滌/棉織物靛藍染料同色染色工藝

曹機良，孟春麗，程獻偉，崔美鈴

(河南工程學院材料與化學工程學院，河南 鄭州 450007)

滌/棉織物靛藍染料同色染色工藝

曹機良，孟春麗，程獻偉，崔美鈴

(河南工程學院材料與化學工程學院，河南 鄭州 450007)

為解決滌/棉織物靛藍染料染色同色性較差的問題，探討保險粉、氫氧化鈉和苯甲醇用量，染色溫度和時間等工藝條件對模擬滌棉織物K/S值的影響，測試了染色織物的色牢度。結果顯示:靛藍上染滌綸和棉纖維的染色條件相差較大，一浴一步法很難使2種纖維同色;通過對滌/棉織物進行兩浴法染色，第1次染色時靛藍2%(o.w.f)，在100℃加入苯甲醇20 mL/L或120℃不加苯甲醇的條件下保溫60 min，第2次染色靛藍6% ～8%(o.w.f)，30℃保溫60 min，此法對滌綸和棉纖維有較好的同色性、滿意的染色深度及一定的染色牢度。

滌/棉織物;靛藍染料;同色染色;K/S值

純棉牛仔服以其獨特的風格深受人們的喜歡，借助滌綸織物特有的保形性和抗皺性，可使滌棉牛仔服挺闊不皺，經久耐用［1－2］，但靛藍染料對滌綸和棉的染色性能存在一定的差異，使得2種織物很難染得同色。

靛藍染料在溶液中有4種存在狀態，即氧化態、靛藍隱色酸、單酚鈉離子隱色體和雙酚鈉離子隱色體。單酚鈉離子隱色體對棉纖維的親和力較高，是上染棉纖維的主要形態［3］;而根據相似相溶原理，非離子態隱色酸可用于疏水性滌綸的染色，因為隱色酸上的羥基可與滌綸大分子鏈上的酯基形成氫鍵而結合［4－6］。由于滌綸和棉纖維的結構和染色方法存在差異，棉纖維靛藍染料染色一般在低溫下進行［7－8］，而滌綸結構緊密，需在高溫條件下進行染色［9－10］。故可通過控制染液的酸堿度和工藝條件來控制染液中各染料狀態之間的比例，以使2種組分染得同色。本文采用靛藍染料對滌棉模擬交織物進行染色，使用載體苯甲醇降低染色溫度，對滌綸和棉織物同色性最佳工藝條件進行探討，以期為滌棉牛仔面料染整工藝的開發提供借鑒。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

市售168 g/m2純棉機織物、157 g/m2純滌綸機織物(用于模擬滌/棉交織物，染色時2種織物質量比為1∶1)和 110g/m2滌/棉(50/50)混紡機織物(用于牢度測試使用)。靛藍染料(85%)、保險粉、氫氧化鈉、苯甲醇、氯化鈉、碳酸鈉(均為化學純)、皂洗劑LTS，拓納貿易上海有限公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 還原工藝

靛藍染料2%(o.w.f)，保險粉 25 g/L，氫氧化鈉4 g/L，浴比1∶50，40℃開始還原，以1℃/min的速度升溫至60℃，保溫還原30 min。

1.2.2 染色工藝

還原液中加入氯化鈉x g/L，苯甲醇y mL/L，浴比1∶50，投入織物，60℃入染，以1℃/min的速度升溫至120℃，保溫60 min，再以3℃/min降溫至80℃。取出染色試樣，水洗，空氣氧化30 min。

1.2.3 皂洗工藝

保險粉1 g/L，Na2CO32 g/L，皂洗劑LTS 2 g/L，浴比 1∶50，80 ℃處理 20 min。

1.3 測試方法

1.3.1 表觀色深K/S值的測試

試樣的K/S值(表觀色深)在Color-Eye7000A測色儀上測定，測試光源為D65，視場角為10°，測量4次取平均值。

1.3.2 同色性指數K的測試

靛藍染料在棉和滌綸織物上的同色性指數K按下式計算。K值越接近于1染色織物的同色性越好。

1.3.3 染色牢度的測試

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度實驗 耐皂洗》實驗1和GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度實驗耐摩擦色牢度》測試試樣的耐洗和耐摩擦牢度。

2 結果與討論

2.1 保險粉質量濃度的影響

測試保險粉用量不同時滌綸和棉織物靛藍染料染色的K/S值，如圖1所示。試驗條件為:氫氧化鈉4 g/L，120℃保溫60 min。由圖可以看出，對于棉織物，保險粉質量濃度為0～10g/L時，染色織物K/S值很低，當保險粉質量濃度為10～15 g/L時，K/S值隨保險粉濃度的增加迅速增大，當保險粉質量濃度超過15 g/L時，K/S值增加緩慢;對于滌綸織物，當保險粉質量濃度為0～15 g/L時，染色織物K/S值很低，當保險粉質量濃度超過15 g/L時，隨著保險粉質量濃度的增加，K/S值迅速增大。這是由于保險粉用量與被還原的染料數量以及還原產物的狀態有關。當保險粉質量濃度低于10g/L時，還原態靛藍主要以雙酚鈉離子形式存在，保險粉質量濃度為10～15 g/L時，還原態靛藍主要以單酚鈉離子形式存在，保險粉質量濃度超過15 g/L時，單酚鈉離子隱色體逐漸轉變為隱色酸。而單酚鈉離子隱色體對棉織物的親和力和直接性最大，是上染棉纖維的主要形式;隱色酸對滌綸的親和力最大，單酚鈉離子隱色體次之，隱色酸是上染滌綸的主要形式［4］。當保險粉質量濃度為18 g/L時，2種織物有較好的同色性，但此時織物的染色深度較淺，故仍需對其他影響因素進行探討。考慮到靛藍染料的充分還原和滌、棉組分的同色性，以下試驗選擇保險粉質量濃度為25 g/L。

圖1 保險粉質量濃度對K/S值的影響Fig.1 Influence of dosage of sodium dithionite on K/S values of fabrics

2.2 氫氧化鈉質量濃度的影響

靛藍染料隨著溶液酸堿度的變化其存在形式也發生變化［5－6］。為了研究靛藍染料存在形式的轉變及其對棉和滌綸的親和力大小，本文測試了不同氫氧化鈉質量濃度條件下，滌綸和棉織物靛藍染料染色的K/S值，結果如圖2所示。試驗條件為:保險粉25 g/L，120℃保溫60mm。可以看出，對于棉織物，當氫氧化鈉質量濃度為0～4 g/L時，K/S值不斷增大，氫氧化鈉質量濃度超過4 g/L時K/S值逐漸下降;對于滌綸織物，當氫氧化鈉質量濃度為0～2 g/L時，K/S值不斷增大，氫氧化鈉質量濃度超過2 g/L時K/S值急劇下降，但氫氧化鈉質量濃度超過7 g/L以后，K/S值很低且幾乎不變。這是因為隨著氫氧化鈉質量濃度的增加，靛藍染料更宜被還原，氫氧化鈉質量濃度為2 g/L時，氫氧化鈉用量不足，靛藍染料主要以隱色酸存在，增加氫氧化鈉用量，非離子態隱色酸逐漸轉變為單酚鈉離子和雙酚鈉離子隱色體，氫氧化鈉質量濃度達到4 g/L時，靛藍染料主要以單酚鈉離子隱色體形式存在，氫氧化鈉質量濃度達到7 g/L時，靛藍染料主要以雙酚鈉離子隱色體形式存在。已知單酚鈉離子隱色體是上染棉纖維的主要形式，故氫氧化鈉質量濃度為4 g/L時棉織物的K/S值達到最大;隱色酸和單酚鈉離子隱色體可與滌綸之間形成氫鍵結合，是上染滌綸的主要形式，而雙酚鈉離子隱色體對滌綸沒有親和力，不能上染滌綸，故氫氧化鈉質量濃度為2 g/L時，滌綸織物K/S值達到最大，氫氧化鈉質量濃度超過7 g/L后，滌綸織物K/S值很小。考慮到靛藍染料的充分還原和滌、棉組分的同色性，以下試驗選擇氫氧化鈉質量濃度為4 g/L。

圖2 氫氧化鈉質量濃度對K/S值的影響Fig.2 Influence of dosage of sodium hydroxide on K/S values of fabrics

2.3 染色溫度的影響

為了研究染色溫度對靛藍染料染色滌綸和棉織物的影響，本文測試了不同染色溫度條件下，滌綸和棉織物靛藍染料染色的K/S值，結果如圖3所示。可以看出，隨著染色溫度的升高，棉織物K/S值逐漸降低，滌綸織物K/S值逐漸增大。因為高溫條件下靛藍染料隱色體對棉織物的親和力下降;而滌綸屬于熱塑性纖維，分子鏈段排列緊密，分子間空隙小，當染色溫度達到玻璃化溫度以上，滌綸大分子發生劇烈運動，瞬時空隙增大、增多，染料分子才能夠進入纖維內部，達到上染的目的。當染色溫度達到110℃時，滌綸織物K/S值達到最大，繼續升高染色溫度，滌綸織物K/S值略有下降，可能是因為在高溫和長時間的作用下，靛藍染料發生了一些旁支反應如過度還原、水解或者其結構發生了某些變化［4，11］。由上述分析可知，滌綸織物靛藍染料染色需要在高溫條件下進行，而棉織物需要在低溫條件下染色，滌綸織物和棉織物在100℃保溫60 min時有較好的同色性，但染色深度達不到要求。

圖3 染色溫度對K/S值的影響Fig.3 Influence of dyeing temperature on K/S value of fabrics

2.4 升溫上染過程中K/S值的變化

升溫上染過程中滌和棉織物靛藍染料染色K/S值的變化趨勢如圖4所示。

圖4 升溫上染過程中滌/棉織物K/S值Fig.4 K/S values of polyester/cotton fabrics during dyeing process

由圖4可以看出，染色溫度為120℃時，隨著染色溫度的升高和染色時間的延長，滌綸織物的K/S值先增大后減小，染色溫度為40～80℃時，K/S值很小且增速緩慢，染色溫度為90～120℃時，K/S值隨染色溫度的升高而迅速增大，120℃保溫10 min后K/S值不再增加甚至呈下降趨勢。這是因為在高溫條件下靛藍染料更易上染滌綸，但在高溫長時間的作用下，靛藍染料結構發生變化，導致滌綸K/S值降低;隨著染色溫度的升高和染色時間的延長，棉織物的K/S值先增大后減小，因為低溫時靛藍染料對棉織物親和力較高，溫度升高時靛藍染料對棉織物親和力下降，故棉織物K/S值呈下降趨勢。由圖可知，120℃染色時，滌綸和棉有較好的同色性，但此時織物染色深度較淺，可為滌/棉織物中淺色染色提供參考。

2.5 苯甲醇用量的影響

為了在不影響滌綸組分染色深度的前提下降低染色溫度，從而提高棉組分的染色深度，本文研究了苯甲醇用量對滌綸和棉織物靛藍染料染色K/S值的影響，結果如圖5所示。可以看出，隨著苯甲醇用量的增加，棉織物K/S值逐漸減小;而滌綸織物K/S值逐漸變大，且溫度為100℃時滌綸織物K/S值較90℃時滌綸織物K/S值高。當溫度為100℃，不使用苯甲醇時滌綸織物和棉織物有較好的同色性，苯甲醇用量達到20 mL/L時滌綸織物即可得到滿意的染色深度;溫度為90℃時，苯甲醇用量為5～10 mL/L時滌綸織物和棉織物有較好的同色性，苯甲醇用量達到30 mL/L時滌綸織物才可得到滿意的染色深度。由此可知，加入苯甲醇只能降低靛藍滌綸組分染色的溫度，并不能提高滌綸和棉的同色性。

圖5 苯甲醇用量對K/S值的影響Fig.5 Influence of dosage of benzyl alcohol on K/S value

2.6 二浴染色法對同色性的影響

為提高棉組分染色深度，將高溫染色后的織物投入含有不同染料用量的染液中進行低溫染色，測試染色后織物K/S值，結果如圖6所示。可以看出，高溫染色，低溫30℃保溫60 min時，隨著靛藍染料用量的增加，染色棉織物K/S值不斷增大，達到6%(o.w.f)以后，織物 K/S值不再增大，而滌綸織物的K/S值基本不變，因為30℃的低溫條件下靛藍不能上染滌綸，滌/棉混紡織物K/S值也不斷增大。由圖可以看出100℃加入苯甲醇20 mL/L和高溫120℃染色后織物在30℃保溫60 min，第2次染色染料用量為6% ～8%(o.w.f)時棉織物K/S值均與滌綸相似，同色性指數K值較接近1，此時棉組分和滌綸組分的同色性有所提高，且滌棉模擬交織物和混紡織物有較高的染色深度。

圖6 染色工藝對K/S值的影響Fig.6 Influence of dyeing process on K/S value.(a)First dyeing at 100℃then at 30℃for 60 min;(b)First dyeing at 120℃then at 30℃for 60 min

2.7 染色牢度

表1示出模擬滌綸、棉和滌/棉混紡織物用靛藍染色后的牢度測試結果。由表可知，用靛藍染料對模擬滌綸、棉織物染色，滌綸織物和棉織物的各項牢度均達到服用性能的要求，滌/棉混紡織物的牢度也具有較好的牢度，且2種染色工藝染色織物的牢度相差不大。

表1 染色滌綸和棉織物的牢度性能Fig.1 Dyeing fastness of dyed fabrics

3 結論

1)考慮到靛藍的充分還原及滌綸和棉織物的同色性，靛藍染料還原時適宜的保險粉質量濃度為25 g/L，氫氧化鈉質量濃度為4 g/L。

2)使用靛藍染料浸染滌棉織物時，滌綸織物應使用高溫高壓染色，而棉織物適合低溫染色，加入苯甲醇可降低滌綸染色溫度。第一浴染色染料用量為2%(o.w.f)，100 ℃ 加入苯甲醇 20 mL/L 保溫60 min或120℃不加苯甲醇條件下保溫60 min，第二浴染色染料用量為6% ～8%(o.w.f)，30℃保溫60 min，滌綸組分和棉組分有較好的同色性且有較高的染色深度。

3)滌綸織物的染色牢度高于棉織物，但滌/棉混紡織物的耐洗和耐摩擦牢度均在3級以上。

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Union dyeing of polyester/cotton fabrics with indigo dyes

CAO Jiliang，MENG Chunli，CHENG Xianwei，CUI Meiling
(Department of Materials and Chemical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou，Henan 450007，China)

For solving the problem that indigo dyeing polyester/cotton blended or mixed fabrics are difficult to reach good union dyeing effect，the influences of sodium dithionite dosage，sodium hydroxide and benzyl alcohol，dyeing temperature and time on K/S value of polyester/cotton fabrics were studied，and the color fastness of the dyed fabrics was tested.The results showed that the polyester/cotton fabrics are difficult to get union dyeing effect by one step and one bath method with indigo dyes as the dyeing process for single polyester and cotton fabrics are different.Polyester and cotton fabrics reached good union dyeing effect，satisfied dyeing depth and dyeing fastness when the fabrics firstly were dyed with indigo 2%(o.w.f.)，at 100 ℃ with benzyl alcohol 20 mL/L or at 120 ℃ without benzyl alcohol for 60 min，and then dyed with indigo 6% ～8%(o.w.f.)，at 30 ℃ for 60 min.

polyester/cotton fabric;indigo dye;union dyeing;K/Svalue

TS 156;TS 192

A

10.13475/j.fzxb.20140704205

2014－07－18

2015－01－29

河南省鄭州市2014年度科技發展計劃項目(20140749)

曹機良(1982—)，男，講師，博士生。研究方向為紡織品染整工藝與理論、紡織品功能整理。E-mail:caojiliang301@163.com。