錦綸和棉織物中溫一浴染色工藝

王 翊,張京彬,黃 凱,張貽兵,薛孟芳,張子超

(1.國家先進印染技術創新中心,山東 泰安 271000; 2.山東中康國創先進印染技術研究院有限公司,山東 泰安271000)

錦綸/棉織物既具有棉纖維優良的吸濕性和透氣性,又具有錦綸優良的耐磨性和彈性,廣受消費者喜愛[1-2]。錦綸/棉織物一般采用酸性染料染錦綸、活性染料染棉纖維的兩浴法進行染色,但兩浴法流程長,耗水量大,且存在活性染料對錦綸織物沾色問題[3-5]。研究者們從各個角度探究解決此問題的方法,周光勇等[6]采用色媒體DM22008對錦綸/棉交織物進行改性處理,再用活性染料對其進行一浴法染色,98 ℃保溫30 min,實現了錦綸/棉交織織物較好的同色性。袁潔等[7]采用可以在中性和弱堿性條件下上染錦綸和棉的Ar-gasyn系列染料,先98 ℃上染錦綸后80 ℃上染棉織物,實現了錦綸和棉織物一浴同色染色,但其染色溫度仍較高。

本文采用愛可森特系列活性染料對錦綸和棉織物進行中溫一浴染色,探究醋酸、純堿、元明粉質量濃度對錦綸和棉織物K/S值的影響,確定最佳染色溫度及保溫時間,采用最優染色工藝分析錦綸和棉織物的上染曲線和提升力曲線,并測試其耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料:錦綸6織物(4.4 tex/12 f錦綸+4.4 tex氨綸,錦綸和氨綸混紡比例為75∶25,海寧答案紡織材料有限公司);棉針織物(18.2 tex,羅紋組織,面密度168 g/m2,青島頤和針織有限公司);愛可森特紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR(裕真化學股份有限公司);元明粉、純堿、醋酸(工業級,上海阿拉丁試劑有限公司)。

儀器:JY型常溫震蕩染色機(南通宏大實驗儀器有限公司);ML204T型電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司);R-1型熱風式烘箱(廈門瑞比精密機械有限公司);1050型測色儀(DATACOLOR公司);M228AA型水洗色牢度試驗機(錫萊亞太拉斯有限公司);290型汗漬牢度儀(James Heal公司)。

1.2 實驗方法

將醋酸和元明粉加入染杯中,浴比為1∶20,以2 ℃/min升溫至40 ℃,加入2.5 g錦綸和2.5 g棉織物,以0.5 ℃/min升溫至T℃,保溫20 min后加入1/3純堿,10 min后再加入2/3純堿,保溫tmin,取出織物50 ℃水洗30 min,放于烘箱中80 ℃烘干10 min。染色工藝曲線見圖1。

圖1 染色工藝流程Fig.1 Dyeing process

1.3 測試方法

1.3.1K/S值測試

采用1050型測色儀測試織物K/S值,將織物折疊4層,測試4個不同位置的K/S值,重復3次,取平均值。

1.3.2 色牢度

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》,采用M228AA型水洗色牢度試驗機測試織物耐皂洗牢度。

按照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗漬色牢度》,采用290型汗漬牢度儀測試織物耐汗漬牢度。

2 結果與討論

2.1 醋酸用量對錦綸和棉織物K/S值的影響

設置染料用量為0.5%(owf),醋酸用量為0%、0.03%、0.05%、0.08%、0.10%(owf),元明粉質量濃度20g/L,純堿質量濃度6g/L,60 ℃保溫60 min,探究醋酸用量對紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸織物和棉織物K/S值的影響,結果如圖2所示。

圖2 醋酸用量對錦綸和棉織物K/S值的影響Fig.2 Effect of acetic acid dosage on K/S value of nylon and cotton fabric.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖2可知,隨著醋酸用量增加,紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR染色錦綸織物的K/S值逐漸增加,棉織物的K/S值逐漸降低。這是因為酸性條件下活性染料可以效仿酸性染料,與錦綸纖維以離子鍵方式結合,染浴酸性越強,活性染料與錦綸纖維間的靜電引力越大,錦綸纖維染色效果越好。而棉織物需要堿性固色,醋酸用量越多,染色堿性越弱,越不利于棉織物上色[8]。當醋酸用量為0%(owf)時,紅RL-GR染色錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。當醋酸用量為0.08%(owf)時,黃RL-GR染色錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。當醋酸用量為0.05%(owf)時,藍RL-GR染色錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。采用最佳醋酸用量繼續后續實驗。

2.2 純堿質量濃度對錦綸和棉織物K/S值影響

設置染料用量為0.5%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf),黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf),藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf),元明粉質量濃度20g/L,純堿質量濃度3.0、4.5、6.0、7.5g/L,60 ℃保溫60 min,探究純堿質量濃度對紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物K/S值的影響。由于藍RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值始終未達到一致,降低純堿質量濃度為1.5、1.8、2.4g/L,結果如圖3所示。

圖3 純堿質量濃度對錦綸和棉織物K/S值的影響Fig.3 Effect of alkali dosage on K/S value of nylon and cotton fabric.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖3(a)可知,隨著純堿質量濃度增加,紅RL-GR染色錦綸織物的K/S值逐漸降低,棉織物的K/S值先增加后趨于平緩,當純堿質量濃度為6g/L時,錦綸織物和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。從圖3(b)可知,隨著純堿質量濃度增加,黃RL-GR染色錦綸織物的K/S值先增加后降低之后再增加,棉織物的K/S值先幾乎不變后增加,當純堿質量濃度為4.5g/L時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。從圖3(c)可知,隨著純堿質量濃度增加,藍RL-GR染色錦綸織物的K/S值逐漸降低,棉織物的K/S值逐漸增加,當純堿質量濃度為1.6g/L時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。采用最佳純堿質量濃度繼續后續實驗。

2.3 元明粉質量濃度對錦綸和棉織物K/S值的影響

設置染料用量為0.5%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度6g/L,黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度4.5g/L,藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度1.6g/L,元明粉質量濃度為10、20、30、40、50g/L,60 ℃保溫60 min,探究元明粉質量濃度對紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物K/S值的影響,結果如圖4所示。

圖4 元明粉質量濃度對錦綸和棉織物K/S值影響Fig.4 Effect of metamine powder dosage on K/S value of nylon and cotton fabric.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖4可知,隨著元明粉質量濃度增加,紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR染色錦綸織物的K/S值降低,棉織物的K/S值先快速增加后緩慢增加。因為在酸性環境下,錦綸吸附了氫質子顯正電性,陰離子活性染料依靠靜電吸引力吸附在錦綸纖維上,當電解質加入后,電解質電離出酸根陰離子與活性染料發生競染,起到緩染作用,從而降低了活性染料在錦綸纖維上的吸附[9]。棉纖維在中性或弱堿性染浴中呈負電性,與陰離子活性染料產生電荷斥力,加入電解質后,染液中產生大量帶正電荷的鈉離子,與染料陰離子保持電荷中性,消除了上染過程中的障礙,使染料分子與棉纖維表面緊密接觸,減少染液和纖維界面附近的濃度差,從而提高棉纖維活性染料的上染百分率。當元明粉質量濃度為20g/L時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。

2.4 染色溫度對錦綸和棉織物K/S值的影響

設置染料用量為0.5%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度6g/L,黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度為4.5g/L,藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度為1.6g/L,元明粉質量濃度為20g/L,染色溫度為40、50、60、70、80 ℃,保溫60 min,探究染色溫度對紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物K/S值的影響,結果如圖5所示。

圖5 染色溫度對錦綸和棉織物K/S值的影響Fig.5 Effect of reaction temperature on K/S value of nylon and cotton fabric.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖5可知,隨著染色溫度升高,紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR染色錦綸織物的K/S值逐漸增加,當染色溫度為80 ℃時,錦綸織物K/S值最大;棉織物的K/S值先增大后減小,當染色溫度為60 ℃時,棉織物K/S值最大。這是因為活性染料中存在酸性基團,隨著溫度升高,釋放出H+,染液pH值降低,活性染料與錦綸纖維間的靜電引力增大,錦綸吸附的活性染料增加,K/S值增加。而染液pH值降低會使活性染料與棉纖維已經形成的共價鍵發生水解和斷裂,從而棉織物K/S值降低[10]。當染色溫度為50 ℃和60 ℃時,錦綸和棉織物的K/S值都很接近,但當染色溫度為60 ℃時,K/S值更大,故最佳染色溫度為60 ℃。

2.5 保溫時間對錦綸和棉織物K/S值的影響

設置染料用量為0.5%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度6g/L,黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度4.5g/L,藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度1.6g/L,元明粉質量濃度20g/L,染色溫度60 ℃,保溫30、40、50、60、70、80 min,探究保溫時間對紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物K/S值的影響,結果如圖6所示。

圖6 保溫時間對錦綸和棉織物K/S值的影響Fig.6 Effect of holding time on K/S value of nylon and cotton fabric.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖6(a)可知,隨著保溫時間延長,紅RL-GR染色錦綸織物的K/S值先降低后增加,棉織物的K/S值逐漸增加,當保溫時間為60 min時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。從圖6(b)可知,隨著保溫時間延長,黃RL-GR染色錦綸織物的K/S值先增加后降低,棉織物的K/S值先增加后上下浮動,當保溫時間為50 min時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。從圖6(c)可知,隨著保溫時間增加,藍RL-GR染色錦綸織物的K/S值先降低后增加再降低,棉織物的K/S值逐漸增加,當保溫時間為50 min時,錦綸和棉織物的K/S值最接近,同色性最好。

2.6 上染曲線

設置染料用量為0.5%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度為6g/L、保溫時間為60 min,黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度4.5g/L、保溫時間為50 min,藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度為1.6g/L、保溫時間為50 min,元明粉質量濃度20g/L,染色溫度為60 ℃,探究紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物的上染曲線,以最終保溫時間染色強度為100%,通過K/S值得到其他反應時間的相對染色強度,實驗結果圖7所示。

圖7 上染曲線Fig.7 Dyeing curve.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖7可知,在10～60 min加純堿之前,紅RL-GR、黃RL-GR染色錦綸織物相對染色強度緩慢增加后降低,而藍RL-GR染色錦綸織物相對染色強度先增加后降低,而后增加再降低,在30和55 min存在2個峰值。棉織物的相對染色強度逐漸增大,但增長緩慢,因為未加入純堿,活性染料和棉纖維結合力弱。在60 min加入純堿后,錦綸織物的相對染色強度逐漸降低后略有回升,這是因為酸性條件下活性染料可以效仿酸性染料與錦綸纖維以離子鍵方式結合,染浴酸性越強,活性染料與錦綸纖維間的靜電引力越大,錦綸纖維染色效果越好,加入堿后,染液pH值增加,不利于活性染料和錦綸纖維的結合,甚至會脫落[8]。棉織物的相對染色強度快速增加,這是因為純堿能夠使織物棉纖維表面的羧基和酚羥基等官能團變得更為活潑,使染料分子更容易與織物纖維發生反應并結合在一起。最終錦綸和棉織物的相對染色強度接近一致,實現同色性。

2.7 提升力曲線

設置染料用量為0.05%、0.10%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%(owf),紅RL-GR醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度6g/L、保溫時間為60 min,黃RL-GR醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度4.5g/L、保溫時間為50 min,藍RL-GR醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度1.6g/L、保溫時間為50 min,元明粉質量濃度為20g/L,染色溫度為60 ℃,探究紅RL-GR、黃RL-GR、藍RL-GR 3種染料染色錦綸和棉織物的提升力曲線,結果見圖8。

圖8 提升力曲線Fig.8 Dye lifting force curve.(a)Red RL-GR;(b)Yellow RL-GR;(c)Blue RL-GR

從圖8(a)可知,隨著染料用量增加,在0.05%(owf)～0.50%(owf)范圍內,紅RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值快速增加,提升力較好;在0.50%(owf)～1.00%(owf)范圍內,錦綸和棉織物K/S值緩慢增加;當染料用量為0.50%(owf)時,2種織物K/S值最接近,其他染料用量下棉織物K/S值高于錦綸織物,可能是因為其他工藝條件不適合,需要略微調整。從圖8(b)可知,在0.05%(owf)～1.00%(owf)范圍內,隨著染料用量增加,黃RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值快速增加,提升力較好;在0.05%(owf)～0.50%(owf)范圍內,錦綸織物K/S值總高于棉織物,同色性略差;在0.50%(owf)～1.00%(owf)范圍內,錦綸織物和棉織物K/S值幾乎一致,同色性好。從圖8(c)可知,在0.05%(owf)～1.00%(owf)范圍內,隨著染料用量增加,藍RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值快速增加,提升力較好,錦綸織物和棉織物K/S值幾乎一致,同色性好。

2.8 耐皂洗和耐汗漬色牢度

采用上述最優工藝染色5 g錦綸和5 g棉織物,并對其進行耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度測試,結果如表1所示。

表1 錦綸和棉織物的耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度Tab.1 Color fastness of nylon and cotton fabrics to soaping and sweat stains 級

從表1可知,紅RL-GR、黃RL-GR和藍RL-GR染色錦綸和棉織物耐皂洗牢度較好,均達4級以上。3種染料染色錦綸和棉織物的耐汗漬牢度均為4～5級,具有較好的服用性能。

3 結 論

通過采用愛可森特系列活性染料實現了錦綸和棉織物進行中溫一浴染色。探究了醋酸、純堿、元明粉質量濃度、染色溫度及保溫時間等變量對錦綸和棉織物K/S值的影響,得出以下結論:

①當染料用量為0.5%(owf)、醋酸用量為0%(owf)、純堿質量濃度為6g/L、元明粉質量濃度為20g/L、染色溫度為60 ℃、保溫時間為60 min時,紅RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值接近一致;當染料用量為0.5%(owf)、醋酸用量為0.08%(owf)、純堿質量濃度為4.5g/L、元明粉質量濃度為20g/L、染色溫度為60 ℃、保溫時間為50 min時,黃RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值接近一致;當染料用量為0.5%(owf)、醋酸用量為0.05%(owf)、純堿質量濃度為1.6g/L、元明粉質量濃度為20g/L,染色溫度為60 ℃、保溫時間為50 min時,藍RL-GR染色錦綸和棉織物K/S值接近一致,實現了中溫一浴同色染色。

②酸性條件下活性染料可以效仿酸性染料與錦綸纖維以離子鍵方式結合,染浴酸性越強,活性染料與錦綸纖維間的靜電引力越大,錦綸纖維染色效果越好,故在加堿之前,主要是錦綸織物染色,加堿之后,主要是棉織物染色,最終達到2種織物顏色接近。

③在染料用量0.05%(owf)～1.00%(owf)范圍內,黃RL-GR、藍RL-GR的提升力好,紅RL-GR提升力略差。

④紅RL-GR、黃RL-GR和藍RL-GR在最優工藝下染色錦綸和棉織物的耐皂洗和耐汗漬色牢度4級及以上,具有較好的服用性能。