靛藍牛仔布濕摩擦牢度提升工藝及機理

摘" 要：針對靛藍牛仔布濕摩擦牢度低、品質較差等行業共性問題，通過強化牛仔布前處理工藝、調控靛藍隱色體狀態的方式提高靛藍染色的透染性，并在此基礎上對固色劑的作用機理進行了研究。結果表明：優化前處理和染色工藝參數，并選用分子量相對較大的聚氨酯類固色劑B進行處理，可使靛藍染色濕摩擦牢度提升至3級，達到國家標準要求。其中，優化的前處理工藝為：精煉劑A 10 g/L，燒堿20 g/L，95 ℃處理30 min；染色工藝為：保險粉18 g/L，二氧化硫脲1 g/L，燒堿10 g/L，滲透劑WET 6 g/L；固色工藝為：固色劑B 60 g/L，160 ℃焙烘120 s。靛藍牛仔布濕摩擦牢度的提高，可拓寬牛仔布的應用范圍，并促進牛仔服裝行業的快速發展。

關鍵詞：靛藍牛仔布；染色K/S值；耐濕摩擦牢度；聚氨酯類固色劑

中圖分類號：TS195.6

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）12-0076-07

DOI： 10.19398j.att.202402007

收稿日期：20240206

網絡出版日期：20240611

基金項目：浙江理工大學蘭溪紡織研究院項目（20211208）

作者簡介：宋佳薇（2000—），女，山西運城人，碩士研究生，主要從事生態染整技術方面的研究。

通信作者：余志成，E-mail：yuzhicheng8@aliyun.com

牛仔布是紡織工業中最重要和最受歡迎的織物之一［1］，被認為是時尚界使用最廣泛的面料［2］；因其具有較高強度、紋路清晰、吸濕透氣、美觀舒適而備受人們喜愛［3］。近年來，隨著紡織行業的發展和紡織技術的提高，牛仔服飾的競爭力也不斷攀升［4］。據預測，全世界牛仔面料市場價值在2025年將達到6200億元人民幣，市場前景十分廣闊［5］。

在追求色彩多樣化的背景下，目前牛仔布的常見顏色為藍色、黑色及棕色系［6］。藍色牛仔作為牛仔服裝最為經典的樣式［7］，多用靛藍染料進行上染［8］。但靛藍在上染過程中存在初染速率高、透染性能較差等缺點［9］，導致靛藍牛仔布的濕摩擦牢度通常只有1級［10］。靛藍牛仔布濕摩擦牢度較低影響了牛仔布品質，嚴重制約了行業發展［11］。因此，提高牛仔布品質、提高靛藍牛仔布濕摩擦牢度具有重要意義。

目前，已有文獻采用固色劑對牛仔布濕摩擦牢度進行提升，但傳統固色劑含有甲醛等影響環境及人體健康的成分［12］；且大多固色劑針對直接染料和活性染料，對靛藍染料的固色研究非常匱乏。本文通過強化前處理工藝、調控靛藍隱色體狀態來增強靛藍染料的透染性，以期達到提高牛仔布濕摩擦牢度的效果；在此基礎上，本文研究固色劑類型及其分子量對提升濕摩擦牢度的機理及工藝，這對于改進靛藍染料上染牛仔布的質量具有重要的參考意義。

1" 實驗

1.1" 材料與儀器

實驗材料：200 g/m2純棉織物、靛藍、滲透劑WET，浙江鑫蘭紡織有限公司；保險粉、燒堿、二氧化硫脲，上海麥克林生化科技有限公司；精練劑A，東莞市太洋紡織用品有限公司；固色劑A，廣東宏昊化工有限公司；固色劑B，浙江傳化智聯股份有限公司；固色劑C，清遠市俊宇化工有限公司。

實驗儀器：PWN223ZH/E型電子分析天平（美

國奧豪斯儀器有限公司）；TP Color-Tech紅外線染色試樣機（上海千立自動化設備有限公司）；DHG-9140A熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；SHA-B數顯恒溫振蕩器（常州國華電器有限公司）；Y571C摩擦色牢度測試儀（溫州方圓儀器有限公司）；SF600 PLUs計算機測色配色儀（美國Datacolor 公司）；Breeze2凝膠滲透色譜儀（美國沃特世儀器公司）；FTIR-850傅里葉變換紅外光譜儀（天津港東科技股份有限公司）；P-AO/BO立式/臥式氣壓電動小軋車（佛山市亞諾精密機械制造有限公司）；VANOX AHB-K1萬能生物顯微鏡（日本OLYMPUS公司）。

1.2" 實驗方法

1.2.1" 前處理工藝

精練配方及工藝：將織物置于精練劑A 10 g/L，燒堿10～20 g/L的溶液中，在95 ℃的條件下處理30～60 min。

1.2.2" 染色工藝

靛藍隱色體染色工藝流程如圖1所示。

染色配方：靛藍1.2 g/L，燒堿2～10 g/L，保險粉12～22 g/L，二氧化硫脲1 g/L，滲透劑WET 2～10 g/L。

1.2.3" 固色工藝

將織物置于40～80 g/L的固色劑中浸軋處理，后進行烘干及焙烘處理，固色工藝流程如圖2所示。

1.3" 測試方法

1.3.1" 毛細效應測試

根據FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》來測驗牛仔布的毛細效應，每組測試3次，并取平均值。

1.3.2" 失重率測試

失重率是指精煉前與精煉后的織物重量差與精練前織物重量比值的百分化。精煉后棉織物的失重率測試依照式（1）計算：

W/%=（G0－G1）/G0×100（1）

式中：W為織物失重率，%；G0為精煉前織物的質量，g；G1為精煉后織物的質量（稱量前織物均在烘箱中烘干至恒重狀態），g。

1.3.3" K/S值測試

采用SF600 PLUS型的測色配色儀測量。將經過靛藍染色處理后的織物折成4層后（不透光），在光源為D65、角度為10°的條件下開展測色，每塊面料取4處不同位置進行測試，并取均值為所需數據。

1.3.4" 耐摩擦色牢度

根據GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定，使用標準灰色樣卡比對從而進行織物耐摩擦牢度的評級。

1.3.5" 纖維透染性測試

利用顯微鏡觀察靛藍染色下牛仔布的橫截面，測定靛藍染色牛仔布的透染性。

1.3.6" 紅外光譜測試

取足量待測樣品，在透射條件下，借助FTIR-850傅立葉紅外光譜儀，進行測試，掃描次數64次，分辨率4 cm-l，測試波長范圍4000～500 cm-1。

1.3.7" 分子質量測試

使用Breeze2凝膠滲透色譜儀，測定樣品分子質量。測試條件：柱溫為40 ℃，流速為1 mL/min，待測液質量濃度為0.1 mg/mL。

2" 結果與討論

2.1" 前處理工藝對牛仔布染色K/S值濕摩擦牢度的影響

為了提高靛藍染料上染牛仔布的透染性，強化牛仔布前處理工藝，分別采用精煉條件1：精煉劑A 10 g/L，燒堿10 g/L，95 ℃處理60 min；精煉條件2：精煉劑A 10 g/L，燒堿20 g/L，95 ℃處理30 min，并選用靛藍染料1.2 g/L，保險粉18 g/L，燒堿6 g/L，二氧化硫脲1 g/L進行染色。結果如表1和圖3所示。

由表3所示，精煉劑的加入使得牛仔布的毛效由0.3 cm顯著提升至17.0～18.0 cm；耐摩擦牢度也有所提升，干摩擦牢度由3～4級提升至4～5級，濕摩擦牢度由1～2級提升至2級；且未精煉時的K/S為7.77，加入精煉劑后的K/S有所提升，這是由于精煉劑的加入可以增強潤濕滲透及洗凈作用，提高油脂蠟質去除能力，使得溶液易于鋪展及滲透。且由圖3可看出，精煉劑的加入使得靛藍隱色體容易擴散進入纖維內部，透染性提高，浮色減少，所以濕摩擦牢度得到提高。兩種不同的精煉工藝處理后，棉織物K/S值、濕摩擦牢度均沒有明顯變化，但精煉工藝2較工藝1而言，其處理時間更短，有助于節約能耗，降低生產成本，故采用高堿短時間的精煉工藝2為宜。

2.2" 染色工藝對染色K/S值和濕摩擦牢度的影響

2.2.1" 靛藍隱色體狀態對染色K/S值和濕摩擦牢度的影響

燒堿質量濃度影響靛藍隱色體狀態，選用靛藍染料1.2 g/L、保險粉18 g/L、二氧化硫脲1 g/L、燒堿2～12 g/L、滲透劑WET 6 g/L進行染色，探究靛藍隱色體狀態對染色K/S值、濕摩擦牢度及透染性的影響，結果如表2和圖4所示。

由表2中可以看出，染色K/S值隨著燒堿質量濃度的增加先升高后降低，且在燒堿質量濃度為6～8 g/L時達到峰值，K/S值約為10。此時，靛藍隱色體的存在形式大多為單酚鈉鹽離子，與棉纖維的結合水平較高，但由于其擴散性不好，隱色體未能進入到纖維內部，使得浮色增多致使濕摩擦牢度呈較低水平僅為2級。當燒堿質量濃度達到10～12 g/L時，由于該染浴pH較高，靛藍隱色體由單酚鈉鹽轉換為雙酚鈉鹽，而雙酚鈉鹽的親和力與單酚鈉鹽相比較低，所以染色的K/S值下降。但是，當燒堿質量濃度為10 g/L時，其濕摩擦牢度可達到2～3級，原因在于隱色體雙酚鈉鹽擁有良好的水溶性，并且擴散能力強。且由圖4可知，燒堿質量濃度為10 g/L時，染色透染性也較好。因此，燒堿質量濃度應該選擇10 g/L。

2.2.2" 滲透劑質量濃度對染色K/S值濕摩擦牢度的影響

選用靛藍染料1.2 g/L、保險粉18 g/L、二氧化硫脲1 g/L、燒堿10 g/L、滲透劑WET 2～10 g/L進行染色。探究滲透劑質量濃度對染色K/S值與濕摩擦牢度的影響，結果如下表3所示。

由表3可知，濕摩擦牢度隨著滲透劑質量濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢。在滲透劑質量濃度為6 g/L的條件下，濕摩擦牢度為2～3級，且K/S值最大，為11.35。濕摩擦牢度提高的原因在于滲透劑有助于靛藍染液進入棉纖維，且擴散進入棉纖維的靛藍隱色體的數目也隨之增多；但是，滲透劑濃度過高會引起隱色體聚集，不利于擴散，導致染色K/S值及濕摩擦牢度反而降低。因此，滲透劑質量濃度選擇6 g/L。

2.3" 固色劑對濕摩擦牢度的影響

2.3.1" 固色劑及其固色工藝對牛仔布濕摩擦牢度的影響

2.3.1.1" 固色劑種類及其質量濃度

選用固色劑40～80 g/L，在98 ℃預烘5 min，160 ℃焙烘120 s，軋液率為90%的條件下進行固色處理，探究了固色劑種類及其質量濃度對牛仔布濕摩擦牢度的影響，結果如表4及表5所示。

由表4可知，經固色劑A、固色劑C處理后濕摩擦牢度沒有發生變化，均為2～3級，固色劑B處理后提高到3級，這是由于固色劑B在牛仔布上浸軋后形成的聚氨酯膜摩擦系數更低且成膜更充分［13］，因此以下實驗均選用固色劑B。

由表5可知，濕摩擦牢度隨著固色劑B質量濃度增加有所提高后趨于穩定。當固色劑B質量濃度為40～50 g/L時，濕摩擦牢度為2～3級，增加到60 g/L時，耐濕摩擦牢度提高到為3級。這表明隨著固色劑B質量濃度增加，固色劑在織物表面形成的薄膜完整性和強度變好；繼續提高至70 g/L及以上時，耐濕摩擦牢度不再提高，反而會使手感變硬，綜合考慮其生產成本，固色劑B質量濃度以60 g/L為宜。

2.3.1.2" 焙烘溫度

在牛仔布固色浸軋處理后，探究在98 ℃下預烘5 min，焙烘溫度為140～180 ℃時對濕摩擦牢度的影響，結果如表6所示。

由表6可以看出，靛藍牛仔布的濕摩擦牢度隨著焙烘溫度的升高先增加后趨于不變。溫度升高為固色劑與纖維的交聯反應提供了有利條件，易于成膜，濕摩擦牢度升高，當焙烘溫度為160 ℃時，固色劑成膜狀態達到最好，濕摩擦牢度達到3級。過高的溫度濕摩擦牢度未見提高，反而浪費能耗、增加生產成本。因此焙烘溫度在160 ℃時效果最佳。

2.3.1.3" 焙烘時間對牛仔布濕摩擦牢度的影響

固色浸軋處理后，在98 ℃下預烘5 min，探究在160 ℃的焙烘溫度時，焙烘時間為60～180 s對濕摩擦牢度的影響，結果如表7所示。

由表7可以看出，濕摩擦牢度隨著焙烘時間的增加先升高后降低。當焙烘120～150 s時，固色劑成膜的完整性較高，靛藍牛仔布濕摩擦牢度由2～3級增加至3級，當烘焙時間過長時，薄膜表面發生龜裂，其完整性遭到破壞，所以濕摩擦牢度反而降低。因此，綜合考慮，焙烘時間為120 s時效果最佳。

2.3.2" 濕摩擦牢度提升機理分析

3種固色劑的紅外光譜如圖5所示，由圖可知，3種固色劑的紅外光譜基本一致。3330 cm-1處是N—H的伸縮振動峰，2270 cm-1處—NCO的特征吸收峰消失，說明—NCO全部參與反應，1670cm-1為酰胺鍵的CO伸縮振動峰，1542 cm-1是酰胺鍵上的N—H伸縮振動和變形的特征吸收峰，1075 cm-1處的伸縮振動峰為C—O—C的特征吸收峰。由此可知3種固色劑結構均為聚醚型聚氨酯，此類固色劑含有異氰酸酯基團（—NCO）的端基，它們與棉纖維中的羥基（—OH）發生強烈的共價反應。這種反應導致在織物表面形成一層高效的覆蓋層，從而減少表面摩擦，賦予織物卓越的固色效果和提升其耐摩擦牢度。

為了探究分子質量對牛仔布濕摩擦牢度的影響，通過GPC凝膠色譜測試了3種固色劑的分子質量，結果如圖6—圖8所示。

如圖6、圖7和圖8所示，固色劑A、B、C的重均分子量分別為是7287、7422和6668，數均分子量分別為9284、9842和8021，即固色劑B分子量最大，因此在織物上形成的薄膜強度最好，濕摩擦牢度相對較高。

3" 結論

本文通過強化前處理工藝、調控靛藍隱色體狀態，增強靛藍染料的透染性，優化固色工藝，提高了牛仔布濕摩擦牢度；同時通過紅外光譜及凝膠色譜測試確定固色劑類型及分子量，明晰提升濕摩擦牢度機理，得出的主要結論如下：

a）前處理可提高棉織物的毛效，增加靛藍的透染性，使靛藍牛仔布的濕摩擦牢度由1～2級提升至2級。適宜的精煉工藝為：精練劑A 10 g/L，燒堿20 g/L，精練溫度95 ℃，處理時間30 min。

b）調控靛藍隱色體為雙酚鈉鹽狀態，一定程度上增加了透染性，使得靛藍牛仔布的濕摩擦牢度有所提升。適宜的染色工藝為：靛藍1.2 g/L，燒堿10 g/L，保險粉18 g/L，二氧化硫脲1 g/L，滲透劑WET 6 g/L。

c）用分子量較大的聚氨酯類固色劑B處理靛藍牛仔布，可將濕摩擦牢度提高至3級。適當的固色工藝為：固色劑B 60 g/L，160 ℃溫度下焙烘120 s。

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Indigo denim wet rubbing fastness enhancement process and mechanism

SONG" Jiawei1，" YANG" Shuwei1，" YU" Zhicheng1，" HUANG" Min2

（1a. College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）; 1b. Engineering

Research Center for Eco-Dyeing amp; Finishing of Textiles， Ministry of Education， Zhejiang Sci-Tech

University， Hangzhou 310018， China; 2.Zhejiang Xinlan Textile Co.， Ltd.， Jinhua 321100， China）

Abstract：

As one of the most important and popular fabrics in the textile industry， denim is considered to be the most widely used fabric in the fashion industry; it is popular because of its high strength， distinct texture， moisture absorption and breathability， and beauty and comfort. In recent years， with the development of the textile industry and the improvement of textile technology， the competitiveness of denim apparel has been rising. It is predicted that the market value of denim fabrics worldwide will reach RMB 620 billion in 2025， which is a very broad market prospect.

Indigo dyeing has disadvantages such as high initial dyeing rate and poor dye penetration， which leads to very poor wet rubbing fastness of indigo dyed denim fabrics， generally only level 1. This affects the quality of denim fabrics and seriously restricts the development of the industry. Therefore， the low wet rubbing fastness and poor quality of indigo denim have become a common problem in the industry， so it is of great significance to improve the quality of denim and the wet rubbing fastness of indigo denim.

In this paper， we aimed to enhance the permeability of indigo dyes and improve the wet rubbing fastness of denim by strengthening the pretreatment process and regulating the state of indigo leuco. Based on this， we further explored the mechanisms and processes related to the influence of different fixing agent types and their molecular weights on enhancing the wet rubbing fastness. The experimental results show that the wet rubbing fastness of indigo-dyed denim can be enhanced to grade 3 by selecting polyurethane color fixing agent B with relatively large molecular weight and optimizing the pretreatment and dyeing process parameters. The optimized pretreatment process requires refining agent A of 10 g/L and caustic soda of 20 g/L at 95 ℃ for 30 min; the dyeing process requires an insurance powder of 18 g/L， urea sulfur dioxide of 1 g/L， caustic soda of 10 g/L， penetrant WET of 6 g/L; color fixing process requires color fixing agent B of 60 g/L at 160 ℃ for a baking time of 120 s.

Keywords：

indigo denim; dyeing K/S value; fastness to wet rubbing; polyurethane color fixing agent