活性染料染色棉織物的臭氧脫色

劉 陽，雷榮潔，邵 娟

（陜西服裝工程學(xué)院服裝學(xué)院，陜西西安 712046）

隨著生活水平的不斷提高，人們對織物外觀質(zhì)量的要求更加嚴格，每年有大量染色不均勻和色花現(xiàn)象導(dǎo)致的印染瑕疵品返修。另外，在服裝制作過程中產(chǎn)生的大量邊角料以及日常生活中廢棄的紡織品也將造成嚴重的資源浪費并污染環(huán)境［1-2］，有必要進一步提高瑕疵和廢舊紡織品的回收綜合利用率。脫色是染色織物回收再利用的關(guān)鍵步驟，旨在不影響織物再次使用的前提下，利用物理化學(xué)反應(yīng)去除染色織物上的染料。染色織物的脫色方法因織物及染料不同而不同，主要的脫色方法有物理法、化學(xué)法、生物法和高級氧化法［3-5］。其中高級氧化法是利用光催化、超聲波和臭氧等產(chǎn)生的·OH對染色織物進行脫色，具有脫色率高、普適性好、對織物損傷小和環(huán)境友好的特點［6-7］。臭氧是一種強氧化性氣體，主要分解產(chǎn)物為氧氣，不會對環(huán)境造成二次污染，近年來逐漸應(yīng)用于染色織物的脫色工藝中［8］。本實驗將臭氧應(yīng)用于3種活性染料染色棉織物的脫色工藝，考察脫色時間、pH、溫度和含濕量對K/S值的影響，并對比常規(guī)脫色和臭氧脫色后棉織物的染色性能和力學(xué)性能。

1 實驗

1.1 材料和儀器

織物：純棉平紋機織物（150 g/m2）。染料：活性紅120、活性黃37、活性藍19、活性黑5（天津美捷通化工生產(chǎn)有限公司）。試劑：HCl、NaOH、Na2SO4、Na2CO3、NaClO、Na2S2O3（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司），去離子水（自制）。儀器：CF-G-2-50 g臭氧發(fā)生器（青島國林實業(yè)股份有限公司），Datacolor 110全自動測色配色儀（美國德塔顏色公司），YG028萬能材料試驗機（溫州方圓儀器有限公司），THZ-82A恒溫振蕩水浴鍋（金壇市榮華儀器制造有限公司），UV-2550紫外-可見分光光度計（日本島津公司）。

1.2 活性染料染色棉織物的脫色方法

1.2.1 臭氧脫色

將活性紅120、活性黃37、活性藍19染色棉織物裁剪為小塊，以HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)得到不同pH的緩沖溶液潤濕，利用吸水紙調(diào)節(jié)含濕量；將進氣管道置于不同溫度的水浴中調(diào)節(jié)臭氧溫度，將染色棉織物置于脫色容器中，控制臭氧流量為2 L/min，每隔10 min取一次樣，用去離子水沖洗，自然晾干。

1.2.2 常規(guī)脫色

將染色棉織物置于NaClO 22 mL/L、Na2CO316 g/L、浴比1∶20的溶液中，控制溫度為50 ℃，攪拌20 min后取出，再放入Na2S2O310 g/L、浴比1∶20的溶液中攪拌8 min，取出后用去離子水清洗干凈，自然晾干。

1.2.3 脫色后棉織物復(fù)染

稱取活性黑5配制溶液，將脫色后的棉織物放入其中（浴比1∶20），室溫攪拌20 min，然后轉(zhuǎn)移到水浴振蕩器中，攪拌，升溫到90 ℃時加入Na2SO460 g/L，攪拌20 min后再加入Na2SO460 g/L，繼續(xù)攪拌20 min后加入Na2CO310 g/L，攪拌20 min后再加入Na2CO310 g/L，繼續(xù)攪拌20 min后取出，自然冷卻至室溫，用去離子水清洗干凈，自然晾干。

1.3 測試

脫色率：使用測色配色儀測試樣品在最大吸收波長處的K/S值，每個樣品測3次取平均值。按照下式計算脫色率：

其中，（K/S）0為染色棉織物的K/S值，（K/S）t為染色棉織物脫色后的K/S值。

復(fù)染效果：利用上染率進行評價，按照下式計算上染率：

其中，A0為染色前染液的吸光度，At為染色后染液的吸光度。

力學(xué)性能：參考GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》測試拉伸斷裂強力和斷裂伸長率；參考GB/T 3917.1—2009《紡織品織物撕破性能第1部分：沖擊擺錘法撕破強力的測定》測試撕裂強力。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響臭氧對棉織物脫色K/S值的因素

2.1.1 脫色時間

由圖1可以看出，染色棉織物的K/S值在前40 min下降較快（織物顏色迅速變淺），隨后下降趨勢變緩，60 min后基本不變。這是由于隨著脫色時間的延長，染料逐漸被消耗，濃度降低，但臭氧的中間產(chǎn)物可能削弱臭氧的氧化能力，K/S值下降變緩；另外，隨著脫色時間的延長，棉織物纖維表面的染料被氧化，臭氧分子難以進入棉織物纖維內(nèi)部，導(dǎo)致K/S值下降變緩甚至不再明顯變化。長時間的臭氧清洗不僅增加能耗，還可能影響棉織物的力學(xué)性能，因此臭氧脫色時間選擇60 min。

圖1 脫色時間對活性染料染色棉織物K/S 值的影響

2.1.2 pH

由圖2可知，對于不同染料，pH不同時，隨著脫色時間的延長，K/S值均不斷下降。其中，活性紅120和活性黃37染色棉織物在pH為10時K/S值下降最快，且60 min后K/S值最低，表明活性紅120和活性黃37染色棉織物在pH為10時具有最好的臭氧脫色效果；活性藍19染色棉織物在pH為4時K/S值下降最快，且60 min后K/S值最低，表明活性藍19染色棉織物在pH為4時具有最好的臭氧脫色效果。這可能是因為臭氧氧化機制與活性染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)［9］。所以活性紅120和活性黃37染色棉織物的脫色pH選擇10，活性藍19染色棉織物的脫色pH選擇4。

圖2 pH對活性染料染色棉織物K/S 值的影響

2.1.3 脫色溫度

由圖3可知，脫色溫度對K/S值的影響趨勢基本一致，臭氧處理前30 min，隨著脫色溫度的升高，K/S值的下降幅度增大，這是由于隨著脫色溫度的升高，反應(yīng)內(nèi)能和臭氧分子在染色棉織物纖維中的擴散程度加大，反應(yīng)速率加快。60 min后，0、20 ℃臭氧脫色棉織物的K/S值相差不大，40、60和80 ℃臭氧脫色棉織物的K/S值相差不大且均低于0、20 ℃臭氧脫色棉織物，這可能是由于過高的溫度使部分臭氧被降解，臭氧濃度降低；30 min后反應(yīng)速率降低，最終K/S值相差不大?？紤]過高的脫色溫度可能導(dǎo)致棉織物纖維被破壞并增加能耗，脫色溫度選擇40 ℃。

圖3 脫色溫度對活性染料染色棉織物K/S 值的影響

2.1.4 含濕量

由圖4可知，當(dāng)含濕量為0%時，3種活性染料染色棉織物臭氧脫色后K/S值均下降較少，表明干燥環(huán)境下不易實現(xiàn)活性染料染色棉織物脫色，因為含濕量為0%時，臭氧無法溶解于水中形成羥基自由基；隨著含濕量的增加，棉織物的K/S值迅速降低，并在較大含濕量范圍內(nèi)保持不變；進一步增加含濕量，棉織物的K/S值反而有所增加，這可能是由于含濕量較大時羥基自由基難以聚集［9］。為了減少酸堿調(diào)節(jié)液的用量，活性染料染色棉織物含濕量選擇50%。

圖4 含濕量對活性染料染色棉織物K/S 值的影響

2.2 臭氧脫色與常規(guī)脫色效果對比

2.2.1 棉織物力學(xué)性能

由于脫色工藝破壞了染料的發(fā)色基團，不可避免會破壞棉織物的力學(xué)性能，常規(guī)脫色和臭氧脫色后，棉織物的力學(xué)性能均出現(xiàn)一定程度的下降。由表1可知，臭氧脫色棉織物的力學(xué)性能平均損失率低于常規(guī)脫色棉織物。其中損失最明顯的斷裂強力，臭氧處理后平均下降22.0%，斷裂伸長率損失較小，臭氧處理后平均下降4.4%。

表1 不同工藝脫色后棉織物的力學(xué)性能及損失率對比

2.2.2 脫色率和復(fù)染性能

由表2可知，常規(guī)脫色和臭氧脫色后棉織物的K/S值仍然明顯高于未染色的原棉織物，表明部分染料殘留在棉織物表面未實現(xiàn)完全脫色。常規(guī)脫色和臭氧脫色棉織物復(fù)染的平均上染率分別為60.9%和61.6%，均高于原棉織物，但是經(jīng)皂洗晾干后，常規(guī)脫色和臭氧脫色棉織物的K/S平均值分別為10.8和11.3，均低于原棉織物，說明脫色后棉織物的色牢度相對較低。

表2 不同工藝脫色后棉織物的脫色率及復(fù)染性能對比

3 結(jié)論

活性染料染色棉織物的最佳脫色工藝為：脫色時間60 min、脫色溫度40 ℃、含濕量50%。pH受活性染料種類影響較大，活性紅120、活性黃37在pH為10時脫色效果最好，活性藍19在pH為4時脫色效果最好。在最佳工藝條件下，臭氧脫色的脫色率、復(fù)染上染率均高于常規(guī)脫色。臭氧脫色后棉織物的力學(xué)性能相比原棉織物下降，斷裂強力和斷裂伸長率分別損失22.0%和4.4%，均低于常規(guī)脫色棉織物。