活性翠藍(lán)K-GL棉織物染色性能分析

張麗華，任學(xué)勤，張 輝

(西安工程大學(xué)，陜西 西安710048)

活性翠藍(lán)K-GL棉織物染色性能分析

張麗華，任學(xué)勤，張 輝

(西安工程大學(xué)，陜西 西安710048)

用活性翠藍(lán)K-GL對(duì)經(jīng)過(guò)前處理的純棉織物進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，用單因素分析法研究染色溫度、染色時(shí)間、固色溫度、固色時(shí)間、食鹽用量、堿劑用量、浴比等因素對(duì)染料上染效果的影響，測(cè)定其上染率、K/S值及勻染性，得出的最優(yōu)染色工藝條件為：染色溫度60 ℃，染色時(shí)間40min，固色溫度100 ℃，固色時(shí)間50min，食鹽40g/L，碳酸鈉15g/L，浴比1∶40。在最優(yōu)工藝條件下，活性染料的上染率可達(dá)到60%以上，有效減少了染料的浪費(fèi)。

活性翠藍(lán)K-GL；純棉織物；染色；上染率；K/S值

我國(guó)對(duì)棉纖維的使用已有4 000多年的歷史[1]。近些年來(lái)，隨著各行各業(yè)對(duì)原生態(tài)綠色環(huán)保的越來(lái)越重視，棉纖維憑借其穿著舒適、可生物降解性以及可再生等優(yōu)點(diǎn)備受廣大消費(fèi)者青睞，從而使得棉織物的產(chǎn)量逐年增加[2-3]。色彩鮮艷、色牢度好、舒適性高的棉織物面料已成為當(dāng)今服裝面料的主流，用于染棉織物的染料有直接染料、還原染料、不溶性偶氮染料、硫化染料、活性染料等。直接染料染色工藝簡(jiǎn)單、色譜齊全，且成本較低，但皂洗牢度較差；還原染料種類多、色譜也較全、色澤鮮艷、各項(xiàng)牢度都比較好，但價(jià)格昂貴，使用麻煩；硫化染料色譜齊全，價(jià)格低廉，染色牢度較好，使用方便，但色光不夠鮮艷，常用于棉織物深色產(chǎn)品的染色，該類染料最大的缺點(diǎn)是不耐氯漂；不溶性偶氮染料以染深色見(jiàn)長(zhǎng)，水洗牢度高，價(jià)格比還原染料便宜，但該類染料不適用于染淺色，不耐氯漂[4-6]；活性染料因具備色譜齊全、色澤鮮艷、染色工藝簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)，成本較低等優(yōu)點(diǎn)[7]，成為棉纖維染色使用最廣泛的一類染料。然而活性染料發(fā)展的時(shí)間還不長(zhǎng)，隨著應(yīng)用的增多，暴露的問(wèn)題也越來(lái)越多。主要是染料利用率不高，性能不能滿足市場(chǎng)需求等[8]。

本文以純棉織物為研究對(duì)象，結(jié)合活性染料上染棉織物的現(xiàn)狀，從染色溫度、染色時(shí)間、固色溫度、固色時(shí)間、食鹽用量、堿劑用量、浴比等方面優(yōu)化染色工藝，從而提高活性染料棉織物染色的上染率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

織物：經(jīng)退漿、煮練、漂白后的棉織物，經(jīng)緯紗線密度均為 19.5tex，經(jīng)、緯紗密度為 295×295根/(10cm)。

試劑：活性翠藍(lán)K-GL、氯化鈉(分析純)、碳酸鈉(分析純)、碳酸氫鈉(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、平平加O、皂片。

儀器：DK-98-1電熱恒溫水浴鍋、JA2003型電子天平、玻璃棒、容量瓶、燒杯、量筒、移液管、溫度計(jì)、吸耳球、721型分光光度計(jì)、DaTaColourSF300型思維士電腦測(cè)色儀、YG571B型染色摩擦牢度儀、Y571C型染色刷洗牢度儀。

1.2 染色工藝

使用活性翠藍(lán)K-GL對(duì)棉織物染色采用一浴兩階段工藝。

1.2.1 染色工藝曲線

一浴兩階段染色工藝曲線見(jiàn)圖1。

1.2.2 染色配方

(1)染色原配方：染料用量2%(owf)，食鹽20g/L，碳酸鈉15g/L，平平加O2g/L，染色溫度T160 ℃，染色時(shí)間t120 min，固色溫度T290 ℃，固色時(shí)間t230 min，浴比1∶50。

(2)皂洗配方：碳酸鈉2g/L，皂片2g/L，皂洗溫度95 ℃，皂洗時(shí)間10min，浴比1∶30。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)前配好一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)染液。將前處理后的棉織物稱重，按染色配方計(jì)算溶液體積、染液體積及各助劑用量，吸取所需體積的染液于燒杯中，加水至溶液總量。將裝有溶液的燒杯放入水浴鍋中，加入所需量的平平加O，將水浴鍋升至所需染色溫度T1(60 ℃)，將織物用水潤(rùn)濕后擠干，投入染浴中攪拌。染色10min后，夾起織物，加入1/2食鹽，攪拌溶解后放回織物。續(xù)染5min后，按前述步驟加入另外1/2食鹽，續(xù)染5min后，夾起織物，加入碳酸鈉，攪拌溶解后放回織物。以1 ℃/min升溫至固色溫度T2(90 ℃)，固色30min。染色過(guò)程中保持?jǐn)嚢琛Ｔ谝好娓叨茸錾蠘?biāo)記，適時(shí)補(bǔ)充熱水維持浴比。染色完畢后，傾去染色殘液，冷水洗，皂洗，熱水洗，冷水洗，烘干。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 上染率

上染百分率表示上染到纖維上的染料(包括與纖維鍵合和未鍵合的染料)占投入到染浴中染料總量的百分率。本實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)GB2391-80，使用721型分光光度計(jì)測(cè)定染料的上染率。

染色結(jié)束后，將染色殘液用蒸餾水稀釋至500ml備用，另在染色前配置標(biāo)準(zhǔn)染液一份，放置在和染色的同一水浴中，到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，用蒸餾水稀釋至500ml備用，標(biāo)準(zhǔn)染液稀釋至500ml后再吸取5ml，用蒸餾水稀釋至100ml，染色殘液稀釋至500ml，吸取20ml，用蒸餾水稀釋至100ml，用721型分光光度計(jì)在最大波長(zhǎng)(610nm)處分別測(cè)定其吸光度。上染率E(%)按下式計(jì)算：

(1)

式中A——標(biāo)準(zhǔn)染液的吸光度；B——染色殘液的吸光度；n——標(biāo)準(zhǔn)染液和染色殘液稀釋濃度的倍數(shù)。

1.3.2K/S值

1.3.3 勻染性[9]

選取染色布樣任意不同位置的15個(gè)點(diǎn)，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定其表觀顏色深度K/S值，根據(jù)公式2計(jì)算K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr，用標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr表示染色織物的勻染性。標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值越小，表示織物的勻染性越好，公式如下：

(2)

式中n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)，本課題實(shí)驗(yàn)中取n=15。

2 結(jié)果與分析

按原有配方進(jìn)行染色，染料的上染率不高，影響染料上染率的因素主要有染色溫度、染色時(shí)間、固色溫度、固色時(shí)間、氯化鈉濃度、堿劑種類、堿劑濃度和浴比，采用單因素分析法優(yōu)化工藝。

2.1 染色溫度對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色時(shí)間t1為20min，固色溫度T2為90 ℃，固色時(shí)間t2為30min，氯化鈉濃度20g/L，碳酸鈉濃度15g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，染色溫度T1分別為40，50，60 ℃，按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，上染率與染色溫度的關(guān)系曲線如圖2所示。

隨著我國(guó)加入WTO，中國(guó)將會(huì)成為世界煙葉生產(chǎn)和消費(fèi)的中心，但是我國(guó)煙葉的生產(chǎn)和質(zhì)量水平與世界煙草大國(guó)相比還有相當(dāng)大的差距。煙葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，技術(shù)要求高，煙農(nóng)零星分散種植，不利于生產(chǎn)水平和煙葉質(zhì)量的提高。美國(guó)、巴西、津巴布韋等煙葉生產(chǎn)大國(guó)早在20世紀(jì)90年代末就全部采取了農(nóng)場(chǎng)化種植、機(jī)械化操作、企業(yè)化管理的經(jīng)營(yíng)模式，煙葉生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)都采取了機(jī)械化作業(yè)的模式，降低了生產(chǎn)成本，提高了烤煙生產(chǎn)的科技含量，煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量和效益較好，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。目前，發(fā)展適度規(guī)模種植，進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)、規(guī)范化管理已經(jīng)成為烤煙生產(chǎn)適應(yīng)國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)形勢(shì)，提高生產(chǎn)水平和煙葉質(zhì)量的發(fā)展方向。

表1 染色溫度對(duì)上染率和K/S值的影響

由表1結(jié)合圖2可知，隨著染色溫度的升高，染料上染率及K/S值都增大，溫度從50 ℃升到60 ℃時(shí)，上染率以很大幅度上升，當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，上染率最高，K/S值最大。若繼續(xù)升高溫度，則染色溫度與固色溫度接近，不利于固染，因此染色溫度確定為60 ℃。

2.2 染色時(shí)間對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，固色溫度T2為90 ℃，固色時(shí)間t2為30min，氯化鈉濃度20g/L，碳酸鈉濃度15g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，染色時(shí)間t1分別為20，30，40min，按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示，上染率與染色時(shí)間的關(guān)系曲線如圖3所示。

表2 染色時(shí)間對(duì)上染率和K/S值的影響

由表2結(jié)合圖3可知，隨著染色時(shí)間的加長(zhǎng)，染料上染率及K/S值都增大，時(shí)間逐漸加長(zhǎng)，上染率的增長(zhǎng)幅度逐漸減慢，這是由于纖維對(duì)染料的吸附隨著時(shí)間的加長(zhǎng)逐漸趨于飽和，當(dāng)時(shí)間為40min時(shí)，上染率最高，K/S值最大。故染色時(shí)間確定為40min。

2.3 固色溫度對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色時(shí)間t2為30min，氯化鈉濃度20g/L，碳酸鈉濃度15g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，固色溫度T2分別為80、90、100 ℃，按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表3所示，上染率與固色溫度的關(guān)系曲線如圖4所示。

表3 固色溫度對(duì)上染率和K/S值的影響

由表3結(jié)合圖4可知，隨著固色溫度的升高，染料上染率及K/S值都增大，溫度逐漸升高，上染率的增長(zhǎng)幅度逐漸加快，當(dāng)溫度達(dá)到100 ℃，即達(dá)到沸染狀態(tài)時(shí)，上染率最高，K/S值最大。由此可見(jiàn)，該染料屬于高溫型染料，需要在沸染狀態(tài)下染料分子才能與纖維分子中的有關(guān)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成共價(jià)鍵結(jié)合固著在纖維中。故固色溫度確定為100 ℃。

2.4 固色時(shí)間對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色溫度T2為100 ℃，氯化鈉濃度20g/L，碳酸鈉濃度15g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，固色時(shí)間t2分別為30，40，50min，按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4所示，上染率與固色時(shí)間的關(guān)系曲線如圖5所示。

表4 固色時(shí)間對(duì)上染率和K/S值的影響

由表4結(jié)合圖5可知，隨著固色時(shí)間的加長(zhǎng)，染料上染率及K/S值都增大，時(shí)間逐漸加長(zhǎng)，上染率的增長(zhǎng)幅度逐漸加快，當(dāng)固色時(shí)間為50min時(shí)，上染率趨于最高，K/S值最大。如果繼續(xù)加長(zhǎng)固色時(shí)間，染料的水解反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步加劇，水解染料對(duì)纖維親和力低，不具備與纖維反應(yīng)形成共價(jià)鍵的能力，故時(shí)間的一味延長(zhǎng)并不會(huì)對(duì)染料上染起促進(jìn)作用。因此固色時(shí)間確定為50min。

2.5 氯化鈉濃度對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色溫度T2為100 ℃，固色時(shí)間t2為50min，碳酸鈉濃度15g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，氯化鈉濃度分別為10，20，30，40，50g/L。按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表5所示，上染率與氯化鈉濃度的關(guān)系曲線如圖6所示，勻染性與氯化鈉濃度的關(guān)系曲線如圖7所示。

表5 氯化鈉濃度對(duì)上染率和K/S值的影響

由表5結(jié)合圖6和圖7可知，隨著氯化鈉濃度的增大，染料上染率及K/S值都增大，說(shuō)明氯化鈉對(duì)染料的上染起到了很好的促染效果。當(dāng)氯化鈉濃度大于40g/L時(shí)，雖然上染率繼續(xù)增大，但增大的幅度降低，而且勻染性持續(xù)變差，這是由于鹽用量過(guò)高增加了染料的聚集，使得染色效果變差。另一方面，食鹽濃度過(guò)高也會(huì)造成浪費(fèi)染料和增加污染。因此，綜合各方面因素考慮，氯化鈉濃度選40g/L為最佳。

2.6 堿劑種類對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色溫度T2為100 ℃，固色時(shí)間t2為50min，氯化鈉濃度40g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，堿劑種類分別為無(wú)堿劑、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉，濃度均為15g/L。按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表6所示，上染率與堿劑種類的關(guān)系曲線如圖8所示。

表6 堿劑種類對(duì)上染率和K/S值的影響

由表6結(jié)合圖8可知，染料上染過(guò)程需要堿劑固色，固色堿劑不同，上染率不同。選用碳酸鈉為固色堿劑時(shí)，染料上染率及K/S值最大，勻染性也較好，碳酸氫鈉固色效果也較好，但其勻染效果較差。使用氫氧化鈉為固色堿劑時(shí)，上染率迅速下降，可能是由于氫氧化鈉堿性太強(qiáng)，使得染液pH值太大，不利于染料的固色。因此，最終確定碳酸鈉為固色堿劑。

2.7 堿劑濃度對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色溫度T2為100 ℃，固色時(shí)間t2為50min，氯化鈉濃度40g/L，浴比1∶50，平平加O2g/L，碳酸鈉濃度分別為5，10，15，20g/L。按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表7所示，上染率與碳酸鈉濃度的關(guān)系曲線如圖9所示，勻染性與碳酸鈉濃度的關(guān)系曲線見(jiàn)圖10。

表7 碳酸鈉濃度對(duì)上染率和K/S值的影響

由表7結(jié)合圖9和圖10可知，當(dāng)碳酸鈉濃度低于20g/L時(shí)，隨著碳酸鈉濃度的增大，染料上染率及K/S值都隨之增大；當(dāng)濃度為15g/L時(shí)，上染率和K/S值均達(dá)到最大，勻染效果也最好；當(dāng)碳酸鈉濃度大于20g/L時(shí)，隨著碳酸鈉濃度的增大，上染率及K/S值反而減小，勻染效果也變差。說(shuō)明一定濃度的碳酸鈉對(duì)染色效果有利，但碳酸鈉濃度過(guò)高時(shí)，一方面會(huì)促進(jìn)染料的水解，降低上染率，另一方面也會(huì)增加染料聚集，不利于勻染。因此，碳酸鈉濃度選15g/L為最佳。

2.8 浴比對(duì)上染率和K/S值的影響

設(shè)定染料用量2%(owf)，染色溫度T1為60 ℃，染色時(shí)間t1為40min，固色溫度T2為100 ℃，固色時(shí)間t2為50min，氯化鈉濃度40g/L，碳酸鈉濃度15g/L，平平加O2g/L，浴比分別為1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60。按1.2.3實(shí)驗(yàn)步驟染色，并對(duì)染色后試樣進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表8所示，上染率與浴比的關(guān)系曲線如圖11所示，勻染性與浴比的關(guān)系曲線如圖12所示。

表8 浴比對(duì)上染率和K/S值的影響

由表8結(jié)合圖11和圖12可知，當(dāng)浴比小于1∶40時(shí)，染料的上染率高，但浴比太小(小于1∶30)時(shí)，勻染效果差，這是由于染浴中染料濃度太高，使得染料聚集，不易在織物上均勻擴(kuò)散。當(dāng)浴比大于1∶40時(shí)，隨著浴比的增大，上染率持續(xù)下降，這是由于染浴中染料濃度低，上染染料的量少。當(dāng)浴比為1∶40時(shí)，染料上染率最高，且勻染效果好，故選擇浴比1∶40為最佳。

3 結(jié)論

采用活性翠藍(lán)K-GL對(duì)經(jīng)過(guò)前處理的棉織物進(jìn)行染色，采用一浴兩階段染色工藝，通過(guò)分析染色配方中各工藝條件對(duì)染色性能的影響，得出最佳的染色工藝條件為：染色溫度60 ℃，染色時(shí)間40min，固色溫度100 ℃，固色時(shí)間50min，食鹽40g/L，碳酸鈉15g/L，浴比1∶40。在此工藝條件下，活性染料的上染率可達(dá)到60%以上，且勻染和透染效果好，有效提高了染料的利用率，避免資源的浪費(fèi)。

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Research on the Dyeing Property of Reactive Turquoise Blue K-GL on Cotton Fabric

ZHANG Li-hua, REN Xue-qin, ZHANG Hui

(Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China)

The reactive turquoise blue K-GL was used to cotton fabric dyeing. The influences of dyeing temperature, dyeing time, fixation temperature , fixation time , dosage of salt and alkali agent and bath ratio on the dyeing effect were studied based on the single factor analysis method. The dyeing rate,K/Svalueandlevelnessweretested.Theoptimalprocessconditionsweredyeingtemperature60 ℃,dyeingtime40min,fixationtemperature100 ℃ ,fixationtime50min,sodiumchloride40g/L,sodiumcarbonate15g/L,bathratio1∶40.Undertheoptimumconditions,thedyeuptakeofreactivedyescouldreachmorethan60%,anditeffectivelyreducedthewasteofdyes.

reactive turquoise blue K-GL; cotton fabrics; dyeing; dye uptake;K/Svalue

2015-11-13

張麗華(1993-)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向：紡織工程，E-mail:1163215996@qq.com。

TS

A

1673-0356(2016)02-0017-06