PLA/PHBV/天絲交織物分散/活性染料一浴法染色工藝研究

方晶晶 鄧冰雁 王華清

摘 要：針對PLA/PHBV纖維不耐高溫和堿劑的特性，選用了低溫型分散染料和中性固色活性染料，通過加入環保載體實現了PLA/PHBV/天絲交織物的分散/中性固色活性染料一浴法染色。論文探討了載體濃度、pH值、硫酸鈉濃度、固色溫度、固色時間等因素對織物K/S值的影響，采用正交實驗確定了最佳染色工藝為：當分散紅ACE 用量為0.2%、雅格素紅NF-3B用量0.3%，pH=6、硫酸鈉濃度35g/L、環保載體濃度2.4g/L、固色溫度90℃、固色時間40min。織物的耐洗和耐摩擦色牢度可以達3～4級以上。

關鍵詞：PLA/PHBV/天絲交織物；分散染料；中性固色活性染料；一浴法染色

中圖分類號：TSl93.632? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-2346（2023）02-0038-06

1? ? 前言

PLA/PHBV/天絲交織物是由天絲與PLA、PHBV共混絲交織而成的新型紡織面料，PLA/PHBV纖維同屬生物基可降解纖維，具有生態環保、人體親和、抑菌舒適、廢棄物可生物降解等優良性能，已廣泛應用于貼身內衣、襯衣、襪類、家紡等產品；天絲纖維屬于再生纖維素纖維，也是環保纖維，它有棉的舒適性、滌綸的強度、毛織物的豪華美感和真絲的獨特觸感及柔軟垂墜感，但是天絲容易發生原纖化，影響織物的外觀。將PLA/PHBV與天絲進行交織的織物，同時具有3種纖維的優良品質，具有很好的市場前景。PLA/PHBV通常采用分散染料進行染色[1]，天絲主要采用活性染料染色。由于普通活性染料需要加入堿劑進行固色，而大多數分散染料在堿性條件下不穩定[2]，進而無法實現PLA/PHBV/天絲交織物分散/活性染料一浴一步法染色。中性固色活性染料是一類在分子結構中含有季胺型吡啶甲酸活性基的染料，具有較高的反應性，染料的親和性較高，在中性、高溫（100～130℃）條件下可與纖維素纖維發生反應而固著[2-3]。考慮到PLA/PHBV纖維不耐高溫和堿的問題[4-5]，選用ACE低溫型分散染料和Argazol NF型中性固色活性染料進行一浴一步法染色，不僅使PLA/PHBV/天絲交織物的3種纖維同時上色，也可避免PLA/PHBV纖維在高溫堿性條件受損。因此，選用分散/中性固色活性染料對PLA/PHBV/天絲交織物進行一浴一步法染色。

2? ? 實驗部分

2.1? ? 實驗材料

織物：PLA/PHBV/天絲交織物（BIO120D *TN163/108*54，PLA/PHBV：42%，天絲：58%）

染化料：中性固色雅格素紅 NF-3B（上海雅運染料新材料有限公司）、分散紅ACE（浙江閏土股份有限公司）、環保型載體CWP（蘇州工業園區科信化工有限公司）、冰醋酸、硫酸鈉、碳酸鈉、皂粉。

2.2? ? 儀器設備

YG571L型摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠）；SF 600 電腦測配色系統（美國Datacolor公司）；SW-12D型耐洗色牢度試驗機（寧波紡織儀器廠）；DEL1A320型pH計（上海精密科學儀器有限公司）； XW4000B紅外線染色機（中國靖江市新旺染整設備廠）。

2.3? ? 工藝方法

2.3.1? ? 染色處方及工藝條件

分散紅ACE，0.2%；雅格素紅NF-3B，0.3%；硫酸鈉，10～50g/L；環保載體CWP，0.6～3.0g/L；pH值 （用碳酸鈉和冰醋酸調節），5.0～9.0；溫度，70～110℃；時間，10～50min；浴比，1：30。

2.3.2? ? 升溫工藝曲線 （圖1）

2.4? ? 測試方法

2.4.1? ? K/S值（色深值）

將織物折疊至不透光，采用SF-600 Datacolor測色配色儀，在D65光源、10笆映∠氯〔煌課壞？個點測試織物的K/S值，求取平均值。

2.4.2? ? 耐摩擦牢度測試

按照GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》的實驗方法進行。

2.4.3? ? 耐皂洗牢度測試

按照GB/T3921-2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》的實驗方法進行。

3? ? 結果與討論

3.1? ? 固色溫度對織物染色效果的影響

在環保載體濃度為1.2g/L、硫酸鈉濃度為30g/L、pH=7的條件下，在70℃、80℃、90℃、100℃、110℃條件下固色30min，按照1.3的工藝方法進行染色，測出織物的K/S值，實驗結果見圖2。

從圖2可看出，隨著固色溫度的升高，織物的K/S值先增加后降低，溫度升高到90℃時，織物K/S值達到最大。當溫度升高時，天絲纖維電離出的Cell-O-負離子數量增加，親核性染座的數量也隨之增加，加快了染料與纖維的固色反應[6]；同時溫度升高有利于纖維的膨化，染料分子向纖維表面的熱運動加快，進一步加速了中性固色活性染料與纖維素表面離子化的羥基反應，同時分散染料擴散進入PLA/PHBV纖維內部，所以織物的得色量逐漸增加。但染色溫度過高，染料的直接性會下降，染料的水解速率也會增大，致使固色率下降，并且PLA/PHBV共混絲在高溫時強力容易損傷。因此，固色溫度選擇90℃較為合適。

3.2? ? 硫酸鈉濃度對織物染色效果的影響

在環保載體濃度為1.2g/L、pH為7的條件下，改變硫酸鈉濃度分別為10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L， 按照1.3的工藝方法在90℃時染色30min，測試織物的K/S值，實驗數據如圖3所示。

從圖3數據可以得出，隨著硫酸鈉濃度的增加，織物K/S值先增加后減小，當硫酸鈉濃度達到30g/L時，織物的K/S值最大。這是因為陰荷性活性染料與天絲纖維表面形成的Cell-O-負離子之間存在著電荷斥力，加入中性電解質后，鈉離子吸附在纖維表面，降低了兩者之間的斥力，加速了染料的上染而起到促染作用[6-8]，提高了染料對纖維的得色深度。但當濃度超過30g/L后，織物的得色量反而開始下降。這是因為加入過多硫酸鈉時，鈉離子會降低分散染料膠粒的負電荷，降低了染料膠粒之間的排斥力，促進了分散染料的聚集，不利于分散染料的上染[2]。因此，硫酸鈉濃度選擇30g/L為宜。

3.3? ? pH值對織物染色效果的影響

在環保載體濃度為1.2g/L，硫酸鈉濃度為30g/L時，改變pH值分別為5、6、7、8、9，按照1.3的工藝方法在90℃時染色30min，測出織物的K/S值，實驗結果見圖4。

從圖4數據可知， pH值在4～6之間時， 隨pH值增加，織物K/S值逐漸增加；當pH值大于6以后，K/S值卻開始下降。這是因為在較低的pH值時，分散染料中的氨基會發生離子化，增大染料溶解度，進而影響染色性能；而當pH值為堿性條件時，染料中羥基離子化，染料溶解度提高，導致染料色光變化，使得分散染料穩定性減弱，從而使染料上染率降低[9]；PLA/PHBV纖維在堿性條件下結構容易遭到破壞而發生斷裂[10]。中性固色活性染料對染浴pH值比較敏感，最適合在接近中性染浴中染色[2]。所以pH值選擇6最為適宜。

3.4? ? 固色時間對織物染色效果的影響

在環保載體濃度為1.2g/L、硫酸鈉濃度為30g/L、pH=6的條件下，按照1.3的實驗方法，在90℃時分別保溫10min、20min、30min、40min、50min。測出織物的K/S值，實驗結果見圖5。

從圖5數據可知，隨著固色時間的延長，K/S值快速上升然后開始緩慢下降。隨著染色時間的延長，纖維不斷膨化，染料擴散速率加快使得染料上染量增加；固色時間達到40min后，織物K/S值反而下降。這是因為過長的固色時間會導致已經吸附到織物上的染料重新解吸到溶液中[9]，同時PLA/PHBV纖維在高溫長時間處理時，纖維會受損。所以固色時間選擇40min最佳。

3.5? ? 載體濃度對織物染色效果的影響

在硫酸鈉濃度為30g/L、pH=6的條件下，改變載體濃度為0.6 g/L、1.2 g/L、1.8 g/L、2.4 g/L、3.0 g/L，按照1.3的實驗方法在90℃時保溫染色40min。測試織物K/S值，實驗數據見圖6所示。

從圖6數據可知，隨著載體濃度的增大，織物K/S值先升高后下降。這是因為載體濃度的提高，加速了纖維分子鏈的運動，使孔隙增大，增加了染料對纖維的吸附量[9，11]。但當載體濃度超過2.4g/L時，織物的K/S值開始下降。這主要是因為載體濃度超過了飽和濃度時，載體在染液中形成的第3相加速了分散染料的增溶作用，降低了染料的上染量[12]。因此，環保載體用量選擇2.4g/L最佳。

3.6? ? 正交實驗

在染色過程中，各工藝因素之間存在著相互制約和相互影響，通過正交實驗可明確各因素對于評價指標的影響程度及各因素之間交互作用的大小。根據單因素試驗結果，對硫酸鈉濃度、載體濃度、固色溫度、固色時間、溶液pH值5個因素進行L16（45）正交試驗設計，正交實驗及結果見表1 和表2。

由表2極差R可以看出，影響PLA/PHBV/天絲織物K/S值大小的排序為固色溫度>pH值>載體濃度>固色時間>硫酸鈉濃度。A因素選水平4、B因素選水平2、C因素選水平3、D因素選水平4、E因素選水平3，織物的得色量最高。考慮到D因素的水平4和水平3數據相差不大，采用A4B2C3D3E3組合較為適宜，即硫酸鈉濃度35g/L、載體濃度2.4g/L、固色溫度90℃、固色時間40min，溶液的pH值為6。

3.7? ? 染色牢度測定

按照1.3的工藝方法，在最佳工藝條件下對PLA/PHBV/天絲交織物進行染色，測試織物的摩擦和皂洗色牢度，實驗結果如表3數據所示。

由表3可知，耐皂洗色牢度在3-4級及以上，干摩擦為4-5級，濕摩擦為3-4級。實驗結果表明，PLA/PHBV/天絲織物采用分散/中性固色活性染料染色織物的耐洗和耐摩擦色牢度較高，符合使用要求。

4? ? 結論

（1）考慮到PLA/PHBV纖維不耐高溫和堿劑，采用低溫型分散染料和中性固色活性染料，通過加入環保載體實現了PLA/PHBV/天絲交織物的分散/中性固色活性染料一浴法染色。

（2）分散活性染料一浴法染色最佳工藝條件為：硫酸鈉用量為35g/L、環保載體用量為2.4g/L、pH=6、固色溫度為90℃、固色時間為40min。

（3）PLA/PHBV/天絲織物分散/中性固色活性染料一浴法染色具有較好的染色牢度，耐皂洗和耐摩擦色牢度均可達3-4級以上。

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Abstract： Because the PLA/PHBV fiber is not resistant to high temperature and alkali agent，the PLA/PHBV/Tencell interweave fabrics were dyed by one-bath dyeing technology of low-temperature disperse and neutral fixing reactive dyes with environmental protection carrier.The effects of carrier dosage，pH value，sodium sulfate dosage，fixing temperature and fixing time on dyeing effect are discussed in this paper，and the optimal dyeing process is determined by orthogonal test analysis as follows：the dosage of disperse red ACE is 0.2%，the neutral fixing reactive dyes is 0.3%，the optimal dying process is pH is 6，the sodium sulfate dosage is 35g/L，the environmental carrier dosage is 2.4g/L，the fixing temperature is 90℃，and fixing time is 40min.The color fastness to washing and rubbing can reach over 3-4 level.

Key words： PLA/PHBV/Tencell;disperse dyes;neutral fixing reactive dyes;one-bath dyeing