董 奇，趙雅琴

(河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊050081)

隨著針織品向原料多樣性發(fā)展，人們對(duì)羊毛與其他纖維混紡產(chǎn)品的興趣越來(lái)越濃，這些紡織產(chǎn)品集兩種或多種纖維的優(yōu)點(diǎn)于一身，產(chǎn)品風(fēng)格獨(dú)特，棉毛混紡產(chǎn)品正是以其特色的風(fēng)格而具有巨大的市場(chǎng)前景［1］。羊毛優(yōu)良的彈性及熱傳導(dǎo)性，與全棉或棉與化纖混紡織物相比，棉毛混紡及交織物更暖和、舒適，不僅具有良好的質(zhì)感和外觀風(fēng)格，還具有良好的性價(jià)比，20世紀(jì)40年代以來(lái)棉/毛混紡產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)踐表明，棉/毛混紡產(chǎn)品可以將兩種纖維的特點(diǎn)融為一體，進(jìn)而使產(chǎn)品獲得獨(dú)具特色的風(fēng)格，同時(shí)也給這類產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)帶來(lái)了新的課題［2］。

但由于棉纖維和毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能不同，他們對(duì)酸堿的反應(yīng)性能相反，給染整加工帶來(lái)很大困難，毛/棉混紡織物染色通常用兩類染料二浴法染色或一浴法分別染混紡織物中的兩種纖維，工藝條件較難控制，染色時(shí)間也較長(zhǎng)，同時(shí)羊毛與棉纖維分別屬于蛋白質(zhì)纖維和纖維素纖維，染色性質(zhì)差異很大，因此很少用單一染料一浴法染成同色［3］。

為解決這一問(wèn)題，通過(guò)使用環(huán)氧季銨鹽改性劑對(duì)棉織物進(jìn)行陽(yáng)離子改性，改變了棉纖維的物理性能和化學(xué)性能，進(jìn)一步改變其染色性能，最終使其與毛纖維混紡以后進(jìn)行一浴法染色提供了方便［4］。開(kāi)發(fā)研究出單一染料一浴法染毛/改性棉混紡織物的工藝，必將促進(jìn)毛/改性棉產(chǎn)品的發(fā)展，并導(dǎo)致對(duì)毛纖維需求量增大并將提高棉纖維價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

經(jīng)煮練、漂白和絲光的平紋織物，羊毛。

季銨鹽類改性劑(3－氯－2－羥基丙基三甲基氯化銨，系工業(yè)制品，未經(jīng)進(jìn)一步提純);NaOH(分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司);乙酸(36%，天津市天新精細(xì)化工開(kāi)發(fā)中心);中性艷藍(lán)－BLN。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 最佳改性工藝

改性方法:將織物放入含有改性劑和氫氧化鈉的改性液中，浴比1∶20在一定溫度和時(shí)間下浸漬，取出，流水沖洗5～6 min，酸洗，再經(jīng)水洗至中性，自然晾干。

按L9(34)正交法進(jìn)行棉織物改性試驗(yàn)，使用中性艷藍(lán)－BLN按圖1染色工藝染色，主要以上染率評(píng)定改性效果。設(shè)置影響改性效果的主要因素分別為季銨鹽改性劑的質(zhì)量濃度、NaOH的質(zhì)量濃度、改性溫度。由正交試驗(yàn)確定主要、次要改性影響因素，得出改性工藝。

1.2.2 最佳一浴染色工藝

圖1 中性艷藍(lán)－BLN上染棉/毛織物工藝流程

按最佳改性工藝條件對(duì)棉進(jìn)行陽(yáng)離子化改性，使改性棉和羊毛按染色工藝，在同等條件下進(jìn)行按L9(34)正交法進(jìn)行染色試驗(yàn)，設(shè)置影響染色的四個(gè)主要因素分別為染料的用量、pH值、染色時(shí)間、染色溫度，以最終改性棉和毛的染色色差值評(píng)定染色效果。由正交試驗(yàn)得到初步最佳工藝和影響染色工藝的主要、次要因素，然后進(jìn)行單因素試驗(yàn)以得到最佳單因素條件，最后總結(jié)得出最佳染色工藝。

1.3 性能測(cè)試

使用GB 2503984評(píng)定變色用灰色樣卡評(píng)定羊毛與改性棉染色的色差。

按所制定的處方配制相應(yīng)空白染液A及相同的染液B，同時(shí)稱量纖維及染化料，放入同一水浴中。A染浴不加試樣，但其操作均按B染浴所規(guī)定的進(jìn)行。分別將染色殘液和經(jīng)歷染色過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至適當(dāng)濃度，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定染色殘液的吸光度B，然后按下式計(jì)算上染率E(%)

式中:X—染色殘液中的染料量相對(duì)于染料初始

加入量的百分?jǐn)?shù)(%);

A—標(biāo)準(zhǔn)染液的吸光度;

B—標(biāo)準(zhǔn)殘液的吸光度;

n—標(biāo)準(zhǔn)染液和標(biāo)準(zhǔn)殘液的測(cè)定濃度的倍數(shù)。

牢度測(cè)試:耐洗牢度按GB/T 3921.1—1997《紡織品色牢度實(shí)驗(yàn)?zāi)拖蠢味葘?shí)驗(yàn)》，摩擦牢度按GB/T3920—1997《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐摩擦度實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性工藝

選擇改性劑質(zhì)量濃度(A)、堿劑質(zhì)量濃度(B)、改性溫度(C)為實(shí)驗(yàn)因素各因素取3水平選用L9(34)正交表表頭設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 因素和水平表

表2 陽(yáng)離子化正交實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

上染百分率越高，改性效果越好。

(1)因子A:因 K2 ＞K3 ＞K1，故選K2，即水平2;

(2)因子B:因K3＞K2＞K1，故選K3，即水平3;

(3)因子C:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1。

由上表可以看出極差 RB＞RA＞RC，則在陽(yáng)離子化處理?xiàng)l件中，催化劑氫氧化鈉是影響棉陽(yáng)離子化效果的最顯著因素，其次是陽(yáng)離子試劑質(zhì)量濃度和處理溫度。由表2的結(jié)果并結(jié)合成本及效率分析確定，最佳改性工藝條件為:NaOH質(zhì)量濃度30 g/L，改性劑質(zhì)量濃度40 g/L，改性溫度40℃。

2.2 染色工藝

選擇染料用量(A)、pH值(B)、染色溫度(C)、染色時(shí)間(D)為實(shí)驗(yàn)因素各因素取3水平選用L9(34)正交表表頭設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 因素和水平表

表4 染色正交實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)色差評(píng)級(jí)來(lái)判定改性棉和羊毛一浴染色效果，色差級(jí)別越大，色差越小，染色效果越好。由表4可看出，極差RB＞RD＞RC＞RA，因此可以得出影響改性棉和羊毛同色性能的主要次要因素:

因子A:因K2＞K3＞K1，故選K2，即水平2;因子B:因K2＞K3＞K1，故選 K2，即水平2;因子C:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1;因子D:因K1＞K2＞K3，故選K1，即水平1。

對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行分析，pH值是影響羊毛/改性棉混紡織物同色性能的最主要影響因素，染色時(shí)間次之，染色溫度和染料用量影響最小。最后大致得出染色工藝為:染料用量2%((owf)，pH值=7，染色溫度90℃，染色時(shí)間30 min。之后再對(duì)各影響因素進(jìn)行單因素分析。

2.2.1 pH值對(duì)染色效果的影響

確定染料用量2%(owf)，染色溫度90℃，染色時(shí)間30 min為固定染色條件，只改變pH值，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，來(lái)探索pH值對(duì)染色效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 pH值對(duì)染色同色性能的影響

由表5可得，當(dāng)pH值=8時(shí)改性棉和羊毛的色差為4～5級(jí)，兩者染色同色性能最好。由表5可以看出總體上改性棉上染率達(dá)70%左右相對(duì)于毛較高，在pH值=8時(shí)最高。而羊毛的上染百分率隨pH值的升高而不斷降低，當(dāng)染液為酸性時(shí)，羊毛結(jié)合氫離子而帶正電，與染料的親和力較大，因此其上染百分率較高。當(dāng)染液為堿性時(shí)，羊毛顯負(fù)電性，與染料的親和力不如酸性時(shí)大，因此上染百分率低。由此可見(jiàn)羊毛染色時(shí)，氫離子有促進(jìn)上染作用，相反堿性條件會(huì)抑制上染。

2.2.2 恒溫染色時(shí)間對(duì)染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色溫度90℃，染料用量2%(owf)為固定染色條件，只改變恒溫染色時(shí)間，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 恒溫染色時(shí)間對(duì)同色性能的影響

由表6可知，羊毛的上染百分率隨恒溫染色時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，但當(dāng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，其上染百分率反而下降，這是因羊毛具有鱗片層結(jié)構(gòu)，在染色初期，鱗片處于關(guān)閉狀態(tài)，染料不能透過(guò)鱗片接近纖維并固著在纖維上。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)和染液溫度的提高，鱗片層逐漸打開(kāi)，染料通過(guò)鱗片層之間的縫隙進(jìn)入纖維內(nèi)部并完成上染。但當(dāng)恒溫染色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，由于染液中染料濃度逐漸降低直至低于纖維上染料的濃度，隨著染色的進(jìn)行，已經(jīng)上染的染料可能會(huì)再次從纖維上解吸下來(lái)，從而造成上染白分率降低。改性棉與染料的親和力較大，又由于其纖維結(jié)構(gòu)中沒(méi)有鱗片層，纖維可直接與染料接觸，因此其初期上染速率較快，而后期已經(jīng)上染的染料也不易再次發(fā)生解吸，最后其上染百分率較高，而羊毛的較低。

2.2.3 染色溫度對(duì)染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色時(shí)間40 min。染料用量2%(owf)為固定染色條件，只改變恒溫染色溫度，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 染色溫度對(duì)同色性能的影響

由表7可知，羊毛的上染百分率隨著溫度的升高而逐漸增大，在100℃時(shí)達(dá)到最大值，羊毛的鱗片層結(jié)構(gòu)在溫度不夠高時(shí)，張開(kāi)得不夠充分，只有當(dāng)溫度在95℃染色或沸染時(shí)鱗片層充分張開(kāi)，染料上染充分，上染百分率最高，羊毛得色最深。同時(shí)棉的上染百分率也隨上染溫度的升高而不斷增大，但由于羊毛和改性棉染色中染色效果的差異性，想要把兩種纖維染得相近顏色，因此選擇相對(duì)低的染色溫度，由此來(lái)抑制羊毛的上染，而改性棉又可獲得不錯(cuò)的染色深度，由此選擇90℃的上染溫度，即可滿足同色要求。

2.2.4 染料用量對(duì)染色效果的影響

確定染色pH值=8，染色時(shí)間40 min，染色溫度90℃為固定染色條件，只改變?nèi)玖嫌昧窟M(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 染料用量對(duì)染色同色效果的影響

由表8可以看出，當(dāng)染料的用量較低，低于2%(owf)時(shí)，改性棉和羊毛的上染百分率均較高，但總體來(lái)說(shuō)改性棉的上染百分率比羊毛高很多。當(dāng)染料用量較高，高于2%(owf)時(shí)，羊毛和改性棉的上染百分率顯著降低，染料的利用率較低。這是因?yàn)檠蛎透男悦奘褂弥行匀玖先旧珪r(shí)屬于弗萊因德力胥吸附等溫線，染料對(duì)纖維的吸附上染速率隨染料用量的提高而逐漸降低，染料總體增多了，但其吸附上染量并沒(méi)有增加多少，因此造成染料大量浪費(fèi)，上染百分率逐漸降低。

3 結(jié)論

(1)最佳改性工藝條件為:NaOH質(zhì)量濃度30 g/L，改性劑質(zhì)量濃度40 g/L，改性溫度40℃。

(2)最佳染色工藝為:染料用量2%(owf);pH值=8;染色時(shí)間40 min;染色溫度90℃，最終色差級(jí)4～5。

［1］謝孔良，孫燕.活性染料無(wú)鹽染色技術(shù)進(jìn)展［J］.染整技術(shù)，2006(8):32.

［2］孟春麗.棉織物化學(xué)改性及其染色工藝研究［J］.印染，2007(8):23.

［3］王洪海.反應(yīng)性陽(yáng)離子改性劑的改性工藝探討［J］.國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2010(3):10－13.

［4］王東偉，汪青，劉元美.活性染料無(wú)鹽和低鹽染色研究進(jìn)展［J］.中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(8):14－17.