玉石滌綸針織物的染色工藝研究

胡海霞，孟家光

(1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織工程學(xué)院，浙江紹興312000;2.西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，西安710048)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)織物的服用性能及織物的外觀及環(huán)保等方面的要求越來越高，追求舒適化和功能化成為紡織服裝面料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。玉石滌綸纖維是一種新型的功能性纖維，是運(yùn)用萃取和納米技術(shù)，把玉石和其他礦物質(zhì)材料加工達(dá)到亞納米級(jí)粒徑，加入到滌綸紡絲液中，再進(jìn)行紡絲［1-2］。

玉石和其他礦物質(zhì)粒子的加入賦予了玉石滌綸纖維很多獨(dú)特的功能，如保健、降溫、抗菌等。制成的織物具有優(yōu)良的保健性能，因它含有豐富的對(duì)人體有益的礦物質(zhì)和微量元素，長(zhǎng)期貼附在人體的皮膚上，進(jìn)行釋放，能改善血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，從而達(dá)到預(yù)防疾病、消除疲勞的作用，因此受到人們的青睞［3-4］。目前已有不少針對(duì)于玉石滌綸纖維性能介紹及應(yīng)用開發(fā)的報(bào)道，但對(duì)于玉石滌綸纖維的染色性能優(yōu)化卻比較少。而對(duì)于新型纖維而言，染色性能直接影響著使用性能，因此，許多學(xué)者都十分重視對(duì)新型纖維或織物的染色性能研究［5-6］。

本研究以玉石滌綸纖維針織布為研究對(duì)象，根據(jù)玉石滌綸纖維的特點(diǎn)，采用分散染料對(duì)其染色［7］。首先采用單因素分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后確定因素水平設(shè)計(jì)正交表，進(jìn)而優(yōu)化染色工藝，以便得到玉石滌綸纖維針織物最佳的染色工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料:分散艷藍(lán)2BLN(100%，浙江潤(rùn)土助劑染料化工公司)，擴(kuò)散劑NNO、勻染劑OP(工業(yè)用，新沂市飛皇化工有限公司)，100%純玉石滌綸纖維針織物(纖維纖度1.67 dtex，主體長(zhǎng)度35 mm，由上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司提供)。

試度樣具體規(guī)格:紗線線密度147 dtex，織物組織結(jié)構(gòu)為半畦編，橫密為62縱行/10 cm，縱密為108橫列/10 cm，厚度1.03 mm，平方米質(zhì)量為334.5 g/m2。

儀器與設(shè)備:MT-8062型pH計(jì)(深圳市卡迪亞科技有限公司)，IR-12紅外染色機(jī)(杭州三錦科技有限公司)，7200型分光光度計(jì)(南京寧博分析儀器有限公司)，Datacolor 650電腦測(cè)色配色儀(上?？_卡超儀器有限公司)，YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 染色工藝

1.2.1 分散染料處方

分散艷藍(lán)2BLN相對(duì)于織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，10%擴(kuò)散劑NNO質(zhì)量濃度0.5 g/L，勻染劑OP質(zhì)量濃度0.5 g/L，pH 值(醋酸調(diào)節(jié))4.0 ～6.0，溫度 100 ～140 ℃，時(shí)間20 ～60 min，浴比1︰50。

1.2.2 分散染料工藝流程

加料→60℃時(shí)始染→5 min后加入助劑→5 min后加入染料→10 min后以2℃/min的速度升溫到90℃→以1.5℃/min的速度升溫至設(shè)定溫度→保溫→以1℃/min的速度降溫至70℃→還原清洗。

1.3 測(cè) 試

1.3.1 上染百分率的測(cè)定

采用殘液比色法測(cè)定上染百分率(E)。

式中:A0和A1分別為染色前后最大吸收波長(zhǎng)處染液的吸光度。

1.3.2 K/S 值的測(cè)定

染色深度K/S值在Datacolor 650電腦測(cè)色配色儀上測(cè)定。將織物折疊4層，取4個(gè)不同的點(diǎn)測(cè)定，取平均值。在Datacolor 650電腦測(cè)色配色儀上，采用D65光源，10°視角。織物的表觀色深按Kubelka-Munk方程表示。

式中:K和S分別表示色料的Kubelka-Munk吸收系數(shù)和散射系數(shù)，R∞表示足夠厚度物體對(duì)光的反射率。對(duì)于染色布樣，R∞表示染料在最大吸收波長(zhǎng)λmax處的反射率。

1.3.3 染色牢度的測(cè)定

皂洗牢度是在SW-12D型耐洗色牢度儀上，按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》進(jìn)行測(cè)定;摩擦牢度是在Y571L摩擦牢度儀上，按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取愤M(jìn)行測(cè)試;汗?jié)n色牢度是在YG631型漬色牢度儀上，按照GB/T 3992—1995《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)秃節(jié)n色牢度》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4 頂破強(qiáng)力的測(cè)定

頂破強(qiáng)力在YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī)上，按照GB/T19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.5 降溫性能的測(cè)定

將分別包有染色前后織物的溫度計(jì)放在編號(hào)不同的兩支試管中，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度使保持在35℃左右，然后將兩支試管同時(shí)放入恒溫水浴鍋中。持續(xù)30 min分別讀取兩支溫度計(jì)顯示的刻度。

2 結(jié)果與討論

2.1 染色單因素確定

2.1.1 染色時(shí)間的確定

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)染色的時(shí)間進(jìn)行單因素分析，其上染效果與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 染色時(shí)間與上染效果的關(guān)系Fig.1 Relationship between dyeing time and dyeing effects

由圖1可知，隨著染色時(shí)間的增加，織物的上染百分率和K/S值增加且效果明顯。這是因?yàn)槿玖铣藬U(kuò)散到纖維內(nèi)部外，還可以利用停留時(shí)間內(nèi)的移染性能，消除吸附過程中發(fā)生的不勻，從而大大提高透染和勻染效果;但是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的進(jìn)一步增加，上染百分率和K/S值的增加量變得緩慢，考慮到能耗和染色效率的因素，故染色時(shí)間選40 min左右。

2.1.2 染色pH值的確定

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)染色的時(shí)間進(jìn)行單因素分析，其上染效果與pH值的關(guān)系如圖2所示。

圖2 pH值與上染效果的關(guān)系Fig.2 Relationship between pH value and dyeing effects

染料在酸性條件即pH5.5條件下，上染百分率和K/S值較高。pH值過低，酸性過強(qiáng)，會(huì)影響染料的色光和上染百分率;pH值過高，染料分解，色光發(fā)暗。

2.1.3 染色溫度的確定

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)染色的溫度進(jìn)行單因素分析，其上染效果與溫度的關(guān)系如圖3所示。

圖3 染色溫度與上染效果的關(guān)系Fig.3 Relationship between dyeing temperature and dyeing effects

由圖3可知，隨溫度的升高，織物的上染率逐漸增加。這是因?yàn)橐迫拘允怯袷瘻炀]纖維用分散染料染色時(shí)獲得勻染的一個(gè)基本因素，而染料移染主要發(fā)生在高溫區(qū)，分散染料染色時(shí)，140℃能達(dá)到較高的上染百分率和K/S值，但是綜合考慮能耗和上染效果，故用分散染料染玉石滌綸纖維是選用130℃。由此可見，玉石滌綸纖維與傳統(tǒng)滌綸纖維染色性能相差不大［8-9］。

2.2 染色正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過以上對(duì)玉石滌綸纖維針織物分散染料染色各因素的分析，所選各因素的水平表如表1所示。采用3因素3水平進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)較合理，以上染率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，初步確定玉石滌綸纖維針織物的最優(yōu)染色工藝，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

表1 染色工藝因素水平Tab.1 Factors and level table of dyeing process

表2 染色正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析Tab.2 Dyeing orthogonal experiment and result analysis

由表2可知，影響玉石滌綸纖維針織物上染率的因素按極差由大到小排列為:染色時(shí)間(B)、染色溫度(A)、pH 值(C)。組成的優(yōu)化工藝為:A1B3C1，即染色溫度 130 ℃，染色時(shí)間 35 min，pH5.0。

u優(yōu)比已經(jīng)做過的其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果都大，故選擇A1B3C1為最優(yōu)工藝，即玉石滌綸纖維針織物最優(yōu)的染色工藝為:分散染料相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，pH5.0，染色溫度130℃，染色時(shí)間35 min，浴比為1︰50。

2.3 織物染后性能測(cè)試

采用正交實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)染色工藝對(duì)玉石滌綸纖維針織物進(jìn)行染色，并對(duì)染色后的織物性能進(jìn)行測(cè)試分析。

2.3.1 織物的耐洗色牢度

織物皂洗色牢度，是指印染到織物上的色澤耐皂洗液洗滌的堅(jiān)牢程度。耐皂洗色牢度測(cè)試按照GB/T 3921—2008進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果:毛貼襯的沾色等級(jí)為4～5級(jí)，滌綸貼襯沾色的等級(jí)為4～5級(jí)。結(jié)果表明，玉石滌綸纖維針織物的耐洗色牢度較好。

2.3.2 織物的耐摩擦色牢度

耐摩擦色牢度是指印染到織物上的色澤耐受摩擦的堅(jiān)牢程度。耐摩擦色牢度分干摩擦與濕摩擦兩種，檢測(cè)設(shè)備采用耐摩擦色牢度儀，按照 GB/T 3920—2008進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果顯示:織物縱、橫向的耐干摩擦色牢度均為4～5級(jí)，縱、橫向的耐濕摩擦色牢度均為4級(jí)。結(jié)果表明，玉石滌綸纖維針織物的耐摩擦色牢度較好。

2.3.3 耐汗?jié)n色牢度

織物的耐汗?jié)n色牢度，是指印染到織物上的色澤耐受汗液浸漬的堅(jiān)牢程度?？椢锏哪秃?jié)n色牢度測(cè)試按照GB/T 3922—1995進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果顯示:織物耐汗?jié)n色牢度的變色均為4級(jí)，羊毛貼襯和滌綸貼襯的耐酸汗液和堿汗液的沾色為均4級(jí)。結(jié)果表明，玉石滌綸纖維針織物的耐汗?jié)n色牢度較好。

2.3.4 染色前后的性能測(cè)試

分別對(duì)染色前和染色后的織物的頂破強(qiáng)力進(jìn)行對(duì)比，觀察染色對(duì)織物強(qiáng)力和降溫性能的影響。

表3 染色前后織物性能測(cè)試Tab.3 Test on fabric performance before and after dyeing

由表3可知，玉石滌綸纖維針織物經(jīng)染色后，織物的頂破強(qiáng)力和降溫幅度都略有下降，但對(duì)織物性能的影響不大。由于玉石滌綸纖維在生產(chǎn)過程中添加了微米級(jí)的玉石粉末，玉石粉末具有吸熱慢、散熱快的特性，可以使玉石滌綸纖維針織面料具有一定的降溫功能，與皮膚接觸時(shí)和普通的面料相比可以降低溫度1.2～2℃。以上討論說明正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的最優(yōu)工藝是合理的，所得的染色效果也較為理想。

3 結(jié)論

1)根據(jù)玉石滌綸纖維的特性，本研究選用了分散染料對(duì)其織物進(jìn)行染色，運(yùn)用單因素分析法和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了玉石滌綸纖維針織物的染色工藝，得出分散染料染玉石滌綸纖維的最優(yōu)工藝:分散染料相對(duì)于織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%(o.w.f)，染色溫度130 ℃，pH5.0，染色時(shí)間 35 min，浴比 1︰50。

2)對(duì)染色后的織物的染色性能進(jìn)行測(cè)試，織物的耐摩擦色牢度、皂洗色牢度和耐汗?jié)n色牢度均較好，符合染色質(zhì)量要求和服用需求。

3)對(duì)染色前后的織物性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，織物的頂破強(qiáng)力和降溫性能均無顯著變化，滿足服用要求。

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