲/PLA織物的染色工藝研究

2.2.1 分散染料對PLA纖維的染色工藝

由于大多數分散染料對PLA纖維的上染率偏低，因此需要篩選上染率較高、適合PLA纖維染色的分散染料及適宜的染色工藝參數。

2.2.1.1 染色pH值對PLA纖維上染率的影響

由表3可知，pH值在4.5～5時, 染料上染百分率最高，pH值在6時，有一定幅度的下降。

表3 pH值對PLA纖維上染率的影響Tab.3 Effect of pH on the dyeing rate of PLA

2.2.1.2 染色溫度對PLA上染率的影響

選用不同結構(偶氮、蒽醌)、不同溫度類型的分散染料，在80～130 ℃溫度下考察其最終上染率，結果如圖5所示。從圖5可知，4種分散染料對PLA纖維上染率隨染色溫度升高而增加。根據自由體積模型解釋，當染色溫度大于玻璃化溫度時，纖維大分子鏈段劇烈運動，增加染色溫度，導致纖維內自由體積和染料分子動能增加，促進染料向PLA纖維內部擴散，有利于染料上染。所以染色溫度升高，上染率增加。從圖5還可看出，當染色溫度大于110 ℃后，不同分散染料上染率呈現出不同的特點。分散黃棕S-2G對PLA纖維的上染率繼續穩步增加；分散紅玉ETD、分散軍藍S-2G的上染率基本趨于穩定，120、130 ℃后上染率增加不多；而分散灰H-BL的上染率反而下降?？紤]到PLA纖維熱穩定性較差，染色溫度超過110 ℃纖維損傷較大，因此，PLA纖維最佳染色溫度選110 ℃為宜。

圖5 分散染料不同溫度下對PLA纖維的上染率Fig.5 Effect of the temperature on the dyeing rate of PLA

分散染料采用110 ℃高溫染色，對真絲/PLA織物中真絲組分可能會產生一定程度的損傷，因此，除考慮適當降低織物練減率外，選用100 ℃、45 min與110 ℃、30 min兩種工藝，考察PLA纖維的染色K/S值，結果如表4所示。

表4 染色溫度與時間對PLA纖維K/S值的影響Tab.4 Effect of the dyeing temperature and time on the K/S value of PLA

從表4可知，有些染料經2種不同的工藝染色后K/S值相差較大，如艷紅SFB、紫HFKL、桃紅FL、紅玉XFN、橙AM-SLR等；有些染料則比較接近，如紅玉S-5B、橙VN-SF、熒光黃XF、藍ACE、紅ACE、黃棕XF、黃棕CC、紅AM-SLR、黃M-4GL等。因此，選用合適的分散染料在100 ℃、45 min條件下染色也是可行的，當然在110 ℃、30 min條件下對PLA纖維效果更好。

2.2.1.3 染色時間對PLA上染率的影響

選用分散紅AC-E、黃AC-E、藍AC-E、黑ETD對PLA纖維進行染色，結果如圖6所示。由圖6可知，隨著染色時間增加，上染率逐步上升，保溫40 min時上染率最高，繼續增加染色時間，上染率反而略有下降。

圖6 不同保溫時間下對PLA纖維的上染率Fig.6 Effect of different heating preservation time on the dyeing rate of PLA

2.2.1.4 增深劑DL-6對PLA纖維K/S值的影響

DL-6是一只專用于PLA纖維染色的增深劑，為特殊表面活性劑與醋酸酯類物質復配物，其基本原理是：表面活性劑對分散染料起增溶作用，醋酸酯類物質對PLA纖維起溶脹作用。選用不同的分散染料，加入增深劑DL-6對PLA纖維進行染色，結果見表5。從表5可知，加入增深劑DL-6，PLA纖維上染率都有不同程度的提高，這是由于增深劑對分散染料起增溶、對PLA起溶脹作用的結果；當DL-6質量濃度達到4 g/L左右時，PLA纖維上染率達到最大值；繼續提高DL-6質量濃度，PLA纖維K/S值反而有不同程度下降?？傊珼L-6能有效提高分散染料對PLA纖維的染色深度。

表5 增深劑DL-6質量濃度對PLA纖維上染率的影響Tab.5 Effect of the concentration of DL-6 on the dyeing rate of PLA

2.2.2 分散染料對真絲纖維的沾色

分散染料對真絲纖維沾色的結果見表6。由表6可知，在真絲上沾色較小的分散染料有分散紫H-FRL、分散艷紅SF-B、分散藍AM-SLR、分散橙AM-SLR、分散黑XF等；沾色較大的分散染料有分散熒光黃XF、分散紅玉CC、分散紅AM-SLR、分散紅玉 XFN、分散桃紅FL、分散紅玉S-5BL、分散黃M-4GL、分散黑BF等。

表6 分散染料對真絲沾色的K/S值Tab.6 The staining K/S value of disperse dyes on silk

從分散染料結構分析，偶氮結構的分散染料如分散紅玉S-5BL等對真絲沾色較嚴重；相對來說，蒽醌結構的分散染料如分散紫H-FRL等對真絲沾色較少。優先選用沾色較少的蒽醌結構的分散染料。

2.2.3 還原清洗

還原清洗有助于去除PLA纖維表面的浮色、真絲織物表面的沾色，提高染色牢度。由于PLA纖維的玻璃化溫度較低，且對堿劑比較敏感，因此考慮采用酸性還原清洗工藝，并與堿性還原清洗工藝進行比較，以獲得最佳的還原清洗效果。

2.2.3.1 還原清洗對PLA纖維K/S值的影響

分別按酸性和堿性還原清洗工藝對PLA進行還原清洗，結果如表7所示。從表7可知，PLA經還原清洗后色光變化較小，而且色牢度達到要求。

表7 還原清洗后PLA織物K/S值Tab.7 The K/S value of PLA fabrics washed by the reducing agent

2.2.3.2 還原清洗對真絲織物沾色的影響

分散染料對真絲有沾色，而且有些染料相當嚴重，影響真絲織物的色牢度，因此，需要通過還原清洗法將其去除。還原清洗前后真絲織物K/S值變化如表8所示。從表8可知，皂洗后，真絲織物表觀深度K/S值略有下降；不管采用酸性還原清洗還是堿性還原清洗，真絲織物表觀深度K/S值均有比較明顯的下降，在本試驗條件下大多數分散染料酸性還原清洗的效果好于堿性還原清洗，如紅玉CC、黃棕XF、分散黃M-4GL、分散橙UN-5E等；但個別染料堿性還原清洗的效果好于酸性還原清洗，如熒光黃XF、紅玉XFN。

表8 還原清洗前后真絲織物K/S值Tab.8 The K/S value of silk fabrics before or after washed by the reducing agent

因此，可選用經還原清洗后真絲織物K/S值較小的染料，如分散黃棕XF、分散藍XF、分散黑XF、分散黑BF、分散橙UN-5E、分散艷紅SF-B，以及本身對真絲沾色較低的染料，如分散紫H-FRL、藍AM-SLR、橙AM-SLR等。綜合各方面性能，酸性還原清洗效果更好，還原清洗后真絲織物色牢度基本能達到要求。

2.3 真絲/PLA織物的熱定形工藝研究

熱定形可以改善織物表觀，提高織物的熱穩定性。因此，對于真絲/PLA織物來講，熱定形是必不可少的工序，但是由于PLA纖維熱穩定性較差，PLA纖維熔點為170 ℃左右，明顯低于滌綸纖維，必須采取合理的熱定形溫度。從表9可知，定形溫度控制在130 ℃，處理時間30～60 s，強力下降不大；當定形溫度140 ℃、處理30～60 s，強力下降幅度在22.77 %～26.55 %；定形溫度達到150 ℃時，PLA長絲發生熔融，強力下降嚴重。因此，對于真絲/PLA織物，其熱定形溫度以130～140 ℃、30 s為宜。

表9 PLA長絲在不同熱定形溫度下強力變化Tab.9 The strength of PLA under different heat setting temperature

3 結 論

1)PLA纖維耐堿性較差，故采用蛋白酶精練，其工藝參數如下：中性蛋白酶3～4 g/L，pH7.5，40～45 ℃，處理50～60 min；堿性蛋白酶4～5 g/L，pH9，50～55 ℃，處理50～60 min。

2)適合PLA纖維染色的適宜條件為：pH4.5～5，110 ℃，保溫40 min，DL-6能有效提高分散染料對PLA纖維的染色深度，最佳質量濃度為4 g/L。真絲/PLA織物采用一浴法染中淺色和一浴兩步法或二浴法染深色的染色方法。

3)分散染料對PLA纖維染色的同時，會對真絲纖維造成沾色，酸性還原清洗可有效去除PLA纖維表面浮色及真絲纖維的沾色，其合適的工藝參數如下：酸性還原劑1.0 g/L，pH4～4.5，60 ℃處理30 min。

4)真絲/PLA織物的熱定形條件以130～140 ℃、30 s為宜。

[1] 張廣傳，申春華，李錫軍.聚乳酸纖維面料染整工藝探討[J]. 山東紡織科技，2008(5)：21-23.

[2] JAMES L. Polyactic acid polymers for fi bers and nonwovens[J]. International Fiber Journal, 2000, 15(6): 48-52.

[3] 侯愛芹，周民革.聚乳酸纖維及其紡織品的染整加工[J].紡織學報，2009，30(9)：141-146.

[4] 傅科杰，楊力生，諸敏，等.染整前處理對聚乳酸纖維的性能影響研究[J].合成纖維，2008(7)：33-37.

Study on the dyeing and fi nishing of the fabric made of silk and PLA

WU Lan1, WENG Yan-fang1, WANG Xiao-fang1, YU Zhi-cheng2
(1. Research development, High Fashion (China) Co., Ltd., Hangzhou 311231, China; 2. College of Material and Textile,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

The satin perl made of the PLA fiber and the silk fiber was the object of the study. As the PLA fiber could not resist the alkali and high temperature, the process of the satin perl should be studied, including the pretreatment, dyeing and heat setting. The optimum dyeing and finishing parameters of the process of the fabric was researched by investigating the condition of proteinase refining, dyeing method and heat setting. One bath process was used to dye the neutral and light colors. And one bath two-stage process or two baths process was employed to dye the deep colors. The fabric style and good wearability were retained.

PLA fiber; Silk; Proteinase refining; Dyeing; Reduction clearing; Heat setting

TS193.5

A

1001-7003(2012)02-0001-06

2011-09-02

吳嵐(1963－ )，女，高級工程師，主要從事真絲綢印染新技術研究和產品開發。