抗菌優可絲/棉混紡針織物的植物染料染色工藝

張歡怡,肖 雯,劉欣晨,吳安琪,李 萍

(嘉興南湖學院,浙江 嘉興 314001)

優可絲纖維是賽得利公司研發的一種新型生態環保抗菌纖維,從天然木材中提取,無合成成分[1],通過紡前注射的方式將活性抗菌物質均勻分散在纖維內部及表面,具有安全無害的抗菌性能,而且經50次水洗后仍能夠達到國標“3A”的抗菌效果。優可絲抗菌纖維可自然堆肥降解,且降解后的成分可以促進土壤再生[2],是替代石油基材料的一種綠色生態材料,目前在內衣等貼身衣物方面應用較多。

植物靛藍染料屬于天然染料,具有無毒、無害、無污染等優點,因其大多提取自板藍根中,具有一定的藥用價值[3]。在天然染料的分類中植物靛藍染料屬于還原染料,靛藍染料的分子結構中含有羰基,沒有水溶性基團,不溶于水[4]。染色時需在強還原劑和堿性的條件下,將染料還原成可溶性的隱色體鈉鹽才能上染纖維,隱色體上染纖維后再經氧化,重新轉變為原來不溶性的染料而固著在纖維上[5]。采用天然植物靛藍染料對抗菌優可絲/棉混紡針織物進行染色處理,探究其染色工藝,實現從原料到織造及后整理的全流程生態環保生產,符合綠色發展的要求。

1 試驗部分

1.1 織物的制備

將抗菌優可絲纖維粗紗(0.85 g/m,圣美隆羊絨制品有限公司)和棉纖維粗紗(0.65 g/m)在多功能環錠細紗機上,通過牽伸加捻紡成5.4 tex抗菌優可絲/棉(30/70)混紡針織紗。其紡紗工藝為:紡紗速度7 500 r/min,前羅拉牽伸比1∶10,后羅拉牽伸比1∶30,捻度370 T/m。后將紡成的紗線在14G STOLL電腦橫機上織造抗菌優可絲/棉混紡針織物。

1.2 試劑與儀器

試劑:植物靛藍染料(常州美勝),保險粉,NaOH。

儀器:48錠多功能環錠細紗機(蘇州華飛),STOLL電腦橫機,Y517B摩擦色牢度儀,S-W12D耐洗色牢度試驗機,HH-8數顯恒溫水浴鍋,Datacolor SF 800型測色配色儀。

1.3測試指標

1.3.1K/S值

選用Datacolor SF 800型計算機測色配色儀測試織物不同部位的染色深度K/S值,K/S值大小與染色深度呈正相關。

1.3.2 耐水洗色牢度

4 cm×10 cm大小的試樣縫合于黏膠織物和普通腈綸織物之間,置入溫度60℃的皂液中,機械攪拌30min。后將試樣沖洗并干燥,與灰色樣卡對比,評價試樣變色等級。

1.3.3 耐摩擦色牢度

試樣規格為5 cm×20 cm(縱向、橫向各一塊),以及5 cm×5 cm的棉織物(前處理過),分別測試試樣縱向和橫向的干濕摩擦色牢度,與標準樣卡對比,評價變色等級[6]。

2 單因素試驗

2.1 方案設計

靛藍染料屬于還原染料,分子中不含水溶性基團,染色時需在堿性和強還原劑的條件下被還原成隱色體上染纖維[7]。隱色體上染完畢后,再經空氣氧化,隱色體重新轉變成原來不溶性染料而固著在纖維上[8]。

靛藍染料用全浴法還原,浴比1∶50,室溫下加入靛藍染料、保險粉和NaOH,以均勻穩定的速度升溫至還原溫度,染料還原后放入抗菌優可絲/棉混紡針織物,染色一定時間后降溫至室溫氧化,染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

用植物染料染抗菌優可絲/棉混紡針織物,其影響因素主要包括染料濃度、保險粉濃度、NaOH濃度、還原時間和染色溫度,單因素染色試驗方案見表1。

表1 單因素染色試驗方案

2.2 結果與分析

2.2.1 染料濃度

由圖2可以看出,當染料濃度從1%(o.w.f)增加到5%(o.w.f),面料的K/S值有增大趨勢,最大K/S值與最小K/S值的差值為1.41,總體上是比較平緩的,當染料濃度為3%時,K/S值達到最大25.79,綜合考慮靛藍染色深度及經濟因素,在后續正交試驗采用染料濃度2%(o.w.f)。

圖2 染料濃度與K/S值的關系

2.2.2 保險粉濃度

保險粉在靛藍染料上染抗菌優可絲/棉混紡針織物的過程中起著促進染料還原的作用。由圖3可以看出,隨著保險粉濃度的增加,織物的K/S值從4.59逐漸增加到最大值21.32,當保險粉濃度大于20 g/L,K/S值有所減小。這是因為隨著保險粉濃度的增加,靛藍染料的還原程度增加,促進染料的上染[9],而當保險粉濃度過高,會導致染料還原過度,靛藍染料不能完全上染到抗菌優可絲/棉混紡針織物上,K/S值變小。

圖3 保險粉濃度與K/S值的關系

2.2.3 NaOH濃度

NaOH在靛藍染料上染抗菌優可絲/棉混紡針織物的過程中給保險粉的還原反應提供堿性環境。由圖4可以看出,隨著NaOH質量濃度的增加,K/S值先增大后減小,當NaOH質量濃度為4 g/L時,K/S值達到最大值19.80。這是因為隨著NaOH濃度的增加,保險粉分解的酸性物質被中和,染色p H值增加,促進染料的上染。而當NaOH濃度繼續增加時,染液p H值超過靛藍染料上染的最佳p H值,影響染料的上染,導致K/S值下降。染色后面料表面的最大K/S值與最小K/S值之間的差值為11.56,面料的染色效果受NaOH質量濃度的影響較大。

圖4 NaOH濃度與K/S值的關系

2.2.4 還原時間

由圖5可以看出,隨著還原時間的增加,面料的K/S值波動較大,當還原時間為10 min時,K/S值最大,染料的上染深度最大;當還原時間大于10 min時,染料的上染深度隨還原時間的增大逐漸減小,延長還原時間并不能使織物表面染色深度加深。

圖5 還原時間與K/S值的關系

2.2.5 染色溫度

從圖6可以看出,隨著染色溫度的增加,面料表面的K/S值有較大變化,呈現先增加后減小的趨勢;當染色溫度為70℃時,K/S值達到最大值22.66,當溫度大于70℃,K/S值開始下降。這是因為植物靛藍染料屬于低溫染色型染料,溫度過高會導致染料分解,進而影響對織物的上染,導致得色率低。

圖6 染色溫度與K/S值的關系

2.2.6 染色時間

如圖7所示,隨著染色時間的增加,K/S值逐漸增加后趨于穩定,織物表面的染色深度逐漸增加后基本不變,當上染40 min后,織物表面的K/S值接近最大,后續正交試驗選擇染色時間40 min。

圖7 染色時間與K/S值的關系

3 正交試驗

3.1 方案設計

根據單因素試驗中得到的結果,得出其Na OH濃度、保險粉濃度、染色溫度、還原時間4個因素對抗菌優可絲/棉混紡針織面料染色后K/S值影響較大,因此選取這4個因素進行L9(34)正交試驗。正交因素水平表見表2,正交方案見表3。

表2 正交因素水平表

表3 正交試驗方案

3.2 結果與分析

植物靛藍上染抗菌優可絲/棉混紡針織面料的正交試驗結果見表4。

表4 正交試驗結果

根據極差判斷4個因素的影響主次為:NaOH濃度＞保險粉濃度＞還原時間＞染色溫度。最優方案為A2B3D1C2,即NaOH濃度4 g/L,保險粉濃度25 g/L,還原時間5 min,染色溫度70℃。

3.3 優選工藝染色效果

采用上述優選工藝對抗菌優可絲/棉混紡針織物進行染色整理,其色牢度測試結果見表5。從表5可知,抗菌優可絲/棉混紡針織物的耐水洗色牢度較好,耐摩擦色牢度等級也達到服用織物的要求。

表5 色牢度測試結果

4 結 論

(1)通過單因素試驗發現影響抗菌優可絲/棉混紡針織物染色效果的主要因素包括:保險粉濃度、NaOH濃度、還原時間和染色溫度。

(2)植物靛藍染料上染抗菌優可絲/棉混紡針織物的最優工藝為:Na OH濃度4 g/L,保險粉濃度25 g/L,還原時間5 min,染色溫度70℃,染色時間40 min,浴比1∶50。

(3)最優工藝整理抗菌優可絲/棉混紡針織物后的耐水洗色牢度4～5級,耐干摩擦色牢度3～4級,耐濕摩擦色牢度3級。