棉/氨針織物生物酶練染一浴工藝

左凱杰，彭子威，何瑾馨，3

（1.東華大學化學化工與生物工程學院，上海 201620；2.常州旭榮針織印染有限公司，江蘇常州 213017；3.紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620）

棉纖維屬于天然可再生纖維，具有吸濕透氣、手感柔軟、穿著舒適、易于染色的特點，同時其廢棄物在自然環境下可完全生物降解，而不會像合成纖維（如滌綸等）一樣存在環境污染的風險，因此被廣泛應用于各類服裝面料。但是純棉織物的彈性一般較差，故目前服裝面料中多采用棉與氨綸交織，以提升面料的彈性及回復性。

棉纖維的主要組成包括纖維素、半纖維素、可溶性糖類、蠟質、脂肪、灰分、色素等物質［1］，活性染料主要是與纖維素葡萄糖殘基上的伯羥基反應，而其他不參與反應的物質則可視為雜質，需要通過前處理予以去除。據統計，成熟的棉纖維一般含有6%～10%的雜質，不僅降低了棉纖維的潤濕性、反應性，還會降低纖維固有的白度［2］，影響染色鮮艷度。近年來，針對純棉針織物的練染一浴工藝研究很多，但存在以下問題：主要采用復合精練劑或果膠酶、纖維素酶對全棉或滌/棉針織物進行前處理，然后在不排液的情況下繼續進行活性或分散染料染色，但該工藝很少涉及含氨綸針織物，主要是由于氨綸為特殊結構的彈性纖維，為保護纖維彈性在紡紗時需要加入硅油等油劑，在練染一浴過程中易造成色漬、色花［3-5］。

針對棉/氨針織物的練染一浴工藝，我司進行了長期、大量的研究，通過助劑篩選及工藝改進，摸索出適合本廠的生產工藝，但僅限于中深色系。因為練染一浴無法有效去除棉纖維本身帶有的天然色素，故淺色系、鮮亮色系并不適合采用練染一浴工藝。

1 實驗

1.1 材料及儀器

材料：棉/氨單面布（棉30s，質量分數88%；氨綸50D，質量分數12%），面料單位面積質量為250 g/m2。

染化料：活性黑Black HF-NB、活性紅Rubine SB 150%、活性橙Orange S-3RM BS、浴中柔軟劑HTSK（江蘇德旺化工工業有限公司），SEN 精練乳化劑（江蘇守信化工有限公司），精練劑AP-800（上海鼎緒工貿有限公司），高效復合生物酶（浙江優安化工科技有限公司），皂洗劑RSK（石家莊聯邦科特化工有限公司），燒堿、元明粉、純堿、冰醋酸（工業級）。

儀器：50 kg 高溫高壓溢流染色機（東庚實業股份有限公司），SW-24AⅡ型耐洗色牢度試驗機（溫州大榮紡織儀器有限公司），M238BB 型摩擦色牢度試驗儀（上海鼎徽儀器儀表設備有限公司），Datacolor SF-600型計算機測色儀。

1.2 染色工藝

1.2.1 染整工藝流程設定

由于面料含有12%的氨綸，需要進行高溫預定形，以防止織物進入染缸后在繩狀松式狀態下急劇收縮，造成折痕及單位面積質量超重等問題，故染整工藝流程設定為：配布→坯定（195 ℃×2 min）→染色→成品定形。

1.2.2 染色配方及工藝曲線

為了更好地評價棉/氨織物生物酶練染一浴工藝，新工藝與傳統除油、染色工藝染黑色進行對比，染色配方如表1所示。

表1 染色配方對比表

傳統染色工藝流程曲線如下所示：

生物酶練染一浴工藝1流程曲線如下所示：

1.3 測試

1.3.1 毛效

按照AATCC TS017—2007 測定前處理后織物的毛效。將織物沿經向方向左、中、右剪取25 cm×3 cm布樣3 塊，以純凈水作為測試液，在25 ℃恒溫條件下測量30 min 時液體沿經向上升的高度（cm），最終結果取3塊布樣的平均值。

1.3.2 色差

在D65光源、10°視場條件下，采用計算機測色儀對染色織物的顏色特征值和色差進行測定。織物疊4層，并在不同位置測試4次，數值取4次平均值。

1.3.3 耐水洗色牢度

按照AATCC 61—2013《家庭和商業洗滌色牢度測試方法》測試織物的耐水洗色牢度。

1.3.4 耐摩擦色牢度

按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試。

2 結果與討論

2.1 布面品質

按照上述3 種染色工藝分別投染一缸布，并在染色前剪取0.46 m（0.5 碼）半成品布水洗、烘干，測試織物毛效；成品后對每缸布的布面情況進行仔細檢驗，結果顯示：布面狀況良好，未發現明顯的色漬、色花、陰陽色等染色異常，半成品毛效及布面品質如表2 所示。由表2 可以看出，從半成品的毛效看，傳統工藝和生物酶練染一浴工藝的毛效（7.30～8.63 cm/30 min）都不是太高。這主要是由于所染顏色為黑色，無需對棉/氨織物進行漂白，前處理主要是均勻去除紡紗油劑（含氨綸油）、蠟質、果膠、半纖維素等，使活性染料能夠向纖維內部滲透、擴散，并與纖維素之間形成穩定的共價鍵結合。因此，從毛效方面看，生物酶練染一浴工藝比傳統工藝略低，但基本可以達到染色要求；而從布面狀況來看，無論是傳統工藝還是生物酶練染一浴工藝1、生物酶練染一浴工藝2，均未出現明顯的色花、色漬，說明前處理的均勻性都很好，特別是復合生物酶能夠將氨綸油均勻地乳化、分散在染液內，并保持穩定狀態，是本工藝的重點所在。生物酶練染一浴工藝唯一的缺點是對棉籽殼的去除效果并不理想，主要是通過機械沖洗去掉了部分大的、與棉纖維物理連接不緊密的棉籽殼，但會有少量棉籽殼殘留，所以采用生物酶練染一浴工藝，織造時應盡量選取高品質的棉紗。

表2 半成品毛效及布面品質

2.2 染色性能

按照1.2.2 染色配方及流程曲線，采用相同染色配方，在50 kg 溢流染色機內各投染2 匹布（約45 kg），染色過程中均未追加染料，一次性出缸，直至成品。然后以客戶核可樣為標準樣，采用計算機測色儀測試顏色特征值和色差，結果如表3所示。

表3 成品的染色效果對比

由表3 可以看出，無論采用傳統工藝還是生物酶練染一浴工藝染色，各缸織物之間的色光偏向一致，深淺略有差異，這主要跟染色工藝中染料、元明粉、純堿的加料順序、時間有關。

傳統工藝由于前處理較為徹底，染色時采用先加元明粉，然后邊升溫邊運轉均勻，有利于節約工藝時間，然后在60 ℃加入染料，在元明粉促染作用下快速上染纖維，待上染達到平衡后，再加堿固色。由于本配方中所用活性黑有效成分實際為C.I.活性黑5，為雙乙烯砜活性基，對堿較為敏感，在堿性條件下，水溶性的β-硫酸酯乙基砜轉變為乙烯砜基后，導致活性染料的水溶性大大降低，故本工藝分兩次加堿，先加少量堿劑（1 g/L 純堿）以控制乙烯砜基生成速率，隨著活性染料與纖維的不斷反應，上染平衡被打破，還會使染液中的活性染料進一步上染織物，故本工藝染色得色最深。

生物酶練染一浴工藝1 采用的是高溫滅活原理，即在生物酶前處理后升溫至80 ℃高溫滅活，同時加入活性染料，染料在上染的同時由于分子熱運動加劇，有良好的移染作用，有利于彌補毛效降低對勻染性的影響，之后降溫到60 ℃分3 次加堿固色，原理如前所述。該工藝相較于傳統工藝的優點在于將前處理、染色合并在一浴完成，工藝流程縮短，用水量減少；缺點則是高溫移染會使染料平衡上染率有所降低、水解率增加，故該工藝所得染色深度較傳統工藝略有降低。

生物酶練染一浴工藝2 采用的是加堿滅活原理，即在生物酶前處理后加入后續染色所需的元明粉、純堿，使生物酶在堿性條件下滅活，然后升溫至60 ℃加染料染色。該工藝的優點在于前處理、染色同浴完成，且工藝銜接順暢，沒有額外的升降溫過程，減少了分次加堿的時間，故工藝流程大大縮短，用水量減少；但由于是先加純堿，然后C.I.活性黑5 再加入染缸，邊上染邊發生消除反應生成乙烯砜基，導致染料的移染、擴散能力降低，水解速率反而大大增加，故其深度較傳統工藝有所降低。采用該工藝時，活性染料用量宜增加5%～10%。

2.3 色牢度

由表4 可以看出，采用傳統工藝或生物酶練染一浴工藝染色后，耐水洗色牢度均在4 級以上，表明生物酶對于棉纖維上雜質的去除效果與傳統的堿處理效果類似，不會影響活性染料與纖維素之間成鍵的穩定性；此外，各工藝的耐干摩擦色牢度均為4～5 級，生物酶練染一浴工藝1 的耐濕摩擦色牢度較傳統工藝提升0.5 級，這與棉纖維上的蠟質去除率有關，傳統前處理工藝使用燒堿，可以將蠟質皂化，去除較為徹底，而生物酶對于蠟質無去除能力，僅能依靠復配的表面活性劑將軟化的蠟質乳化包裹，故還有少量蠟質均勻地殘留在纖維上，降低了濕摩擦時的摩擦阻力，使得耐濕摩擦色牢度略有提高。

表4 耐水洗色牢度及耐摩擦色牢度

2.4 節能減排效果

生物酶練染一浴工藝將前處理、染色合并在一浴完成，使得工藝流程縮短，用水量減少，與傳統練染工藝相比具有突出的節能減排效果，對比數據見表5。

表5 節能減排數據

由表5 可以看出，采用生物酶練染一浴工藝后，染色用水減少3 缸，節約37.5%；從生產用時方面來看，生物酶前處理保溫時間一般為50～60 min，比高溫堿處理的保溫時間（30 min）長，但其減少了傳統前處理后水洗、酸洗、中和等過程和時間，故整體工藝時間下降；同時，生物酶練染一浴工藝2 采用堿滅活的方式，其后續的染色工藝中減少了分次加堿的時間，整體染色時間大幅降低，故生物酶練染一浴工藝1、工藝2 染色時間分別較傳統工藝下降15.5%、30.9%；生物酶具有良好的生物可降解性，減少了燒堿、表面活性劑等化工產品的使用，可以使印染廢水的COD 值降低。由此可以看出，生物酶練染一浴工藝具有顯著的節能減排效果。

3 結論

對比傳統練染工藝及生物酶練染一浴工藝可以得出以下結論：（1）生物酶練染一浴工藝的毛效較傳統前處理工藝略低，但經染色后布面品質良好，無色花、色漬異常；（2）生物酶練染一浴工藝的酶滅活方式會影響活性染料的上染和水解，可根據實際生產需要進行調整；（3）生物酶練染一浴工藝的耐水洗色牢度、耐干摩擦色牢度與傳統工藝相近，耐濕摩擦色牢度提升0.5 級左右；（4）采用生物酶練染一浴工藝可以顯著減少用水量，縮短生產時間，具有顯著的節能減排效果。

本論文是基于發明專利：棉織物酶染一浴染色工藝，專利申請號202010077119.4。