活性染料與纖維素纖維反應(yīng)需在適宜的堿性條件下進(jìn)行，堿劑能促使纖維素纖維羥基電離成纖維素陰離子，纖維與染料間以共價(jià)鍵結(jié)合，提高固色率[1]。傳統(tǒng)工藝中，純堿水溶性差，染料易鹽析；而氫氧化鈉對(duì)染料敏感，堿性太強(qiáng)，染色符樣率低；其次，針對(duì)纖維素活性染料代用堿的研究文獻(xiàn)較多，一定程度上克服了純堿固色的某些缺點(diǎn)，但棉織物冷軋堆液體堿固色的應(yīng)用不成熟，有一定的研究?jī)r(jià)值。液體固色堿的開(kāi)發(fā)，適用于印染自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，染料利用率高，重現(xiàn)性好，具備節(jié)能減排的突出優(yōu)勢(shì)，符合印染行業(yè)“十三五”清潔生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用推廣[。

本研究針對(duì)活性染料染色工藝中各個(gè)供堿組分和緩沖因素對(duì)織物的影響，研制了純度較高的液體固色堿，篩選KN型活性染料，應(yīng)用于棉針織布冷軋堆染色的試樣，探討了液體固色堿的染色性能，確定染色定量關(guān)系，從而便于染色產(chǎn)品的質(zhì)量管理。

織物：20 tex，180 g/m2純棉針織布(浙江怡創(chuàng)印染有限公司)。

試劑：KN型活性系列染料(工業(yè)級(jí)，上海科華染料工業(yè)有限公司)；碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)；尿素、元明粉、皂片、滲透劑(分析純，浙江傳化股份有限公司)；市售固色堿(東莞市宏其紡織助劑有限公司)；液體固色堿(實(shí)驗(yàn)室自制)。

儀器：Colori7電腦測(cè)色配色儀(X-Rite有限公司)；Y571B耐摩擦牢度儀(萊州市電子儀器有限公司)；YG026D型織物強(qiáng)力機(jī)(常州市第二紡織機(jī)械廠)；pHS-3C型精密酸度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；SW-12耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(江蘇無(wú)錫紡織儀器廠)；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國(guó)華電器有限公司)；DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

2、實(shí)驗(yàn)方法

2.1 液體固色堿一浴法冷軋堆染色工藝

一浴法冷軋堆工藝流程：棉織物浸軋染液(一浸一軋，軋液率70%)→打卷堆置(室溫30 ℃，2～8 h)→水洗→皂洗(凈洗劑2 g/L，95 ℃，10 min)→水洗→烘干。

2.2 固色堿冷軋堆參考工藝

冷軋堆工藝流程：棉織物浸軋染液(一浸一軋，軋液率70%)→打卷堆置(室溫30 ℃，4 h)→水洗→皂洗(凈洗劑2 g/L，95 ℃，10 min)→水洗→烘干。其中純堿25 g/L，尿素20 g/L，元明粉30 g/L；市售固色堿4 g/L，尿素20 g/L，元明粉30 g/L，室溫堆置4 h。

3、測(cè)試方法

3.1 染液pH值測(cè)試

pH值按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7573—2009《紡織品 水萃取液pH值的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

3.2 染色織物K/S值測(cè)試

采用電腦測(cè)色配色儀Colori7系統(tǒng)，在每個(gè)布樣不同位置測(cè)5個(gè)點(diǎn)后取平均值，用于表征織物表觀色深度。

3.3 染料固色率測(cè)試

染料固色率按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27592—2011《反應(yīng)染料軋染固色率的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

3.4 染料水解穩(wěn)定性測(cè)試

通過(guò)測(cè)定染色織物染料固色率變化表征水解程度。

3.5 染色牢度測(cè)試

耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

耐皂洗色牢度按GB/T 3921.3—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度 試驗(yàn)方法3》測(cè)試。

3.6 頂破強(qiáng)力測(cè)試

織物頂破強(qiáng)力按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算頂破強(qiáng)力的損失百分率。

強(qiáng)力損失/%=(F?-Fx)/F?×100

式中：F?為未處理棉布頂破強(qiáng)力，N；Fx為堿劑處理后棉布的頂破強(qiáng)力，N。

1、固色堿穩(wěn)定性研究

1.1 液體固色堿質(zhì)量濃度對(duì)溶液pH的影響

將不同用量的純堿、市售固色堿和液體固色堿分別溶解在1 L蒸餾水中，配置不同質(zhì)量濃度的溶液，分別測(cè)pH值，結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 堿劑及其質(zhì)量濃度對(duì)pH值的影響

由表1可知，純堿質(zhì)量濃度由5 g/L增加到40 g/L，pH值增加了0.24，而市售固色堿質(zhì)量和液體固色堿濃度由0.5 g/L增加到4 g/L，溶液pH值分別增加了1.01和0.38，相對(duì)而言，純堿在較高的濃度下，具備較好pH值緩沖性；通過(guò)數(shù)據(jù)分析和比較，液體固色堿的緩沖組分能保證對(duì)固色反應(yīng)所需的緩沖能力，供堿度組分能夠提供穩(wěn)定的染色pH環(huán)境，綜合考慮染色成本和對(duì)pH值穩(wěn)定性要求，選擇液體固色堿作為堿劑比較合適。

1.2 液體固色堿對(duì)染料水解穩(wěn)定性的影響

已有研究結(jié)果表明，乙烯砜活性染料冷軋堆染色對(duì)染色pH值和時(shí)間比較敏感[9-10]，用液體固色堿調(diào)節(jié)染液pH值，選用比較敏感的活性翠藍(lán)KN-G染料冷軋堆染色用固色率變化表征染料水解穩(wěn)定性，結(jié)果如圖1所示。

注：染料質(zhì)量濃度10 g/L，尿素15 g/L，元明粉20 g/L，室溫堆置1 h。

圖1 液體固色堿對(duì)染料水解穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，在室溫條件下，隨著液體固色堿染液pH值的升高，棉纖維與活性染料的共價(jià)鍵鍵合速度加快，固色率增加；pH值約11時(shí)，固色率達(dá)到最高，再次提升pH值，則固色率下降，原因是增加堿劑用量，染料水解反應(yīng)速度大于染料與纖維鍵合速度，綜上所述，染料pH值在10～11有較好的水解穩(wěn)定性。

2、 冷軋堆工藝因素對(duì)染色效果的影響

2.1 液體固色堿質(zhì)量濃度

活性染料需在堿性條件下才能與纖維素羥基反應(yīng)生成共價(jià)鍵結(jié)合，在活性染料質(zhì)量濃度10 g/L，尿素15 g/L，元明粉20 g/L，室溫堆置1 h條件下，選擇不同質(zhì)量濃度的液體固色堿固色，用染色織物K/S值表征，結(jié)果如圖2所示。

圖2 液體固色堿質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響

由圖2可知，隨著液體固色堿用量的增加，染色織物的K/S值提高，當(dāng)質(zhì)量濃度為2 g/L時(shí)，K/S值達(dá)到最大，繼續(xù)增加液體固色堿用量，K/S值變化不明顯，略呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)橐后w固色堿能提供較高且穩(wěn)定的堿性，纖維與染料共價(jià)鍵結(jié)合幾率增加，較短時(shí)間內(nèi)獲得較大的表面色深，但堿劑用量過(guò)大，乙烯砜染料受到水解影響，能與纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合的染料量減少，故K/S值變化趨小。因此選擇液體固色堿質(zhì)量濃度2 g/L。

2.2 堆置時(shí)間

在活性染料質(zhì)量濃度10 g/L，液體固色堿2 g/L，尿素15 g/L，元明粉20 g/L條件下，考察堆置時(shí)間對(duì)染色織物K/S值的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 堆置時(shí)間對(duì)染色效果的影響

由圖3可知，隨著堆置時(shí)間的增加，染色織物的K/S值增加，堆置時(shí)間3 h，染色織物的K/S值達(dá)到最大值，之后達(dá)7 h基本不變，繼續(xù)增加堆置時(shí)間，染色織物的K/S值逐漸下降。這是因?yàn)橐后w固色堿能使染液保持較高且較為穩(wěn)定的pH值，堆置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起與纖維素共價(jià)鍵固著的染料發(fā)生共價(jià)鍵水解斷裂[11]，從而影響染色織物的K/S值。考慮到冷軋堆染色效率，實(shí)際固色溫度略低，選擇時(shí)間3 h為宜。

2.3 尿素和元明粉的影響

在活性染料質(zhì)量濃度10 g/L，液體固色堿2 g/L，加入不同用量的尿素和元明粉，室溫堆置3 h后，測(cè)試染色織物K/S值，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，元明粉有助于活性染料反應(yīng)性基團(tuán)與纖維素反應(yīng)，當(dāng)元明粉質(zhì)量濃度小于15 g/L時(shí)，促染效果顯著，當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到15 g/L以上時(shí)，K/S值變化較平緩，選擇元明粉質(zhì)量濃度15 g/L為宜；尿素可以提高活性染料冷軋堆染色的K/S值，尿素對(duì)染料起助溶和膨化纖維的作用，但隨著尿素質(zhì)量濃度的提高，K/S值反而呈下降趨勢(shì)，因此選擇尿素質(zhì)量濃度10 g/L為宜。

3、冷軋堆染色織物性能對(duì)比

3.1 染色牢度和強(qiáng)力變化

分別測(cè)試染色織物的染色牢度和頂破強(qiáng)力，結(jié)果如表2所示。

表2 冷軋堆染色織物性能對(duì)比

注：純堿冷軋堆參考1.2.2,液體固色堿冷軋堆參考2.2,拼色質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%,純棉針織白坯頂破強(qiáng)力為580 N。

由表2冷軋堆染色織物性能對(duì)比可知，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均達(dá)到3級(jí)以上，液體堿固色處理后，染色織物色牢度獲得明顯改善，同時(shí)對(duì)棉針織物的頂破強(qiáng)力影響更小，表明液體固色堿完全可以代替常規(guī)堿劑作為活性染料棉針織冷軋堆染色固色用堿。

3.2 顏色指標(biāo)

按照優(yōu)化的液體固色堿與常規(guī)純堿冷軋堆工藝進(jìn)行染色，以純堿固色織物做標(biāo)樣，比較染色織物的顏色指標(biāo)，見(jiàn)表3。

表3 染色織物顏色變化指標(biāo)

注：純堿冷軋堆參考1.2.2，此染色布為標(biāo)樣；液體固色堿冷軋堆參考2.2，以此染色布為試樣；拼色質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%。

由表3可見(jiàn)，活性KN型染料冷軋堆染色用液體固色堿固色，一定程度能獲得較好的染色深度，染色織物色差變化波動(dòng)較小，色差變化符合染色要求。表明兩種堿劑固色試樣的染色深度和染色色光基本一致，故液體固色堿固色能夠獲得常規(guī)染色工藝的效果。

液體固色堿pH值穩(wěn)定，用量少，緩沖能力較好，適用于活性染料冷軋堆染色；液體固色堿活性冷軋堆染色優(yōu)化工藝條件為：液體固色堿質(zhì)量濃度2 g/L，元明粉質(zhì)量濃度15 g/L，尿素質(zhì)量濃度10 g/L，堆置3 h；液體固色堿冷軋堆染色，織物強(qiáng)力損失小，固色效果優(yōu)良。

來(lái)源 | 《現(xiàn)代紡織技術(shù)》2020年第5期 浙江理工大學(xué)雜志社

作者 | 陸水峰，張 芳

整理 | 印染人 王峰