彈力針織物的耐光照色牢度

李寬緒

(廣東江門市新會德潤紡織有限公司,廣東 江門529142)

隨著人們生活水平不斷提高,服裝也不局限于簡單遮體保暖功能,美觀和耐用也是人們選購的因素,由于使用耐光照色牢度差的面料制作的服飾很容易變色,嚴重影響服飾的整體效果和使用壽命。如何解決針織服裝耐光照色牢度差的問題是本文研究的目的。耐光照色牢度指紡織材料經日光或者人造光源曝曬,其抵抗顏色變化的性能。一般耐光照色牢度的測試以太陽光為標準,方便控制而用人工光源測試,因此耐光色牢度也分日光和人造光,通常把日光曝曬測試叫做耐曬色牢度,把耐人造光照射測試叫耐光色牢度。本次試驗彈力針織物原材是錦綸、滌綸、氨綸,其他棉、毛、腈綸等為原材料的織物沒有進行耐光照色牢度試驗。紡織品的光照色變原因復雜,不但與染料的化學結構有關,也與染料的聚集狀態、所染纖維的特性、光源、大氣條件等因素有關。紡織品耐光照色牢度測試主要依據有AATCC16.3-2012“Colorfastness to Light”、ISO 105 B02:2013 Textiles—Tests for colour fastness Part B02:Colourfastness to artificial和GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度:氙弧》,還 有ISO105 B01、ISO105 B03、ISO105 B04、ISO105 B05、GB/T 8426、GB/T 8429、GB/T 8430、GB/T 8431等[1]。國內主要有3類測試標準,GB/T 8426-1998《紡織品 色牢度試驗 耐光色牢度:日光》、GB/T 8427-2019《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度:氙弧》和GB/T 8429-1998《紡織品 色牢度試驗 耐氣候色牢度:室外曝曬》。

1 影響染色彈力針織物耐光照色牢度因素

1.1 光源

光是導致染料褪色的最主要誘因,光致褪色的過程主要是由于染料的發色基團如偶氮鍵等發生了光致氧化反應或者光致還原反應以及這兩種反應同時作用[2]。光源不同,輻照量不一樣,光照色變結果不同。

1.2 織物纖維特性

氨綸是由一種含聚氨基甲酸酯大于85%的具有線形鏈段結構的高分子化合物制成的彈性纖維[3],氨綸的耐光性能比常規合成纖維差。錦綸是對聚酰胺纖維的商品名稱,聚酰胺纖維是由含有重復的酰胺鍵的聚酰胺線型大分子構成的合成纖維。聚酰胺大分子兩端的端基對光、熱、氧較為敏感,能導致聚合物變色變脆。錦綸的強度和延伸率隨溫度的升高而有規律的下降,耐熱與其熔點有關,錦綸66比錦綸6耐光性能相對來說好些,但是總的來說錦綸在光的長時間照射下顏色會發黃,強度下降。滌綸是對聚對苯二甲酸乙二酯纖維的商品名稱,聚酯纖維的耐熱性能及熱穩定性能要優于錦綸和氨綸。聚酯纖維在日光曝曬下,紫外線使大分子活化,當然也會使大分子結構受到破壞。目前紡織材料纖維中,耐光性能從好到差的排序依次是:腈綸＞羊毛＞麻＞棉＞黏膠纖維＞滌綸＞錦綸＞氨綸＞絲。真絲耐日曬是最差的,200 h,強度降低50%,同時變色。纖維絲越細,損傷越大,這和光照表面積有關,表面積越大,損傷也就越大。與纖維物理結構有關,物理結構不同,染料在其上面的光照色牢度也不相同,其原因是纖維的無定形區大小、孔隙大小及分布、表面和截面形態等都會影響染料在纖維上的分布和結合狀態,影響纖維的吸濕性和反應性。

1.3 染料的化學結構

紡織品的耐光照色牢度主要取決于染料本身的結構,一般來說蒽醌類染料、酞菁染料、硫化中硫化藍及金屬絡合染料的耐光色牢度都比較好;大多數不溶性偶氮染料的耐光色牢度也比較高。而聯苯胺型的偶氮染料的耐光色牢度低,三芳甲烷類染料一般都不耐曬[4]。偶氮染料在纖維素纖維上的褪色,主要是染料在光線的照射下被空氣氧化的結果,而它在蛋白質纖維上的褪色,則往往是還原作用的結果[5-6]。選用合適的染料進行染色是控制耐光色牢度的基礎。選擇染料拼色染色時,染色織物耐光色牢度有時低于單只染料的耐光色牢度,故選擇染料時,組合中每種染料的耐光色牢度都要考慮。

1.4 染料濃度與聚集態

染料濃度低,耐光色牢度相對較差,而隨染料濃度增加,耐光色牢度有不同程度增加,達到一定濃度后基本不變。有人認為因為染料濃度增加,降低了光與染料作用的幾率,外層染料對內層染料有保護作用。染料在纖維上的濃度越高,染料分子的聚集度越大,染料接觸氧氣、水分和光照的表面積就越小,染料發生色光化反應的概率越低。反之,色澤越淺,染料在纖維上高度分散,接觸到紫外線照射的概率較大,更容易發生光化反應。

1.5 織物上殘留的助劑、染料

染料在纖維上結合情況對耐光色牢度有較大的影響。染料以穩定的形式在纖維內部的時候電子較為穩定,且接受紫外線照射的概率較低,經紫外線照射不易發生光化反應。染料離子可以通過庫侖引力等與纖維結合,也有部分染料吸附在纖維上,還有較少的染料僅簡單地沉積在纖維內的孔道或纖維表面上,這會降低耐光色牢度。染色后織物水洗不徹底,未固著染料,助劑殘留于布面上會影響染色織物的耐光色牢度。若是以浮色的形式附著在纖維表面上,染料接觸紫外線的幾率大大增加,且處于活躍狀態,極易發生光化反應。因此織物染色后做好后處理,減少紡織品表面浮色是做好耐光色牢度的有效方法。部分陽離子型或多胺縮合固色劑、陽離子型柔軟劑用于織物后整理,會使染色物的耐光色牢度下降。選用固色劑及柔軟劑時須注意它們對染色織物耐光色牢度的影響。

1.6 其他

影響織物耐光色牢度原因往往是多方面疊加,染色纖維光照后,纖維材料也可以直接參與光色變反應,經過不同的染整加工,有的化學組成會發生改變。有些整理定型則會改變纖維的物理形態,都會改變纖維對染料光褪色的影響,還有一些目前我們還未知的因素。

2 試驗與討論

2.1 儀器

AK-SL300雙液流高壓高速染色機(臺灣亞磯);MONFONGS 828 Twin Air8F拉幅定型機(門幅士);Q-sun Xe-2色差測試儀(Q-Lab公司);針織水洗除油機(立信高樂)。

2.2 測試標準

測試標準AATCC16-3 2012《耐光照色牢度氙燈》。

2.3 織物和生產流程

2.3.1 織物

(A組)錦氨織物原材組合:7.78 tex/48 F高彈再生錦綸(84%)+4.44 tex超強耐氯氨綸(16%);

(B組)滌氨織物原材組合:4.44 tex/48 F滌綸長絲(70%)+4.44 tex超強耐氯氨綸(30%)。

2.3.2 生產流程

平幅水洗→預定型→染缸除油→染色→固色(或還原清洗)→后整理定型→測試。

2.4 生產工藝

2.4.1 平幅水洗

平幅水洗機有6個洗水槽,具體溫度和助劑見表1。

表1 平幅水洗工藝

2.4.2 預定型

平幅水洗后及時送預定型,溫度設定195℃,機速25 m/min,超喂3%(沒有重點考慮克重、幅寬和拉伸,簡化試驗,盡量減少其他方面的影響,試驗預定工藝設計為一樣)。

2.4.3 染缸除油

A組錦氨(80℃×20 min)染缸除油工藝(圖1),常溫依次加入純堿2 g/L、除油劑2 g/L,運行5 min后升溫(2℃/min)到80℃,保溫20 min降溫(2℃/min)到60℃洗水。

圖1 錦氨針織物染缸除油工藝

B組滌氨(98℃×20 min)染缸除油工藝(圖2),常溫依次加入純堿2 g/L,除油劑2 g/L,運行5 min后升溫(2℃/min)98℃保溫20 min,降溫(2℃/min)到60℃,洗水。

圖2 滌氨針織物染缸除油工藝

2.4.4 染色

A組錦氨(98℃×30 min)染色工藝(圖3),常溫依次加入防皺劑、勻染劑、染料、醋酸,運行5 min,升溫(1℃/min)到70℃,保 溫10 min,繼續升 溫(1℃/min)到98℃保溫30 min,降溫(2℃/min)60℃取樣。

圖3 錦氨針織物染色升溫工藝

B組滌氨(130℃×30 min)染色工藝(圖4),常溫依次加入防皺劑、勻染劑、染料、醋酸,運行5 min后,升溫(2.5℃/min)到75℃,保溫10 min,繼續升溫(1℃/min)到130℃,保溫30 min,降溫(2℃/min)到60℃取樣。

2.4.5 染缸后處理

A組錦氨(80℃×20 min)固色工藝(圖5),常溫依次加入分散劑、酸性固色劑、醋酸,運行5 min后,升溫(2.5℃/min)到80℃保溫20 min,降溫(2℃/min)到55℃,排殘液進清水出缸。

圖5 錦氨針織物固色工藝

B組滌氨(80℃×30 min)還原清洗工藝(圖6),常溫先加入片堿,常溫運行5 min后,升溫(2.5℃/min)到80℃,在80℃加入保險粉,保溫30 min,降溫(2℃/min)到55℃,排殘液,進清水加醋酸中和后洗水出缸。

圖6 滌氨針織物還原清洗工藝

2.4.6 后整理定型

后整理定型試驗工藝都設計一樣(表2)。

表2 后整定型工藝參數

2.5 對比試驗耐光照色牢度

2.5.1 錦氨材料A組

A組錦氨織物試驗,染料濃度從低到高,對比織物同材質,同染料不同濃度,固色和沒有固色的耐光照色牢度。A1、A3、A5從淺到深有固色,固色助劑:酸性固色劑(芳香族磺酸縮合物)3%,醋酸1 g/L,分散凈洗劑0.5 g/L。A2、A4、A6從淺到深沒有固色,其他條件一樣。A1和A2染料配方一樣,A3和A4配方一樣,A5和A6配方一樣。測試試驗A組的耐光照色牢度(表3)。

2.5.2 滌氨材料B組

B組滌氨織物試驗,染料濃度從低到高,對比同材質,同染料不同濃度,以及還原清洗和沒有還原清洗織物的耐光照色牢度。從淺到深B1、B3、B5有還原清洗,還原清洗用料:片堿1.5 g/L,保險粉3%,醋酸1 g/L。B2、B4、B6沒有還原清洗,其他條件、工藝一樣。B1和B2染料配方一樣,B3和B4配方一樣,B5和B6配方一樣。測試試驗B組耐光照色牢度(表4)。

表4 滌氨B組試驗耐光照色牢度

2.5.3 二組(A,B)試驗測試結果分析

(1)A組錦氨針織物有固色和B組滌氨針織物有還原清洗比沒有固色或者沒有還原清洗織物的耐光照色牢度有改善,多數能提高半級左右,但是織物耐光照色牢度主要取決于染料本身性質。

(2)A組染料里面有酸性翠藍,所以整個A組試驗耐光照色牢度都偏差(表3)。三芳甲烷類酸性染料由三芳甲烷堿性染料磺化制得。氨基三芳甲烷分子中引入磺酸基則為酸性染料,第一個磺酸基與氨基結合成內鹽,故三芳甲烷酸性染料分子中至少含有兩個磺酸基,這類染料色光鮮艷,包括紫、翠藍、綠等,耐光色牢度差是其主要缺點,酸性翠藍就是代表。

表3 錦氨A組試驗耐光照色牢度

(3)同材質、同染料組合的淺色耐光照色牢度明顯差于中、深色系。

(4)同深淺顏色滌氨針織物耐光照色牢度好于錦氨針織物耐光照色牢度。

(5)B組染色配方中染料濃度增加到一定程度,耐光照色牢度不再有明顯改變(表4中B3和B4對比B5和B6,前者染料濃度只是后者的一半,耐光照色牢度接近)。

(6)紡織品的耐光色牢度與許多因素有關,其中最主要的是染料的母體結構和光源。一般就染料分子結構而言,蔥酮型、酞普型、甲膠型結構的染料耐光色牢度較好。偶氮型和三芳甲烷型的染料耐光色牢度較差,偶氮型染料結構中的偶氮基耐光穩定性差,在光作用下,容易發生光氧化分解,三芳甲烷型染料的優點是顏色鮮艷,而對光氧化極不穩定,易被分解成無色的酮結構,耐光色牢度較低[7]。纖維在上染之前通過一些處理可以有效地提高日曬牢度。如Micheal M.N.等通過對羊毛進行紫外線/臭氧的前處理有效提高了日曬牢度。BatchelorS.N.等則通過在纖維上添加一種可以阻斷氧氣進入的涂膜(同時涂膜中含有苯并三唑等避光劑)可以顯著提高染料的日曬牢度。簡單來說彈力針織物耐光色牢度控制關鍵在染料組合的選擇,其次在染色和后處理工藝的設計。高耐光照色牢度染料和合適固色清洗是保證彈力針織物良好耐光照色牢度的必要條件。日曬牢度達不到要求的情況下,可以通過助劑來改善,添加合適的助劑,光照時先于染料發生光反應,以此起到保護染料分子的作用,目前市場上一般分紫外線吸收劑和抗紫外線劑,稱耐日曬牢度提升劑,市場這類耐光色牢度提升助劑實際效果有限,只能提高半級左右,而且會影響織物本身的色光,還需要進一步改善。

3 結論

(1)目前要改善彈力針織物的耐光色牢度,首先是染料選擇。對于有高耐光照色牢度要求的訂單,應該選擇優良耐光照色牢度的染料,同時組合中染料搭配要選擇配伍性合適、耐光色牢度一致的染料組合。織物耐光色牢度有點類似木桶短板原理,即一般染色織物最終的耐光色牢度等級取決于染料配方組合中耐光色牢度最差染料的等級。

(2)其次調整染色工藝,染色時間充分,染料最大化擴散進入纖維內部,加強固色或者清洗,盡可能減少織物上殘存染化料。

(3)日曬牢度達不到要求的情況下,可以通過助劑來改善,目前市場這類耐光色牢度提升助劑實際效果有限,而且會影響織物本身的色光,還需要進一步改善。