錦綸的染色和抗紫外一浴加工

李娟,蔡沫杭,郭金愛,陸輝,曹機(jī)良

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院,河南鄭州450007)

21世紀(jì)以來，人們的生活改善很多，對生活的品質(zhì)也提高了要求，對衣食住行的品質(zhì)要求達(dá)到了一個新階段[1-2]。人們對穿衣的要求不再是“衣能蔽體”，人們不僅要求衣物舒適美觀，更要求其能有效保護(hù)人體不受外在因素?fù)p傷[3-4]，并同時保持其鮮亮的顏色。錦綸是夏季常用服飾面料可以作為防曬服使用，但錦綸大分子對熱和光較敏感，耐熱和耐光穩(wěn)定性差，使用過程中它的強(qiáng)力損失很大[5-6]。經(jīng)紫外線防護(hù)整理后可減緩錦綸纖維的老化速度，提高其耐光牢度，同時又能達(dá)到保護(hù)人體皮膚的目的[7-8]。然而傳統(tǒng)錦綸的染色和抗紫外防護(hù)整理工藝流程長，不利于節(jié)能減排。而錦綸的染色和紫外線防護(hù)整理一浴加工縮短了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，且當(dāng)前經(jīng)染色和紫外線防護(hù)整理是錦綸防曬衣等面料必須進(jìn)行的染整加工。

鑒于上述考慮，本課題采用結(jié)構(gòu)類似酸性染料的紫外吸收劑HMBS和酸性紅MZ-2B用于超細(xì)錦綸織物的染色和紫外線防護(hù)整理一浴加工，以期為錦綸防曬服面料的短流程染整加工生產(chǎn)提供借鑒。

1　實驗

1.1　材料與儀器

1.1.1材料

織物：錦綸織物(40D，40g/m2，UPF=11.29)。

紫外線吸收劑：2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮(分析純，阿拉丁工業(yè)公司)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1　HMBS化學(xué)結(jié)構(gòu)式

其它化學(xué)品：pH緩沖溶液(實驗室自制)、氯化鈉(分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)、十二烷基苯磺酸鈉(陰離子型表面活性劑，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心)、標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑(上海市紡織技術(shù)監(jiān)督管理局)、合成單寧(工業(yè)品，陰離子型固色劑)、CWF-HC(工業(yè)品，陽離子型固色劑)、酸性紅MZ-2B染料(上海安諾其紡織化工股份有限公司)。

1.1.2儀器

JJ2000電子天平(常熟市雙杰測試儀器廠)，IR-24S紅外線染色機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，UV-2000F紡織品紫外線防護(hù)測試儀(美國藍(lán)菲光學(xué))，TU-1901紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，RO-Z2400振蕩式常溫常壓染樣機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，CE 7000A測色配色儀(美國X-Rite愛色麗)。

1.2　實驗方法

1.2.1染色方法

在紅外線高溫高壓染色機(jī)內(nèi)對錦綸進(jìn)行染色和紫外線防護(hù)整理一浴加工，錦綸1g，浴比1：100，pH緩沖液調(diào)節(jié)pH值，30℃入染，先以2℃/min升溫至50℃再以1℃/min升至染色溫度，分別在不同的染料用量，HMBS，pH，溫度，NaCl，時間條件下處理，結(jié)束后將錦綸水洗，烘干。

1.2.2固色方法

在振蕩式常溫常壓染色機(jī)內(nèi)已經(jīng)完成染色和抗紫外整理后的錦綸進(jìn)行固色。錦綸1g，浴比1：100，pH緩沖液調(diào)節(jié)pH值，在染樣機(jī)升溫至60℃時加入錦綸進(jìn)行40min的固色處理。固色結(jié)束，將錦綸水洗，烘干。

1.3　測試方法

1.3.1織物紫外線防護(hù)性能測試

實驗樣品采用UV-2000F紫外線防護(hù)測試儀依據(jù)AS/NZS4399-1996《日光防護(hù)服 評定和分組》測試織物的UVA和UVB的透過率和紫外線防護(hù)因子UPF。

1.3.2K/S值的測試

本實驗是在D65光源、10°視場角下，通過CE7000A染料紡織品測色配色系統(tǒng)測試染色織物的K/S值，每個試樣測量4次，取平均值。

1.3.3耐洗性測試

待振蕩式常溫常壓染樣機(jī)升溫至40℃，把錦綸織物投入含有4g/L標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑的錐形瓶中進(jìn)行振蕩式洗滌，在經(jīng)過10min，30min，50min，100min，200min，300min后用蒸餾水洗滌烘干，然后參照織物紫外線防護(hù)性能測試進(jìn)行UPF的測定。

2　結(jié)果與分析

2.1　染料用量對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

圖2和圖3為HMBS 0或2%owf，pH 3，95℃染色60min后錦綸的抗紫外測試和K/S值的測試結(jié)果。從圖2可以看出隨著染料用量的增加，錦綸織物的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF增加，即織物的抗紫外線效果加強(qiáng)，不加HMBS試劑時隨著染料量的增加其性能也加強(qiáng)，可以看出錦綸上染料量的增多也會提高其抗紫外線性能。實驗結(jié)果表明，HMBS的加入可以有效的提高錦綸織物的抗紫外線性能，但是因為在酸性條件下聚酰胺上的氨基會與氫離子結(jié)合形成氨基正離子，這時溶液中帶有負(fù)電荷的染料和同樣帶有負(fù)電荷的紫外吸收劑就會與銨離子結(jié)合，且聚酰胺上的氨基有限，所以紫外吸收劑和酸性染料之間就出現(xiàn)了“競?cè)尽?，即?dǎo)致錦綸的顏色有所減弱。對于本實驗的錦綸用酸性紅MZ-2B染色后，從圖中可以看出隨著染料用量的增加錦綸的抗紫外性能也越好，而當(dāng)染料用量小于0.5%owf時織物需要進(jìn)行紫外線防護(hù)整理，故本課題針對的是錦綸織物淺色染色抗紫外一浴整理。染料用量定為0.3%owf。

圖2　染料用量對UPF、T[UVA]、T[UVB]的影響

圖3　染料用量對K/S值的影響

2.2　HMBS用量對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

圖4和圖5為酸性紅MZ-2B 0或0.3%owf，pH 3，95℃染色60min后錦綸的抗紫外測試結(jié)果，和對K/S值的影響。圖4中加入染料后的錦綸織物抗紫外性能稍高于未加染料的錦綸織物，染液中加入染料后，其HMBS濃度不變，但錦綸在吸收HMBS離子時會同時吸收酸性紅MZ-2B染料，因為染料分子同樣有一些紫外線防護(hù)功能，從圖4也可以看出加入HMBS后對有無染料的錦綸抗紫外性能都有很大的提升。因此加入染料后與HMBS共同作用織物的抗紫外線性能便高于單純的HMBS整理。

圖4　HMBS用量對UPF的影響

從圖5也可以看出，紫外線吸收劑HMBS濃度對錦綸吸附酸性紅MZ-2B染料影響并不是很大，因此在整理中選擇HMBS的濃度時主要的依據(jù)還是HMBS的吸附程度，染料影響不大，HMBS用量為2%owf時錦綸的UPF達(dá)到50+，具有優(yōu)良的紫外線防護(hù)性能。

圖5　HMBS用量對K/S值的影響(MZ-2B 0.3%owf)

2.3　pH對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

圖6和圖7為酸性紅MZ-2B 0.3%owf，HMBS 2%owf，95℃染色60min，pH改變對錦綸抗紫外和K/S值的影響。從圖中可以看出隨著pH值的增大，錦綸纖維的抗紫外線系數(shù)UPF降低，紫外線透過率升高，而染色后錦綸的K/S值也隨之降低。當(dāng)pH值在2～4之間時UPF和K/S值都較高，即錦綸織物抗紫外線性能較好。但當(dāng)pH值大于4時，錦綸織物UPF和K/S大幅度降低，可以看出pH對HMBS吸附和酸性紅MZ-2B的上染都有很大的影響。這是由于錦綸為兩性纖維，當(dāng)染液的pH值低于等電點時，其表面呈正電性，此時錦綸與HMBS和酸性紅MZ-2B染料的負(fù)離子之間主要以離子鍵方式相結(jié)合，但同時也可以以范德華力和氫鍵的方式結(jié)合[9]。但當(dāng)pH高于等電點后，錦綸纖維表面呈負(fù)電性，與HMBS和酸性紅MZ-2B染料的負(fù)離子之間只能以范德華力和氫鍵結(jié)合，親和力不足，吸附量減少，抗紫外線效果降低。而因為酸性紅MZ-2B是酸性染料，在酸性條件下上染率較高，綜合來看，pH值選擇在2～4更合適。

圖6　pH對UPF、T[UVA]、T[UVB]的影響

圖7　pH值對K/S值的影響

2.4　溫度對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

圖8和圖9為酸性紅MZ-2B 0.3%owf，HMBS 2%owf，pH 3，染色溫度改變對錦綸抗紫外和K/S值的影響。隨著溫度的升高，錦綸纖維的抗紫外線系數(shù)UPF和表面色深度值K/S值都大幅上升。這是由于，錦綸纖維是疏水性的纖維，在溫度高于錦綸纖維玻璃化溫度時，錦綸纖維吸濕膨脹，無定形運動劇烈，纖維間空隙增大，更利于HMBS和酸性紅MZ-2B離子進(jìn)入錦綸纖維內(nèi)部[10]。這不僅會提高HMBS整理后錦綸的抗紫外線性能，達(dá)到更好的保護(hù)效果，染色錦綸的鮮艷度也得到改善，提高了錦綸纖維的服用性能，因此在錦綸的染色和HMBS抗紫外線整理中溫度最好在90 ℃以上。

圖8　染色溫度對UPF、T[UVA]、T[UVB]的影響

圖9　染色溫度對K/S值的影響

2.5　NaCl對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

圖10和圖11為酸性紅MZ-2B 0.3%owf，HMBS 2%owf，pH 3，95℃染色60min，NaCl用量對錦綸抗紫外和K/S值的影響。由圖可以看出隨著NaCl的加入，錦綸纖維的抗紫外線系數(shù)UPF和表面色深度值K/S值都降低，說明NaCl的加入起到緩染作用，這是因為酸性條件且pH在等電點以下時，錦綸表面帶正電荷，可與HMBS離子及染料離子形成離子鍵，而加入NaCl會降低兩者間的靜電引力[11]。另一方面，NaCl的加入會降低染液中HMBS和酸性紅MZ-2B離子的流動性，不利于HMBS和酸性紅MZ-2B離子在錦綸上的上染。因此，在錦綸的染色抗紫外一浴整理中無需加入NaCl。

圖10　NaCl對UPF、T[UVA]、T[UVB]的影響

圖11　NaCl對K/S值的影響

2.6　時間對錦綸紫外線防護(hù)性能的影響

下頁圖12和圖13為酸性紅MZ-2B 0.3%owf，HMBS 2%owf，pH 3，染色時間對錦綸抗紫外性能和K/S值的影響。隨著溫度的升高，錦綸的抗紫外線系數(shù)UPF值呈現(xiàn)增加趨勢，從下頁圖12可以看出，當(dāng)染色溫度在90 ℃以下，時間少于60 min時，錦綸織物UPF值迅速增大，染色錦綸的表觀色深度K/S也迅速增加。而直至溫度上升至95 ℃，保溫60min，抗紫外線系數(shù)UPF已基本不再大幅的提高，而錦綸織物的K/S值則更早的趨向平衡，說明酸性MZ-2B染料上染錦綸非常的迅速，因此兩者共同使用時因根據(jù)HMBS的吸附確定吸附的時間。

圖12　染色時間對UPF、T[UVA]、T[UVB]的影響

圖13　染色時間對K/S值的影響

2.7　固色工藝對耐洗性的影響

不同固色工藝整理后的錦綸織物的耐洗性如圖14。隨著水洗次數(shù)的增加，織物的抗紫外線系數(shù)UPF逐漸降低，尤其是在洗滌次數(shù)5次以內(nèi)降低更快。其耐洗性規(guī)律與不含染料是一致。對比固色的錦綸纖維和不固色的錦綸纖維的耐洗性，可以看出固色后的錦綸織物洗滌后雖然UPF值降低，但其值仍然大于未固色的錦綸纖維，可以看出對錦綸固色可以提高其抗紫外線性能。固色劑的原理是在織物表面形成一層保護(hù)膜，從而達(dá)到固色目的。從圖14中可以看出，僅單用一種陽離子型固色劑或一種陰離子型固色劑形成的保護(hù)膜不穩(wěn)定，耐水洗效果不好。然而先用陰離子型NBS再用陽離子型CWF-HC固色，則由于紫外吸收劑和染料均為帶負(fù)電荷的基團(tuán)所以會與NBS產(chǎn)生排斥，生成的保護(hù)膜不如先陽離子型CWF-HC后陰離子型NBS保護(hù)膜穩(wěn)定。這種陰陽離子交替排列的保護(hù)膜可以最大程度的結(jié)合在錦綸織物的表面并保護(hù)錦綸的顏色和抗紫外性能。

圖14　固色工藝對UPF的影響

3　結(jié)論

(1)錦綸的最佳染色和紫外線防護(hù)整理工藝：當(dāng)酸性紅MZ-2B 0.3%owf，HMBS 2%owf，pH 3，95℃染色60min不加NaCl時錦綸的UPF可以達(dá)到53，且對錦綸的K/S影響較小。

(2)最佳固色工藝：實驗研究表明先用陽離子型固色劑CWF-HC 4g/L，pH 3，60℃固色40min再陰離子型NBS 4g/L，pH 3，60℃固色40min后錦綸經(jīng)過30次洗滌后UPF仍在35以上。

(3)錦綸的染色抗紫外整理一浴加工縮短了工藝流程有利于節(jié)能減排，且該工藝適用于夏季防曬外套及其它淺色紡織品防曬整理。

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