蛹蛋白粘胶长丝针织物的染整工艺研究

周立群

(山东轻工职业学院，山东 淄博 255300)

1 引言

蛹蛋白粘胶长丝是一种新型再生蛋白质纤维，简称PPV，又称波特丝或蚕蛹蛋白丝，是由粘胶和蚕蛹蛋白共混纺丝而成，具体流程为采用化学法从蚕蛹中提取纺丝用蛋白质，然后在一定条件下与粘胶纺丝原液共混进行纺丝，使其蛋白质组分聚集于纤维表面，成为具有皮芯结构的长丝[1]。该长丝的特点是集蚕丝和粘胶长丝的优点于一身，有着真丝般柔和光泽和滑爽的手感，良好的吸湿性能，能有效地促进新陈代谢，防止皮肤衰老，并具止痒、防晒的功效。它在透气性、染色性、悬垂性、抗折皱性和回弹性等方面均优于蚕丝，是—种新型的制作高档内衣及春夏服装的理想纺织材料，具有良好的市场前景。

本实验选用双活性基活性染料对蛹蛋白粘胶长丝进行染色。活性染料的浓度、促染剂用量、碱剂用量、固色剂用量等都会对最终染色效果产生影响，因此工艺优化很重要，为了能在纤维损伤最少的情况下获得良好的染色效果，必须选择合适的染色工艺条件。

2 实验

2.1 实验材料及仪器

材料：蛹蛋白粘胶长丝(粘胶70%和蛹蛋白30%)纯纺罗纹半空气层组织漂白织物，活性艳红M-8B染料。

仪器：Q113常温绳状染色机，YG571型摩擦牢度试验，SW12B耐水洗牢度试验仪，Y(B)902G型耐汗渍色牢度仪，YG(B)026D-500型电子织物强力机。

2.2 实验方法

2.2.1蛹蛋白粘胶长丝针织物的染色方法

由于本实验采用的织物组分包括粘胶和蛹蛋白，因此选用双活性基活性染料一浴法染色。

2.2.2蛹蛋白粘胶长丝针织物的染色工艺

染色配方：活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸钠15 g/L～40 g/L，碳酸钠5 g/L～30 g/L。

染色工艺：使用活性艳红M-8B和硫酸钠共同配制染液，在40℃入染，浴比为1∶20，10 min后放布和匀染剂，以1℃/min的升温速度加热至60℃，染色30 min后加入碱剂进行固色反应一段时间后降温水洗，然后进行后整理。具体工艺流程见图1。

图1 染色工艺曲线图

3 测试指标

3.1 染色工艺效果测试

本实验采用上染百分率和染色深度(K/S值)两个指标衡量染色效果，制定较优染色工艺。

上染百分率的测定：采用残液比色法测定上染百分率(E)，仪器为UV-300B紫外分光光度计。

式中，A0和A1分别为染色前后最大吸收波长处染液的吸光度。

K/S值的测定：染色深度K/S值在Datacolor 650电脑测色配色仪上测定。将织物折叠4层，测定三个不同的点，取平均值。

3.2 染色牢度测试

按照GB/T 3920—2008对处理织物的耐摩擦色牢度、GB/T 3921—2008对处理织物的耐皂洗色牢度和GB/T 3922—2013对处理织物的耐汗渍色牢度进行测试。

3.3 织物顶破强力测试

按照GB/T 3923.1—1997，使用电子织物强力机对处理织物样品进行顶破强力的测试。

4 染色工艺条件分析

4.1 碳酸钠用量的确定

对碳酸钠进行单因素分析，其中活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸钠为25 g/L，浴比为1∶20，染色温度为60℃，上染时间为30 min，固色时间40 min，固色温度为60℃。其上染率、K/S值与碳酸钠用量的关系如图2所示。

图2 碳酸钠用量与上染率及K/S值的关系

蛹蛋白粘胶长丝所含纤维素和蛋白质与染料发生共价键结合的最低pH值是不同的，纤维素在pH值为10～11时固色率最高；而蛋白质则随参加反应的亲核基不同，其最适合反应的pH值不同，-SH在近中性就可发生亲核反应，-NH2在中性和弱碱性也可以发生亲核反应，而-OH则需在较强的碱性下才发生亲核反应。由于蛹蛋白丝中-OH参加反应是主要的，所以在碱性条件下固色。由图2可知，随着碳酸钠用量的增加，织物的上染率增加，K/S值增大，但当碳酸钠用量超过15 g/L时，织物的上染率下降，K/S值也开始减小，并且碳酸钠用量的增加会导致碱性太强，对纤维损伤大，失重增加，因此综合考虑选取碳酸钠用量为5 g/L、10 g/L、15 g/L。

4.2 硫酸钠用量的确定

对硫酸钠用量进行单因素分析，其中活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，碳酸钠为15 g/L，硫酸钠为15 g/L～40 g/L，浴比为1∶20，染色时间为30 min，固色时间为40 min，固色温度为60℃。其上染率、K/S值与硫酸钠用量的关系如图3所示。

图3 硫酸钠用量与上染率及K/S值的关系

染浴中通常加入中性电解质以提高染料的上染率，如食盐、元明粉等。但电解质的加入会使上染加速而导致染色不匀，因此电解质的加入量应由染料的直接性和染色色泽深浅决定。染色是在中性至碱性条件下进行的，纤维表面始终带负电荷，它对阴离子性的活性染料产生电性斥力，阻止其靠近纤维，降低上染率和固色率。增加硫酸钠浓度，可降低这种斥力，提高上染率和固色率，同时可降低纤维表面和染料离子的水化作用，促进染料上染纤维。由图3可知，前期上染率和K/S值都随硫酸钠浓度增加而迅速增加，硫酸钠用量大于25 g/L时，上染率和K/S值开始下降。此时，电解质浓度过高，使染料发生聚集，甚至沉淀，反而会降低上染率和固色率，使染色不匀，所以选硫酸钠用量为20 g/L、25 g/L、30 g/L。

4.3 固色时间的确定

对染色的固色时间进行单因素分析，其中，活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，硫酸钠为25 g/L，碳酸钠为15 g/L，上染时间为30 min，固色时间10 min～60 min，固色温度为60℃，浴比为1∶20。其上染率、K/S值与碳酸钠用量的关系如图4所示。

图4 固色时间与上染率及K/S值的关系

染色后加入碱剂固色，碱剂的加入促进了吸附在纤维上的染料与纤维反应而固着，染料在纤维上的吸附平衡被打破，上染吸附率又进一步提升。一定时间后吸附在纤维上的染料与纤维反应固着已趋向平衡，此时继续延长时间，染料又会解吸附，同时解吸附的染料有一部分发生水解而无法上染，所以会对上染产生一些负面影响[2-3]。由图4可知，随着固色时间的增加，织物的上染率和K/S值都增大，固色50 min时，织物的上染率和K/S值最大。超过50 min时，纤维损失严重，所以固色时间选为30 min、40 min、50 min。

4.4 固色温度的确定

对固色温度进行单因素分析，其中，活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，碳酸钠为15 g/L，硫酸钠为25 g/L，浴比为1∶20，染色时间为30 min，固色时间为40 min，固色温度为40℃～80℃。其上染率、K/S值与固色温度的关系如图5所示。

图5 固色温度与上染率、K/S值的关系

由图5可知，固色温度为40℃～60℃时，织物的上染率和K/S值随着固色温度的升高而增加，当固色温度为70℃时，上染率提高而织物的K/S值开始下降。继续提高温度，织物的失重率和强力损失都会增大，光泽性变差。综合考虑，选取固色温度为50℃、60℃、70℃。

5 染色正交试验

5.1 染色正交试验的设计

根据初步分析，选取碳酸钠用量(A)、硫酸钠用量(B)、固色时间(C)和固色温度(D)作为正交实验的四个因素，每个因素取三个水平进行正交实验设计，因素水平安排见表1所示。

表1染色工艺因子水平表

因素水平碳酸钠(g/L)硫酸钠(g/L)固色时间(min)固色温度(℃)15203050210254060315305070

5.2 染色正交试验结果与分析

通过以上对蛹蛋白粘胶长丝织物活性染料染色各因素的分析，采用四因素三水平进行L9(34)正交实验，以上染率和K/S值作为评价指标，确定蛹蛋白丝织物的最优染色工艺，实验结果见表2。

表2染色正交实验及结果分析

实验号ABCD碳酸钠(g/L)硫酸钠(g/L)固色时间(min)固色温度(℃)上染率(%)K/S值1520305079．6717．6582525406084．2518．6783530507081．3718．18241020407080．6418．07451025505081．3218．20361030306080．5418．06171520506082．1718．32781525307085．6118．84291530405082．1618．330K1j81．76380．82781．94081．050K2j80．83383．72782．35082．320K3j83．31381．35781．61082．540Rj2．482．900．741．49因素主→次B>A>D>C最优A3B2C2D3

6 染色效果分析

6.1 染色工艺效果

按照正交实验所得的最优工艺：染色温度60℃，硫酸钠为25 g/L，碳酸钠为15 g/L，染色时间30 min，固色时间40 min，固色温度70℃，浴比1∶20。对蛹蛋白粘胶长丝织物染色后，分别对染色前后织物的顶破强力进行对比，观察染色工艺对织物强力的影响。

表3染色对织物顶破强力的影响

织物上染率(%)顶破强力(N)染色前/388染色后85．98361

由表3可知，蛹蛋白粘胶长丝织物经过最优工艺染色后，织物的顶破强力有所下降，但对织物性能的影响不大。蛹蛋白粘胶长丝针织物的上染率可达85.98%，这与最优工艺的理论值相差不大。说明正交实验优化的最优工艺是合理的，所得的染色效果也较为理想。

6.2 染色牢度

按上述优选工艺参数对蛹蛋白粘胶长丝针织物进行染色后，测得的织物染色牢度如表4所示。

表4蛹蛋白粘胶长丝针织物的染色牢度

测试项目分类色牢度(级)耐皂洗色牢度变色4-5沾色4-5耐摩擦色牢度干摩4-5湿摩4-5耐汗渍色牢度变色4-5沾色4-5

注：色牢度共分五级，5级最好，1级最差。

由表4可知，通过对蛹蛋白粘胶长丝针织物色牢度的测试，得出耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗渍色牢度都较好。

7 结论

本文对蛹蛋白粘胶长丝针织物产品的染色性能进行了研究和探讨，并对织物的染色工艺及各项参数进行了实验。具体实验结论如下：

使用双活性基活性染料活性艳红M-8B染蛹蛋白粘胶长丝的最优工艺为活性艳红M-8B染料1%(o.w.f)，染色温度60℃，硫酸钠为25 g/L，碳酸钠为15 g/L，染色时间30 min，固色时间40 min，固色温度70℃，浴比为1∶20。

对染色后的织物的染色性能进行测试发现，织物的耐皂洗色牢度、耐磨擦色牢度和耐汗渍色牢度均较好，符合染色质量要求。

蛹蛋白粘胶长丝针织物经过染色后，织物的顶破强力有所下降，但对织物质量影响不大。

双活性基活性染料在水中易分解，因此配好的染液不宜搁置时间太长。

[1] 施艳秀，陈国强.蚕蛹蛋白粘胶长丝/棉针织物的练漂[J].印染，2008，34(14)：21—23.

[2] 范立红，沈兰萍.纺织品检测实验教程[M].西安：西安工程科技学院，2002.

[3] 徐蕴燕.织物性能与检测[M].北京：中国纺织出版社，2007.