滌綸針織物堿減量和染色一浴一步法工藝

王小艷， 杜金梅， 彭鈴淇， 荊麗麗， 許長(zhǎng)海

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué)), 江蘇 無(wú)錫 214122; 2. 蓬萊嘉信染料化工股份有限公司， 山東 蓬萊 265600)

滌綸特有的結(jié)構(gòu)和分子鏈的排列方式使得滌綸織物存在吸濕困難、觸感差、手感硬等缺點(diǎn)，服用性能不像天然纖維那么優(yōu)異[1]。為了使滌綸織物具有良好的垂懸性、蓬松度和柔軟度以及較好的吸濕性和透氣性，通常需先對(duì)滌綸織物進(jìn)行堿減量處理[2-4]。

傳統(tǒng)的分散染料結(jié)構(gòu)中通常含有—HNCO—、—CN、—OCO—等基團(tuán)，這些基團(tuán)會(huì)在高溫且有堿的條件下水解導(dǎo)致染料性能如色光、上染百分率等的變化[5-6]。為了使其獲得良好的手感，避免染色后再進(jìn)行堿減量處理對(duì)已經(jīng)上染到滌綸上的染料分子造成破壞，傳統(tǒng)染色方法采用先堿減量再染色的工藝路線。滌綸織物高溫高壓染色法中分散染料染浴的pH值在5～6之間[7]。由于滌綸織物堿減量是在強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行的，因此染色前必須進(jìn)行酸洗及充分的水洗，這個(gè)過(guò)程會(huì)耗用大量的水。染色過(guò)程中析出的滌綸低聚物色斑和浮色，需使用保險(xiǎn)粉等還原劑對(duì)染色滌綸織物進(jìn)行還原清洗，存在破壞已經(jīng)上染到纖維上的染料分子的缺陷[8-10]，因此，常規(guī)的滌綸染整工藝有流程長(zhǎng)，操作復(fù)雜，耗水耗能大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

為解決滌綸常規(guī)染整加工工藝存在的諸多問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了耐堿分散染料，由于其耐堿性能，可將滌綸織物的前處理和染色置于同浴處理。曹機(jī)良等[11-12]嘗試使用耐堿分散染料堿減量染色一浴，認(rèn)為此工藝具有可行性，但在已有的研究中，當(dāng)燒堿質(zhì)量濃度較高時(shí)，染料色光變化較大，且未提出堿減量和染色一浴時(shí)免還原清洗的可行性。

本文使用高耐堿分散染料進(jìn)行滌綸織物的染色和堿減量一浴處理。由于高溫條件下析出的滌綸低聚物在堿性染浴中具有較好的分散性，染色結(jié)束后織物可不進(jìn)行還原清洗，染色設(shè)備也不必因滌綸低聚物的不斷黏附和積累而需要定期停機(jī)清洗。使用高耐堿分散染料采用堿減量和染色一浴法工藝對(duì)滌綸針織物進(jìn)行染整加工相對(duì)于常規(guī)工藝，流程短，操作簡(jiǎn)便。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：純滌綸針織坯布(雙面滌綸針織布，面密度為160 g/m2)。耐堿分散大紅HA-G，耐堿分散黃棕H-2R，耐堿分散藍(lán)HA-RL(蓬萊嘉信染料化工股份有限公司)，高溫染色用分散勻染劑(日華化學(xué)中國(guó)有限公司)，保險(xiǎn)粉、氫氧化鈉、冰醋酸，二水合磷酸二氫鈉、十二水合磷酸氫二鈉、鹽酸、乳酸、尿素、氯化鉀、硫酸鈉、氯化鈉、氯化銨(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，L-組氨酸-鹽酸鹽水合物(廣州千勝精細(xì)化工有限公司)，滲透劑JFC(廣東德美精細(xì)化工有限公司)。

儀器：Ahiba IR 型紅外小樣染色機(jī)、Datacolor 650 型測(cè)色配色儀(德塔顏色商貿(mào)(上海)有限公司)，SW-24E 型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(無(wú)錫紡織儀器廠)，YG611 型耐汗?jié)n牢度試驗(yàn)機(jī)、Y(B)571-II 型耐摩擦牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)，HD 026 N 型電子織物強(qiáng)力機(jī)(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 常規(guī)染色工藝

堿減量處方：燒堿0～10 g/L；浴比1∶20。

染色處方：耐堿分散染料2%(o.w.f)；勻染劑1 g/L；調(diào)節(jié)染浴pH值為7，浴比為1∶20。

還原清洗及皂洗工藝處方：燒堿2 g/L，保險(xiǎn)粉2 g/L，滲透劑JFC 1 g/L，皂片3 g/L，浴比為1∶20。

常規(guī)染色工藝如圖1所示。

1.2.2 堿減量染色一浴一步法工藝

工藝處方：耐堿分散染料2%(o.w.f)；勻染劑1 g/L；燒堿0～10 g/L；浴比1∶20。

皂洗工藝處方：皂片3 g/L；浴比1∶20。

堿減量染色一浴一步法工藝如圖2所示。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 顏色特征值

使用分光光度儀測(cè)定試樣K/S值，選用D65為標(biāo)準(zhǔn)光源，在10°視場(chǎng)下觀察。將織物折疊成4層，至少在10個(gè)不同部位測(cè)量后，取其平均值。

1.3.2 減量率

分別將堿減量處理前后的織物在105 ℃的烘箱中烘干，然后在干燥器中冷卻到室溫，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件(溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為65%，大氣壓力為101.325 kPa)下稱量。重復(fù)烘干、冷卻后稱量，直至質(zhì)量遞變率不大于0.1%，此時(shí)樣品質(zhì)量為織物干態(tài)質(zhì)量，滌綸堿減量處理的程度用減量率[13]w來(lái)表示：

(1)

式中：m0,m1分別為減量前及減量后織物質(zhì)量，均為干態(tài)質(zhì)量，g。

1.3.3 增深率

增深率c為經(jīng)堿減量處理及未經(jīng)處理織物的顏色增深程度：

(2)

式中：(K/S)1、(K/S)2分別為未加堿處理的織物及加堿處理的織物的顏色深度，用染色織物在最大吸收波長(zhǎng)處的K/S值來(lái)衡量。

1.3.4 勻染性

染色織物的勻染性用織物上各點(diǎn)的K/S值對(duì)其平均值的偏差Sλ來(lái)表示，按照式(3)、(4)計(jì)算，偏差越小說(shuō)明勻染性越好[14]。

(3)

(4)

式中：λ為染色織物的最大吸收波長(zhǎng)；K/S值為染色織物在最大波長(zhǎng)處的顏色深度；n為測(cè)量織物表面K/S值的取點(diǎn)個(gè)數(shù)，這里取n=10；S為染色織物上各點(diǎn)的K/S值對(duì)其平均值的偏差。

1.3.5 染色織物相關(guān)性能

頂破牢度參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》測(cè)定。

耐水洗色牢度參照AATCC測(cè)試方法61—2010《紡織品的耐洗色牢度》測(cè)定。

耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定。

耐水漬色牢度參照ISO 105-E01∶2010(E)《紡織品耐水漬色牢度測(cè)定》測(cè)定。

耐汗?jié)n色牢度參照ISO 105-E04∶2008(E)《紡織品耐汗?jié)n色牢度測(cè)定》測(cè)定。

耐唾液色牢度參照GB/T 18886—2002 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐唾液色牢度》測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒堿質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響

2.1.1 對(duì)染色織物K/S值的影響

使用NaOH為堿減量工藝的堿劑，質(zhì)量濃度從0 g/L到10 g/L以2.5 g/L遞增。控制常規(guī)工藝及一浴一步法工藝中堿處理的溫度和保溫時(shí)間相同，對(duì)應(yīng)染色滌綸針織物的K/S值隨燒堿質(zhì)量濃度的變化如圖3所示。

從圖3看出，耐堿分散大紅HA-G、分散黃棕H-2R、分散藍(lán)HA-RL在常規(guī)工藝下處理得到的染色滌綸織物的K/S值幾乎不隨燒堿濃度的變化而變化。采用一浴一步法工藝處理滌綸時(shí)，與不加堿的數(shù)據(jù)對(duì)比，加堿染色滌綸織物的K/S值增加，但是K/S值隨著燒堿質(zhì)量濃度的增大變化卻不大。使用相同的染料量、助劑量及燒堿量，采用一浴一步法工藝處理得到的染色滌綸織物顏色更深。如果要求得到相同顏色深度的染色織物，那么一浴一步法需要的染化料理論上應(yīng)該更少；同時(shí)，由于一浴一步法將染色和堿減量同時(shí)進(jìn)行，相比較常規(guī)工藝，一浴一步法更加節(jié)省能源及時(shí)間。

2.1.2 對(duì)染色織物減量率和強(qiáng)力的影響

使用NaOH為堿減量過(guò)程的堿劑，NaOH的質(zhì)量濃度從0 g/L到10 g/L并以2.5 g/L遞增，測(cè)定一浴一步法試樣的減量率和頂破強(qiáng)力，結(jié)果分別如表1和圖4所示。

由表1可知：采用堿減量和染色一浴一步法加工滌綸織物時(shí)，隨著NaOH質(zhì)量濃度的提高，織物減量率增大；且在相同的燒堿濃度下，一浴一步法與常規(guī)工藝處理后的滌綸織物減量率相近；使用10 g/L燒堿進(jìn)行堿減量時(shí)，減量率在20%左右，而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，通常將滌綸織物的減量率控制在20%左右，以達(dá)到良好的手感和吸濕性，因此在此工藝中可以采用10 g/L的燒堿對(duì)滌綸織物進(jìn)行染整加工。由圖4可知，對(duì)比未加堿直接進(jìn)行染色的產(chǎn)品，加堿染色的滌綸針織物的頂破強(qiáng)力有所損失，但是經(jīng)2.5 g/L和10 g/L燒堿一浴一步法染色后織物的頂破強(qiáng)力平均值分別為817 N和741 N，頂破強(qiáng)力僅下降9.31%，即隨堿量的增大，織物強(qiáng)力變化不大。燒堿質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，滌綸織物既能達(dá)到所需的減量率，同時(shí)強(qiáng)力損失與低濃度燒堿相差不大。

表1 一浴一步法及常規(guī)工藝下不同堿質(zhì)量濃度時(shí)滌綸織物減量率Tab.1 Reduction rate of polyester fabric dyed with one-bath-one-step and conventional procesures under different alkali concentrations

2.1.3 對(duì)染色織物勻染性的影響

圖5示出采用滌綸堿減量和染色一浴一步法工藝不同染料在不同堿質(zhì)量濃度下染色織物的偏差。

由圖5可知，三原色染料的染色織物除了NaOH質(zhì)量濃度為0 g/L的試樣外，其余試樣的偏差值均在很小的數(shù)值范圍內(nèi)波動(dòng)，說(shuō)明采用耐堿染料的堿減量染色一浴一步法所得染色布樣的勻染性良好。

2.2 一浴一步法染色溫度對(duì)織物性能的影響

為探究不同染色溫度對(duì)采用一浴一步法染色織物的顏色和堿減量的影響，選用10 g/L燒堿，保溫時(shí)間為50 min，在不同溫度下處理滌綸織物，處理后染色織物的K/S值及減量率分別如圖6及表2所示。

表2 不同染色溫度時(shí)滌綸織物的減量率
Tab.2 Reduction rate of polyester fabric underdifferent dying temperature

溫度/℃減量率/%分散大紅HA-G分散黃棕H-2R分散藍(lán)HA-RL1001.001.001.001102.002.502.501204.504.004.5013019.5020.0019.50

由圖6可知，滌綸織物的K/S值隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高，滌綸纖維大分子鏈及染液中的染料分子運(yùn)動(dòng)加劇，促進(jìn)染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散并上染纖維。3種染料上染后織物的K/S值隨溫度變化趨勢(shì)有較大差別：分散黃棕H-2R從100 ℃到110 ℃時(shí)，織物的K/S值較為顯著的增大，110 ℃到130 ℃，織物的K/S值隨溫度升高而增大的趨勢(shì)變緩；分散大紅HA-G從100 ℃到120 ℃時(shí)，織物的K/S值較為顯著的增大，從120 ℃到130 ℃時(shí)，織物的K/S值隨溫度升高而增大的趨勢(shì)變緩；分散藍(lán)HA-RL在100 ℃到130 ℃的過(guò)程中，織物的K/S值隨溫度的升高有明顯的增大。染料分子結(jié)構(gòu)的差異可能是導(dǎo)致織物隨染色溫度變化其K/S值變化趨勢(shì)不同的原因。3種染料中，分散黃棕H-2R分子結(jié)構(gòu)最小，分散大紅HA-G次之，分散藍(lán)HA-RL分子結(jié)構(gòu)最大，在上染的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)較小的染料分子擴(kuò)散速度較快，較結(jié)構(gòu)大的染料分子進(jìn)入纖維內(nèi)部容易，因此溫度升高對(duì)于分子結(jié)構(gòu)較大的染料在纖維上的上染影響更大。

從表2看出：織物的減量率隨溫度的升高而增大；在相同的溫度下，3種染料處理后織物的減量率接近。當(dāng)溫度在100～120 ℃時(shí)，織物的減量率隨溫度的升高而緩慢增大；從120 ℃到130 ℃的過(guò)程中，織物的減量率極為顯著的增大。當(dāng)溫度超過(guò)滌綸纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)幾十?dāng)z氏度時(shí)，滌綸纖維大分子鏈的運(yùn)動(dòng)劇烈，且OH-的活動(dòng)能力增加，OH-與滌綸分子之間的反應(yīng)活性增加，堿減量速率和減量率顯著增加[15]。減量率的增加意味著纖維變細(xì)和纖維表面產(chǎn)生凹坑，這種現(xiàn)象會(huì)造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致纖維強(qiáng)力下降。為了判斷高溫長(zhǎng)時(shí)間處理后纖維的受損情況，對(duì)120 ℃和130 ℃這2種條件下處理織物進(jìn)行了頂破強(qiáng)力測(cè)試，結(jié)果表明120 ℃ 和130 ℃條件下處理織物強(qiáng)力分別為812 N和743 N，強(qiáng)力下降8.50%，仍處在較高的強(qiáng)力水平。為改善織物的手感和吸濕性等服用性能，織物減量率需要控制在20% 左右[16]，因此，綜合織物的顏色、減量率和手感等，可將處理時(shí)的溫度確定為130 ℃。

2.3 一浴一步法染色時(shí)間對(duì)織物性能的影響

選用質(zhì)量濃度為10 g/L燒堿，130 ℃染色條件下，探究染色(保溫)時(shí)間對(duì)采用一浴一步法所得織物顏色和減量率的影響。以分散大紅HA-G為例，不同染色時(shí)間處理后織物的K/S值及減量率如圖7所示。

從圖7可以看出，滌綸針織物的減量率隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。保溫時(shí)間在10～50 min時(shí)，織物的減量率隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)有較為顯著的增加，但當(dāng)保溫時(shí)間從50 min增加到60 min時(shí)，滌綸針織物的減量率沒(méi)有很大的變化，只是略有增大。這可能是由于在堿減量的初始階段，OH-由表及里進(jìn)入滌綸內(nèi)部進(jìn)行刻蝕，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，滌綸被水解脫落并溶于堿液中，纖維質(zhì)量損失較為迅速，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，較多的纖維水解產(chǎn)物溶于堿液中，溶液的黏度增大，阻礙了OH-的擴(kuò)散，導(dǎo)致減量速率變慢，織物減量率趨于穩(wěn)定；同時(shí)，在堿減量過(guò)程中，水解生成1分子乙二醇對(duì)應(yīng)消耗2分子燒堿，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，減量率增大，消耗的燒堿數(shù)量增多，能夠進(jìn)行水解反應(yīng)的燒堿數(shù)量明顯減少，織物減量率在50 min后增長(zhǎng)變緩，趨于穩(wěn)定。

由圖7可發(fā)現(xiàn)，滌綸織物的K/S值在保溫時(shí)間為10～40 min內(nèi)有較為明顯的增大，但40 min后染色織物的K/S值僅僅在某個(gè)值附近略有波動(dòng)，織物色光幾乎保持穩(wěn)定。由此可以說(shuō)明HA型耐堿分散染料有較強(qiáng)的耐堿穩(wěn)定性，能在高溫高壓且長(zhǎng)時(shí)間的高濃度堿液條件上染纖維，染色40 min后達(dá)到染色平衡，織物色深基本不發(fā)生變化。綜合不同保溫時(shí)間處理后織物的顏色和減量率來(lái)看，采用堿減量染色一浴一步法，保溫時(shí)間為50 min左右時(shí)，處理后染色織物能獲得較高且穩(wěn)定的減量率和K/S值，因此可以將保溫時(shí)間確定為50 min。

表3 染色滌綸織物的性能Tab.3 Properties of dyed polyester fabric

表4 染色滌綸織物耐水洗及耐摩擦色牢度Tab.4 Laundering and crocking colorfastness of dyed polyester fabric 級(jí)

2.4 一浴一步法工藝及工藝參數(shù)驗(yàn)證

采用一浴一步法，分別選擇不加堿和加質(zhì)量濃度為10 g/L燒堿對(duì)織物進(jìn)行染色(染色溫度為130 ℃，保溫染色時(shí)間為50 min)，不同染料(三原色單色及其拼色用量均為2%(o.w.f)，其中拼色樣染料質(zhì)量比m(分散大紅HA-G)∶m(分散黃棕H-2R)∶m(分散藍(lán)HA-RL)=1∶3∶2)上染滌綸后染色針織物的減量率、K/S值、增深百分率及勻染性情況見(jiàn)表3。燒堿質(zhì)量濃度為10 g/L的一浴一步法染色滌綸針織物的色牢度(耐洗、耐摩擦、耐水漬、耐唾液及耐酸和耐堿汗?jié)n)如表4～6所示。

從表3可看出：沒(méi)有使用燒堿染色，在其他條件相同時(shí)，織物沒(méi)有發(fā)生減量；而染液中有質(zhì)量濃度為10 g/L燒堿時(shí)，滌綸針織物的三原色及其拼色產(chǎn)品減量率都在20%左右，能達(dá)到生產(chǎn)的需求。同時(shí)經(jīng)燒堿處理后的染色織物比不加堿處理的染色織物的顏色深，增深率約為10%，說(shuō)明三原色染料及其拼色在有堿參與下染色產(chǎn)品都具有增深效應(yīng)，也就是說(shuō)如需達(dá)到同等色深，堿減量染色一浴一步法工藝可有效節(jié)省染料的用量。而且染色滌綸織物的偏差都在很小的數(shù)值范圍內(nèi)波動(dòng)，說(shuō)明堿減量染色一浴一步法工藝處理后染色滌綸織物勻染性優(yōu)異。

表5 染色滌綸織物耐汗?jié)n色牢度Tab.5 Colorfastness to perspiration of dyed polyester fabric 級(jí)

表6 染色滌綸織物耐水漬及耐唾液色牢度Tab.6 Water and saliva colorfastess of dyed polyester fabric 級(jí)

從染色織物減量率、顏色及勻染性來(lái)看，使用此工藝對(duì)滌綸針織物進(jìn)行染整加工時(shí)，三原色染料及其拼色都能達(dá)到很好的效果。

由表4～6可看出，三原色染料及其拼色處理后染色織物除了耐水洗牢度中沾染錦綸有4級(jí)外，其他各項(xiàng)色牢度均能達(dá)到4～5級(jí)甚至5級(jí)，完全能夠滿足生產(chǎn)需要。從染色織物的色牢度來(lái)看，使用堿減量染色一浴一步法工藝對(duì)滌綸針織物進(jìn)行染整加工時(shí)，三原色染料及其拼色都有很高的色牢度等級(jí)。

3 結(jié) 論

1)使用耐堿分散染料，采用堿減量和染色一浴一步法工藝對(duì)滌綸進(jìn)行加工具有可行性。一浴一步法優(yōu)化后工藝為：處理溫度130 ℃，保溫時(shí)間50 min，燒堿質(zhì)量濃度10 g/L；

2)使用相同的染料量，一浴一步法工藝比常規(guī)工藝染得的滌綸針織物顏色深，K/S值增加約10%。

3)一浴一步法工藝中，高質(zhì)量濃度的燒堿(10 g/L)處理后的滌綸針織物，其色光穩(wěn)定、勻染性好，各項(xiàng)色牢度均能達(dá)到4～5級(jí)到5級(jí)，可免還原清洗；減量率為約20%，強(qiáng)力下降8%左右，在達(dá)到改善滌綸針織物服用性能的同時(shí)仍保持較高的強(qiáng)力水平。