纤维素纤维织物活性染料微波固色印花工艺研究

刘鹏远，宛 斌，苏忠奎，李国权，于忠磊

（临清三和纺织集团有限公司，山东聊城 252600）

活性染料色泽鲜艳、色谱齐全、应用简便、成本低廉并具有优良的染色性能及色牢度，被广泛地应用于纤维素纤维的染色和印花[1]。传统的活性染料印花是在温度102 ℃、湿度90%以上、时间9 min的条件下，通过蒸化工艺促进染料与纤维的反应、固色[2]。然而，为使印制在织物表面的色浆更好地被吸收，促进色浆中活性染料在纤维上均匀分布和往纤维内部转移，蒸化固色不但消耗蒸汽量大，蒸化耗时长。蒸化固色要求色浆中尿素质量分数在12%左右，大大增加了印染废水中氨氮的浓度，不仅使印染废水的化学需氧量提高，还极易造成藻类的繁殖和水体的富营养化，因此，研究代替纤维素纤维织物活性染料蒸化固色的全新印花工艺具有重要的意义[3-4]。

目前，针对代替活性染料蒸化固色工艺进行了大量的研究，其中最有效的是两浴法低温冷堆固色工艺，此工艺在活性染料印花固色率和颜色均匀度方面比蒸化固色工艺更具优势。但是此工艺只适用于具有乙烯砜活性基团的活性染料，对含其他活性基团的活性染料效果较差。此外，冷堆固色要求2～4 h，不利于连续的高效生产[5]。

微波固色是利用微波加热原理研究开发的一种代替活性染料蒸化固色的新工艺，微波加热原理通过微波作用让水分子之间不断地振动摩擦而产生热量，将印花后的织物无需烘干直接利用微波将烘干固色合二为一。本课题从K/S值、色光和固色率角度对微波固色和蒸化固色进行了对比。

1 实验

1.1 材料及仪器

织物：棉纤维织物（40 tex×40 tex，96 根/10 cm×96 根/10 cm，115 g/m2）。

染化料：活性艳蓝P-3RH（浙江锦云化工有限公司），尿素、小苏打（山东鲁西化工），海藻酸钠、防染盐（国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：Lambda 35紫外可见分光光度计（珀金埃尔默仪器有限公司），磁棒筛网印花机（奥地利Zimmer公司），蒸化机（上海瀚尔祥机电设备有限公司），Datacolor SF600X 测色配色仪（美国Datacolor 公司），微波炉（中国格力公司）。

1.2 印花工艺流程

色浆配方：活性染料用量X，小苏打用量Y，尿素用量Z，防染盐0.5%，5%海藻酸钠原糊40%，其余为水。

配制过程：机械搅拌打浆至原糊均匀，静置糊化8 h；将活性染料、尿素、防染盐充分溶解在水中后，加入碱剂混合均匀；加入糊料充分搅拌均匀。

蒸化固色印花工艺流程：印花→烘干（80 ℃，3 min）→蒸化（102 ℃，9 min）→冷水洗→热水洗→热水皂洗→冷水洗→烘干。

微波固色印花工艺流程：印花→微波固色→冷水洗→热水洗→热水皂洗→冷水洗→烘干。

1.3 微波固色实验

1.3.1 印花助剂

在相同的微波功率、时间和活性染料用量下，分别改变印花主要助剂小苏打和尿素的用量，测定K/S值与色光、固色率和色牢度。

1.3.2 微波功率和时间

在最佳的印花助剂和相同活性染料用量下，分别调整微波固色功率和时间，测定K/S值与色光、固色率和色牢度。

1.4 测试

1.4.1 K/S值与色光

采用测色配色仪，在D65光源、10°视角下测定固色后织物的色光、表观色深及色差。CIELAB 色差的计算公式如下：

1.4.2 固色率

取印花织物固色前后试样分别记为C1、C2，C1不经固色直接进行冷水洗，热水洗至水洗液澄清，C2经固色后按相同的方法进行水洗，分别收集C1、C2全部水洗液至容量瓶中定容，以备比色用。将洗涤后的试样烘干，在干燥器中冷却至室温，精确称量试样的质量。分别将C1、C2洗涤液稀释一定倍数，运用紫外可见分光光度计在特定波长下测试洗涤液的吸光度值，并按照下式计算固色率：

式中：A1为固色前试样总洗涤液的吸光度；A2为固色后试样总洗涤液的吸光度；m1为固色前试样的质量；m2为固色后试样的质量；a为固色前试样总洗涤液稀释倍数；b为固色后试样总洗涤液稀释倍数。

1.4.3 色牢度

参考GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》对印花后的织物进行耐摩擦色牢度测试。

参考GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》对印花后的织物进行耐皂洗色牢度测试。

2 结果与讨论

2.1 印花助剂用量的影响

2.1.1 小苏打用量

活性艳蓝P-3RH染料用量3%，尿素用量12%，微波功率1 600 W，固色3 min，102 ℃蒸化9 min，对织物进行印花固色，探究不同小苏打用量对印花织物的色深、色差及固色率的影响，结果如表1所示。

表1 小苏打用量对印花织物的色深、色差及固色率的影响

由表1可知，印花色浆中不加小苏打时，采用微波固色和蒸化固色2种方式，均未能让活性染料固色，因为活性染料上染固色的机理是染料分子与纤维素发生亲核反应，而亲核反应需要在碱性条件下进行；随着小苏打用量的增加，当用量达到3%时，微波和蒸化固色后，活性染料印花织物的颜色饱和度、固色率达到最佳效果，因为足量的碱剂使活性染料和纤维素得以充分键合；当用量超过3%时，微波和蒸化固色后，活性染料印花织物的色深和固色率都呈现明显下降的趋势，原因是小苏打用量过大，pH增大使活性染料的水解速率大于上染速率，降低了印花织物的色深及固色率；小苏打用量在3%以下时，微波固色印花织物的色深和固色率要高于蒸化固色，小苏打用量超过3%，微波固色印花织物的色深和固色率下降的趋势快于蒸化固色，原因在于小苏打是通过水解显碱性的（如下式所示），蒸化固色时，织物印花后先烘干，再通过蒸汽给湿和高温促进小苏打水解；织物印花后直接在含大量水的状态下进行微波升温固色，小苏打在微波固色时水解更加充分，为活性染料提供了更大的pH。最终确定小苏打最佳用量为3%。

2.1.2 尿素用量

由表2可知，尿素用量增加到12%时，蒸化固色色深和固色率最大，因为随着尿素用量的增加，印花织物表面的吸湿和对纤维膨化的效果增强，有利于活性染料的上染和固色；微波固色的色深和固色率无明显变化，因为微波固色时，印花后未经烘干直接进行微波固色，印花织物表面含湿充分，不需要尿素的吸湿膨胀作用，故微波固色印花织物的色深和固色率受尿素用量的影响很小；当尿素用量超过12%时，蒸化固色和微波固色印花织物的色深、饱和度和固色率都明显下降。这是因为碳酰二胺的—NH结构中N为sp3杂化，可以为亲核或亲电反应提供多余的空轨道。当尿素过量时，过多的尿素会和活性染料发生反应，影响活性染料上染纤维的速率；微波固色不使用尿素时，印花织物的色深、饱和度和固色率与蒸化固色在尿素用量为12%的基本一致。

表2 尿素用量对印花织物的色深、色差及固色率的影响

2.2 微波功率和时间的影响

2.2.1 微波功率

活性艳蓝P-3RH用量3%，102 ℃蒸化9 min，尿素用量12%，小苏打用量3%；微波固色3 min，尿素用量0%，小苏打用量3%，对织物进行印花固色，探究不同微波功率对印花织物的色深、色差及固色率的影响，结果如表3所示。

表3 微波功率对印花织物的色深、色差及固色率的影响

由表3 可知，随着微波功率逐渐提高到1 600 W，印花织物的颜色饱和度和固色率都明显增加，但当微波功率高于1 600 W 后，色深和固色率随着微波功率的提高反而下降。这是因为微波功率过高，印花织物表面干得太快，湿度过低，活性染料向纤维渗移的时间过短，影响了活性染料的上染和固色。故微波固色的最佳功率为1 600 W。

2.2.2 微波时间

由表4 可知，微波固色在3 min 以上，印花织物的颜色饱和度和固色率不再随时间的变化而变化，并且达到蒸化固色的效果，所以微波时间定为3 min。

表4 微波时间对印花织物的色深、色差及固色率的影响

2.3 印花织物性能

活性艳蓝P-3RH 用量3%，小苏打用量3%，尿素用量12%，102 ℃蒸化9 min；微波固色尿素用量为0%，1 600 W 微波固色3 min，对比这2 种条件下印花织物的色深、色光及色牢度，结果如表5。由表5 可知，微波固色印花织物的色深、色光及色牢度可以达到蒸化固色印花织物的水平，满足生产需求。

表5 印花织物的K/S值、色光及色牢度对比

3 结论

（1）采用微波进行活性染料印花固色，印花织物的K/S值、色光及色牢度完全可以达到目前使用的蒸化固色的最佳效果，可以满足生产需求。

（2）活性染料印花使用微波固色，无需使用尿素即可获得很好的颜色饱和度和固色率，与蒸化固色相比，有效地降低了印染废水中的氨氮浓度。

（3）微波固色在小苏打用量为3%，1 600 W 固色3 min时，印花织物的色深和固色率最好。