尿素替代剂XD-N在活性印花中的应用

康 健

（佛山市晨辉化工发展有限公司，广东佛山 528248）

纤维素纤维和蛋白质纤维大多采用活性染料进行印花，为了使织物在蒸化过程中吸收更多的水分，使纤维充分溶胀，促进染料与纤维的反应并固着，必须使用一定量的尿素来完成[1]。但尿素在高温条件下会分解为污染水体的氨氮化合物[2]。随着环保要求的日益提高，对印染废水中的氨氮排放指标越来越严格[3]，因此，开发低尿素或无尿素印花工艺受到关注。

传统平网和圆网印花的每套颜色都是独立调色、独立印制，尿素直接加在色浆中。如果色浆中的染料适应尿素替代剂，可以用尿素替代剂代替尿素；如果色浆中的染料不适应，则可部分使用尿素。这样可以降低尿素使用量，从而减少印花污水的氨氮排放量。数码印花利用4、6、8种颜色，通过喷头进行混色印花。尿素或尿素替代剂则是加在织物预处理的上浆浆糊中，然后把浆糊浸轧在织物表面，烘干后喷印。因此，数码印花的尿素替代剂无法像传统印花那样，哪种颜色适合就使用，哪种颜色不适合就不使用。即尿素替代剂在数码印花中只要其中一种颜色不能用就会影响到整个印花图案的色彩表现，就无法替代尿素。

本文利用尿素替代剂XD-N 代替尿素，在活性印花上对棉布和人棉2 种面料进行实验，将尿素替代剂XD-N 2%、尿素替代剂XD-N 1%+尿素5%拼混和尿素10%3 种不同的工艺配方进行比较。通过测定几种设定颜色印花的正面K/S值和反面K/S值（渗透性），来评估尿素替代剂XD-N 对印花效果的影响和适用性。

1 实验

1.1 材料和设备

试剂：尿素替代剂XD-N（佛山市晨辉化工发展有限公司），海藻酸钠糊料、尿素、碳酸氢钠、皂洗剂、活性染料（工业级）。

织物：133×78/40×38纯棉斜纹布，100×80/40×40人棉平纹布。

设备：JJ-1300W 电动搅拌机（金坛市晶玻实验仪器厂），HD394A 气动立式轧车、HD101A 电热鼓风烘箱（南通宏大实验仪器有限公司），数码印花机（爱普生公司），VEGA3000 数码印花机（杭州宏华数码科技有限公司），连续蒸化机（苏州工业园区亚美纺织机电有限公司），连续水洗机（意大利MCS公司），Datacolor SF650 测色配色仪（Datacolor 公司），5B-6(D)型氨氮快速测定仪（北京连华科技有限公司）。

1.2 印花工艺

1.2.1 工艺流程

圆网印花工艺：漂白布→印花（圆网/平网）→蒸化（102 ℃×10 min）→水洗→皂洗（90 ℃×5 min）→水洗→烘干。

数码印花工艺：上浆（一浸一轧）→烘干（100 ℃）→喷印→烘干→蒸化（102 ℃×10 min）→水洗→皂洗（90 ℃×5 min）→水洗→烘干。

1.2.2 印浆配方

配方1：海藻酸钠糊料2.5%，XD-N 2%，小苏打1%；配方2：海藻酸钠糊料2.5%，XD-N 1%，尿素5%，小苏打1%；配方3：海藻酸钠糊料2.5%，尿素10%，小苏打1%。

1.3 测试

表观色深：分别用青、品红、黄、黑4个单色和拼混深紫色、绿色、大红色、混色黑，用数码印花机打印15 cm×15 cm 方块，蒸化水洗熨干。采用测色配色仪在D65光源下测定印花织物正面和反面的K/S值。

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氨氮值：分别在1 000 mL 水中加入尿素10 g、尿素替代剂XD-N 1 g+尿素5 g和尿素替代剂XD-N 2 g，升温至100 ℃，保温10 min。降至室温后，用氨氮快速测定仪测定氨氮值。

2 结果与讨论

2.1 棉布正面表观色深

表1是用3种不同上浆配方以及爱普生墨水或京瓷墨水数码印花在棉布正面的K/S值。

表1 爱普生和京瓷墨水在棉布正面的K/S值

从表1 可以看出，爱普生喷头活性染料墨水喷印的8个颜色，在棉布上使用尿素替代剂XD-N与尿素，所得到的正面K/S值差别不一。在青、品红、黄和黑4个单色中，对品红和黄色影响略小，K/S差值大约在4.0 左右；黑色其次，K/S差值在4.4；对青色影响最大，K/S差值达到7.7。这从后面的4 个拼混色也可以看出，深紫和大红以品红和黄色墨水拼色，所以，K/S值绝对值差别就不太明显；而绿色和混色黑拼色会用到数量较多的青色，因此K/S差值就比较大。从京瓷喷头活性染料墨水喷印的8 个颜色测试结果可以看出，这套墨水用尿素替代剂XD-N与用尿素的K/S值差异大大缩小，品红和黄色差异分别为1.5和1.8。青色在尿素替代剂XD-N 中仍然不易上色，K/S差值下降到4.6。拼色的深紫、大红、绿色和混色黑的K/S差值也不大。虽然有些颜色在使用尿素替代剂XD-N和尿素时的K/S值差异比较大，但是如果采用尿素替代剂XD-N 和尿素各自减半，即尿素替代剂XD-N 1%+尿素5%进行拼混后使用，K/S差值就会明显变小。例如爱普生喷头墨水的青色，K/S差值由使用尿素替代剂XD-N时的7.7下降为3.6，其余颜色的K/S绝对值差异也都下降到1.0～2.0。

上述2种墨水的K/S值差异虽然不能代表所有的数码印花墨水，但可以看出，不同的墨水在使用尿素替代剂XD-N时，上色率差异还是很大的。因此，在使用尿素替代剂XD-N 时，需要选择适当的墨水以获得较好的上色率，达到或接近使用尿素的水平。

2.2 人造棉布正面表观色深

同样，对爱普生和京瓷2种墨水、3种不同上浆工艺配方在人造棉布正面的K/S值差异也进行了比较，结果列于表2。

从表2 可以看出，爱普生喷头活性染料墨水应用尿素替代剂XD-N 在人造棉布正面的K/S值，与其在棉布上的K/S值相比有一些差异。总体上看，8个颜色无论是单色还是拼混色，尿素替代剂XD-N 与尿素的K/S差值都在1.0～4.0，尤其是青色的K/S值差异明显缩小，只有2.6。主要原因是活性染料的母体是酸性染料，在蒸化时有部分染料会水解失去活性[4]。失去活性的染料对纤维素纤维没有亲和力而无法上染，所以棉布上的颜色就明显变浅；而失去活性的活性染料母体是酸性染料，依然对蛋白质纤维有亲和力，可以继续上染，因此青色墨水在人造棉布上的K/S值比棉布高。京瓷喷头活性染料墨水在人造棉布正面的K/S值和爱普生喷头活性染料墨水一样，尿素替代剂XD-N与尿素的K/S差值在0～4.0；个别颜色的差异更小，如深紫色只有0.1 的差距，混色黑也只有0.7 的差距，这样的差异，用肉眼无法分辨。

从表2的测试数据同样可以看到，人造棉布在采用尿素替代剂XD-N+尿素的配方时，正面K/S值也有不同程度的提高。大多数颜色正面K/S差值仅在1.0左右，从整体印花图案效果看，已经不太有色差的感觉。

2.3 棉布反面表观色深

表3是2种墨水在棉布反面的K/S值。

表3 爱普生和京瓷墨水在棉布反面的K/S值

在一些特殊产品如乔其纱织物，由于组织结构比较疏松，在缝纫或使用摩擦过程中，会产生翻丝（反面的丝翻到正面）。如果正反面颜色一致或基本一致，翻丝后看不出有瑕疵，但如果正反面颜色相差很大，翻丝后就会很不协调而造成次品。另外，像围巾类产品就希望正反面的颜色越接近越好，穿戴时不会影响美观。因此，也测定了使用尿素替代剂XD-N 和尿素的反面K/S值，考察使用尿素替代剂XD-N后，对反面的渗透性是否有影响。

从表3 可以看出，无论是爱普生活性染料墨水还是京瓷活性染料墨水，使用尿素替代剂XD-N 对反面的渗透影响比较大，大部分颜色的K/S值至少比使用尿素的降低50%以上。尿素替代剂XD-N 1%+尿素5%配方的反面渗透性有所提高，但是大部分颜色还是达不到纯尿素的渗透效果。

从表3 还可以看出，京瓷喷头活性染料墨水的反面K/S值大于爱普生喷头活性染料墨水，说明不同的活性染料墨水性能对渗透性也有影响。

2.4 人造棉布反面表观色深

表4是2种墨水在人造棉布反面的K/S值。

表4 爱普生和京瓷墨水在人造棉布反面的K/S值

从表4看出，爱普生喷头活性染料墨水，无论是用尿素还是用尿素替代剂，或是用尿素替代剂XD-N+尿素工艺配方，反面的K/S值几乎一致，而且差值绝对值都很小。这可能是爱普生墨水本身渗透性较差，所以无论采用什么上浆配方，反面的渗透性都不会有太大差异。此外，京瓷喷头的活性染料墨水，其反面的K/S值差距就非常大，使用尿素替代剂XD-N 比使用尿素的K/S值减小50%～100%。尿素替代剂XD-N 1%+尿素5%的反面渗透性则有较大幅度的提高。

京瓷喷头活性染料墨水在人造棉布反面的渗透性也比爱普生喷头好，和棉布上的规律一致，印证了不同性质的墨水对渗透性影响较大。

从表4 还可以看出，人造棉布的反面渗透性有一个特殊现象，就是在使用尿素或尿素替代剂XD-N+尿素工艺配方时，深紫、大红、绿色这3个拼混色的反面K/S值与正面K/S值基本一致，差别不大。究其原因：（1）这3 个拼混色的总墨量为200%，比其他颜色的总墨量增加了一倍；（2）人造棉布面料比较薄，总墨量增加能够实现完全渗透。而棉布面料比较厚，即使增加了总墨量，也无法实现完全渗透。

2.5 氨氮值比较

为了了解3 种工艺配方的氨氮值，按照实际配方和实际生产工艺，截取一定面积的面料进行萃取，然后测定氨氮值。实验发现这种方法提取的溶液颜色太深，对测定结果干扰很大。为了更好地测定这3 个上浆配方的氨氮值，采用了模拟法：采用不加入染料的3 种工艺配方溶液进行测试。为了更接近蒸化条件，把配制好的溶液沸煮10 min，待溶液冷却至室温时再进行测定。尿素配方的氨氮值为79.64 mg/L，尿素替代剂XD-N+尿素配方的氨氮值为39.76 mg/L，尿素替代剂XD-N 配方的氨氮值为0.26 mg/L。尿素替代剂XD-N 的氨氮值接近0，应用后不会产生氨氮和总氮；在尿素替代剂XD-N+尿素配方中，由于尿素减半使用，氨氮值比使用纯尿素的工艺配方下降了1/2，这对减少氨氮的污染具有积极作用。

3 结论

（1）用尿素替代剂XD-N 2%在棉布和人造棉布上进行数码印花是可行的，但与尿素10%相比，上色率还有一定差异。为了弥补上色率的不足，可采用尿素替代剂XD-N 和尿素拼混的工艺进行印花。实验证明，采用1%尿素替代剂XD-N 和5%尿素拼混的工艺配方能满足棉布或人造棉布的数码印花要求。

（2）在使用尿素替代剂XD-N时，墨水品种对织物正面和反面的K/S值都有影响，不同品种的墨水上色率相差较大。在应用时，需要筛选与织物相适应的墨水品种。

（3）采用尿素替代剂XD-N+尿素的工艺配方，不仅能满足棉布和人造棉布的数码印花要求，上色率得到较大提升，而且还能使污水的氨氮值下降1/2，对于印花污水的排放具有积极意义。

（4）尿素替代剂XD-N是无色液体，和上浆助剂极易混合，印花后颜色均匀，对数码印花的色泽鲜艳度不会产生影响。