纱线线密度与染色槽数对靛蓝上染率的影响

刘幸乐， 姚继明， 侯贺刚， 韩 琪

(1. 河北新大东纺织有限公司， 河北 石家庄 052260; 2. 河北科技大学 纺织服装学院， 河北 石家庄 050018)

纱线线密度与染色槽数对靛蓝上染率的影响

刘幸乐1，2， 姚继明2， 侯贺刚1， 韩 琪1

(1. 河北新大东纺织有限公司， 河北 石家庄 052260; 2. 河北科技大学 纺织服装学院， 河北 石家庄 050018)

为了解靛蓝染料的染色特性，提高打版成功率，同时更加精确地计算染色成本，测试分析了相同染槽深度时不同纱线线密度对靛蓝上染率的影响和相同线密度时不同染槽深度对靛蓝上染率的影响。通过30 ℃对纱线进行染色，浸染时间为26 s，氧化时间为120 s，压力为7.0 MPa，然后对烘干后染色纱样的上染率进行测试和分析。结果表明：在底水各组分质量浓度测试值为靛蓝2.0 g/L、烧碱3.0 g/L，保险粉1.32 g/L、pH值11.88，氧化还原电位-785 mV，电导率64.2 μS/cm时，靛蓝上染率随纱线线密度的增加而降低，相同的染槽深度下，上染率与纱线线密度的平方根成反比；靛蓝上染率随染色槽数的增加而增加，且增长率逐渐减小。

靛蓝； 染槽； 上染率； 纱线； 线密度

牛仔布生产起源于美国，最初的牛仔布是靛蓝染色经纱与纬纱以一定的组织结构交织而成的纯棉布，由于其耐磨的优势，受到了美国矿工的欢迎，也因此得以广泛流传。到目前为止，靛蓝染色仍是牛仔布生产的主要工艺[1]。短期内，靛蓝染色织物因其耐光照、耐洗涤及氯漂色牢度好的优势，其市场份额仍不会缩减[2]。随着牛仔水洗技术的发展，利用靛蓝染色不透芯的特殊性，将牛仔进行水洗，可获得不同颜色和风格的面料，经石磨后兼具层次感和立体感。增加靛蓝的染色深度是开发更多品种的先决条件，因此，靛蓝深色染色技术得以发展。影响靛蓝染色效果的因素较多，纱线线密度、纺纱方式等都会对靛蓝的深度和色光造成影响，因此，合理地选择用纱也是靛蓝染色的一个要素。另外，相对于其他染料，牛仔布生产过程中，靛蓝染料的染色速率相对较低。通过增加底水中靛蓝浓度来加深纱线表面色，只能提高染料的初染率，却达不到理想的渗透效果。染料吸附到纱线，在表层发生聚集，难以向纱芯渗透，造成明显的环染现象。这时，染料与纤维结合以范德华力为主，部分染料在后续的退浆、水洗等工序后会以浮色的形式损失掉。生产成本高，造成大量浪费，同时织物的摩擦牢度也会明显降低。通过增加染槽数量，采用多次浸染的方法进行染色，可改善这一问题[3]。本文分别研究了纱线线密度和染槽数对靛蓝上染率的影响。

1 实验部分

1.1 材料与设备仪器

材料：不同线密度的纯棉环锭纱。

药品：N-甲基吡咯烷酮、烧碱溶液、保险粉，均为化学纯，蒸馏水。

设备仪器：T-1109束莫里森束染机(Morrison Textile Machincry Co.)、Y2301型手持式纱线张力仪(南通宏大实验仪器有限公司)、102型电热恒温鼓风干燥箱(山东潍坊医药集团股份有限公司医疗器械厂)、CP114-型电子天平(上海奥豪斯仪器有限公司)、HH-S6型数显恒温水浴锅(常州国宇仪器制造有限公司)、722s型可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)。

1.2 染色方法

浸染过程中，染色时间为21 s，氧化时间为99 s，轧辊压力为7.0 MPa，纱线张力为3.0 MPa。染色底水参数为：靛蓝质量浓度2.0 g/L,烧碱质量浓度3.0 g/L,游离保险粉质量浓度1.32 g/L，pH值11.88，氧化还原电位-785 mV，电导率68.5 μS/cm，温度30 ℃。

1.2.1 纱线线密度对靛蓝上染率的影响

取不同线密度环锭纺纯棉纱在绳染机进行染色，做大货生产染纯靛蓝时，纱线绕过张力架，一端捆绑于第1束纱，跟随绳染大货同步进行染色和氧化。在经历5次染槽浸染及氧化架氧化后，将染色纱样取出不经水洗，直接烘干。

1.2.2 染槽个数对靛蓝上染率的影响

取58.31 tex环锭纺纯棉纱在绳染机进行5组染色实验，做大货生产染纯靛蓝时，纱样绕过张力架，一端捆绑于第1束纱，跟随绳染大货同步进行染色和氧化。在经历不同染槽浸染及氧化架氧化后，取出不经水洗，直接烘干。

1.3 剥色方法

1.3.1 剥色溶液

用量筒准确量取300 mL N-甲基吡咯烷酮，全部移入1 000 mL容量瓶；吸取20 mL 烧碱溶液转移至上述容量瓶；在分析天平上准确称取10.000 g保险粉移入容量瓶；用蒸馏水对剥色溶液进行定容，摇匀后待用。

1.3.2 纱线剥色

用分析天平称取0.190～0.200 g烘干后的色纱，放入50 mL容量瓶；用制备好的剥色溶液对50 mL容量瓶进行定容；将定容后的容量瓶放入60 ℃的水浴锅中，恒温15 min。

1.4 测试方法

1.4.1 分光光度计设定及校对

参照上述剥色方法，在波长为408 nm处测定一系列还原态靛蓝的浓度-吸光度的对应数据，以100%纯靛蓝颗粒作为基准物绘制校验曲线。可根据实测的吸光度获得还原态靛蓝的实际质量浓度。

设质量浓度值为x，测试所得吸光度为y，靛蓝质量浓度为0～10 mg/L时，可得一元线性方程：

y=0.077 3x

(1)

由式(1)得出

x=12.94y

(2)

浓度因子可根据式(2)设定为1 294，实际质量浓度即为质量浓度直读值/100，单位为mg/L。

分光光度计校对。取2个剥色溶液到10mm比色皿中，在722s型可见光分光光度计上进行校对，波长调至408nm，斜率设为1 294，记录剥色溶液的读数A。

1.4.2 色纱上染率测试

将剥色液摇匀并冷却至室温，准确吸取5 mL剥色液移入50 mL容量瓶，用剥色溶液定容并摇匀；将制备好的溶液在分光光度计上进行测试，记录数值B。

纱线上靛蓝上染率的计算式为

(3)

式中M为干后的色纱质量，g。

2 结果与讨论

为排除人为操作因素的干扰，在同一底水状态下进行若干组重复实验，将测量的有效数据取平均值。

2.1 纱线线密度对上染率的影响

在相同的工艺条件下，分别对不同线密度的环锭纱染5个染槽的靛蓝，并对烘干后的纱线进行靛蓝上染率测试，结果见表1。

表1 靛蓝对不同线密度纱线的实际上染率Tab. 1 Actual dye uptake of indigo for yarns with different density

由表1可见，在相同的染槽深度，色纱靛蓝的实际上染率随纱线线密度的增加而降低。纱线线密度越大，纱线越粗，单位质量的纱线所吸收到的染料越少。用同样的染料进行染色，比表面积越大，得色越深，而比表面积小的则得色浅[4]。这是由于随纱线线密度的减小，纱线比表面积增大，染料的吸附能力增强，从而靛蓝的实际上染率提高，颜色加深[5-6]。

根据染色物理模型[7],靛蓝上染率与棉纱线密度的关系为

(4)

式中：参照纱线的线密度为Na；纱线靛蓝上染率为ρa，达到与参照纱相同的表面颜色深度所需要的上染率为ρb。由式(4)可知，上染率ρb与纱线线密度N的平方根成反比。纱线线密度越大，纱线越粗，达到相同的上染率所需要的染料越多。

以72.89tex纱为基数，利用式(4)对不同线密度所得上染率进行计算。用Origin软件对实际上染率和理论上染率的关系作图，结果如图1所示。

由图1可看出，理论上染率与实际上染率2条曲线基本吻合，这说明了对不同纱线线密度的单因子实验中，实测数据对理论上染率进行了有效的验证，理论计算与实验结果一致。即，在相同的工艺条件下，纱线线密度越大，靛蓝上染率越低；而上染率纱线线密度的平方根呈反比。

2.2 不同染色槽数对上染率的影响

取同一批次58.31 tex的环锭纱，在绳染机上染不同染槽数量的靛蓝，对烘干后的纱线进行上染率测试，结果如图2所示。

由图2可看出，在一定范围内，靛蓝上染率随染槽数量的增加而增加。但染槽数量与色纱靛蓝的上染率并没有呈现出理想的线性关系。随浸染次数的增加，整体上染率缓慢增长，而平均每槽上染率会越来越低。每种染料单独对每种基质材料分别以一定的质量浓度进行梯度着色[8]，同理，靛蓝染料也随染槽数量的增加对纱线进行梯度着色。

一部分隐色体在纤维浸入第1个染槽后，经纱可接受染料的染座数量较多，染液中的电解质也起到了一定的促染作用，染料迅速吸附在纱线表面。但由于靛蓝隐色体的扩散性能差，染料大量聚集在纱线的表面，从而导致初染率高，匀染性能差。在较短的时间内，吸附的染料与染液中的隐色体难以达到置换平衡。经第1道氧化架氧化后，染料固着下来，但这种表层的染料与纱线的结合并不紧密。

进入第2个染槽后，由于电解质的作用，底水中的隐色体会在纱芯方向促进纱线表层染料向纱芯渗透，并占据原来的部分染座。相反，表层染料也会阻碍其他隐色体的继续上染。由于染色时间的限制，在碱性条件下，底水中过量保险粉对色纱的剥色速率与隐色体对纱线的吸附速率仅达到某种程度的平衡，纱线一出染槽就开始第2次氧化。

在第3个以及更多染槽后，每次浸染，染料的上染率的增加速度越来越小，上染率增加越来越缓慢。随染槽数量的无限增加，纱线上染座被充分占据，每次浸染，染料剥色和对纱线的吸附达到最终的平衡。氧化后，纱线上的靛蓝上染率不再继续增加。

3 结 论

1)在染色过程中，靛蓝的上染率受到纱线线密度和染槽数量等因素的影响。其他工艺条件相同的情况下，纱线线密度越大，质量比表面积越小，对染料吸附能力越弱，染料上染率越低。不同纱线达到相同的表面颜色深度所需要的上染率与纱线线密度的平方根成反比，因此，靛蓝在连续生产过程中，计算染色成本时要考虑纱线线密度对靛蓝消耗速率的影响。

2)随染色槽数的增加，靛蓝的上染率逐渐增加，而上染率与染色槽数不呈线性关系；随染色槽数的增加，靛蓝上染率增加速度会越来越小，直至趋近于零。生产使用的染槽数量少，达不到深度要求，染槽数量太多，又会造成染料的浪费，因此要想在降低成本的同时染得较深的颜色，必须权衡好染色槽数与上染率之间的关系。

FZXB

[1] 李毅.牛仔布生产与质量控制[M]. 北京：中国纺织出版社，2002:1-2. LI Yi. Jean Production and Quality Control [M]. Beijing：China Textile & Apparel Press，2002:1-2.

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Effect of yarn density and dyeing vat on dye uptake of indigo

LIU Xingle1,2, YAO Jiming2, HOU Hegang1, HAN Qi1

(1.Hebei Xindadong Textile Co., Ltd., Shijiazhuang, Hebei 052260, China; 2. College of Textile and Garment, Hebei University of Science & Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

In order to grasp the dyeing properties of the indigo, promote success rate of the production, and calculate the cost of the dyeing process, two groups of experiments were carried out in the rope dyeing machine, and effect of yarn density on the dye uptake of indigo and effect of dyeing vat on the dye uptake of indigo. The yarns were impregnated with dyeing solutions for 26 s at 30 ℃, and oxidized for 75 s, and the pressure was 7.0 MPa. The dye-uptake of the drying sample yarns were tested and analyzed. The results show that, when the dosage is: indigo 2.0 g/L, caustic soda 3.0 g/L and sodium hyposulfite 1.32 g/L, pH 11.88, oxidation-reduction potential -785 mV and electrical conductivity 64.2 μS/cm, the dye-uptake reduced with the increasing of the yarn density. Under the same depth, the dye uptake is inversely proportional to the square root of the yarn density. The dye-uptake increased with the increasing of the dyeing vat, but the growth rate decreased.

indigo; dyeing vat; dye uptake; yarn; density

10.13475/j.fzxb.20150401604

2015-04-14

2016-02-21

刘幸乐(1985—)，男，硕士生。研究方向为牛仔布经纱染色及上浆技术。姚继明，通信作者，E-mail: yaojiming66@126.com。

TS 193.63

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