羊毛纖維活性染料增深染色工藝研究

宋金香，李美真，雷明翰，宿宇峰

(內蒙古工業大學 輕工與紡織學院，內蒙古 呼和浩特 010080)

羊毛纖維憑借其優良的服用性能逐漸成為了一種高檔的紡織材料，酸性染料、酸性媒介染料以及活性染料等都可以將羊毛纖維染成深色[1]，但酸性染料和酸性媒介染料染色對羊毛的強力可能會造成損傷，活性染料上染羊毛纖維也存在以上問題，但是近些年來通過實驗改進，許多國內外專家相繼得出活性染料在稀土和助劑的作用下低溫上染羊毛纖維的實驗方法[2-3]，如蘭納素染料借助稀土促染以及米勒蘭LTD作用[4-6]實現低溫上染羊毛纖維，從而減小羊毛纖維強力的損傷。本文通過活性染料蘭納素對羊毛進行染色，采用加入稀土、樹脂增深劑、硅油增深劑等工藝手段，以達到提高蘭納素染料染黑色的上染百分率和K/S值，降低染料用量、縮短染色時間和降低羊毛損傷，最終提高染色深度值。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑與儀器

羊毛散纖維、白色羊毛織物(紗線線密度105.12 tex,織物厚度2.80 mm,面密度311.64 g/m2,經向密度48根/(10 cm),緯向密度70根/(10 cm)，線圈長度8.70 mm,內蒙古北平紡織有限責任公司)，蘭納素染料(蘭納素黑CE-2B、蘭納素藏青CE、蘭納素醬紅CE，上海萍波貿易有限公司)，米勒蘭LTD、依維潔LAN(江蘇新瑞貝科技股份有限公司)，消泡滲透劑FFA(紹興市久泰化工有限公司)，80#、90#樹脂增深劑、硅油增深劑GWS(東莞市嘉宏有機硅科技有限公司)，氯化鑭、甲酸(國藥集團化學試劑有限公司)，工業純堿(江蘇華昌化工股份有限公司)。

電子天平(亞太電子天平廠)，AS-12型常溫振蕩小樣染色機(佛山市亞諾精密機械公司)，HH-44數顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司)，722型紫外可見分光光度計(上海奧譜勒儀器有限公司)，GZX-9146MBE電熱鼓風干燥箱(上海博迅實業有限公司醫療設備廠)，YGB008E電子單纖維強力機、Y(B)571-111色牢度摩擦儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 常規染色工藝

染色配方：羊毛散纖維(羊毛織物)1 g，蘭納素黑CE-2B 5%(owf)，蘭納素藏青CE 0.5%(owf)，蘭納素醬紅CE 0.3%(owf)，米勒蘭LTD 2%(owf)，消泡滲透劑FFA 0.5%(owf)，甲酸1.8%(owf)，浴比1∶40，染色溫度94 ℃，保溫時間70 min，pH值4.0～4.2。

工藝流程：制備染液→羊毛纖維染色→固色(第1次堿固色:純堿2.8%(owf)，依維潔LAN 2%(owf)，pH值7.0～7.5，溫度80 ℃，保溫20 min；第2次堿固色：純堿1.1%(owf)，pH值8.0～8.5，溫度80 ℃，保溫20 min)→水洗→烘干(90 ℃)→性能測試。

常規染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 常規染色工藝曲線Fig.1 Normal dyeing process curve

1.2.2 稀土增深工藝

氯化鑭極易溶于水，溶于水后顯弱酸性，并且會與蘭納素染料分子上的各種含氧基團發生反應，生成穩定的大分子絡合物；在熱水中氯化鑭的分解速度加快，并與染料大分子上的發色基團形成位于稀土分子中心的配位鍵，發生深色效應。本文實驗采用稀土預處理染色和稀土同浴染色2種工藝方法進行增深處理。

1.2.2.1稀土預處理染色

用電子天平稱取羊毛散纖維，再分別依次稱取1.0%、1.5%、2.0%、2.5%(owf)稀土。按照浴比1∶40配制預處理液，調節AS-12型常溫振蕩小樣染色機為45 ℃，之后將羊毛完全浸入稀土預處理液中，一起放入其中運轉15 min后取出，簡單水洗羊毛，放液。染色過程同1.2.1節所述。

1.2.2.2稀土同浴染色

稀土同浴染色進行以下6次實驗：在染色保溫時間0、35.0、47.0、52.5、56.0 min時加入稀土、加熱24.5 min和保溫0 min分2批各加入1/2用量稀土。每次實驗稀土用量均為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%(owf)。工藝曲線如圖2、3所示。

圖2 稀土同浴分時間加入稀土染色工藝曲線Fig.2 Dyeing process curve of adding rare earth in the same bath and time

圖3 稀土同浴分批次加入稀土染色工藝曲線Fig.3 Dyeing process curve of rare earth in one bath with batch addition of rare earth

1.2.3 增深劑增深工藝

樹脂增深劑和硅油增深劑都能夠成膜覆蓋在羊毛表面上，當入射光照進時，薄膜能夠改變羊毛表面的對入射光的反射率，使纖維或者織物看起來具有色澤增深的效果[7-9]。

本文實驗先進行6組常規染色工藝，隨后在6組燒杯中分別加入3 g/L的增深劑(浴比1∶40)，再調節恒溫水浴鍋溫度分別為25、30、35、40、45、50 ℃，將染色過后的羊毛纖維與增深劑分別放入不同增深溫度的恒溫水浴鍋中，保溫20 min后取出羊毛，用蒸餾水洗滌即可。最后將洗滌過后的羊毛放入90 ℃烘箱中，直到烘干為止。增深劑增深染色工藝曲線圖見圖4。

圖4 增深劑增深染色工藝曲線圖Fig.4 Deepened dyeing process curve of deepening agent

1.3 性能測試

1.3.1K/S值

織物的K/S值通過電腦測色配色系統檢測，由思維士測色配色軟件進行測量。取用染色后的羊毛纖維或織物5個不同位置放至透射孔進行多次測量，最后取5組數據的平均值進行記錄，以便于減少數據誤差。K/S值的大小表示染色深度的大小，K/S值越大，表示染色深度越深。

1.3.2 上染百分率

采用殘液法測定上染百分率，以蒸餾水為參比溶液，染液稀釋一定的倍數，通過722型紫外可見分光光度計在最大吸收波長處分別測定染色前后染浴的吸光度，由下式計算上染百分率E：

E=(1-B×稀釋倍數/A×稀釋倍數)×100%

式中：A為染液原液吸光度；B為染液染色后殘液的吸光度。

1.3.3 斷裂強力與斷裂伸長

參照GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》對羊毛纖維進行斷裂強力和斷裂伸長測試。

1.3.4 耐摩擦色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》對羊毛織物進行耐摩擦色牢度測試[10]。

2 結果與討論

2.1 K/S值分析

稀土增深工藝對K/S的影響如圖5所示。

圖5 稀土用量對K/S值的影響Fig.5 Effect of rare earth content on K/S value

由圖5可以看出，稀土預處理染色實驗中，隨著稀土用量的增加，K/S值呈上升趨勢，在稀土同浴染色實驗中，K/S值隨稀土用量的增加，呈現先增大后減小的規律。當稀土用量為2%(owf)時，K/S值最大，染色效果最好。加入最佳方式為保溫35 min加入稀土。

樹脂及硅油增深染色工藝對K/S的影響如圖6所示。

圖6 增深染色溫度對K/S值的影響Fig.6 Effect of deepening temperature on K/S value

由圖6可以看出，K/S值隨著增深溫度的逐漸上升，呈現先增大后減小的規律。80#樹脂增深劑在35 ℃時，增深染色效果最好。90#樹脂增深劑和硅油增深劑在45 ℃時，增深染色效果最好。相同溫度下，90#樹脂增深劑的增深效果要比80#樹脂增深劑和硅油增深劑的增深效果更好。因此，當增深處理溫度為45 ℃時，90#樹脂增深劑增深染色工藝為最優增深染色工藝。

2.2 上染百分率分析

稀土增深工藝對上染百分率的影響如圖7所示?？梢钥闯?，在稀土預處理染色實驗中，上染百分率隨著稀土用量的增加逐漸上升。在稀土同浴染色實驗中，上染百分率隨稀土用量的增加，呈現先增大然后減小的規律。當稀土用量為2%(owf)時，上染百分率最大，染色效果最好。加入最佳方式為保溫35 min加入稀土。

圖7 稀土用量對上染百分率的影響Fig.7 Effect of rare earth dosage on dye uptake

本文實驗中，常規染色羊毛纖維的上染百分率為77.25%。無論是樹脂增深劑還是硅油增深劑，都是在常規染色完成后再進行增深處理，所以三者與常規工藝染色羊毛纖維染液上染百分率一致。

2.3 最優工藝染色K/S值分析

比較以上實驗完成后的羊毛纖維K/S值與上染百分率，可知稀土同浴染色保溫35 min，加入2%(owf)稀土為稀土最優染色工藝，當增深處理溫度為45 ℃時，90#樹脂增深劑增深染色工藝為最優增深染色工藝。找出最優工藝后對羊毛織物染色并分析。

常規染色工藝與2種最優工藝染色后K/S值對比如表1所示。

表1 常規染色工藝與最優染色工藝K/S值對比Tab.1 Comparison of K/S value between normal process and optimal process dyeing

通過對表1中常規工藝染色、稀土最優工藝染色與增深劑最優工藝染色的羊毛纖維和羊毛織物K/S值進行對比分析，可以得出不管是羊毛織物還是羊毛纖維，K/S值的優選結果為增深劑最優染色工藝>稀土最優染色工藝>常規染色工藝，說明在羊毛在染色深色時，增深劑增深效果比稀土作用明顯。

2.4 斷裂強力與斷裂伸長分析

經不同工藝處理的羊毛纖維的斷裂強力與斷裂伸長測試結果如表2所示。

表2 羊毛纖維斷裂強力與斷裂伸長Tab.2 Breaking strength and elongation of wool fiber

由表2可以看出，不管是斷裂強力還是斷裂伸長，都是增深劑最優工藝>常規工藝>稀土最優工藝>原毛。說明在蘭納素染料上染羊毛的過程中，當達到一定條件時，羊毛纖維中的原子能夠和蘭納素染料中的活性基團發生反應從而形成配位鍵，提高染料與纖維結合的能力，從而也進一步提高羊毛纖維的斷裂強力與斷裂伸長。稀土最優工藝染色羊毛纖維斷裂強力與斷裂伸長略小于常規工藝染色，說明稀土對羊毛纖維的強力可能有一定的損傷；增深劑最優工藝染色羊毛纖維斷裂強力與斷裂伸長略高于企業常規工藝染色，因為增深劑是成膜劑，在纖維表面附了一層膜，所以增深劑在一定程度上可提高羊毛纖維的強力。

2.5 耐摩擦色牢度分析

經3種工藝處理的羊毛織物耐摩擦色牢度等級如表3所示。

表3 羊毛織物耐摩擦色牢度Tab.3 Friction color fastness rating of wool fabric 級

由表3可以看出，羊毛織物的色牢度等級為：稀土最優工藝>常規工藝>增深劑最優工藝。這是因為稀土可以提高蘭納素染料染色羊毛固色效果，增深劑最優工藝雖然增大了染色深度，但因為增深劑增深時在纖維表面成膜的色牢度不好，導致染色羊毛織物的耐摩擦色牢度降低。

3 結 論

本文實驗通過80#、90#、GWS增深劑增深染色羊毛以及稀土促染研究羊毛染黑增深工藝，可得到以下結論：

①稀土預處理羊毛染色和稀土同浴染色實驗中，稀土對羊毛染色上染百分率有著明顯的提升作用，并且有效提升了固色性能，但是稀土在一定程度上會損傷羊毛纖維強力，稀土最優工藝為在常規染色的工藝中，染色保溫35 min時加入2%(owf)的稀土。

②80#、90#、GWS增深劑在羊毛染色后對羊毛進行增深處理，屬于后處理，所以對羊毛染色上染百分率沒有影響，增深劑提高了羊毛染色深度，在一定程度上提高了羊毛纖維斷裂強力，但是對固色性能有一定的影響，耐摩擦色牢度不如常規工藝。增深劑處理最優工藝為：90#樹脂增深劑3 g/L，45 ℃，保溫20 min，浴比1∶40。

③通過對羊毛纖維K/S值分析可以看出，羊毛增深染黑過程中，增深劑的增深作用比稀土作用更加明顯。