紫外线预处理对羊毛织物活性染料染色性能的影响

李 淼，符 蓉

（东明大学，韩国釜山 612022）

羊毛织物是一种珍贵的纺织品，具有优异的弹性、良好的保暖性，制作的服装典雅大方，深受消费者喜爱。羊毛织物是最复杂的天然纤维织物，表面覆盖鳞片，形态结构特殊，染料及助剂等化学药品难以进入纤维内部，导致羊毛织物染色困难，提高羊毛织物染色性能成为当前研究的重点［1-2］。表面改性可以改善羊毛纤维的染色性能，使羊毛织物可以在较温和的条件下染色、整理，一直是羊毛织物染色工艺的研究热点［3-4］。羊毛纤维表面改性可分为化学改性和物理改性，化学改性会消耗大量化学药品，增加污水排放，不利于染整工业的可持续发展［5］；物理改性包括等离子体、超声波、辐射等改性方式，不仅能有效减少化学药品的使用和印染废水的排放，还可以降低染色温度，减少能源消耗，已经成为染整工业的一种趋势［6-7］。紫外线辐照在改善织物表面性能的同时不会影响其主体性能，当织物暴露在紫外线下时，表面纤维吸收紫外线，产生高活性自由基，提升染色性能，适用于多种纤维织物［8-9］。活性染料是一种合成染料，在水中溶解度很低，可以通过形成活性微粒与聚酯链相互作用，对疏水性织物进行染色和印花［10-11］。本文以紫外线辐照对羊毛织物进行预处理，再用活性染料Lanasol 红2G 进行染色，研究紫外线功率、辐照时间、染色温度、浴比、pH 以及染色时间对上染率的影响，并研究染色后羊毛织物的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：纯羊毛漂白针织物（160 g/m2）。

试剂：活性染料Lanasol 红2G、活性红K-2BP、活性剂、元明粉、pH 缓冲剂（均为分析纯）。

仪器：自制紫外线辐射箱（光源功率可调节），GR202-35 型高温高压染色机（无锡前州印染设备有限公司），L-12C 型数显恒温水浴锅（厦门瑞比机械有限公司），FA2104N 型电子天平（上海精密科学仪器有限公司），752N 型紫外-可见分光光度计（上海精科实业有限公司）。

1.2 羊毛织物染色

1.2.1 紫外线辐照预处理

在自制紫外线辐照箱中进行预处理：将羊毛织物平放于紫外灯下，调节不同功率照射不同时间。

1.2.2 染色工艺

始染温度30 ℃，加入助剂后保温一段时间，加入染料，升温到设定温度，保温一定时间后降温排水，80 ℃下还原清洗，降温排水，调节pH 至中性。

1.3 测试

1.3.1 上染率

利用紫外-可见分光光度计测定染液吸光度，利用残液比色法计算上染率=（A0/A1-1）×100%，式中，A0、A1分别为染液染色前后的吸光度。

1.3.2 色牢度

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》测定，用GB/T 250—2008变色用灰色样卡、GB/T 251—2008 沾色用灰色样卡评级。

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》测定。

2 结果与讨论

2.1 羊毛织物染色性能的影响因素

2.1.1 辐照时间

由图1 可以看出，未经紫外线预处理时，羊毛织物上染率最低，说明紫外线预处理有利于提升羊毛织物的上染率。随着紫外线辐照处理时间的延长，羊毛织物的上染率逐渐提高，在40 min 时达到最高，进一步延长紫外线辐照时间，上染率缓慢下降。这是由于紫外线辐照处理时间较短，羊毛纤维上的—NH2会转变成—NH3+，表面的正电性增强，有利于染色，上染率上升；当紫外线辐照处理时间过长时，羊毛纤维侧基上的—OH 被氧化成—COO-，表面的负电性增强，不利于染色，上染率下降［12］。因此，紫外线辐照时间选择40 min为宜。

图1 紫外线辐照时间对羊毛织物染色性能的影响

2.1.2 紫外线功率

由图2 可以看出，随着紫外线功率的增加，羊毛织物的上染率逐渐提高，80 W 时达到最高，继续提高紫外线功率，上染率呈下降趋势。原因与紫外线辐照时间对羊毛织物染色性能的影响类似［12］。因此，紫外线功率选择80 W 为宜。

图2 紫外线功率对羊毛织物染色性能的影响

2.1.3 染色温度

由图3 可以看出，羊毛织物的上染率随着温度的升高而逐步提高，60 ℃时上染率为76.2%，80 ℃时上染率达到最大值83.7%，进一步升高染色温度，上染率不再继续增加。这是由于羊毛织物具有疏水性和致密性，在低温状态下不易膨胀，纤维几乎不吸水，当温度升至80 ℃时，纤维结构被打开，纤维大分子剧烈振动，此时染料最容易进入纤维内部［13］。因此，染色温度选择80 ℃为宜。

图3 染色温度对羊毛织物染色性能的影响

2.1.4 浴比

由表1 可以看出，浴比越小，羊毛织物上染率越高，残液中的染料量越少，排放的印染废水浓度越低。当浴比低于1∶20 时，羊毛织物出现明显的染色不均匀现象，浴比为1∶20、1∶30、1∶40 时，染色后的羊毛织物用肉眼观察无明显差别，说明在上述浴比条件下，羊毛织物均具有良好的染色均匀性。从保护环境和节约染料的角度考虑，浴比选择1∶20为宜。

表1 浴比对羊毛织物染色性能的影响

2.1.5 pH

由图4 可知，随着pH 增加，活性染料对羊毛织物的上染率逐渐增加，pH 为7 时，上染率达到最高，当pH 大于7 时，上染率缓慢下降。这是因为活性染料在中性条件下较稳定，但是在酸性和碱性条件下易水解［14］。在本实验中，适宜的染浴pH 为7，此时活性染料对羊毛织物具有较好的上染效果，而且中性染浴可以减少还原清洗工艺中水资源的浪费。

图4 染浴pH 对羊毛织物染色性能的影响

2.1.6 染色时间

由图5 可以看出，随着染色时间的延长，上染率不断提高，50 min 时接近最大值，进一步延长染色时间，上染率不再明显增加。这可能是因为活性染料从染液中上染至羊毛织物上需要一定的时间，超过50 min 后，由于羊毛织物的染色已基本饱和，继续延长染色时间，上染率不再明显增加。考虑到维持染浴温度的能耗，染色时间选择50 min为宜。

图5 染色时间对羊毛织物染色性能的影响

2.2 色牢度

如表2 所示，在优化染色工艺条件下，活性染料对羊毛织物染色可以获得良好的牢度特性（各项染色牢度均在4 级以上），满足服用性能要求。这主要是由于活性染料分子中的苯环对经过紫外线辐射的织物具有较好的亲和力，对洗涤剂、热、光和摩擦等介质具有抵抗力。

表2 染色后羊毛织物的色牢度

3 结论

紫外线预处理能显著提高羊毛织物的上染率，染色的优化工艺条件：紫外线功率80 W，辐照时间40 min，染色温度80 ℃，浴比1∶20，pH 7，染色时间50 min，此时上染率可达83.7%。染色后的羊毛织物具有良好的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度，满足服用织物要求。