蛹蛋白粘膠長絲針織物的染整工藝研究

周立群

(山東輕工職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255300)

1 引言

蛹蛋白粘膠長絲是一種新型再生蛋白質(zhì)纖維，簡稱PPV，又稱波特絲或蠶蛹蛋白絲，是由粘膠和蠶蛹蛋白共混紡絲而成，具體流程為采用化學(xué)法從蠶蛹中提取紡絲用蛋白質(zhì)，然后在一定條件下與粘膠紡絲原液共混進(jìn)行紡絲，使其蛋白質(zhì)組分聚集于纖維表面，成為具有皮芯結(jié)構(gòu)的長絲[1]。該長絲的特點(diǎn)是集蠶絲和粘膠長絲的優(yōu)點(diǎn)于一身，有著真絲般柔和光澤和滑爽的手感，良好的吸濕性能，能有效地促進(jìn)新陳代謝，防止皮膚衰老，并具止癢、防曬的功效。它在透氣性、染色性、懸垂性、抗折皺性和回彈性等方面均優(yōu)于蠶絲，是—種新型的制作高檔內(nèi)衣及春夏服裝的理想紡織材料，具有良好的市場前景。

本實(shí)驗(yàn)選用雙活性基活性染料對蛹蛋白粘膠長絲進(jìn)行染色?；钚匀玖系臐舛取⒋偃緞┯昧?、堿劑用量、固色劑用量等都會對最終染色效果產(chǎn)生影響，因此工藝優(yōu)化很重要，為了能在纖維損傷最少的情況下獲得良好的染色效果，必須選擇合適的染色工藝條件。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料：蛹蛋白粘膠長絲(粘膠70%和蛹蛋白30%)純紡羅紋半空氣層組織漂白織物，活性艷紅M-8B染料。

儀器：Q113常溫繩狀染色機(jī)，YG571型摩擦牢度試驗(yàn)，SW12B耐水洗牢度試驗(yàn)儀，Y(B)902G型耐汗?jié)n色牢度儀，YG(B)026D-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1蛹蛋白粘膠長絲針織物的染色方法

由于本實(shí)驗(yàn)采用的織物組分包括粘膠和蛹蛋白，因此選用雙活性基活性染料一浴法染色。

2.2.2蛹蛋白粘膠長絲針織物的染色工藝

染色配方：活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸鈉15 g/L～40 g/L，碳酸鈉5 g/L～30 g/L。

染色工藝：使用活性艷紅M-8B和硫酸鈉共同配制染液，在40℃入染，浴比為1∶20，10 min后放布和勻染劑，以1℃/min的升溫速度加熱至60℃，染色30 min后加入堿劑進(jìn)行固色反應(yīng)一段時間后降溫水洗，然后進(jìn)行后整理。具體工藝流程見圖1。

圖1 染色工藝曲線圖

3 測試指標(biāo)

3.1 染色工藝效果測試

本實(shí)驗(yàn)采用上染百分率和染色深度(K/S值)兩個指標(biāo)衡量染色效果，制定較優(yōu)染色工藝。

上染百分率的測定：采用殘液比色法測定上染百分率(E)，儀器為UV-300B紫外分光光度計。

式中，A0和A1分別為染色前后最大吸收波長處染液的吸光度。

K/S值的測定：染色深度K/S值在Datacolor 650電腦測色配色儀上測定。將織物折疊4層，測定三個不同的點(diǎn)，取平均值。

3.2 染色牢度測試

按照GB/T 3920—2008對處理織物的耐摩擦色牢度、GB/T 3921—2008對處理織物的耐皂洗色牢度和GB/T 3922—2013對處理織物的耐汗?jié)n色牢度進(jìn)行測試。

3.3 織物頂破強(qiáng)力測試

按照GB/T 3923.1—1997，使用電子織物強(qiáng)力機(jī)對處理織物樣品進(jìn)行頂破強(qiáng)力的測試。

4 染色工藝條件分析

4.1 碳酸鈉用量的確定

對碳酸鈉進(jìn)行單因素分析，其中活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸鈉為25 g/L，浴比為1∶20，染色溫度為60℃，上染時間為30 min，固色時間40 min，固色溫度為60℃。其上染率、K/S值與碳酸鈉用量的關(guān)系如圖2所示。

圖2 碳酸鈉用量與上染率及K/S值的關(guān)系

蛹蛋白粘膠長絲所含纖維素和蛋白質(zhì)與染料發(fā)生共價鍵結(jié)合的最低pH值是不同的，纖維素在pH值為10～11時固色率最高；而蛋白質(zhì)則隨參加反應(yīng)的親核基不同，其最適合反應(yīng)的pH值不同，-SH在近中性就可發(fā)生親核反應(yīng)，-NH2在中性和弱堿性也可以發(fā)生親核反應(yīng)，而-OH則需在較強(qiáng)的堿性下才發(fā)生親核反應(yīng)。由于蛹蛋白絲中-OH參加反應(yīng)是主要的，所以在堿性條件下固色。由圖2可知，隨著碳酸鈉用量的增加，織物的上染率增加，K/S值增大，但當(dāng)碳酸鈉用量超過15 g/L時，織物的上染率下降，K/S值也開始減小，并且碳酸鈉用量的增加會導(dǎo)致堿性太強(qiáng)，對纖維損傷大，失重增加，因此綜合考慮選取碳酸鈉用量為5 g/L、10 g/L、15 g/L。

4.2 硫酸鈉用量的確定

對硫酸鈉用量進(jìn)行單因素分析，其中活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，碳酸鈉為15 g/L，硫酸鈉為15 g/L～40 g/L，浴比為1∶20，染色時間為30 min，固色時間為40 min，固色溫度為60℃。其上染率、K/S值與硫酸鈉用量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 硫酸鈉用量與上染率及K/S值的關(guān)系

染浴中通常加入中性電解質(zhì)以提高染料的上染率，如食鹽、元明粉等。但電解質(zhì)的加入會使上染加速而導(dǎo)致染色不勻，因此電解質(zhì)的加入量應(yīng)由染料的直接性和染色色澤深淺決定。染色是在中性至堿性條件下進(jìn)行的，纖維表面始終帶負(fù)電荷，它對陰離子性的活性染料產(chǎn)生電性斥力，阻止其靠近纖維，降低上染率和固色率。增加硫酸鈉濃度，可降低這種斥力，提高上染率和固色率，同時可降低纖維表面和染料離子的水化作用，促進(jìn)染料上染纖維。由圖3可知，前期上染率和K/S值都隨硫酸鈉濃度增加而迅速增加，硫酸鈉用量大于25 g/L時，上染率和K/S值開始下降。此時，電解質(zhì)濃度過高，使染料發(fā)生聚集，甚至沉淀，反而會降低上染率和固色率，使染色不勻，所以選硫酸鈉用量為20 g/L、25 g/L、30 g/L。

4.3 固色時間的確定

對染色的固色時間進(jìn)行單因素分析，其中，活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸鈉為25 g/L，碳酸鈉為15 g/L，上染時間為30 min，固色時間10 min～60 min，固色溫度為60℃，浴比為1∶20。其上染率、K/S值與碳酸鈉用量的關(guān)系如圖4所示。

圖4 固色時間與上染率及K/S值的關(guān)系

染色后加入堿劑固色，堿劑的加入促進(jìn)了吸附在纖維上的染料與纖維反應(yīng)而固著，染料在纖維上的吸附平衡被打破，上染吸附率又進(jìn)一步提升。一定時間后吸附在纖維上的染料與纖維反應(yīng)固著已趨向平衡，此時繼續(xù)延長時間，染料又會解吸附，同時解吸附的染料有一部分發(fā)生水解而無法上染，所以會對上染產(chǎn)生一些負(fù)面影響[2-3]。由圖4可知，隨著固色時間的增加，織物的上染率和K/S值都增大，固色50 min時，織物的上染率和K/S值最大。超過50 min時，纖維損失嚴(yán)重，所以固色時間選為30 min、40 min、50 min。

4.4 固色溫度的確定

對固色溫度進(jìn)行單因素分析，其中，活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，碳酸鈉為15 g/L，硫酸鈉為25 g/L，浴比為1∶20，染色時間為30 min，固色時間為40 min，固色溫度為40℃～80℃。其上染率、K/S值與固色溫度的關(guān)系如圖5所示。

圖5 固色溫度與上染率、K/S值的關(guān)系

由圖5可知，固色溫度為40℃～60℃時，織物的上染率和K/S值隨著固色溫度的升高而增加，當(dāng)固色溫度為70℃時，上染率提高而織物的K/S值開始下降。繼續(xù)提高溫度，織物的失重率和強(qiáng)力損失都會增大，光澤性變差。綜合考慮，選取固色溫度為50℃、60℃、70℃。

5 染色正交試驗(yàn)

5.1 染色正交試驗(yàn)的設(shè)計

根據(jù)初步分析，選取碳酸鈉用量(A)、硫酸鈉用量(B)、固色時間(C)和固色溫度(D)作為正交實(shí)驗(yàn)的四個因素，每個因素取三個水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計，因素水平安排見表1所示。

表1染色工藝因子水平表

因素水平碳酸鈉(g/L)硫酸鈉(g/L)固色時間(min)固色溫度(℃)15203050210254060315305070

5.2 染色正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過以上對蛹蛋白粘膠長絲織物活性染料染色各因素的分析，采用四因素三水平進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，以上染率和K/S值作為評價指標(biāo)，確定蛹蛋白絲織物的最優(yōu)染色工藝，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2染色正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)號ABCD碳酸鈉(g/L)硫酸鈉(g/L)固色時間(min)固色溫度(℃)上染率(%)K/S值1520305079．6717．6582525406084．2518．6783530507081．3718．18241020407080．6418．07451025505081．3218．20361030306080．5418．06171520506082．1718．32781525307085．6118．84291530405082．1618．330K1j81．76380．82781．94081．050K2j80．83383．72782．35082．320K3j83．31381．35781．61082．540Rj2．482．900．741．49因素主→次B>A>D>C最優(yōu)A3B2C2D3

6 染色效果分析

6.1 染色工藝效果

按照正交實(shí)驗(yàn)所得的最優(yōu)工藝：染色溫度60℃，硫酸鈉為25 g/L，碳酸鈉為15 g/L，染色時間30 min，固色時間40 min，固色溫度70℃，浴比1∶20。對蛹蛋白粘膠長絲織物染色后，分別對染色前后織物的頂破強(qiáng)力進(jìn)行對比，觀察染色工藝對織物強(qiáng)力的影響。

表3染色對織物頂破強(qiáng)力的影響

織物上染率(%)頂破強(qiáng)力(N)染色前/388染色后85．98361

由表3可知，蛹蛋白粘膠長絲織物經(jīng)過最優(yōu)工藝染色后，織物的頂破強(qiáng)力有所下降，但對織物性能的影響不大。蛹蛋白粘膠長絲針織物的上染率可達(dá)85.98%，這與最優(yōu)工藝的理論值相差不大。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。

6.2 染色牢度

按上述優(yōu)選工藝參數(shù)對蛹蛋白粘膠長絲針織物進(jìn)行染色后，測得的織物染色牢度如表4所示。

表4蛹蛋白粘膠長絲針織物的染色牢度

測試項(xiàng)目分類色牢度(級)耐皂洗色牢度變色4-5沾色4-5耐摩擦色牢度干摩4-5濕摩4-5耐汗?jié)n色牢度變色4-5沾色4-5

注：色牢度共分五級，5級最好，1級最差。

由表4可知，通過對蛹蛋白粘膠長絲針織物色牢度的測試，得出耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度都較好。

7 結(jié)論

本文對蛹蛋白粘膠長絲針織物產(chǎn)品的染色性能進(jìn)行了研究和探討，并對織物的染色工藝及各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：

使用雙活性基活性染料活性艷紅M-8B染蛹蛋白粘膠長絲的最優(yōu)工藝為活性艷紅M-8B染料1%(o.w.f)，染色溫度60℃，硫酸鈉為25 g/L，碳酸鈉為15 g/L，染色時間30 min，固色時間40 min，固色溫度70℃，浴比為1∶20。

對染色后的織物的染色性能進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，織物的耐皂洗色牢度、耐磨擦色牢度和耐汗?jié)n色牢度均較好，符合染色質(zhì)量要求。

蛹蛋白粘膠長絲針織物經(jīng)過染色后，織物的頂破強(qiáng)力有所下降，但對織物質(zhì)量影響不大。

雙活性基活性染料在水中易分解，因此配好的染液不宜擱置時間太長。

[1] 施艷秀，陳國強(qiáng).蠶蛹蛋白粘膠長絲/棉針織物的練漂[J].印染，2008，34(14)：21—23.

[2] 范立紅，沈蘭萍.紡織品檢測實(shí)驗(yàn)教程[M].西安：西安工程科技學(xué)院，2002.

[3] 徐蘊(yùn)燕.織物性能與檢測[M].北京：中國紡織出版社，2007.