張滕家璐， 吳 偉， 鐘 毅， 毛志平,3， 徐 紅

(1. 東華大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 化學(xué)化工與 生物工程學(xué)院, 上海 201620； 3. 國(guó)家先進(jìn)印染技術(shù)創(chuàng)新中心, 山東 泰安 271000)

長(zhǎng)期以來(lái)，針織物的常規(guī)印染加工,如漂白、染色等濕處理工藝主要采用間歇式繩狀工藝路線，該工藝路線生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝相對(duì)成熟，適用于小批量、多品種的生產(chǎn)，但仍存在工藝流程長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、能耗水耗大等問(wèn)題[1-2]。

針織物平幅連續(xù)加工可提高加工效率，縮短加工時(shí)間，解決能耗水耗及生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)前處理加工階段的節(jié)能減排[3-4]，因此，針織物的平幅連續(xù)加工技術(shù)是目前紡織印染行業(yè)研究探討的熱點(diǎn)。對(duì)平幅連續(xù)加工技術(shù)的研究，大都聚焦于助劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[5]、白度等物理性能的提升[6]、連續(xù)加工設(shè)備的開(kāi)發(fā)[7]等幾個(gè)方面，但對(duì)于平幅前處理加工后棉織物的染色性能及纖維結(jié)構(gòu)變化的研究報(bào)道較少。文獻(xiàn)[8]研究表明，經(jīng)平幅連續(xù)前處理后織物染色布面得色較淺，但對(duì)此并未進(jìn)行深入研究。

本文對(duì)純棉針織物進(jìn)行平幅連續(xù)軋蒸前處理，并對(duì)練漂半制品進(jìn)行平幅軋染，比較平幅前處理后針織物的白度、毛效等對(duì)后續(xù)染色織物的K/S值、固色率等性能的影響，通過(guò)分析前處理后棉纖維的超分子結(jié)構(gòu)，探討平幅前處理半制品染色后表觀深度較淺的原因，并對(duì)針織物平幅前處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

織物：全棉單面緯平針織坯布(面密度150 g/m2)。

藥品：氫氧化鈉(NaOH)、30%過(guò)氧化氫(H2O2)、氯化鈉(NaCl)、碳酸鈉(Na2CO3)、3-硝基苯磺酸鈉、海藻酸鈉、尿素、冰醋酸、草酸鈉、高錳酸鉀、硫酸(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；滲透劑JFC、表面活性劑1305、氧漂穩(wěn)定劑、耐堿滲透劑(實(shí)驗(yàn)室自制)；活性紅L-4B(M型異雙活性基，上海安諾其紡織化工股份有限公司)。

儀器：SF650型測(cè)色配色儀,美國(guó)Datacolor公司；M-TENTER型連續(xù)式織物熱定型機(jī),臺(tái)灣瑞比公司；Rapid電動(dòng)軋車(chē),臺(tái)灣Rapid精密機(jī)械有限公司；DHE型高溫汽蒸箱，瑞士Mathis公司；往復(fù)式水浴恒溫振蕩器，太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；HD026 N-200型多功能織物強(qiáng)力儀，南通宏大公司；YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)試儀，溫州大榮紡織儀器有限公司；VIS-7200A型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；DSC214型差示掃描量熱儀，德國(guó)NETSCH公司；D/max-2550 PC型X射線衍射分析儀，日本理學(xué)公司。

1.2 棉針織物前處理工藝

1.2.1 傳統(tǒng)浸漬練漂工藝

工藝處方：NaOH 1 g/L,30%H2O25 g/L,表面活性劑0.8 g/L,氧漂穩(wěn)定劑0.5 g/L,浴比1∶10。

工藝流程：從室溫開(kāi)始以3 ℃/min速度升溫至95 ℃，處理30 min，處理結(jié)束后取出試樣，依次熱水洗、冷水洗、烘干。

1.2.2 平幅連續(xù)練漂工藝

1)平幅軋蒸前處理。工藝處方：NaOH 10 g/L，30%H2O225 g/L，表面活性劑3 g/L、氧漂穩(wěn)定劑1 g/L。工藝流程：坯布→浸軋煮漂液(軋余率100%～110%)→汽蒸(100 ℃、25 min)→熱水洗(90 ℃)→中和(pH值5.5～6)→水洗(60 ℃水洗、冷水洗)→烘干。

2)平幅半絲光-軋蒸前處理。半絲光工藝處方：NaOH 160 g/L，耐堿滲透劑2 g/L。軋蒸前處理工藝處方：NaOH 10 g/L，30%H2O225 g/L，表面活性劑3 g/L，氧漂穩(wěn)定劑1 g/L。工藝流程：坯布→浸軋絲光液(軋余率100%)→淋洗→浸軋煮漂液(軋余率100%～110%)→汽蒸(100 ℃、25 min)→熱水洗(90 ℃)→中和(pH值5.5～6)→水洗(60 ℃水洗、冷水洗)→烘干。

1.3 染色工藝

染液處方：染料10 g/L,5%海藻酸鈉糊40 g/L,滲透劑JFC 2 g/L；固色液處方：Na2CO340 g/L，3-硝基苯磺酸鈉2 g/L，NaCl 200 g/L。

工藝流程：前處理半制品 → 浸軋染液(軋余率85%)→烘干(80 ℃，3 min)→ 浸軋固色液(軋余率85%)→汽蒸(100 ℃，相對(duì)濕度90%，3 min)→水洗→熱水洗→皂洗→熱水洗→水洗→烘干。

1.4 前處理后織物性能測(cè)試

按照GB/T 8424.2—2001《紡織品 色牢度試驗(yàn) 相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》測(cè)定試樣的白度。

按照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測(cè)定試樣的毛細(xì)效應(yīng)(30 min)。

按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》測(cè)定試樣的頂破強(qiáng)力。

質(zhì)量損失率w是指經(jīng)過(guò)練漂前處理加工后，針織物質(zhì)量的損失百分比，按下式計(jì)算：

式中：m1為前處理后針織物的干燥質(zhì)量,g；m0為棉針織坯布的干燥質(zhì)量，g。

用酸性萃取液對(duì)試樣表面的H2O2進(jìn)行萃取，并用標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定[6]，測(cè)試試樣上H2O2的殘留量。

1.5 棉纖維結(jié)構(gòu)分析

結(jié)晶度測(cè)定：采用X射線衍射分析儀測(cè)試織物晶區(qū)，并采用分峰法進(jìn)行結(jié)晶度計(jì)算。

微隙結(jié)構(gòu)測(cè)定：采用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)定纖維的微隙結(jié)構(gòu)[9]。纖維上的水分可分為自由水、可凍結(jié)合水和不可凍結(jié)合水3種，用DSC法可將3種狀態(tài)的水區(qū)別開(kāi)來(lái)[10-11]。在表面張力作用下，處于纖維孔隙內(nèi)的水的冰點(diǎn)會(huì)降低，因此，采用DSC法測(cè)試?yán)w維中不同狀態(tài)水的冰點(diǎn)，通過(guò)冰點(diǎn)降低程度計(jì)算獲得孔道半徑、微分孔體積、孔道總?cè)莘e及孔內(nèi)表面積等孔隙數(shù)據(jù)。

1.6 染色性能測(cè)試

固色率測(cè)試：采用尿素剝色法[12]測(cè)試。

表觀深度測(cè)試：通過(guò)測(cè)色配色儀測(cè)定棉針織物的表觀深度(K/S值),選擇4個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)色,測(cè)試結(jié)果取平均值。

染色牢度測(cè)試：耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》中的C(3)方法測(cè)試；耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理后棉針織物的性能及染色效果

配制前處理液，分別對(duì)棉針織坯布進(jìn)行傳統(tǒng)浸漬、平幅軋蒸前處理，并對(duì)練漂半制品進(jìn)行平幅軋染。測(cè)試前處理后棉針織物的性能以及染色性能指標(biāo)，結(jié)果如表1、2所示。

表1 不同前處理工藝處理效果對(duì)比Tab.1 Comparison of treatment effects of different bleaching and scouring processes

表2 不同前處理工藝處理后棉針織物染色性能對(duì)比Tab.2 Comparison of dyeing properties of cotton knitted fabrics with different bleaching and scouring processes

由表1可以看出，前處理工藝結(jié)束后，織物經(jīng)多次水洗，表面的H2O2基本無(wú)殘留。與傳統(tǒng)浸漬前處理工藝相比，平幅前處理后針織物頂破強(qiáng)力較高，白度及毛效與浸漬前處理相當(dāng)；結(jié)晶度較高，為67.9%。由表2可以看出:平幅前處理半制品染色后耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均達(dá)到4級(jí)以上，符合工業(yè)生產(chǎn)的要求;與浸漬前處理織物相比，平幅前處理織物軋染后的固色率及K/S值均較低。

棉纖維是多孔結(jié)構(gòu)，為了分析不同前處理方式對(duì)棉纖維微隙結(jié)構(gòu)的影響，將前處理后棉針織物用水潤(rùn)濕，使其溶脹，測(cè)定纖維中水的融化曲線，并計(jì)算孔道半徑、微分孔體積、孔道總?cè)莘e及孔內(nèi)表面積。圖1示出經(jīng)不同前處理工藝后溶脹態(tài)棉纖維中水的融化曲線及纖維內(nèi)部的孔徑分布。表3示出經(jīng)不同前處理工藝處理后棉纖維的孔性質(zhì)。

由圖1和表3可知，和浸漬前處理工藝相比，平幅前處理后溶脹態(tài)棉纖維內(nèi)孔徑分布范圍較窄,棉纖維孔道總?cè)莘e和孔內(nèi)表面積均較小，分別為0.22 cm3/g和5.77 m2/g。棉纖維中孔隙主要由微結(jié)構(gòu)單元的不完全側(cè)向堆積引起的，小孔隙存在于纖維的無(wú)定形區(qū)，大孔隙存在于微原纖之間，因此,纖維結(jié)晶度的降低會(huì)增加小孔隙的數(shù)量和體積[13]。

圖1 不同前處理工藝溶脹態(tài)棉纖維中水的 融化曲線及纖維內(nèi)部的孔徑分布Fig.1 Melting curves of water in cotton fiber with different pretreatment processes (a) and pore diameter distribution diagram inside fiber (b)

表3 不同前處理工藝棉纖維的孔性質(zhì)Tab.3 Pore properties of cotton fibers with different pretreatment processes

浸漬前處理后纖維的結(jié)晶度較低，而平幅前處理后纖維結(jié)晶度較高，這與二者間微隙結(jié)構(gòu)的差異相一致。根據(jù)孔道擴(kuò)散模型，染料分子是在溶脹態(tài)棉纖維內(nèi)部相互連通的孔道中擴(kuò)散和吸附的[14]。纖維的微隙結(jié)構(gòu)是決定擴(kuò)散和吸附能力的重要性質(zhì)[15]，也是影響染色效果的重要因素。

2.2 堿處理對(duì)棉針織物性能的影響

在室溫下對(duì)平幅前處理工藝的練漂半制品進(jìn)行堿處理，浸堿時(shí)間為1 min,NaOH質(zhì)量濃度為120～220 g/L。對(duì)堿處理后棉針織物進(jìn)行平幅軋染，測(cè)定結(jié)晶度、固色率及K/S值，探究堿處理對(duì)染色效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 NaOH質(zhì)量濃度對(duì)棉纖維結(jié)晶度 與軋染染色效果的影響Fig.2 Effect of NaOH concentration on crystallinity (a) and open width pad dyeing effect (b) of cotton fiber

由圖2可知，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增大，纖維結(jié)晶度逐漸降低，無(wú)定形區(qū)逐漸增大，染色后固色率和K/S值逐漸增大，這與文獻(xiàn)[16]報(bào)道的情況相一致。

2.3 平幅軋蒸前處理工藝的改進(jìn)

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)平幅軋蒸前處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，以解決其后續(xù)染色效果不好的問(wèn)題。在平幅軋蒸前處理前，對(duì)棉針織坯布進(jìn)行半絲光處理。針織物浸漬半絲光處理液，半絲光處理液的NaOH濃度可根據(jù)對(duì)織物絲光后染色K/S值等指標(biāo)的要求進(jìn)行調(diào)整,本文實(shí)驗(yàn)選擇160 g/L；絲光織物經(jīng)淋洗后過(guò)軋車(chē)將織物表面帶堿量降到練漂所需濃度，免除絲光后的酸中和及多道水洗，浸軋練漂液，再經(jīng)汽蒸、熱水洗、中和、冷水洗后，得到平幅前處理針織物；由于織物練漂時(shí)其表面帶有堿，因此可減少練漂過(guò)程堿槽中的補(bǔ)堿量。室溫下，棉針織坯布浸堿20 s后過(guò)軋車(chē)(軋余率為100%)，經(jīng)淋洗后浸軋前處理液，經(jīng)軋蒸前處理得到練漂半制品，測(cè)試試樣性能；對(duì)練漂半制品進(jìn)行平幅軋染，測(cè)試其染色性能；并測(cè)定纖維中水的融化曲線，計(jì)算微分孔體積、孔道總?cè)莘e及孔內(nèi)表面積。圖3示出溶脹態(tài)棉纖維內(nèi)部的孔徑分布。表4示出半絲光處理后棉織物的性能。

圖3 不同前處理工藝溶脹態(tài)棉纖維內(nèi)部的孔徑分布圖Fig.3 Pore diameter distribution diagram inside cotton fiber with different pretreatment processes

表4 半絲光處理后棉織物的性能Tab.4 Influence of weak mercerization process on properties of cotton fabric

由表4和圖3可知：棉針織物經(jīng)上述前處理工藝處理后，纖維的結(jié)晶度為58.0%，小孔隙增多，孔道總?cè)莘e及孔內(nèi)表面積均增大；其染色性能得到較大提升，軋染K/S值可達(dá)到13.02，高于浸漬前處理織物軋染的K/S值。

3 結(jié) 論

本文對(duì)棉針織物進(jìn)行平幅連續(xù)前處理，對(duì)練漂半制品進(jìn)行平幅軋染，測(cè)試并分析了前處理后織物白度、固色率及K/S值等指標(biāo)，得出如下結(jié)論。

1)和傳統(tǒng)浸漬前處理工藝相比，平幅軋蒸前處理工藝更溫和，處理后棉纖維結(jié)晶度較高、孔內(nèi)表面積較小而染料可及度較低，因此其染色性能如固色率、K/S值較差。

2)增加半絲光處理，可解決棉針織物平幅軋蒸前處理工藝后續(xù)染色效果不好的問(wèn)題，同時(shí)還賦予織物絲光效果。