棉/氨针织物生物酶练染一浴工艺

左凯杰，彭子威，何瑾馨，3

（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）

棉纤维属于天然可再生纤维，具有吸湿透气、手感柔软、穿着舒适、易于染色的特点，同时其废弃物在自然环境下可完全生物降解，而不会像合成纤维（如涤纶等）一样存在环境污染的风险，因此被广泛应用于各类服装面料。但是纯棉织物的弹性一般较差，故目前服装面料中多采用棉与氨纶交织，以提升面料的弹性及回复性。

棉纤维的主要组成包括纤维素、半纤维素、可溶性糖类、蜡质、脂肪、灰分、色素等物质［1］，活性染料主要是与纤维素葡萄糖残基上的伯羟基反应，而其他不参与反应的物质则可视为杂质，需要通过前处理予以去除。据统计，成熟的棉纤维一般含有6%～10%的杂质，不仅降低了棉纤维的润湿性、反应性，还会降低纤维固有的白度［2］，影响染色鲜艳度。近年来，针对纯棉针织物的练染一浴工艺研究很多，但存在以下问题：主要采用复合精练剂或果胶酶、纤维素酶对全棉或涤/棉针织物进行前处理，然后在不排液的情况下继续进行活性或分散染料染色，但该工艺很少涉及含氨纶针织物，主要是由于氨纶为特殊结构的弹性纤维，为保护纤维弹性在纺纱时需要加入硅油等油剂，在练染一浴过程中易造成色渍、色花［3-5］。

针对棉/氨针织物的练染一浴工艺，我司进行了长期、大量的研究，通过助剂筛选及工艺改进，摸索出适合本厂的生产工艺，但仅限于中深色系。因为练染一浴无法有效去除棉纤维本身带有的天然色素，故浅色系、鲜亮色系并不适合采用练染一浴工艺。

1 实验

1.1 材料及仪器

材料：棉/氨单面布（棉30s，质量分数88%；氨纶50D，质量分数12%），面料单位面积质量为250 g/m2。

染化料：活性黑Black HF-NB、活性红Rubine SB 150%、活性橙Orange S-3RM BS、浴中柔软剂HTSK（江苏德旺化工工业有限公司），SEN 精练乳化剂（江苏守信化工有限公司），精练剂AP-800（上海鼎绪工贸有限公司），高效复合生物酶（浙江优安化工科技有限公司），皂洗剂RSK（石家庄联邦科特化工有限公司），烧碱、元明粉、纯碱、冰醋酸（工业级）。

仪器：50 kg 高温高压溢流染色机（东庚实业股份有限公司），SW-24AⅡ型耐洗色牢度试验机（温州大荣纺织仪器有限公司），M238BB 型摩擦色牢度试验仪（上海鼎徽仪器仪表设备有限公司），Datacolor SF-600型计算机测色仪。

1.2 染色工艺

1.2.1 染整工艺流程设定

由于面料含有12%的氨纶，需要进行高温预定形，以防止织物进入染缸后在绳状松式状态下急剧收缩，造成折痕及单位面积质量超重等问题，故染整工艺流程设定为：配布→坯定（195 ℃×2 min）→染色→成品定形。

1.2.2 染色配方及工艺曲线

为了更好地评价棉/氨织物生物酶练染一浴工艺，新工艺与传统除油、染色工艺染黑色进行对比，染色配方如表1所示。

表1 染色配方对比表

传统染色工艺流程曲线如下所示：

生物酶练染一浴工艺1流程曲线如下所示：

1.3 测试

1.3.1 毛效

按照AATCC TS017—2007 测定前处理后织物的毛效。将织物沿经向方向左、中、右剪取25 cm×3 cm布样3 块，以纯净水作为测试液，在25 ℃恒温条件下测量30 min 时液体沿经向上升的高度（cm），最终结果取3块布样的平均值。

1.3.2 色差

在D65光源、10°视场条件下，采用计算机测色仪对染色织物的颜色特征值和色差进行测定。织物叠4层，并在不同位置测试4次，数值取4次平均值。

1.3.3 耐水洗色牢度

按照AATCC 61—2013《家庭和商业洗涤色牢度测试方法》测试织物的耐水洗色牢度。

1.3.4 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。

2 结果与讨论

2.1 布面品质

按照上述3 种染色工艺分别投染一缸布，并在染色前剪取0.46 m（0.5 码）半成品布水洗、烘干，测试织物毛效；成品后对每缸布的布面情况进行仔细检验，结果显示：布面状况良好，未发现明显的色渍、色花、阴阳色等染色异常，半成品毛效及布面品质如表2 所示。由表2 可以看出，从半成品的毛效看，传统工艺和生物酶练染一浴工艺的毛效（7.30～8.63 cm/30 min）都不是太高。这主要是由于所染颜色为黑色，无需对棉/氨织物进行漂白，前处理主要是均匀去除纺纱油剂（含氨纶油）、蜡质、果胶、半纤维素等，使活性染料能够向纤维内部渗透、扩散，并与纤维素之间形成稳定的共价键结合。因此，从毛效方面看，生物酶练染一浴工艺比传统工艺略低，但基本可以达到染色要求；而从布面状况来看，无论是传统工艺还是生物酶练染一浴工艺1、生物酶练染一浴工艺2，均未出现明显的色花、色渍，说明前处理的均匀性都很好，特别是复合生物酶能够将氨纶油均匀地乳化、分散在染液内，并保持稳定状态，是本工艺的重点所在。生物酶练染一浴工艺唯一的缺点是对棉籽壳的去除效果并不理想，主要是通过机械冲洗去掉了部分大的、与棉纤维物理连接不紧密的棉籽壳，但会有少量棉籽壳残留，所以采用生物酶练染一浴工艺，织造时应尽量选取高品质的棉纱。

表2 半成品毛效及布面品质

2.2 染色性能

按照1.2.2 染色配方及流程曲线，采用相同染色配方，在50 kg 溢流染色机内各投染2 匹布（约45 kg），染色过程中均未追加染料，一次性出缸，直至成品。然后以客户核可样为标准样，采用计算机测色仪测试颜色特征值和色差，结果如表3所示。

表3 成品的染色效果对比

由表3 可以看出，无论采用传统工艺还是生物酶练染一浴工艺染色，各缸织物之间的色光偏向一致，深浅略有差异，这主要跟染色工艺中染料、元明粉、纯碱的加料顺序、时间有关。

传统工艺由于前处理较为彻底，染色时采用先加元明粉，然后边升温边运转均匀，有利于节约工艺时间，然后在60 ℃加入染料，在元明粉促染作用下快速上染纤维，待上染达到平衡后，再加碱固色。由于本配方中所用活性黑有效成分实际为C.I.活性黑5，为双乙烯砜活性基，对碱较为敏感，在碱性条件下，水溶性的β-硫酸酯乙基砜转变为乙烯砜基后，导致活性染料的水溶性大大降低，故本工艺分两次加碱，先加少量碱剂（1 g/L 纯碱）以控制乙烯砜基生成速率，随着活性染料与纤维的不断反应，上染平衡被打破，还会使染液中的活性染料进一步上染织物，故本工艺染色得色最深。

生物酶练染一浴工艺1 采用的是高温灭活原理，即在生物酶前处理后升温至80 ℃高温灭活，同时加入活性染料，染料在上染的同时由于分子热运动加剧，有良好的移染作用，有利于弥补毛效降低对匀染性的影响，之后降温到60 ℃分3 次加碱固色，原理如前所述。该工艺相较于传统工艺的优点在于将前处理、染色合并在一浴完成，工艺流程缩短，用水量减少；缺点则是高温移染会使染料平衡上染率有所降低、水解率增加，故该工艺所得染色深度较传统工艺略有降低。

生物酶练染一浴工艺2 采用的是加碱灭活原理，即在生物酶前处理后加入后续染色所需的元明粉、纯碱，使生物酶在碱性条件下灭活，然后升温至60 ℃加染料染色。该工艺的优点在于前处理、染色同浴完成，且工艺衔接顺畅，没有额外的升降温过程，减少了分次加碱的时间，故工艺流程大大缩短，用水量减少；但由于是先加纯碱，然后C.I.活性黑5 再加入染缸，边上染边发生消除反应生成乙烯砜基，导致染料的移染、扩散能力降低，水解速率反而大大增加，故其深度较传统工艺有所降低。采用该工艺时，活性染料用量宜增加5%～10%。

2.3 色牢度

由表4 可以看出，采用传统工艺或生物酶练染一浴工艺染色后，耐水洗色牢度均在4 级以上，表明生物酶对于棉纤维上杂质的去除效果与传统的碱处理效果类似，不会影响活性染料与纤维素之间成键的稳定性；此外，各工艺的耐干摩擦色牢度均为4～5 级，生物酶练染一浴工艺1 的耐湿摩擦色牢度较传统工艺提升0.5 级，这与棉纤维上的蜡质去除率有关，传统前处理工艺使用烧碱，可以将蜡质皂化，去除较为彻底，而生物酶对于蜡质无去除能力，仅能依靠复配的表面活性剂将软化的蜡质乳化包裹，故还有少量蜡质均匀地残留在纤维上，降低了湿摩擦时的摩擦阻力，使得耐湿摩擦色牢度略有提高。

表4 耐水洗色牢度及耐摩擦色牢度

2.4 节能减排效果

生物酶练染一浴工艺将前处理、染色合并在一浴完成，使得工艺流程缩短，用水量减少，与传统练染工艺相比具有突出的节能减排效果，对比数据见表5。

表5 节能减排数据

由表5 可以看出，采用生物酶练染一浴工艺后，染色用水减少3 缸，节约37.5%；从生产用时方面来看，生物酶前处理保温时间一般为50～60 min，比高温碱处理的保温时间（30 min）长，但其减少了传统前处理后水洗、酸洗、中和等过程和时间，故整体工艺时间下降；同时，生物酶练染一浴工艺2 采用碱灭活的方式，其后续的染色工艺中减少了分次加碱的时间，整体染色时间大幅降低，故生物酶练染一浴工艺1、工艺2 染色时间分别较传统工艺下降15.5%、30.9%；生物酶具有良好的生物可降解性，减少了烧碱、表面活性剂等化工产品的使用，可以使印染废水的COD 值降低。由此可以看出，生物酶练染一浴工艺具有显著的节能减排效果。

3 结论

对比传统练染工艺及生物酶练染一浴工艺可以得出以下结论：（1）生物酶练染一浴工艺的毛效较传统前处理工艺略低，但经染色后布面品质良好，无色花、色渍异常；（2）生物酶练染一浴工艺的酶灭活方式会影响活性染料的上染和水解，可根据实际生产需要进行调整；（3）生物酶练染一浴工艺的耐水洗色牢度、耐干摩擦色牢度与传统工艺相近，耐湿摩擦色牢度提升0.5 级左右；（4）采用生物酶练染一浴工艺可以显著减少用水量，缩短生产时间，具有显著的节能减排效果。

本论文是基于发明专利：棉织物酶染一浴染色工艺，专利申请号202010077119.4。