車環(huán)禹，劉千禧，于曉慶，孟祥玲，韓一戈

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080)

活性染料具有色澤鮮艷，色譜齊全，性價(jià)比高等特性，被廣泛應(yīng)用于棉纖維染色[1-2]。國(guó)產(chǎn)活性染料易吸潮水解，所以其貯存期要求不超過(guò)2年，但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常由于生產(chǎn)品種的變化，使購(gòu)進(jìn)的染料閑置不用，以至超期報(bào)廢，大大降低了染料的利用率[3-4]。同時(shí)，在染色過(guò)程中，活性染料與纖維素纖維會(huì)在堿性條件下發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合，但活性染料也會(huì)在這個(gè)過(guò)程中發(fā)生水解，這也會(huì)降低染料利用率[5]，特別是X型染料，其固色表現(xiàn)相對(duì)較弱[6]。染液中殘留的水解染料會(huì)增加印染廢水的色度，加大染色廢水處理難度[7]。水解后的活性染料可以當(dāng)作酸性染料進(jìn)行處理，因?yàn)榛钚匀玖系哪阁w結(jié)構(gòu)與酸性染料分子結(jié)構(gòu)相似[8-9]，因此，探究如何充分利用水解后的活性染料，減少染料浪費(fèi)和染色廢水的排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)具有重要意義。

本文擬采用水解均三嗪型和均三嗪/乙烯基砜型活性染料對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，將染色后織物與酸性紅106染色后的羊毛織物進(jìn)行對(duì)比，分析不同類型染料對(duì)羊毛染色效果的差異。采用水解活性染料和酸性染料進(jìn)行拼色，探討水解活性染料和酸性染料的拼色性能。同時(shí)初步探究棉用活性染料染色殘液對(duì)羊毛織物的染色，以期充分利用棉用活性染料染色殘液，減少染色廢水排放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

織物：經(jīng)過(guò)前處理的純羊毛織物(經(jīng)紗線密度 28 tex，緯紗線密度 24 tex，面密度185 g/m2)；經(jīng)過(guò)前處理的純棉織物(經(jīng)紗線密度14.6 tex，緯紗線密度14.6 tex，面密度137 g/m2)。

藥品：活性艷紅X-3B、活性紅3BS、酸性紅106、酸性嫩黃2G(工業(yè)品，宜興市振楊染料化工有限公司)；氫氧化鈉(NaOH)、鹽酸(HCl)、碳酸鈉(Na2CO3)、硫酸(H2SO4)(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；皂粉(上海大堡雪利化工科技有限公司)；滲透劑JFC(江蘇省海安石油化工廠);平平加O-25(廣州市樂(lè)信化工有限公司)。

儀器:YP1002N型電子天平(上海天美天平儀器有限公司); UV-2450紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津公司)；AS-12常溫振蕩式小樣染色機(jī)(佛山市亞諾精密機(jī)械制造有限公司)；SW-12A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州市大榮紡織儀器有限公司)；Y(B)571-III色牢度摩擦儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)；CM-3600A電腦測(cè)色配色系統(tǒng)(柯尼卡美能達(dá)公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水解活性染料染液的制備

配制1 L質(zhì)量濃度為2 g/L的活性艷紅X-3B和活性紅3BS溶液，用濃度4 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值為12后置于96 ℃水浴中恒溫1 h，視為水解活性染料染液。

1.2.2 棉織物染色工藝

工藝處方1：染料用量x%(owf)，食鹽質(zhì)量濃度40 g/L，NaoH質(zhì)量濃度10 g/L，滲透劑JFC質(zhì)量濃度2 g/L，平平加O-25 質(zhì)量濃度0.5 g/L[10]，浴比1∶50。

工藝處方2：染料用量x%(owf)，食鹽質(zhì)量濃度40 g/L，NaoH質(zhì)量濃度10 g/L，浴比1∶50[11]。

工藝處方3：染料用量x%(owf)，浴比1∶50。

工藝流程：將棉織物浸入60 ℃染液中，入染15min后加入1/2用量食鹽，染色15min后加入剩余的食鹽，染色15min后加入NaoH，保溫固色30min。染色結(jié)束后，取出布樣，染色殘液用于羊毛織物染色。

1.2.3 羊毛織物染色工藝

工藝處方：染料x(chóng)%(owf)，濃硫酸調(diào)節(jié)染液pH值為2.5～3.0[12]，浴比1∶50。

工藝流程：將羊毛織物浸入40 ℃染液中，入染10min后以2 ℃/min升溫。當(dāng)溫度達(dá)到92～96 ℃時(shí)，保溫染色1 h。染色結(jié)束后，取出羊毛織物，用冷水洗、皂煮(皂片2 g/L，浴比1∶30，95℃，10min)、水洗、烘干。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1K/S值

通過(guò)測(cè)色配色儀測(cè)定染色織物的表觀深度(K/S值)，選擇4個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)色，取平均值。

1.3.2 色牢度

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》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。

1.3.3 上染百分率

在染液最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)得吸光度Ai，按下式計(jì)算上染百分率：

上染百分率=(1-Ai×ni/A0×n0)×100%

式中：A0為染色原液吸光度;Ai為染色殘液吸光度；n0為染色原液稀釋倍數(shù);ni為染色殘液稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 染液pH值對(duì)染色性能的影響

配制水解活性艷紅X-3B、水解活性紅3BS和酸性紅106 3種染料，染料用量均為2%(owf)，改變?nèi)疽簆H值，采用1.2.3節(jié)工藝對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，測(cè)試染色后羊毛織物的K/S值和上染百分率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同pH值條件下染色羊毛織物性能Fig.1 Properties of dyed wool fabrics at different pH conditions.(a)K/S value ；(b)Dye uptake rate

從圖1(a)可以看出，3種染料對(duì)羊毛纖維染色的K/S值具有相似的變化趨勢(shì)，當(dāng)pH值為3～4時(shí)，3種染料染色羊毛織物的K/S值相近且保持穩(wěn)定，當(dāng)pH值大于4時(shí)，水解活性艷紅X-3B染色織物的K/S值隨著pH值的增加而下降，而酸性紅106和水解活性紅3BS染色后織物K/S值在pH值大于5時(shí)才開(kāi)始下降。從圖1(b)可以看出，水解活性紅3BS的上染百分率大于酸性紅106和水解活性艷紅X-3B，在pH值為3～4之間時(shí)，3種染料的上染百分率都達(dá)到90%以上，隨著pH值得增加，3種染料的上染百分率下降，且酸性紅106的下降幅度大于水解活性染料。這可能是因?yàn)檠蛎w維的等電點(diǎn)為3.5～4.8[5]，在等電點(diǎn)以下時(shí)，染液pH值越低，羊毛纖維的正電性越強(qiáng)，越有利于陰離子染料的上染纖維；當(dāng)pH值增大時(shí)，羊毛纖維上的正電性降低，纖維與染料之間的吸引力減小，所以染料上染百分率降低，染色后羊毛織物的K/S值減小。這表明水解活性染料與羊毛纖維之間的作用力和酸性染料與羊毛纖維之間的作用力相同，主要是通過(guò)離子鍵、范德華力和氫鍵相結(jié)合，而活性染料水解的活性基對(duì)此染色過(guò)程無(wú)明顯影響。

2.2 染料用量對(duì)染色性能的影響

配制不同用量的水解活性艷紅X-3B、水解活性紅3BS和酸性紅106 3種染液，調(diào)節(jié)染液pH值為3左右，采用1.2.3節(jié)工藝對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，測(cè)試染色后羊毛織物的K/S值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 染料用量對(duì)羊毛織物K/S值的影響Fig.2 Effect of dye content on K/S value of wool fabrics

由圖2可知，水解活性紅3BS和水解活性艷紅X-3B與酸性紅106染色后的羊毛織物具有相似的K/S值曲線，在染料用量較低時(shí)，3種染料具有較高的提升力，酸性紅106染色后織物的K/S值增加地更為迅速。當(dāng)染料用量增加到2%(owf)時(shí)，羊毛織物的K/S值基本保持穩(wěn)定，這可能是因?yàn)樗嵝约t106的染料強(qiáng)度高于水解活性染料，所以在相同用量條件下，酸性紅106的有效濃度高，導(dǎo)致酸性紅106在低用量染色羊毛織物時(shí)，羊毛織物的K/S值增加較快。而當(dāng)染料用量增加到2%(owf)以上時(shí)，達(dá)到染料染色的飽和濃度，所以染后羊毛織物的K/S值基本保持不變。所以在染色羊毛織物時(shí)，水解活性染料染色羊毛織物的深度隨著染料用量的增加而增加，其染色規(guī)律與酸性染料染色羊毛織物相一致，并且可以達(dá)到與酸性染料相同的染色深度。

為驗(yàn)證酸性紅106的染料強(qiáng)度大于活性染料，配制了一系列不同質(zhì)量濃度的染料，在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)試3種染料在最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度，繪制質(zhì)量濃度與吸光度曲線，如圖3所示。

圖3 染料質(zhì)量濃度與吸光度曲線Fig.3 Diagram of concentraton and absorption

從圖3可以看出，酸性紅106、水解活性紅3BS和水解活性艷紅X-3B 3種染料擬合曲線的相關(guān)系數(shù)分別為0.999 4、0.999 7和0.999 9，說(shuō)明3種染料的吸光度和質(zhì)量濃度滿足線性關(guān)系，3種染料的質(zhì)量濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率分別為27.12，26.62以及10.74。說(shuō)明酸性紅106的染料強(qiáng)度最大，水解活性紅3BS次之，而水解活性艷紅X-3B的染料強(qiáng)度最小。染料強(qiáng)度大，導(dǎo)致染液中染料有效濃度增加，在低用量時(shí)，上染到纖維上的染料量增加，染色后織物的K/S值也增大。

2.3 水解活性艷紅X-3B與酸性紅106拼色

酸性紅106與活性艷紅X-3B分子結(jié)構(gòu)相似，所以實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)2種染料在1.2.3節(jié)羊毛織物染色工藝條件下進(jìn)行拼色，探究水解活性染料與酸性染料在不同用量下對(duì)羊毛織物拼色的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 水解活性艷紅X-3B與酸性紅106拼色對(duì)羊毛織物K/S值的影響Fig.4 Effect of color matching of hydrolytic Reactive Brilliant Red X-3B and Acid Red 106 on K/S value of wool fabrics

由圖4可知，酸性紅106與水解活性艷紅X-3B拼色后，可以有效提高染色后織物的染色深度，當(dāng)2種染液染料總用量為1%(owf)時(shí)，羊毛織物的染色深度相近。水解活性艷紅X-3B與酸性紅106分別染色羊毛織物時(shí)，具有相似的染色效果；當(dāng)使用1種染料時(shí)，染料用量低于0.5%(owf)時(shí)，酸性紅106的染料提升性能優(yōu)于水解活性艷紅X-3B，而當(dāng)染料用量繼續(xù)增加時(shí)，水解活性艷紅X-3B的染料提升性能優(yōu)于酸性紅106。這可能是因?yàn)樗嵝约t106的染料強(qiáng)度大，在較低用量下就可以達(dá)到較深的染色深度，而水解活性艷紅X-3B的染料強(qiáng)度小，所以在低用量下，染料的提升性能較弱。

2.4 酸性嫩黃2G分別與水解活性艷紅X-3B和酸性紅106拼色

染色時(shí)還需要對(duì)不同顏色進(jìn)行拼色，以獲得色彩各異的染色織物。實(shí)驗(yàn)選用1%(owf)的酸性嫩黃2G分別與2種紅色染料進(jìn)行拼色，采用1.2.3節(jié)羊毛織物染色工藝條件進(jìn)行染色，以探討水解活性艷紅X-3B和酸性紅106染料用量變化與酸性嫩黃2G拼色后的織物K/S值的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 水解活性艷紅X-3B與酸性紅106分別與酸性嫩黃2G拼色后對(duì)羊毛織物K/S值的影響Fig.5 Effect of dyestuffs of different concentrations on K/S value of wool dyed with Acid Bright yellow 2G

由圖5可知，水解活性艷紅X-3B和酸性紅106對(duì)酸性嫩黃2G染色深度的影響相似，染色后織物的K/S值都隨著染料用量的增加而增加。這可能是因?yàn)樗饣钚云G紅X-3B與酸性紅106的分子結(jié)構(gòu)相似，它們對(duì)酸性嫩黃2G和羊毛纖維的作用力也基本相似，所以羊毛織物的K/S值隨著水解活性艷紅X-3B和酸性染料的用量變化而呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。但是在低用量時(shí)，水解活性艷紅X-3B與酸性嫩黃2G拼色后羊毛織物的K/S值低于酸性紅106與酸性嫩黃2G拼色的K/S值，這主要時(shí)因?yàn)樗嵝约t106的染料強(qiáng)度高于水解活性艷紅X-3B的染料強(qiáng)度。這一現(xiàn)象與2種染料單獨(dú)染色織物的規(guī)律相一致。

2.5 羊毛織物色牢度測(cè)試結(jié)果

水解活性艷紅X-3B可以在酸性條件下上染羊毛纖維，而且染料具有較高的上染百分率。為了探究水解活性染料和酸性染料在羊毛纖維上的應(yīng)用性能，選用水解活性艷紅X-3B和酸性紅106 2種染料，在染料用量為1%(owf)的條件下染色羊毛織物，考察2種染料染色后羊毛織物的色牢度，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，酸性紅106和水解活性艷紅X-3B染色后的織物色牢度參數(shù)都非常接近。除了水解活性艷紅X-3B的原樣變色色牢度是3～4級(jí)，稍低于酸性紅106，其余各項(xiàng)色牢度都與原樣相同，屬于優(yōu)良等級(jí)。這表明水解活性艷紅X-3B在酸性條件下染色后的羊毛織物可以獲得較好的染色效果，染色后羊毛織物的色牢度與酸性染料染色后織物的各項(xiàng)色牢度相近[13]。

2.6 棉用活性染料染色殘液對(duì)羊毛織物的染色

棉用活性染料在染色棉織物的過(guò)程中需要添加大量的食鹽、染色助劑等，這些食鹽和助劑的存在可能會(huì)影響羊毛織物的染色效果。本文實(shí)驗(yàn)采用不同用量的活性艷紅X-3B按照1.2.2節(jié)的3種染色工藝處方對(duì)棉織物進(jìn)行染色，將染色殘液在酸性條件下按1.2.3染色工藝對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 活性艷紅X-3B染色殘液在羊毛織物上的應(yīng)用Tab.2 Application of reactive brilliant red X-3B dyeing residue on wool fabric

由表2可知，不同工藝處方染色棉織物的染色殘液在酸性條件下都可以上染羊毛織物，染色后羊毛織物的K/S值隨著染色殘液濃度的增加而增加，上染百分率隨著染色工藝中助劑和鹽的減小而增加。工藝處方1的染色殘液中含有大量的食鹽和平平加O-25，上染百分率和K/S值隨著染料用量的增加而增加。這主要是因?yàn)槿疽褐械膭蛉緞┢狡郊覱-25與染料可以形成一定的結(jié)合，導(dǎo)致染色殘液中的染料上染百分率降低[14]，隨著染料用量的增加，未與平平加O-25結(jié)合的染料含量會(huì)增加，所以染料的上染百分率會(huì)增加，達(dá)到30%左右。染色工藝處方2中未添加平平加O-25，K/S值隨著染料用量的增加而增加，染料上染百分率基本保持不變。這可能是因?yàn)槿旧珰堃褐泻写罅康氖雏}，而中性電解質(zhì)在強(qiáng)酸性染色羊毛工藝中起到緩染作用，所以染色殘液的上染百分率不高。染色工藝處方3的殘液中僅有染料，K/S值隨著染料濃度的增加，染料上染百分率達(dá)到95%左右。這是因?yàn)榇藭r(shí)的染色殘液相當(dāng)于酸性染料染色浴，染色規(guī)律與酸性染料染色工藝基本相同，所以可以獲得較高的上染百分率和較好的染色深度?？梢?jiàn)，棉織物染色殘液中含有的大量的食鹽和染色助劑等能顯著地降低染料染色羊毛的上染百分率，降低染色羊毛織物的染色深度，不利于活性染料染色廢水的回收利用。而當(dāng)棉用活性染料濃度較高時(shí)，染色殘液中的鹽和染色助劑在酸性條件染色羊毛工藝中起到緩染作用，染色殘液可以在一定程度上用于羊毛淺色染色，染色織物的勻染性也可以改善。在實(shí)際工廠生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)測(cè)定染料殘液的吸光度與水解活性染料質(zhì)量濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，得出染色殘液中染料的質(zhì)量濃度，進(jìn)而提高棉用活性染料殘液在羊毛織物染色中應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

采用不同類型的水解活性染料和酸性染料對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，測(cè)試并分析了染色后羊毛的K/S值、上染百分率、色牢度和染料拼色效果，得出如下結(jié)論。

①2種水解活性染料(活性艷紅X-3B、活性紅3BS)在酸性條件下可以上染羊毛織物，染色后的羊毛織物可以達(dá)到酸性染料染色羊毛織物的染色深度，而且水解活性染料與酸性染料在pH值3～4之間具有較好的上染百分率，水解活性艷紅X-3B在酸性條件下染色后的羊毛織物與酸性紅106染色后織物的染色牢度相似。

②水解活性艷紅X-3B與酸性紅106拼色后，保證染色深度的情況下，可以降低酸性紅106的用量，且染色深度與二者單獨(dú)染色后織物的K/S值相近。

③棉用活性染料染色殘液在酸性條件下可以染色羊毛織物，但棉用活性染料染色殘液的上染百分率不及水解活性染料和酸性染料的上染百分率，通過(guò)測(cè)定染色殘液的吸光度可得到染色毛織物溶液中的染料質(zhì)量濃度。