阳离子改性剂在棉/毛混纺织物染色中的应用

2013-03-16赵雅琴

化纤与纺织技术 2013年1期

董奇，赵雅琴

(河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄050081)

随着针织品向原料多样性发展，人们对羊毛与其他纤维混纺产品的兴趣越来越浓，这些纺织产品集两种或多种纤维的优点于一身，产品风格独特，棉毛混纺产品正是以其特色的风格而具有巨大的市场前景［1］。羊毛优良的弹性及热传导性，与全棉或棉与化纤混纺织物相比，棉毛混纺及交织物更暖和、舒适，不仅具有良好的质感和外观风格，还具有良好的性价比，20世纪40年代以来棉/毛混纺产品的应用实践表明，棉/毛混纺产品可以将两种纤维的特点融为一体，进而使产品获得独具特色的风格，同时也给这类产品的研究和生产带来了新的课题［2］。

但由于棉纤维和毛纤维的形态结构及化学性能不同，他们对酸碱的反应性能相反，给染整加工带来很大困难，毛/棉混纺织物染色通常用两类染料二浴法染色或一浴法分别染混纺织物中的两种纤维，工艺条件较难控制，染色时间也较长，同时羊毛与棉纤维分别属于蛋白质纤维和纤维素纤维，染色性质差异很大，因此很少用单一染料一浴法染成同色［3］。

为解决这一问题，通过使用环氧季铵盐改性剂对棉织物进行阳离子改性，改变了棉纤维的物理性能和化学性能，进一步改变其染色性能，最终使其与毛纤维混纺以后进行一浴法染色提供了方便［4］。开发研究出单一染料一浴法染毛/改性棉混纺织物的工艺，必将促进毛/改性棉产品的发展，并导致对毛纤维需求量增大并将提高棉纤维价值。

1 实验

1.1 材料

经煮练、漂白和丝光的平纹织物，羊毛。

季铵盐类改性剂(3－氯－2－羟基丙基三甲基氯化铵，系工业制品，未经进一步提纯);NaOH(分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司);乙酸(36%，天津市天新精细化工开发中心);中性艳蓝－BLN。

1.2 实验方法

1.2.1 最佳改性工艺

改性方法:将织物放入含有改性剂和氢氧化钠的改性液中，浴比1∶20在一定温度和时间下浸渍，取出，流水冲洗5～6 min，酸洗，再经水洗至中性，自然晾干。

按L9(34)正交法进行棉织物改性试验，使用中性艳蓝－BLN按图1染色工艺染色，主要以上染率评定改性效果。设置影响改性效果的主要因素分别为季铵盐改性剂的质量浓度、NaOH的质量浓度、改性温度。由正交试验确定主要、次要改性影响因素，得出改性工艺。

1.2.2 最佳一浴染色工艺

图1 中性艳蓝－BLN上染棉/毛织物工艺流程

按最佳改性工艺条件对棉进行阳离子化改性，使改性棉和羊毛按染色工艺，在同等条件下进行按L9(34)正交法进行染色试验，设置影响染色的四个主要因素分别为染料的用量、pH值、染色时间、染色温度，以最终改性棉和毛的染色色差值评定染色效果。由正交试验得到初步最佳工艺和影响染色工艺的主要、次要因素，然后进行单因素试验以得到最佳单因素条件，最后总结得出最佳染色工艺。

1.3 性能测试

使用GB 2503984评定变色用灰色样卡评定羊毛与改性棉染色的色差。

按所制定的处方配制相应空白染液A及相同的染液B，同时称量纤维及染化料，放入同一水浴中。A染浴不加试样，但其操作均按B染浴所规定的进行。分别将染色残液和经历染色过程的标准溶液稀释至适当浓度，在最大吸收波长处测定染色残液的吸光度B，然后按下式计算上染率E(%)

式中:X—染色残液中的染料量相对于染料初始

加入量的百分数(%);

A—标准染液的吸光度;

B—标准残液的吸光度;

n—标准染液和标准残液的测定浓度的倍数。

牢度测试:耐洗牢度按GB/T 3921.1—1997《纺织品色牢度实验耐洗牢度实验》，摩擦牢度按GB/T3920—1997《纺织品色牢度实验耐摩擦度实验》进行。

2 结果与讨论

2.1 改性工艺

选择改性剂质量浓度(A)、碱剂质量浓度(B)、改性温度(C)为实验因素各因素取3水平选用L9(34)正交表表头设计见表1，实验结果见表2。

表1 因素和水平表

表2 阳离子化正交实验条件及实验结果

上染百分率越高，改性效果越好。

(1)因子A:因 K2 ＞K3 ＞K1，故选K2，即水平2;

(2)因子B:因K3＞K2＞K1，故选K3，即水平3;

(3)因子C:因K1＞K2＞K3，故选K1，即水平1。

由上表可以看出极差 RB＞RA＞RC，则在阳离子化处理条件中，催化剂氢氧化钠是影响棉阳离子化效果的最显著因素，其次是阳离子试剂质量浓度和处理温度。由表2的结果并结合成本及效率分析确定，最佳改性工艺条件为:NaOH质量浓度30 g/L，改性剂质量浓度40 g/L，改性温度40℃。

2.2 染色工艺

选择染料用量(A)、pH值(B)、染色温度(C)、染色时间(D)为实验因素各因素取3水平选用L9(34)正交表表头设计见表3，实验结果见表4。

表3 因素和水平表

表4 染色正交实验条件及实验结果

根据色差评级来判定改性棉和羊毛一浴染色效果，色差级别越大，色差越小，染色效果越好。由表4可看出，极差RB＞RD＞RC＞RA，因此可以得出影响改性棉和羊毛同色性能的主要次要因素:

因子A:因K2＞K3＞K1，故选K2，即水平2;因子B:因K2＞K3＞K1，故选 K2，即水平2;因子C:因K1＞K2＞K3，故选K1，即水平1;因子D:因K1＞K2＞K3，故选K1，即水平1。

对以上结果进行分析，pH值是影响羊毛/改性棉混纺织物同色性能的最主要影响因素，染色时间次之，染色温度和染料用量影响最小。最后大致得出染色工艺为:染料用量2%((owf)，pH值=7，染色温度90℃，染色时间30 min。之后再对各影响因素进行单因素分析。

2.2.1 pH值对染色效果的影响

确定染料用量2%(owf)，染色温度90℃，染色时间30 min为固定染色条件，只改变pH值，进行单因素试验，来探索pH值对染色效果的影响，结果见表5。

表5 pH值对染色同色性能的影响

由表5可得，当pH值=8时改性棉和羊毛的色差为4～5级，两者染色同色性能最好。由表5可以看出总体上改性棉上染率达70%左右相对于毛较高，在pH值=8时最高。而羊毛的上染百分率随pH值的升高而不断降低，当染液为酸性时，羊毛结合氢离子而带正电，与染料的亲和力较大，因此其上染百分率较高。当染液为碱性时，羊毛显负电性，与染料的亲和力不如酸性时大，因此上染百分率低。由此可见羊毛染色时，氢离子有促进上染作用，相反碱性条件会抑制上染。

2.2.2 恒温染色时间对染色效果的影响

确定染色pH值=8，染色温度90℃，染料用量2%(owf)为固定染色条件，只改变恒温染色时间，进行单因素试验，试验结果见表6。

表6 恒温染色时间对同色性能的影响

由表6可知，羊毛的上染百分率随恒温染色时间的延长而提高，但当时间过长时，其上染百分率反而下降，这是因羊毛具有鳞片层结构，在染色初期，鳞片处于关闭状态，染料不能透过鳞片接近纤维并固着在纤维上。随着时间的增长和染液温度的提高，鳞片层逐渐打开，染料通过鳞片层之间的缝隙进入纤维内部并完成上染。但当恒温染色时间过长时，由于染液中染料浓度逐渐降低直至低于纤维上染料的浓度，随着染色的进行，已经上染的染料可能会再次从纤维上解吸下来，从而造成上染白分率降低。改性棉与染料的亲和力较大，又由于其纤维结构中没有鳞片层，纤维可直接与染料接触，因此其初期上染速率较快，而后期已经上染的染料也不易再次发生解吸，最后其上染百分率较高，而羊毛的较低。

2.2.3 染色温度对染色效果的影响

确定染色pH值=8，染色时间40 min。染料用量2%(owf)为固定染色条件，只改变恒温染色温度，进行单因素试验，试验结果见表7。

表7 染色温度对同色性能的影响

由表7可知，羊毛的上染百分率随着温度的升高而逐渐增大，在100℃时达到最大值，羊毛的鳞片层结构在温度不够高时，张开得不够充分，只有当温度在95℃染色或沸染时鳞片层充分张开，染料上染充分，上染百分率最高，羊毛得色最深。同时棉的上染百分率也随上染温度的升高而不断增大，但由于羊毛和改性棉染色中染色效果的差异性，想要把两种纤维染得相近颜色，因此选择相对低的染色温度，由此来抑制羊毛的上染，而改性棉又可获得不错的染色深度，由此选择90℃的上染温度，即可满足同色要求。

2.2.4 染料用量对染色效果的影响

确定染色pH值=8，染色时间40 min，染色温度90℃为固定染色条件，只改变染料用量进行单因素试验，试验结果见表8。

表8 染料用量对染色同色效果的影响

由表8可以看出，当染料的用量较低，低于2%(owf)时，改性棉和羊毛的上染百分率均较高，但总体来说改性棉的上染百分率比羊毛高很多。当染料用量较高，高于2%(owf)时，羊毛和改性棉的上染百分率显著降低，染料的利用率较低。这是因为羊毛和改性棉使用中性染料染色时属于弗莱因德力胥吸附等温线，染料对纤维的吸附上染速率随染料用量的提高而逐渐降低，染料总体增多了，但其吸附上染量并没有增加多少，因此造成染料大量浪费，上染百分率逐渐降低。