張?chǎng)吻洌?張健飛, 2, 房寬峻, 舒大武, 鞏繼賢, 劉秀明
(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院, 天津 300387; 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300387)
活性金黃SRE對(duì)棉織物的浸軋-真空脫水-濕蒸染色工藝
張?chǎng)吻?, 張健飛1, 2, 房寬峻1, 舒大武1, 鞏繼賢1, 劉秀明1
(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院, 天津 300387; 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300387)
為提高活性染料傳統(tǒng)軋-蒸染色的固色率和染深性,將真空脫水技術(shù)引入棉織物的活性染料軋-蒸染色過程。研究了棉織物含水率、汽蒸時(shí)間和碳酸鈉用量對(duì)活性金黃SRE濕蒸染色的影響,并比較了活性金黃SRE采用浸軋-真空脫水-濕蒸(P-Vac-S)工藝與傳統(tǒng)浸軋-濕蒸(P-S)工藝染色棉織物的染深性和耐摩擦色牢度。結(jié)果表明;浸軋含25 g/L活性金黃SRE染液的棉織物,將其含水率真空脫水至20%~30%,再進(jìn)行濕蒸,棉織物的上染率(K/S值)和染料固色率相對(duì)較高;含水率為(25±2)%的棉織物濕蒸染色的適宜汽蒸時(shí)間和碳酸鈉質(zhì)量濃度分別為5 min和25 g/L;采用活性金黃SRE經(jīng)P-Vac-S工藝染色棉織物的K/S值比采用P-S工藝染色的K/S值高15%~30%,但是經(jīng)前者染色棉織物的耐摩擦色牢度比后者略差。
活性金黃SRE; 棉織物; 真空脫水; 濕蒸染色; 染深性
活性染料因應(yīng)用方便、色光鮮艷、濕牢度優(yōu)良、色譜齊全而成為棉織物染色最常用的染料類別之一[1]。軋染是活性染料常見的染色方式,但是采用軋-烘-軋-蒸工藝染色時(shí),織物在汽蒸固色前需烘干,能耗高[2],且易發(fā)生染化料泳移,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差,染色廢水含鹽量高[3],批次更換效率低。軋-蒸(P-S)工藝染色可省去烘干工序,節(jié)能效果好,然而存在濕織物升溫慢、活性染料水解嚴(yán)重、固色率低等問題[4-5]。
通過提高濕織物在汽蒸過程中的升溫速率,可以縮短汽蒸時(shí)間、減少活性染料水解,從而改善濕蒸染色效果,常用的途徑有2條:1)對(duì)高帶液率織物快速干燥去濕;2)采用低給液染色技術(shù)。20世紀(jì)80年代,Hoechst和Brückner公司開發(fā)了經(jīng)濟(jì)汽蒸(Eco-steam)系統(tǒng)[6],用紅外線加熱裝置對(duì)進(jìn)入干、濕球溫度分別為120、70 ℃的蒸汽/熱空氣固色體系的濕織物進(jìn)行預(yù)熱,以提高其升溫速率,減少染料水解,但是該工藝不適合毛圈類織物染深色[7]。1995年,Monforts和Zeneca公司研發(fā)出濕蒸染色(Econtrol)工藝[2],用120 ℃、蒸汽體積分?jǐn)?shù)為25%的熱風(fēng)固色體系對(duì)浸軋活性染料的棉織物進(jìn)行固色,但是該工藝不適合反應(yīng)性低的活性染料[8]以及厚重的毛絨織物和輕薄織物的染色。1998年,Babcock和BASF公司開發(fā)了易固-發(fā)色一步法(Eco-flash)工藝[9],用180 ℃過熱蒸汽作為活性染料與棉織物的固色反應(yīng)介質(zhì),固色時(shí)間縮短,然而該工藝不適合厚重或輕薄織物的染色[8]。以上3種濕蒸染色工藝以不飽和蒸汽作熱載體,能耗高;高帶液率濕織物直接進(jìn)入固色裝置,固色介質(zhì)的溫濕度波動(dòng)大[10],染色產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性差;另外,較長的初開機(jī)平衡時(shí)間也易造成大量織物和染化料的浪費(fèi)。采用泡沫染色技術(shù)[3,11]和真空抽提技術(shù)[12]實(shí)現(xiàn)織物的低帶液,也可提高濕織物在汽蒸過程中的升溫速率,但是泡沫染色的勻染性欠佳[13],真空抽提技術(shù)降低棉織物帶液率的程度有限[14],經(jīng)真空抽提得到的活性染料溶液也難以回收再利用[8];另外,由于低給液染色技術(shù)施加到織物上的染料量有限,染深性差。
采用熱風(fēng)、紅外線預(yù)烘等方式脫除軋染織物的水分時(shí),能耗高,且高溫除水過程活性染料極易水解。真空脫水具有操作溫度低、脫水效率高和脫水均勻等優(yōu)點(diǎn)[15]。本文采用真空干燥箱在低溫和負(fù)壓條件下將浸軋活性金黃SRE染液的棉織物含水率降至一定范圍,然后在常壓飽和蒸汽中濕蒸固色。探討了織物含水率、汽蒸時(shí)間和堿劑用量對(duì)棉織物浸軋-真空脫水-濕蒸(P-Vac-S)染色的影響,并對(duì)P-Vac-S工藝和P-S工藝的染色效果作了比較。
1.1 材料與儀器
材料:純棉平紋漂白半制品(370根/10 cm × 236根/10 cm,176 g/m2),由孚日集團(tuán)股份有限公司提供。活性金黃SRE 150%(含1個(gè)一氯均三嗪活性基和1個(gè)β-羥乙基砜硫酸酯活性基的M型活性染料,江蘇申新染料化工股份有限公司),無水碳酸鈉(AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司),皂洗用標(biāo)準(zhǔn)皂片(上海市紡織科學(xué)研究院)。
儀器:JA 5003精密電子天平(天津天馬衡基儀器有限公司);PO-B臥式兩輥軋車(萊州元茂儀器有限公司);DZF-6050真空干燥箱(上海申賢恒溫設(shè)備廠);OP-03汽蒸箱(天津華譜合力科技有限公司);Datacolor SF-600 plus測(cè)色配色儀(美國Datacolor公司);Y571B摩擦色牢度測(cè)試儀(溫州方圓儀器有限公司);DigiEye測(cè)色儀(英國VeriVide公司)。
1.2 染色方法
1.2.1 棉織物浸軋-真空脫水-濕蒸染色
棉織物在含活性金黃SRE和Na2CO3的染液內(nèi)浸漬30 s,二浸二軋,得到軋余率為(75±2)%的試樣。試樣懸掛于(29±0.5) ℃和-0.096 MPa(表壓)的真空干燥箱內(nèi)脫水,使試樣的含水率降至一定范圍。將真空脫水后的濕試樣迅速送入蒸箱,在(100±1) ℃常壓飽和蒸汽中汽蒸固色。
1.2.2 棉織物傳統(tǒng)浸軋-濕蒸染色
棉織物在含活性金黃SRE和Na2CO3的染液內(nèi)浸漬30 s,二浸二軋,得到軋余率為(75±2)%的試樣,不經(jīng)真空脫水,將濕試樣直接送入蒸箱,在(100±1) ℃常壓飽和蒸汽中汽蒸固色。
1.2.3 水 洗
濕蒸固色的棉織物按照冷水淋洗→熱水洗(50~60 ℃,3 min)→皂洗(標(biāo)準(zhǔn)皂片3 g/L,浴比為1∶50,沸煮15 min)→熱水洗(70 ~ 80 ℃,3 min)→冷水淋洗的流程洗滌,然后在室溫下晾干。
1.3 測(cè)試方法
1.3.1 顏色指標(biāo)
用Datacolor SF-600 plus測(cè)色配色儀,在D65光源、10°視角、鏡面光包含和100%紫外光濾除的條件下,選用9 mm測(cè)色孔徑測(cè)定試樣的顏色數(shù)據(jù)。每個(gè)染色試樣折疊成8層,任意選取試樣上8個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果取平均值。
1.3.2 固色率
染料固色率F由下式[16-17]計(jì)算得到:
式中:(K/S)0和(K/S)1分別為水洗前后固色試樣在最大吸收波長處的K/S值。
1.3.3 耐摩擦色牢度
耐摩擦色牢度測(cè)試參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行。
為使結(jié)果更具客觀性,參考GB/T 6151—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 試驗(yàn)通則》和FZ/T 01023—1993《貼襯織物沾色程度的儀器評(píng)級(jí)方法》,進(jìn)一步用儀器評(píng)級(jí)方法[18]評(píng)定棉摩擦布的沾色程度。在D65光源下,用DigiEye測(cè)色儀對(duì)棉摩擦布拍照,然后用Digigrade系統(tǒng)評(píng)定棉摩擦布的沾色級(jí)數(shù)。
2.1 棉織物含水率的影響
棉織物在室溫下浸軋含25 g/L活性金黃SRE和30 g/L Na2CO3的染液,按照1.2.1的方法進(jìn)行染色。棉織物含水率與濕蒸染色試樣的K/S值和染料固色率之間的關(guān)系如圖1所示。
圖1 棉織物含水率對(duì)濕蒸染色試樣的K/S值和染料固色率的影響Fig.1 Effect of water contents of padded cotton fabrics on K/S values and dye fixation rates
由圖可看出:隨著棉織物含水率的降低,濕蒸染色試樣的K/S值和染料固色率總體上呈先增大后減小的趨勢(shì);濕蒸固色后,含水率為71.3%試樣的K/S值和染料固色率小于含水率為1.9%試樣的K/S值和染料固色率,含水率為20%~30%試樣的K/S值和染料固色率相對(duì)較高。
汽蒸過程中在織物上生成的冷凝水量與織物的初始含水量呈正相關(guān)[10]。高含水率織物進(jìn)入蒸箱后,大量蒸汽冷凝在織物表面,纖維周圍“微型染浴”的體積增大,隨著汽蒸過程的進(jìn)行,“微型染浴”的溫度升高,染料對(duì)纖維的親和力降低[2],吸附到纖維表面的染料量減少;同時(shí),織物含水率較高時(shí),大量水分子以自由水的形式存在于纖維和紗線間隙,甚至吸附到織物表面,高溫濕蒸過程活性染料水解嚴(yán)重[19],因此,高含水率試樣的K/S值和染料固色率較低。當(dāng)濕蒸棉織物的含水率低于20%,特別是低于8%(棉纖維的臨界含水率)時(shí),棉纖維的孔道網(wǎng)絡(luò)含水較少,纖維溶脹不充分[20],染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散困難,大部分染料聚集在纖維表面,活性染料在與纖維素羥基發(fā)生共價(jià)結(jié)合的同時(shí),也會(huì)與水分子發(fā)生水解反應(yīng),引起固色試樣K/S值和染料固色率的降低。當(dāng)濕蒸棉織物的含水率為20%~30%時(shí),織物上的大部分水以與纖維素羥基形成氫鍵結(jié)合的化學(xué)結(jié)合水和吸附在孔道壁上的束縛水的形式存在,易造成活性染料水解的可隨意流動(dòng)的自由水含量少[19];同時(shí),棉纖維溶脹相對(duì)充分,染料溶解程度也較高,活性染料容易吸附、擴(kuò)散進(jìn)纖維內(nèi)部,并與纖維素羥基發(fā)生成鍵反應(yīng)。
2.2 汽蒸時(shí)間的影響
浸軋含25 g/L活性金黃SRE和30 g/L Na2CO3染液的一系列棉織物試樣,在(29±0.5) ℃和-0.096 MPa(表壓)的條件下,經(jīng)真空脫水將其含水率降至(25±2)%,然后分別汽蒸1~7 min,所得染色試樣的K/S值和染料固色率如圖2所示。
圖2 汽蒸時(shí)間對(duì)濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率的影響Fig.2 Effect of steaming time on K/S values of wet-steamed cotton fabrics and dye fixation rates
由圖2可知,汽蒸時(shí)間小于3 min時(shí),隨著汽蒸時(shí)間的增加,染色試樣的K/S值和染料固色率均明顯增大;繼續(xù)延長汽蒸時(shí)間,染色試樣的K/S值和染料固色率的增加趨勢(shì)變緩;當(dāng)汽蒸時(shí)間超過5 min,染色試樣的K/S值和染料固色率甚至出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
汽蒸時(shí)間不足,活性染料與棉纖維的固色反應(yīng)不充分,因此,當(dāng)汽蒸時(shí)間較短時(shí),濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率隨汽蒸時(shí)間的增加而明顯增大。汽蒸時(shí)間過長,濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率的降低可從以下2方面進(jìn)行解釋:在活性染料的固色反應(yīng)速率隨織物溫度升高而增大的同時(shí),其水解反應(yīng)速率也增大,活性染料水解量增加;活性金黃SRE的乙烯砜活性基與纖維素羥基形成的醚鍵不耐堿,在長時(shí)間高溫、強(qiáng)堿作用下,可能發(fā)生染料-纖維共價(jià)鍵的水解斷裂[21]。
2.3 碳酸鈉用量的影響
棉織物活性染料染色過程中,堿劑的種類和染液pH值的大小直接影響染液的穩(wěn)定性、染料對(duì)棉纖維的上染及固著。浸軋含25 g/L活性金黃SRE和不同質(zhì)量濃度Na2CO3的系列染液的棉織物,在(29±0.5) ℃和-0.096 MPa(表壓)的條件下,經(jīng)真空脫水將其含水率降至(25±2)%,然后汽蒸5 min。圖3示出Na2CO3質(zhì)量濃度對(duì)濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率的影響。
圖3 Na2CO3質(zhì)量濃度對(duì)濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率的影響Fig.3 Effect of Na2CO3 concentration on K/S values of wet-steamed cotton fabrics and dye fixation rates
由圖3可看出,濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率隨Na2CO3質(zhì)量濃度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì);在Na2CO3質(zhì)量濃度為25 g/L時(shí),染色棉織物的K/S值和染料固色率相對(duì)最大。
棉纖維上纖維素羥基的離子化對(duì)活性染料的固色反應(yīng)起著至關(guān)重要的作用。尤其纖維素羥基(Cell —OH)的離子化對(duì)溫度和染液pH值的依賴性較強(qiáng),在溫度一定時(shí),增加堿劑用量,染液pH值增大,Cell —OH離解量增多,生成更多親核性較強(qiáng)的Cell —O-[22]。與此同時(shí),活性金黃SRE的羥乙基砜硫酸酯基脫去硫酸酯轉(zhuǎn)化成活潑的乙烯砜基,一氯均三嗪活性基脫去氯,形成親核位點(diǎn),促進(jìn)活性染料與棉纖維的固色反應(yīng)。一氯均三嗪活性基的反應(yīng)性相對(duì)較弱[21],堿劑用量不足時(shí),纖維素羥基的離子化和活性染料的活化均不充分,染料與棉纖維的固色反應(yīng)不完全;堿劑用量過大時(shí),在浸軋和濕蒸固色過程中,活性染料水解嚴(yán)重[18],這2種情形均會(huì)導(dǎo)致染色織物K/S值和染料固色率的降低。2.4 2種工藝的染色效果比較
2.4.1 染深性
為了比較活性金黃SRE經(jīng)2種不同工藝染色的染深性,測(cè)試了浸軋含10 ~ 70 g/L活性金黃SRE、25 g/L Na2CO3的系列染液的棉織物濕蒸固色5 min的K/S值,結(jié)果如圖4所示。
圖4 活性金黃SRE對(duì)棉織物濕蒸染色的染深性Fig.4 Color build-up property of cotton fabrics dyed with reactive golden yellow SRE
由圖4可看出:P-Vac-S工藝和P-S工藝染色棉織物的K/S值均隨活性金黃SRE用量的增加而增大;當(dāng)染料質(zhì)量濃度超過40 g/L,K/S值的增加趨勢(shì)變緩。值得注意的是,在染料用量相同時(shí),P-Vac-S工藝染色棉織物的K/S值始終比P-S工藝染色棉織物的K/S值大15%~30%。濕蒸固色過程中,分布于紗線和織物組織結(jié)構(gòu)間隙的染料經(jīng)纖維周圍的液膜構(gòu)筑的“微型染浴”吸附到纖維表面,向纖維內(nèi)擴(kuò)散并固著的過程相當(dāng)于小浴比浸染[10]。采用P-Vac-S工藝染色時(shí),棉織物的含水率比較低,為(25±2)%,汽蒸時(shí)在織物上產(chǎn)生的冷凝水較少[10],纖維周圍的“微型染浴”的浴比較小,染料的上染百分率較高;此外,低含水率織物升溫迅速,可以很快達(dá)到活性金黃SRE與棉纖維的適宜反應(yīng)溫度。而對(duì)于P-S工藝而言,高含水率棉織物直接濕蒸時(shí),大量蒸汽冷凝在織物表面,濕織物升溫緩慢;隨著汽蒸過程的進(jìn)行,織物溫度升高,在纖維周圍的“微型染浴”內(nèi),染料的親和力降低,吸附到纖維表面的染料量減少[23],與此同時(shí),活性染料的水解速率增大,水解量增加。故活性金黃SRE經(jīng)P-Vac-S工藝對(duì)棉織物染色具有更好的染深性。
2.4.2 顏色指標(biāo)和耐摩擦色牢度
活性金黃SRE經(jīng)2種不同工藝染色棉織物的顏色指標(biāo)和耐摩擦色牢度如表1所示。
表1 濕蒸染色棉織物的顏色指標(biāo)和耐摩擦色牢度
注:活性金黃SRE質(zhì)量濃度為10、40、70 g/L的染液內(nèi),Na2CO3質(zhì)量濃度均為25 g/L;織物軋余率為(75±2)%;P-Vac-S工藝的織物含水率經(jīng)真空脫水降至(25±2)%;濕蒸條件為(100±1) ℃,5 min,h°為色調(diào)角。
由表1可知:2種工藝染色棉織物的L*(明度)值均隨活性金黃SRE用量的增加而減小,即染色試樣的顏色逐漸變深;染料用量相同時(shí),P-Vac-S工藝染得試樣的L*值普遍小于P-S工藝染得試樣的L*值,表明P-Vac-S工藝染色試樣的顏色更深,這與圖4以K/S值表示的染深性規(guī)律一致。a*(紅綠坐標(biāo))值為正值且隨染料濃度的增加而增大,表明染色試樣偏紅光,染料用量越大,染色試樣偏紅越明顯。黃藍(lán)坐標(biāo)b*和飽和度C*沒有明顯的變化規(guī)律。
表1所示色牢度結(jié)果表明,隨著活性金黃SRE用量的增加,不同工藝染色棉織物的耐摩擦色牢度均略微變差;總體而言,2種工藝染色棉織物的干、濕摩擦色牢度均令人滿意,為4 ~ 5級(jí)?;钚越瘘SSRE用量相同時(shí),P-Vac-S工藝染得棉織物的濕摩擦色牢度略低于P-S工藝染得棉織物的濕摩擦色牢度??赡苁且?yàn)椴捎肞-Vac-S工藝染色時(shí),真空脫水過程使施加到織物上的染液得到濃縮,相當(dāng)于增大了染料濃度,大量染料會(huì)在纖維表面發(fā)生聚集、固著,染色織物的顏色相對(duì)較深,進(jìn)行濕摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí),染色織物的纖維絨毛由染色試樣轉(zhuǎn)移到棉摩擦布表面,引起濕棉摩擦布沾色級(jí)數(shù)的降低[24]。由表1色牢度結(jié)果還可看出,因黃色屬于淺色系,用灰色樣卡難以準(zhǔn)確評(píng)定棉摩擦布的沾色級(jí)數(shù)。由于人眼直接觀察到的試樣間的色差是相對(duì)色,而儀器測(cè)得的色差是絕對(duì)色,用儀器評(píng)定沾色級(jí)數(shù)時(shí),能夠區(qū)分棉摩擦布沾色程度間的細(xì)微差異,且客觀性更強(qiáng)。
本文將真空脫水技術(shù)引入棉織物傳統(tǒng)軋-蒸染色過程,對(duì)影響棉織物浸軋-真空脫水-濕蒸染色的因素進(jìn)行了探討,得出如下結(jié)論:活性金黃SRE質(zhì)量濃度為25 g/L時(shí),將浸軋染液棉織物的含水率真空脫水至20%~30%,濕蒸染色棉織物的K/S值和染料固色率相對(duì)較高;浸軋含25 g/L活性金黃SRE染液的棉織物,以(25±2)%的含水率狀態(tài)濕蒸染色時(shí),適宜的汽蒸時(shí)間和Na2CO3質(zhì)量濃度分別為5 min和25 g/L;活性金黃SRE采用P-Vac-S工藝對(duì)棉織物染色時(shí)有更好的染深性;P-Vac-S工藝染色棉織物的耐摩擦色牢度比P-S工藝染色棉織物的耐摩擦色牢度略低,為4~5級(jí)。
棉織物浸軋-真空脫水-濕蒸染色工藝提高了活性染料的染深性,染色試樣具有較好的耐摩擦色牢度,使得該工藝在節(jié)約染料、降低生產(chǎn)成本等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
FZXB
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Padding vacuum-dewatering wet-steaming dyeing of cotton fabric using reactive golden yellow SRE
ZHANG Xinqing1, ZHANG Jianfei1,2, FANG Kuanjun1, SHU Dawu1, GONG Jixian1, LIU Xiuming1
(1.SchoolofTextiles,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China; 2.KeyLaboratoryofAdvancedTextileComposites,MinistryofEducation,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)
In order to enhance the fixation rate and color build-up property of reactive dyes in the conventional pad-steam (P-S) dyeing process, a vacuum-dewatering procedure was incorporated. Factors influencing the wet-steaming dyeing of reactive golden yellow SRE, such as the water content of the padded cotton fabric, the steaming time and sodium carbonate dosage were investigated. The color build-up property and rubbing fastness of the cotton fabrics dyed using the pad vacuum-dewatering steam (P-Vac-S) process and the P-S process were compared as well. The results show that cotton fabrics padded with 25 g/L dye liquor exhibit higherK/Svalue and dye fixation rate by reducing the fabric water content to 20%-30% by vacuum-dewatering prior to the steaming stage. The steaming time of 5 min and sodium carbonate concentration of 25 g/L were appropriate for dyeing of padded cotton fabrics with (25±2)% water content. TheK/Svalue of the cotton fabric is improved by 15%-30% when dyed by the P-Vac-S process, compared with that by the P-S process, however, the rubbing fastness of the cotton fabric obtained by the former process was a bit poorer than that by the later process.
reactive golden yellow SRE; cotton fabric; vacuum-dewatering; wet-steaming dyeing; color build-up property
10.13475/j.fzxb.20160701206
2016-07-04
2017-02-25
國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014BAC13B02,2014BAE01B01);山東省自主創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012ZHZX1A0914);天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(14JCZDJC37200)
張?chǎng)吻?1986—),男,博士生。研究方向?yàn)榧徔椘非鍧嵢菊夹g(shù)。張健飛,通信作者,E-mail:zhangjianfei1960@126.com。
TS 193.5
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