靛藍(lán)牛仔布增深染色工藝及機(jī)理研究

楊書(shū)偉 王榮 方小麗 余志成

摘 要：為提高靛藍(lán)牛仔布染色深度，通過(guò)增加牛仔布染色K/S值以減少染色工序，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。研究了陽(yáng)離子改性劑B的改性工藝及機(jī)理，探討了改性劑B質(zhì)量濃度、改性溫度、改性時(shí)間對(duì)K/S值的影響，并測(cè)試了改性前后棉織物的紅外光譜和Zeta電位及改性染色后棉織物的染色牢度。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性劑B處理后的棉織物再進(jìn)行靛藍(lán)染色，相同染色條件下染色K/S值從10.90提高到20.13，改性棉織物浸軋2次便可與未改性棉織物浸軋5次染色深度相當(dāng)，耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度及耐日曬色牢度良好。優(yōu)化后的改性工藝參數(shù)為：改性劑B 6 g/L，改性溫度60℃，改性時(shí)間20 min。紅外光譜表明改性后棉織物帶有季銨基團(tuán)，Zeta電位表明經(jīng)改性劑B改性后棉織物表面Zeta電位由-22.10 mV轉(zhuǎn)為+8.70 mV。

關(guān)鍵詞：靛藍(lán)牛仔布;染色K/S值;陽(yáng)離子改性;染色牢度;Zeta電位

中圖分類(lèi)號(hào)：TS193.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2022）01-0146-05

Abstract： In order to enhance the dyeing depth of indigo denim， reduce the dyeing process by increasing theK/S value of denim and realize energy conservation and emissions reduction， this paper studies the modification process and mechanism of the cationic modifier B， discusses the effect of the mass concentration of modifier B， modification temperature， modification time onK/S value， and tests the infrared spectrum and Zeta potential of the cotton fabrics before and after modification， and the dyeing fastness of the cotton fabric after dyeing. The results indicated that the cotton fabric treated with the cationic modifier B was dyed with indigo. Under the same dyeing condition， the dyeingK/S value increased from 10.90 to 20.13. The dyeing depth of the modified cotton fabric after padding twice can be equal to that of the unmodified cotton fabric after padding for 5 times， and the color fastness to soap washing， friction and sunlight were good. The optimized modification process parameters were as follows： 6 g/L modifier B， a modification temperature of 60℃， and a modification time of 20 min. The infrared spectrum showed that the modified cotton fabric had a quaternary ammonium group， and the Zeta potential showed that the surface Zeta potential of the modified cotton fabric changed from-22.1 mV to +8.70 mV.

Key words： indigo denim; dyeing K/S value; cationic modification; dyeing fastness; Zeta potential

牛仔面料具有吸濕透氣、美觀舒適、耐磨耐穿等優(yōu)點(diǎn)[1]，牛仔服飾因悠久的文化內(nèi)涵和與時(shí)尚的易結(jié)合性使其經(jīng)久不衰，始終占據(jù)著龐大的市場(chǎng)規(guī)模[2]。近年來(lái)，由于紡織技術(shù)的發(fā)展，牛仔布的風(fēng)格也呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)[3]。隨著對(duì)牛仔服裝功能性的開(kāi)發(fā)，牛仔服飾的品質(zhì)及競(jìng)爭(zhēng)力也不斷提升[4]。在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，靛藍(lán)牛仔布的受歡迎程度迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年，全球市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到850億美元[5]，前景十分廣闊。

然而，由于靛藍(lán)染料與棉纖維親和力低，在傳統(tǒng)的靛藍(lán)染色工藝中需要經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的浸漬、氧化才能達(dá)到理想的色澤。并且靛藍(lán)染浴成分多，還原劑性質(zhì)不穩(wěn)定，會(huì)在染色廢水中產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，加劇污水處理負(fù)擔(dān)[6]。故研究縮短染色工序、減少?gòu)U液排放尤為重要。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道通過(guò)選擇對(duì)織物改性的方式增大上染率以達(dá)到增深效果[7-9]，但關(guān)于靛藍(lán)染色的陽(yáng)離子改性劑研究較少，且棉織物改性劑多在堿性條件下改性，牛仔布實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中靛藍(lán)染色前改性處理的燒堿難以洗除，若水洗不凈則會(huì)影響染色面料的色光穩(wěn)定性。

選用陽(yáng)離子改性劑B，探討其在中性條件下的改性效果、機(jī)理及改性織物的染色效果，對(duì)靛藍(lán)牛仔布染色節(jié)能減排、降低染色成本具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：純棉針織物（200 g/m2）;靛藍(lán);保險(xiǎn)粉、氫氧化鈉（均為分析純，杭州高精細(xì)化工有限公司）;二氧化硫脲（98%，杭州高精細(xì)化工有限公司）;陽(yáng)離子改性劑B（長(zhǎng)鏈季銨鹽類(lèi)化合物，南通大遙化學(xué)品有限公司）;滲透劑WET（工業(yè)級(jí)）。

實(shí)驗(yàn)儀器：SHA-B型數(shù)顯恒溫振蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）;P-AO/BO型立式/臥式氣壓電動(dòng)小軋車(chē)（佛山市亞諾精密機(jī)械制造有限公司）;TP Color-Tech型紅外線染色試樣機(jī);SF600 PLUS型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀（美國(guó)Data color公司）;Brook haven PLAS型Zeta電位儀;FTIR-850型傅里葉變換紅外光譜儀（天津港東科技股份有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 改性工藝

改性劑B 2～10 g/L，改性溫度40～80℃，改性時(shí)間5～25 min，浴比1∶50。

1.2.2 染色工藝

靛藍(lán)隱色體溶液制備：采用全浴還原法，分別加入規(guī)定量的靛藍(lán)、NaOH、保險(xiǎn)粉、二氧化硫脲和滲透劑WET，50℃還原10 min，溶液呈透明黃綠色，即得到靛藍(lán)隱色體溶液。

染色配方：靛藍(lán)1.2 g/L、NaOH 6 g/L，保險(xiǎn)粉18 g/L，二氧化硫脲1 g/L，滲透劑WET 5 g/L。

靛藍(lán)隱色體染色及皂煮：浸軋隱色體溶液（室溫下浸漬2 min、軋液率90%）→氧化（室溫下5 min，此為1次，反復(fù)浸軋多次）→水洗→皂煮（皂粉2 g/L，95℃皂煮20 min）→水洗→烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 K/S值測(cè)試

使用SF600 PLUS型測(cè)色配色儀測(cè)定染色織物的K/S值。每塊面料取不同位置的3處測(cè)試，取其平均值。測(cè)試條件：D65光源，10°視角。

1.3.2 染色牢度測(cè)試

參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測(cè)定試樣的耐皂洗色牢度，參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定試樣的耐摩擦色牢度，按 GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味入　返挠嘘P(guān)規(guī)定測(cè)定試樣的耐日曬色牢度。

1.3.3 紅外光譜測(cè)試

將改性前后棉織物碾成粉末，與KBr混合壓片，利用紅外光譜儀測(cè)定樣品紅外光譜。

1.3.4 Zeta電位測(cè)試

稱(chēng)取改性前后棉織物0.5 g，剪成細(xì)小纖維。配制0.001 mol/L的KCl溶液，將纖維均勻地分散在該溶液中。然后取纖維分散液，調(diào)節(jié)pH值，用超聲波分散10 min，最后用電位儀測(cè)試?yán)w維分散液的Zeta電位。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽(yáng)離子改性劑B改性工藝對(duì)K/S值影響

2.1.1 改性劑B質(zhì)量濃度對(duì)靛藍(lán)染色K/S值影響

分別用2、4、6、8、10 g/L改性劑B對(duì)棉織物進(jìn)行改性，然后用1.2.2中染色工藝進(jìn)行染色，測(cè)得染色織物K/S值及改性織物Zeta電位，結(jié)果如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，隨著改性劑用量的增大，靛藍(lán)染色棉織物K/S值也隨之增加，這是因?yàn)槊蘅椢锔男院蟊砻鎆eta電位由負(fù)變正，使靛藍(lán)隱色體陰離子更容易上染棉織物。當(dāng)改性劑用量為6 g/L時(shí)，染色K/S值趨向平衡，棉織物表面Zeta電位在6 g/L時(shí)也趨于平緩，因?yàn)槊蘩w維能夠結(jié)合的改性劑是一定的，當(dāng)改性劑與棉織物結(jié)合達(dá)到飽和時(shí)，繼續(xù)增大改性劑用量，棉織物Zeta電位和K/S值不會(huì)發(fā)生明顯變化。因此，靛藍(lán)染色棉織物的改性劑質(zhì)量濃度應(yīng)選擇6 g/L。

2.1.2 改性溫度對(duì)染色K/S值的影響

選擇改性劑B質(zhì)量濃度6 g/L，分別在40、50、60、70、80℃下對(duì)棉織物改性30 min。對(duì)改性后棉織物染色，測(cè)得染色織物K/S值如圖3所示。

從圖3可以得出，隨著改性溫度升高，靛藍(lán)染色棉織物的K/S值增高。升高溫度有利于改性劑分子與棉織物發(fā)生結(jié)合，因此染色K/S值增加。當(dāng)改性溫度高于60℃時(shí)，染色K/S值不再增加，說(shuō)明60℃時(shí)改性劑與棉織物的結(jié)合就已經(jīng)達(dá)到平衡。因此，改性溫度應(yīng)選擇60℃。

2.1.3 改性時(shí)間對(duì)染色K/S值的影響

選擇改性劑B質(zhì)量濃度6 g/L，在60℃下對(duì)棉織物分別改性5、10、15、20、25 min，對(duì)改性后棉織物進(jìn)行染色，測(cè)得染色織物K/S值如圖4所示。

由圖4可知，隨著改性時(shí)間的增加，染色織物K/S值逐漸增加，當(dāng)棉織物改性20 min時(shí)，靛藍(lán)染色的K/S值達(dá)到最高值，繼續(xù)延長(zhǎng)改性時(shí)間，K/S值也沒(méi)有明顯提升。因?yàn)檠娱L(zhǎng)時(shí)間會(huì)使改性劑與棉結(jié)合更充分，當(dāng)改性時(shí)間為20 min時(shí)，改性劑分子與棉纖維的結(jié)合基本達(dá)到飽和，染色K/S值也無(wú)明顯增加。因此，改性時(shí)間應(yīng)選擇20 min。

2.2 改性機(jī)理分析

2.2.1 紅外光譜

為了表征改性劑B結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其對(duì)棉織物的改性效果，測(cè)試了改性劑B及改性前后棉織物的紅外光譜，結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5可知，2916cm-1與2849cm-1為烷烴鏈中—CH3與—CH2的伸縮振動(dòng)峰，1487cm-1處是季銨鹽中C—N的伸縮振動(dòng)吸收，故陽(yáng)離子改性劑B為長(zhǎng)鏈烷烴季銨鹽類(lèi)化合物。如圖6所示，改性后，棉織物出現(xiàn)新峰，均為圖5中改性劑B特征吸收峰，由此可知，改性后棉織物已結(jié)合了改性劑B。分析圖5中改性劑結(jié)構(gòu)，改性劑B無(wú)與棉織物反應(yīng)性基團(tuán)，故改性劑B與棉為結(jié)合方式物理吸附結(jié)合。

2.2.2 Zeta電位

由圖2可知，棉織物改性后Zeta電位由-22.1 mV變?yōu)?8.70 mV，表明改性后棉織物表面帶正電荷，可使棉織物與靛藍(lán)隱色體陰離子之間原有的斥力變?yōu)橐?，增?qiáng)靛藍(lán)隱色體與棉織物之間的吸附，使上染率提高，從而大幅度提高染色K/S值。

2.3 改性棉織物的染色K/S值及染色牢度

將改性前后棉織物用1.2.2中染色工藝進(jìn)行染色，測(cè)得染色織物K/S值如圖7所示，測(cè)得織物染色牢度如表2 所示。

由圖7可知，改性后棉織物K/S值有大幅提升，浸軋兩次時(shí)染色K/S值就可達(dá)16.04，而未改性棉織物浸軋5次K/S值為15.98，改性棉織物浸軋2次便可與未改性棉織物浸軋5次染色深度相當(dāng)，說(shuō)明改性劑B改性后染色可減少多道染色工序，節(jié)約染色成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;由表2可以看出，經(jīng)改性劑B改性后靛藍(lán)染色棉織物原樣變色牢度達(dá)到 4～5級(jí)，棉及羊毛沾色牢度均達(dá)到 4 級(jí)，干摩擦色牢度達(dá)到 4～5 級(jí)，濕摩擦色牢度達(dá)到 3 級(jí)，耐日曬色牢度為3級(jí)，各項(xiàng)色牢度均較好，達(dá)到服用要求。

3 結(jié) 論

選用陽(yáng)離子改性劑B對(duì)棉織物進(jìn)行改性研究，探討了陽(yáng)離子改性劑B在中性條件下的改性效果、機(jī)理及對(duì)靛藍(lán)染色效果的影響，結(jié)論如下：

a） 經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性劑B處理后的棉織物再進(jìn)行靛藍(lán)染色，染色K/S值從10.90提高到20.13，各項(xiàng)染色牢度良好，改性棉織物浸軋2次便可與未改性棉織物浸軋5次染色深度相當(dāng)。可達(dá)到減少染色工序、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。優(yōu)化后的改性工藝參數(shù)：改性劑 6 g/L，改性溫度60℃，改性時(shí)間20 min，工藝簡(jiǎn)便，相較于市面常用改性劑無(wú)需堿洗，無(wú)需改變生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程，易于實(shí)際生產(chǎn)操作。

b） 紅外光譜表明改性后棉織物帶有季銨基團(tuán)，Zeta電位表明經(jīng)改性劑B改性后棉織物表面Zeta電位由-22.1 mV轉(zhuǎn)為+8.70 mV，說(shuō)明改性劑中季銨基團(tuán)使纖維表面電荷從負(fù)電荷變?yōu)檎姾桑沟逅{(lán)隱色體陰離子更易上染帶正電的棉織物，從而大幅提高染色K/S值。

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