阳离子改性剂在锦/棉/氨针织物短流程染色中的应用

左凯杰，王兴隆，何瑾馨

（1.东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620；2.常州旭荣针织印染有限公司，江苏常州 213017；3.纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620）

棉纤维是一种天然纤维素纤维，由其织成的针织物一般采用活性染料染色，染色过程中需要耗用大量的无机盐（元明粉或氯化钠）促染，纯碱固色，导致印染废水电解质浓度偏高，处理难度增加。因此，近些年来研发阳离子改性技术，用于棉织物的无盐无碱或少碱染色。用于棉纤维阳离子改性的助剂很多，公开报道的有环氧氯丙烷-硫脲、甜菜碱、单/双季铵盐、CHPTAC 等［1-4］。该类研究主要集中在纯棉纤维或织物染色性能，对于棉和其他纤维混纺或交织织物的染色工艺研究较少。

锦/棉/氨织物的传统染色工艺大多采用先前处理，然后染棉，再套染锦纶，工艺流程长，用水量大，染料利用率不高，污染较严重。针对此问题，本实验以新型阳离子改性剂DVR-100 对锦/棉/氨针织物进行改性，棉纤维经过改性后带正电荷，可以采用酸性染料染色，使酸性染料同浴同步上染锦纶/棉/氨织物成为可能。

1 实验

1.1 材料及仪器

材料：锦/棉/氨细针罗马布（比例43.6/46.4/10.0），纱线规格及比例为棉/锦（80/20）混纺纱70s58%、锦纶40D 32%、氨纶20D 10%，220 g/m2；酸性黑Black BH、酸性藏青Dark Blue SR、酸性翠蓝Blue 3G、酸性艳蓝Blue M-2R、酸性红Red SGS、酸性嫩黄Yellow 4GL（江苏德旺化工工业有限公司），阳离子改性剂DVR-100、非硅渗透剂FS（深圳市迪威科技有限公司），匀染剂FTSK（拓纳化学），酸性固色剂HT-GL（苏州合秦化工有限公司），冰醋酸、烧碱（工业级）。

仪器：Datacolor SF-600 型计算机测色仪，红外线高温染色机（中国台湾流亚科技有限公司），常温振荡水浴锅（江苏省金坛市恒丰仪器厂），高温高压溢流染色机（50 kg，台湾东庚），JA203H 电子天平（常州幸运电子设备有限公司），耐洗色牢度试验机SW-24AⅡ（温州大荣纺织仪器有限公司），色牢度摩擦试验仪M238BB（上海鼎徽仪器仪表设备有限公司）。

1.2 染整工艺

1.2.1 阳离子改性及漂白工艺

阳离子改性可以分为平幅冷堆和绳状浸渍两种方式，本实验采用平幅冷堆改性方式。改性工艺：阳离子改性剂DVR-100 100 g/L，烧碱100 g/L，非硅渗透剂FS 10 g/L，浸轧（轧余率80%左右），常温密封袋密封12～15 h。

改性结束后无需水洗，可充分利用残留的碱剂进行精练漂白。漂白工艺：27.5%双氧水3.5 g/L，双氧水稳定剂0.5 g/L，精练乳化剂1.0 g/L，温度98 ℃，时间30 min，浴比1∶20。精练后进行酸洗、除氧。黑色无需经过漂白，阳离子改性后水洗、酸洗，中和即可。

1.2.2 染色工艺

黑色和藏青色染料用量为4%，其余各色染料用量为3%，染色过程中需加入亲染料型匀染剂1 g/L，染色结束后采用酸性固色剂（4 g/L）进行固色。工艺流程如下：

1.3 测试

1.3.1K/S值

在D65光源、10°视场下，采用计算机测色仪测试，每块布测8次。

1.3.2 匀染性

由K/S 平均值的标准偏差进行评价，标准偏差公式如下［5］：

其中，n=8，i=1～8。

1.3.3 耐摩擦色牢度

按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试。

13.4 耐皂洗色牢度

按照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试。

1.3.5 抑菌性能

按照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》测试。

2 结果与分析

2.1 匀染性

分别试染了黑色、藏青色等6 组颜色，采用计算机测色仪测试K/S 值，并根据公式计算标准偏差（标准偏差越小，表示匀染性越好；标准偏差越大，表示匀染性越差），结果如表1所示。

由表1 可以看出，除翠蓝色以外，其余各色的K/S值波动范围基本在±0.5 以内。从标准偏差看，各颜色为0.007 8～0.029 4，均较小，说明经过阳离子改性后，织物的匀染性很好，无色花、色斑现象。

影响锦/棉/氨针织物短流程染色均匀性的因素包括：（1）坯布阳离子改性的均匀性；（2）染色工艺的设定，包括升温速率、加料时间、保温时间等。该工艺在阳离子改性阶段采用平幅冷轧堆方式，同时在浸轧液中加入非硅渗透剂，既可以保证浸轧液的快速均匀渗透，又避免了渗透剂不耐浓碱造成的漂油问题；此外，阳离子改性剂在强碱低温条件下的水解率相对较低，增加了与棉纤维反应的概率，改性的均匀性较好。

表1 K/S值及标准偏差

在染色工艺设定过程中，由于棉纤维经过阳离子改性后表面带有正电荷，对酸性染料阴离子的吸附力大大增强。因此，首先要严格控制织物升温速率在1 ℃/min 以内，降低染料分子的动能，避免染料与纤维快速反应造成的不匀染问题；其次，染色过程中使用亲染料型匀染剂，进一步降低染料与纤维的反应速率，使其在可控条件下均匀稳定地上染。

2.2 色牢度

由表2 可以看出，除大红色以外，各颜色的耐湿摩擦色牢度均有大幅度的提升，其中藏青色、翠蓝色甚至达到了4 级，黑色也达到了3～4 级；耐皂洗色牢度方面，除大红色棉沾色为3 级、尼龙沾色为3～4 级、翠蓝色棉沾色为3～4 级以外，其余均在4 级以上，较传统工艺有所提升。原因可能是棉纤维经过阳离子改性后，阳离子大分子在纤维表面形成网状交联，避免了摩擦时纤维的掉落；同时传统工艺中棉纤维与活性染料虽可形成共价键，但上染率低、浮色多，而棉纤维与酸性染料之间形成离子键，上染率高，因此各项色牢度均有所提升。此外，织物表面阳离子的存在，也有利于酸性染料固色剂的成膜，阻碍皂洗过程中锦纶上酸性染料的掉落，从而使锦纶纤维的耐皂洗色牢度得到不同程度的提升。

表2 耐摩擦色牢度及耐皂洗色牢度

2.3 抑菌性能

由表3 可以看出，经过阳离子改性后的锦/棉针织物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率分别达到95.4%、99.3%、94.8%，抑菌效果非常明显。原因是该阳离子改性剂为含季铵盐的有机高分子，可以通过静电场的作用将带有负电的细菌刺穿，使细胞壁破裂，细胞内物质渗出，从而导致细菌死亡［6］。

表3 织物的抑菌性能

2.4 能耗分析

从6 组颜色中选择翠蓝色，按照短流程工艺试染两匹布。成品检验布面品质良好，无色花、色渍异常现象，锦纶与棉纤维得色率基本相当，无明显异色现象，与传统工艺染色的布面品质接近；但生产时间及能耗有明显降低，统计结果如表4所示。

表4 能耗分析表

由表4 可以看出，采用短流程工艺染色后，用水量由原来的11 缸降至6 缸，节水45.4%；染一缸布所用的时间由原来的10.5 h 缩短至6.5 h，效率可提升38.1%；此外，经过阳离子改性后，棉染色无需再用盐、碱，节约了资源的同时，染色废水中的电解质浓度也大大降低，有利于对于生态环境的保护。

3 结论

针对锦/棉/氨混纺或交织织物的染色，采用阳离子改性技术对棉纤维进行改性，然后用酸性染料同时上染锦纶、棉。该工艺具有以下特点：（1）匀染性好，无色花、色渍异常现象，锦纶纤维与棉纤维无明显异色；（2）部分色系的耐湿摩擦色牢度和耐皂洗色牢度较传统工艺有明显改善，至少也与传统工艺相当；（3）具有耐水洗的抑菌功能；（4）工艺时间短，用水量较传统工艺大大减少；（5）盐、碱等电解质用量大幅减少，可降低污水处理难度，生态环保。