涤/棉织物靛蓝染料同色染色工艺

曹机良，孟春丽，程献伟，崔美铃

(河南工程学院材料与化学工程学院，河南 郑州 450007)

涤/棉织物靛蓝染料同色染色工艺

曹机良，孟春丽，程献伟，崔美铃

(河南工程学院材料与化学工程学院，河南 郑州 450007)

为解决涤/棉织物靛蓝染料染色同色性较差的问题，探讨保险粉、氢氧化钠和苯甲醇用量，染色温度和时间等工艺条件对模拟涤棉织物K/S值的影响，测试了染色织物的色牢度。结果显示:靛蓝上染涤纶和棉纤维的染色条件相差较大，一浴一步法很难使2种纤维同色;通过对涤/棉织物进行两浴法染色，第1次染色时靛蓝2%(o.w.f)，在100℃加入苯甲醇20 mL/L或120℃不加苯甲醇的条件下保温60 min，第2次染色靛蓝6% ～8%(o.w.f)，30℃保温60 min，此法对涤纶和棉纤维有较好的同色性、满意的染色深度及一定的染色牢度。

涤/棉织物;靛蓝染料;同色染色;K/S值

纯棉牛仔服以其独特的风格深受人们的喜欢，借助涤纶织物特有的保形性和抗皱性，可使涤棉牛仔服挺阔不皱，经久耐用［1－2］，但靛蓝染料对涤纶和棉的染色性能存在一定的差异，使得2种织物很难染得同色。

靛蓝染料在溶液中有4种存在状态，即氧化态、靛蓝隐色酸、单酚钠离子隐色体和双酚钠离子隐色体。单酚钠离子隐色体对棉纤维的亲和力较高，是上染棉纤维的主要形态［3］;而根据相似相溶原理，非离子态隐色酸可用于疏水性涤纶的染色，因为隐色酸上的羟基可与涤纶大分子链上的酯基形成氢键而结合［4－6］。由于涤纶和棉纤维的结构和染色方法存在差异，棉纤维靛蓝染料染色一般在低温下进行［7－8］，而涤纶结构紧密，需在高温条件下进行染色［9－10］。故可通过控制染液的酸碱度和工艺条件来控制染液中各染料状态之间的比例，以使2种组分染得同色。本文采用靛蓝染料对涤棉模拟交织物进行染色，使用载体苯甲醇降低染色温度，对涤纶和棉织物同色性最佳工艺条件进行探讨，以期为涤棉牛仔面料染整工艺的开发提供借鉴。

1 试验部分

1.1 试验材料

市售168 g/m2纯棉机织物、157 g/m2纯涤纶机织物(用于模拟涤/棉交织物，染色时2种织物质量比为1∶1)和 110g/m2涤/棉(50/50)混纺机织物(用于牢度测试使用)。靛蓝染料(85%)、保险粉、氢氧化钠、苯甲醇、氯化钠、碳酸钠(均为化学纯)、皂洗剂LTS，拓纳贸易上海有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 还原工艺

靛蓝染料2%(o.w.f)，保险粉 25 g/L，氢氧化钠4 g/L，浴比1∶50，40℃开始还原，以1℃/min的速度升温至60℃，保温还原30 min。

1.2.2 染色工艺

还原液中加入氯化钠x g/L，苯甲醇y mL/L，浴比1∶50，投入织物，60℃入染，以1℃/min的速度升温至120℃，保温60 min，再以3℃/min降温至80℃。取出染色试样，水洗，空气氧化30 min。

1.2.3 皂洗工艺

保险粉1 g/L，Na2CO32 g/L，皂洗剂LTS 2 g/L，浴比 1∶50，80 ℃处理 20 min。

1.3 测试方法

1.3.1 表观色深K/S值的测试

试样的K/S值(表观色深)在Color-Eye7000A测色仪上测定，测试光源为D65，视场角为10°，测量4次取平均值。

1.3.2 同色性指数K的测试

靛蓝染料在棉和涤纶织物上的同色性指数K按下式计算。K值越接近于1染色织物的同色性越好。

1.3.3 染色牢度的测试

按照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度实验 耐皂洗》实验1和GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度实验耐摩擦色牢度》测试试样的耐洗和耐摩擦牢度。

2 结果与讨论

2.1 保险粉质量浓度的影响

测试保险粉用量不同时涤纶和棉织物靛蓝染料染色的K/S值，如图1所示。试验条件为:氢氧化钠4 g/L，120℃保温60 min。由图可以看出，对于棉织物，保险粉质量浓度为0～10g/L时，染色织物K/S值很低，当保险粉质量浓度为10～15 g/L时，K/S值随保险粉浓度的增加迅速增大，当保险粉质量浓度超过15 g/L时，K/S值增加缓慢;对于涤纶织物，当保险粉质量浓度为0～15 g/L时，染色织物K/S值很低，当保险粉质量浓度超过15 g/L时，随着保险粉质量浓度的增加，K/S值迅速增大。这是由于保险粉用量与被还原的染料数量以及还原产物的状态有关。当保险粉质量浓度低于10g/L时，还原态靛蓝主要以双酚钠离子形式存在，保险粉质量浓度为10～15 g/L时，还原态靛蓝主要以单酚钠离子形式存在，保险粉质量浓度超过15 g/L时，单酚钠离子隐色体逐渐转变为隐色酸。而单酚钠离子隐色体对棉织物的亲和力和直接性最大，是上染棉纤维的主要形式;隐色酸对涤纶的亲和力最大，单酚钠离子隐色体次之，隐色酸是上染涤纶的主要形式［4］。当保险粉质量浓度为18 g/L时，2种织物有较好的同色性，但此时织物的染色深度较浅，故仍需对其他影响因素进行探讨。考虑到靛蓝染料的充分还原和涤、棉组分的同色性，以下试验选择保险粉质量浓度为25 g/L。

图1 保险粉质量浓度对K/S值的影响Fig.1 Influence of dosage of sodium dithionite on K/S values of fabrics

2.2 氢氧化钠质量浓度的影响

靛蓝染料随着溶液酸碱度的变化其存在形式也发生变化［5－6］。为了研究靛蓝染料存在形式的转变及其对棉和涤纶的亲和力大小，本文测试了不同氢氧化钠质量浓度条件下，涤纶和棉织物靛蓝染料染色的K/S值，结果如图2所示。试验条件为:保险粉25 g/L，120℃保温60mm。可以看出，对于棉织物，当氢氧化钠质量浓度为0～4 g/L时，K/S值不断增大，氢氧化钠质量浓度超过4 g/L时K/S值逐渐下降;对于涤纶织物，当氢氧化钠质量浓度为0～2 g/L时，K/S值不断增大，氢氧化钠质量浓度超过2 g/L时K/S值急剧下降，但氢氧化钠质量浓度超过7 g/L以后，K/S值很低且几乎不变。这是因为随着氢氧化钠质量浓度的增加，靛蓝染料更宜被还原，氢氧化钠质量浓度为2 g/L时，氢氧化钠用量不足，靛蓝染料主要以隐色酸存在，增加氢氧化钠用量，非离子态隐色酸逐渐转变为单酚钠离子和双酚钠离子隐色体，氢氧化钠质量浓度达到4 g/L时，靛蓝染料主要以单酚钠离子隐色体形式存在，氢氧化钠质量浓度达到7 g/L时，靛蓝染料主要以双酚钠离子隐色体形式存在。已知单酚钠离子隐色体是上染棉纤维的主要形式，故氢氧化钠质量浓度为4 g/L时棉织物的K/S值达到最大;隐色酸和单酚钠离子隐色体可与涤纶之间形成氢键结合，是上染涤纶的主要形式，而双酚钠离子隐色体对涤纶没有亲和力，不能上染涤纶，故氢氧化钠质量浓度为2 g/L时，涤纶织物K/S值达到最大，氢氧化钠质量浓度超过7 g/L后，涤纶织物K/S值很小。考虑到靛蓝染料的充分还原和涤、棉组分的同色性，以下试验选择氢氧化钠质量浓度为4 g/L。

图2 氢氧化钠质量浓度对K/S值的影响Fig.2 Influence of dosage of sodium hydroxide on K/S values of fabrics

2.3 染色温度的影响

为了研究染色温度对靛蓝染料染色涤纶和棉织物的影响，本文测试了不同染色温度条件下，涤纶和棉织物靛蓝染料染色的K/S值，结果如图3所示。可以看出，随着染色温度的升高，棉织物K/S值逐渐降低，涤纶织物K/S值逐渐增大。因为高温条件下靛蓝染料隐色体对棉织物的亲和力下降;而涤纶属于热塑性纤维，分子链段排列紧密，分子间空隙小，当染色温度达到玻璃化温度以上，涤纶大分子发生剧烈运动，瞬时空隙增大、增多，染料分子才能够进入纤维内部，达到上染的目的。当染色温度达到110℃时，涤纶织物K/S值达到最大，继续升高染色温度，涤纶织物K/S值略有下降，可能是因为在高温和长时间的作用下，靛蓝染料发生了一些旁支反应如过度还原、水解或者其结构发生了某些变化［4，11］。由上述分析可知，涤纶织物靛蓝染料染色需要在高温条件下进行，而棉织物需要在低温条件下染色，涤纶织物和棉织物在100℃保温60 min时有较好的同色性，但染色深度达不到要求。

图3 染色温度对K/S值的影响Fig.3 Influence of dyeing temperature on K/S value of fabrics

2.4 升温上染过程中K/S值的变化

升温上染过程中涤和棉织物靛蓝染料染色K/S值的变化趋势如图4所示。

图4 升温上染过程中涤/棉织物K/S值Fig.4 K/S values of polyester/cotton fabrics during dyeing process

由图4可以看出，染色温度为120℃时，随着染色温度的升高和染色时间的延长，涤纶织物的K/S值先增大后减小，染色温度为40～80℃时，K/S值很小且增速缓慢，染色温度为90～120℃时，K/S值随染色温度的升高而迅速增大，120℃保温10 min后K/S值不再增加甚至呈下降趋势。这是因为在高温条件下靛蓝染料更易上染涤纶，但在高温长时间的作用下，靛蓝染料结构发生变化，导致涤纶K/S值降低;随着染色温度的升高和染色时间的延长，棉织物的K/S值先增大后减小，因为低温时靛蓝染料对棉织物亲和力较高，温度升高时靛蓝染料对棉织物亲和力下降，故棉织物K/S值呈下降趋势。由图可知，120℃染色时，涤纶和棉有较好的同色性，但此时织物染色深度较浅，可为涤/棉织物中浅色染色提供参考。

2.5 苯甲醇用量的影响

为了在不影响涤纶组分染色深度的前提下降低染色温度，从而提高棉组分的染色深度，本文研究了苯甲醇用量对涤纶和棉织物靛蓝染料染色K/S值的影响，结果如图5所示。可以看出，随着苯甲醇用量的增加，棉织物K/S值逐渐减小;而涤纶织物K/S值逐渐变大，且温度为100℃时涤纶织物K/S值较90℃时涤纶织物K/S值高。当温度为100℃，不使用苯甲醇时涤纶织物和棉织物有较好的同色性，苯甲醇用量达到20 mL/L时涤纶织物即可得到满意的染色深度;温度为90℃时，苯甲醇用量为5～10 mL/L时涤纶织物和棉织物有较好的同色性，苯甲醇用量达到30 mL/L时涤纶织物才可得到满意的染色深度。由此可知，加入苯甲醇只能降低靛蓝涤纶组分染色的温度，并不能提高涤纶和棉的同色性。

图5 苯甲醇用量对K/S值的影响Fig.5 Influence of dosage of benzyl alcohol on K/S value

2.6 二浴染色法对同色性的影响

为提高棉组分染色深度，将高温染色后的织物投入含有不同染料用量的染液中进行低温染色，测试染色后织物K/S值，结果如图6所示。可以看出，高温染色，低温30℃保温60 min时，随着靛蓝染料用量的增加，染色棉织物K/S值不断增大，达到6%(o.w.f)以后，织物 K/S值不再增大，而涤纶织物的K/S值基本不变，因为30℃的低温条件下靛蓝不能上染涤纶，涤/棉混纺织物K/S值也不断增大。由图可以看出100℃加入苯甲醇20 mL/L和高温120℃染色后织物在30℃保温60 min，第2次染色染料用量为6% ～8%(o.w.f)时棉织物K/S值均与涤纶相似，同色性指数K值较接近1，此时棉组分和涤纶组分的同色性有所提高，且涤棉模拟交织物和混纺织物有较高的染色深度。

图6 染色工艺对K/S值的影响Fig.6 Influence of dyeing process on K/S value.(a)First dyeing at 100℃then at 30℃for 60 min;(b)First dyeing at 120℃then at 30℃for 60 min

2.7 染色牢度

表1示出模拟涤纶、棉和涤/棉混纺织物用靛蓝染色后的牢度测试结果。由表可知，用靛蓝染料对模拟涤纶、棉织物染色，涤纶织物和棉织物的各项牢度均达到服用性能的要求，涤/棉混纺织物的牢度也具有较好的牢度，且2种染色工艺染色织物的牢度相差不大。

表1 染色涤纶和棉织物的牢度性能Fig.1 Dyeing fastness of dyed fabrics

3 结论

1)考虑到靛蓝的充分还原及涤纶和棉织物的同色性，靛蓝染料还原时适宜的保险粉质量浓度为25 g/L，氢氧化钠质量浓度为4 g/L。

2)使用靛蓝染料浸染涤棉织物时，涤纶织物应使用高温高压染色，而棉织物适合低温染色，加入苯甲醇可降低涤纶染色温度。第一浴染色染料用量为2%(o.w.f)，100 ℃ 加入苯甲醇 20 mL/L 保温60 min或120℃不加苯甲醇条件下保温60 min，第二浴染色染料用量为6% ～8%(o.w.f)，30℃保温60 min，涤纶组分和棉组分有较好的同色性且有较高的染色深度。

3)涤纶织物的染色牢度高于棉织物，但涤/棉混纺织物的耐洗和耐摩擦牢度均在3级以上。

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Union dyeing of polyester/cotton fabrics with indigo dyes

CAO Jiliang，MENG Chunli，CHENG Xianwei，CUI Meiling
(Department of Materials and Chemical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou，Henan 450007，China)

For solving the problem that indigo dyeing polyester/cotton blended or mixed fabrics are difficult to reach good union dyeing effect，the influences of sodium dithionite dosage，sodium hydroxide and benzyl alcohol，dyeing temperature and time on K/S value of polyester/cotton fabrics were studied，and the color fastness of the dyed fabrics was tested.The results showed that the polyester/cotton fabrics are difficult to get union dyeing effect by one step and one bath method with indigo dyes as the dyeing process for single polyester and cotton fabrics are different.Polyester and cotton fabrics reached good union dyeing effect，satisfied dyeing depth and dyeing fastness when the fabrics firstly were dyed with indigo 2%(o.w.f.)，at 100 ℃ with benzyl alcohol 20 mL/L or at 120 ℃ without benzyl alcohol for 60 min，and then dyed with indigo 6% ～8%(o.w.f.)，at 30 ℃ for 60 min.

polyester/cotton fabric;indigo dye;union dyeing;K/Svalue

TS 156;TS 192

A

10.13475/j.fzxb.20140704205

2014－07－18

2015－01－29

河南省郑州市2014年度科技发展计划项目(20140749)

曹机良(1982—)，男，讲师，博士生。研究方向为纺织品染整工艺与理论、纺织品功能整理。E-mail:caojiliang301@163.com。