丝维尔调温纤维针织面料的染色工艺

刘 青，孟家光，刘变侠

（西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安710048）

0 引 言

丝维尔（Siwear）调温纤维属于粘胶纤维的功能化品种，是将相变调温材料技术和粘胶纤维制造技术相结合开发出的一种高科技产品，该纤维具有蓄热、放热双向温度调节功能，是一种性能优良、用途广泛的纺织原料，具有较高的市场推广价值.

目前丝维尔调温纤维在国内外广泛应用，诸多学者对其进行了全面研究.张琳琳，王跃强对智能调温纤维的调温机理以及调温纤维在国内外发展现状进行了研究［1］；魏立娜，张永久等人对智能调温粘胶纤维／棉混纺织物的染色性能进行了研究［2］；张琳琳对智能调温纤维的染色性能研究做了透彻的分析，比较了3种活性染料用于智能调温纤维与普通粘胶纤维染色性能的差异［3］；张琳琳，张永久对国产丝维尔智能调温纤维与进口Outlast的染色性能进行了对比研究［4］；李娜娜对丝维尔调温纤维及其纺织品进行了分析与研究［5］.但是很少有人就丝维尔调温纤维针织物本身的染色性能做深入研究，确定出最佳的生产工艺.本文根据丝维尔调温纤维和纱线本身具有的特征和性能，采用单因素分析法和正交试验法确定出丝维尔调温纤维针织物的最佳染色工艺.

1 实 验

1.1 材料与仪器

（1）织物 由14.8tex的丝维尔调温纤维纱线编织出纬平针、满针罗纹、畦编、半畦编、空气层以及半空气层等6种针织物.

（2）染料及助剂 活性艳红KD-8B染料（江阴市和旺化工贸易有限公司），食盐、净洗剂、磷酸三钠、匀染剂（均为南通海石化工助剂有限公司）.

（3）仪器 721型分光光度计（上海第三分析仪器厂），pHS-25型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司），Color i7爱色丽测色仪（北京科美润达仪器设备有限公司），HSY2-SP型恒温水浴锅（常州华冠仪器制造有限公司），JA3003N型电子天平（上海精科天美商贸有限公司），DHG-9075电热恒温鼓风干燥箱（上海齐欣科学仪器有限公司）.

1.2 测试指标

（1）上染百分率 用分光光度计测定上染平衡时的残留染液和原液在最大吸收波长处的吸光度，通过式（1）求出上染百分率E.

式中A0为原液的吸光度，A1为染后残液的吸光度.

（2）K／S值K和S分别为被测物体的吸收系数和散射系数，K／S值越大，染料的染色性能越好［6］.

2 结果与讨论

2.1 丝维尔调温纤维染色工艺的确定

2.1.1 染料用量的确定 对染料用量进行单因素分析，活性艳红KD-8B染料0.5%～2%（o.w.f），入染温度60℃，入染30min，固色温度90℃，固色时间40min，匀染剂质量浓度0.5g／L，磷酸三钠质量浓度30g／L，食盐质量浓度30g／L，浴比1∶50，染料用量和上染率的关系如表1所示［7］.

从表1可以看出，当染料用量在1%时，其上染率最高，达到80.7%.因此，以下所有实验的染料用量都为1%.当染料用量一定时，影响丝维尔调温纤维染色效果的主要因素有食盐质量浓度、固色温度、固色时间以及磷酸三钠质量浓度，以下对4个因素进行分析，以便确定出合理的染色工艺，得到最佳的染色效果.

2.1.2 食盐质量浓度的确定 食盐在活性染料的染色过程中起促染的作用，一般染料的上染率随着食盐质量浓度的提高而增加，但是上染率增加到一定程度后，随着食盐质量浓度的增加上染率几乎不再增加.对食盐质量浓度进行单因素分析，其中活性艳红KD-8B染料1%（o.w.f），入染温度60℃，入染30min，固色温度90℃，固色时间40min，匀染剂质量浓度0.5g／L，磷酸三钠质量浓度30g／L，食盐质量浓度20～45g／L，浴比1∶50.食盐质量浓度与上染率、K／S值的关系如图1所示.

从图1可知，随着食盐质量浓度的不断增加，上染率也呈现不断上升的趋势，但当食盐质量浓度超过30g／L时，上染率增加的幅度很小，几乎没有变化.对于K／S值来说，也是随着食盐质量浓度的增加而增加，但是当食盐质量浓度超过35g／L时，K／S值反而呈现下降趋势.所以综合考虑，食盐的质量浓度应选为30g／L，35g／L，40g／L.

表1 染色用量与上染率的关系Table 1 Relationship of the dye dosage and dyeing rate

图1 食盐质量浓度与上染率、K／S值的关系Fig.1 Relationship of the dosage of sodium chloride and dyeing ratio and K／Svalue

图2 磷酸三钠质量浓度与上染率、K／S值的关系 Fig.2 Relationship of the dosage of trisodium phophate and dyeing ratio and K／Svalue

2.1.3 磷酸三钠质量浓度的确定 磷酸三钠在此实验中属于固色剂，是对染料进行一个固色的过程，以减少残液中的染料，使织物的色牢度更好一些，合适的固色剂质量浓度，对织物染色效果是一个至关重要的因素.对磷酸三钠用量进行单因素分析，其中活性艳红KD-8B染料1%（o.w.f），入染温度60℃，入染时间30min，固色温度90℃，固色时间40min，匀染剂质量浓度0.5g／L，磷酸三钠质量浓度20～50g／L，食盐质量浓度30g／L，浴比1∶50.磷酸三钠质量浓度与上染率、K／S值的关系如图2所示.

从图2可以看出，随着磷酸三钠质量浓度的增加，织物的上染率和K／S值都处于上升的趋势，当磷酸三钠的质量浓度为45g／L时，K／S值达到最大峰值，但是当磷酸三钠的质量浓度超过45g／L时，上染率增加得很小，而K／S值有所下降，磷酸三钠质量浓度过多，会造成不必要的经济损失和产生严重的环境污染.所以，最终磷酸三钠的质量浓度选定为35g／L，40g／L，45g／L.

2.1.4 固色时间的影响 固色时间过长或过短都将对织物的上染率产生一定的影响.对固色时间进行单因素分析.其中活性艳红KD-8B染料1%（o.w.f），入染温度60℃，入染时间30min，固色温度90℃，固色时间30～60min，匀染剂质量浓度0.5g／L，磷酸三钠质量浓度30g／L，食盐质量浓度30g／L，浴比1∶50.固色时间与上染率、K／S值的关系如图3所示.

从图3可以看出，随着固色时间的增加，上染率和K／S值都处于增加的趋势，但是当固色时间大于55min后，上染率处于下降趋势，而K／S在45min后就已经处于下降趋势，这是因为染色时加入了碱剂进行固色的原因.加入碱剂提高了纤维的吸附率，一定时间后，当吸附在纤维上的染料与纤维反应固着已经趋向于平衡时，继续再延长时间，这时染料就会发生水解吸附，部分染料会被水解，从而无法上染，这将不利于上染的进行.综合考虑，最终选定的固色时间为40min，45min，50min.

2.1.5 固色温度的影响 通过实验分析固色温度.其中活性艳红KD-8B染料1%（o.w.f），入染温度60℃，入染时间30min，固色温度65～95℃，固色时间40min，匀染剂用量0.5g／L，磷酸三钠质量浓度30g／L，食盐质量浓度30g／L，浴比1∶50.固色温度与上染率、K／S值的关系如图4所示.

从图4可以看出，随着固色温度的升高，织物的上染率和K／S值均呈上升趋势.但是当固色温度高于85℃后，上染率和K／S值则都开始下降.综合考虑上染率和K／S值这两个指标，最终选定固色温度为80℃，85℃，90℃.

2.2 染色正交试验

为了确定最佳工艺条件，根据单因素实验所确定的最佳反应条件，设计一个4因素3水平的正交试验，即采用正交试验表对正交试验工艺条件进行设计编排及对实验结果进行分析和评价［8］.正交试验基本变量参数如表2所示，实验结果如表3所示.

图3 固色时间与上染率、K／S值的关系Fig.3 Relationship of fixation time and dyeing ratio and K／Svalue

图4 固色温度与上染率、K／S值的关系Fig.4 Relationship of fixation temperature and dyeing ratio and K／Svalue

表2 染色工艺因子水平表Table 2 Dyeing process factor level table

表3 丝维尔调温纤维染色正交试验结果Table 3 The dyeing orthogonal experiment results of Siwear thermoregulation fiber

由表3可知，影响上染率的因素由大到小依次为磷酸三钠（B）、时间（C）、温度（D）、食盐（A），得到的优化工艺为A3B3C3D2.影响K／S值的因素由大到小依次为磷酸三钠（B）、时间（C）、食盐（A）、温度（D），得到的优化工艺为A3B2C2D3.两种指标的分析结果出现了偏差，因此追加试验，进一步对两种优化方案做分析对比.方案A3B3C3D2和A3B2C2D3优化后的上染率分别为83.12%，86.82%，K／S值分别为10.171，11.560.最终优化方案的理论目标值的上染率为88.135 1，K／S值为12.621 9.理论与实际值存在偏差，但是综合考虑，由对比结果得出用方案A3B2C2D3处理的织物的上染率和K／S值都相对较高.因而最终确定A3B2C2D3为最优工艺.

2.3 丝维尔调温纤维针织面料的染色效果

对丝维尔调温纤维针织面料染色效果进行评价，主要选取针织学中常见的3种染色色牢度（耐洗色牢度、耐汗渍色牢度、耐摩擦色牢度），通过对其染色效果的评定，判断是否可以满足服用性能的要求.

（1）耐洗色牢度 参照GB／T 3921—2008C（3）《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》标准［9］，测试仪器为SW-12AⅡ型耐洗色牢度试验机.由表4可知，丝维尔调温纤维针织物的耐洗色牢度较好，达到了服用要求.

表4 丝维尔调温纤维针织物的耐洗色牢度测试结果Table 4 Colour fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted faric

（2）耐汗渍色牢度 参照GB／T3922—1995《纺织品耐汗渍牢度试验方法》标准［10］.由表5可知，丝维尔调温纤维针织物的耐汗渍色牢度较好，达到了服用要求.

表5 丝维尔调温纤维针织物的耐汗渍色牢度测试结果Table 5 Perspiration fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted fabric

（3）耐摩擦色牢度 按照GB／T3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度方法》标准，用CHY-65摩擦色牢度仪进行测试［11］.由表6可知，丝维尔调温纤维针织物的干、湿耐摩擦色牢度都比较好，达到了服用要求.

表6 丝维尔调温纤维针织物的耐摩擦色牢度测试结果Table 6 Rubbing fastness of Siwear thermoregulation fiber knitted fabric

3 结 论

（1）活性染料染丝维尔调温纤维针织物的优化工艺：活性艳红KD-8B1%（o.w.f），磷酸三钠质量浓度40g／L，食盐质量浓度40g／L，浴比1∶50，染色温度60℃，染色时间30min，固色时间45min，固色温度90℃，匀染剂质量浓度0.5g／L.

（2）使用活性染料时，温度过高，会使染料失去活性；温度过低，又会使染料的上染率下降，所以染色温度的控制是关键.

（3）经最优工艺处理的丝维尔调温纤维针织物，其染色色牢度（耐洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗渍色牢度）均在4级以上，满足服用性能的要求.

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