活性染料用于棉麻织物染色的性能比较

朱元昭， 肖 培， 赵亚楠， 汪 青,2

(1.中原工学院； 2.河南省纺织服装协同创新中心， 郑州 450007)

棉、麻纤维是应用最广泛的天然纤维素纤维，其中棉纤维回潮率达 8%，具有良好的亲水性，手感柔软，穿着舒适，染色性能好[1]；麻纤维强度高，抗菌性和导热性好，挺括凉爽，出汗后不贴身。从服装面料现状看，采用单一原料的织物已越来越少，而由多种纤维组合而成的织物越来越多[2]。棉麻混纺织物融合了棉纤维和麻纤维的优良特性，充分发挥了天然纤维的优势，同时降低了单独使用麻织物时高昂的成本，具有更好的服用性能，深受广大消费者的喜爱。

虽然棉、麻织物均为天然纤维素纤维，但二者聚合度、结晶度和取向度等不同，它们的混纺织物在活性染料同浴染色时，染料在纤维上的分配不同，造成两种纤维色泽存在一定差异[3]，这在很大程度上降低了染色一次即成率，造成资源浪费。本文利用活性染料对棉、麻织物进行染色，研究盐用量(硫酸钠)、碱用量(碳酸钠)对棉、麻织物上染量的影响，比较棉、麻织物染色性能的差异，为制定工厂棉麻混纺织物同色性染色工艺提供理论参考。

1 实 验

1.1 实验材料和仪器

实验材料：纯棉半制品、亚麻织物(市售)、ANOZOL红 3BE、ANOZOL黄 3RE、ANOZOL蓝 3BF、无水硫酸钠(AR)、无水碳酸钠(AR)、乙二胺四乙酸(AR)、皂洗剂(自制)。

实验仪器：Scout电子天平SE、WSJB红外恒温加热磁力搅拌器、电热恒温水浴锅、紫外可见分光光度计(UV2400)、Datacolor SF600X电子测色配色仪、电热恒温鼓风干燥箱、染色摩擦色牢度仪。

1.2 实验方法

1.2.1 染色处方

活性染料ANOZOL红3BE、ANOZOL黄 3RE、ANOZOL蓝 3BF用量均为0.5%(owf)，无水硫酸钠为5～60 g/L，无水碳酸钠为4～12 g/L，浴比1∶100。

1.2.2 染色工艺条件

将染浴以1～2 ℃/min的升温速率升至60 ℃，加入Na2SO4，染色60 min后加入Na2CO3，固色60 min，将染色织物先后进行温水洗、冷水洗，然后将织物放入95 ℃的皂煮液(Na2CO32 g/L, 皂洗剂 2 g/L，浴比1∶100)中皂煮10 min，最后将织物水洗后烘干。染色工艺曲线如图1所示。

1.3 测试方法

1.3.1 上染速率曲线

按照染色处方配置标准液，将润湿的织物放入配好的染液中，开始计时，每隔5 min用胶头滴管吸取烧杯中的染液放入比色皿中，用 UV2400型紫外可见分光光度计分别测定残液和标准液(原液)在相应染料最大吸收波长处的吸光度值Ai、A0，然后计算上染率:

式中:A0为标准染液的吸光度；Ai为染色残液的吸光度；n为标准染液与染色残液的测试浓度的倍数。

以上染率为纵坐标，时间为横坐标，绘制上染速率曲线[4]。

1.3.2 织物表观深度的测定

表观深度是指不透明固体物质的颜色给予人们的直观深度感觉。表观深度值可以用库贝耳卡·蒙克(Kubela-Munk)函数值K/S值来表示。K/S值越大，表示颜色越深；K/S值越小，表示颜色越浅[5-6]。

利用DatacolorSF600X电脑测色配色仪对棉、麻试样分别进行K/S值测定，同一样品更换其位置测量5次，求取平均值。其中测色的条件为：D65光源，10 ℃视角，小孔径(SAV)，UV不包含[7]。

2 结果与讨论

2.1 盐用量对棉、麻织物上染速率的影响

在碱用量为10 g/L时，仅改变染液的盐用量，采用ANOZOL红3BE分别对棉、麻织物进行单独染色，所得上染速率曲线见图2。

(a)棉织物

(b)麻织物图2 不同盐用量下棉、麻织物的上染速率曲线

由图2可知，同样条件下，棉、麻织物的上染率随时间变化的曲线大致相同，均表现为：盐用量越多，初染速率越大，上染率越高；在同一盐用量条件下，随着染色时间的延长，上染率增大，加入碱后(60 min时)，上染速率急剧增大，随后逐渐降低，最终趋于平衡。这是因为：在开始时，染液浓度高，初染速率高。盐的加入可以降低染料分子与纤维间的动电层电位，减小活化能，从而提高染料的吸附速率及上染率，促进染色[8-9]；碱的加入可加快染料分子与纤维分子发生共价结合，使纤维上的染料浓度快速增大，从而增大上染率[10]。

(a) 30 g/L

(b) 40 g/L

(c) 60 g/L图3 在不同盐用量时棉、麻织物的上染速率曲线

图3为其他条件均相同，盐用量分别为30 g/L、40 g/L、60 g/L时，棉、麻织物的上染率曲线对比图。由图3可以看出，在盐用量及其他条件相同时，棉织物的初染速率、上染率及平衡吸附量均大于麻织物，但差别不大。这可能是由于麻纤维的结晶度和取向度较棉纤维高[3,11]，麻纤维的结构紧密，染料在麻纤维内的扩散速率慢，上染率低，最终使平衡上染率低于棉织物。然而在染料用量比较低的情况下，染料对纤维的上染率不高，盐用量对棉麻织物上染率的影响可能不够明显，平衡吸附量差别不大。

2.2 碱用量对棉、麻织物上染速率的影响

碱用量是控制染料固色的一个重要因素。在盐用量为20 g/L时，仅改变碱的用量，采用活性染料分别对棉、麻织物进行单独染色。不同碱用量情况下，棉、麻织物上染率随时间变化的曲线如图4所示。

(a)棉织物

(b)麻织物图4 不同碱用量下棉、麻织物上染速率曲线

由图4可知，染色60 min后加入碱，随着碱用量的增加，其上染速率增大，最终上染率增大，且棉麻织物上染率增大趋势相同。这是因为在一定范围内，随着碱用量的增加，染液pH值增大，纤维素阴离子浓度增加，从而使染料和纤维较快地形成共价键[12]，染液中剩余的染料量迅速减小，上染率增加。但随着碱用量增加到一定程度，纤维素离解出的羟基数量增加，纤维对染料阴离子的斥力增加，以致上染速率增加的速度逐渐减小。

图5为其他条件均相同，碱用量为4 g/L、8 g/L、12 g/L时，棉、麻织物的上染率随时间变化曲线对比图。综合图5可知，棉织物的初染速率高于麻织物，并且在加入相同量的碱后，棉织物的上染率及平衡上染率均高于麻织物，棉、麻织物具有一致的上染趋势。这可能是因为麻纤维的结晶度和取向度较棉纤维高, 染料在麻纤维内的扩散速率慢，使麻纤维的初染速率低；加入碱后上染率的提高主要取决于染料对纤维的直接性[10]。由于染料对棉织物的直接性高，使得染料能更快速地对棉织物上染，即棉织物的上染率高于麻织物。所以如果对棉麻混纺织物进行同浴染色，若增大碱用量，有可能使棉织物的上染率比麻织物高，所以为了获得较好的同色性，需要选择合适的碱用量。

(a) 4 g/L

(b) 8 g/L

(c) 12 g/L图5 不同碱用量下棉、麻织物的上染速率曲线

2.2 K/S值的比较

在碱用量为10 g/L，盐的用量为5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L、30 g/L、35 g/L、40 g/L、45 g/L、50 g/L、55 g/L、60 g/L时，分别采用三种活性染料(ANOZOL红 3BE、ANOZOL黄 3RE、ANOZOL蓝 3BF)对棉、麻织物在相同的条件下进行单独染色，棉、麻织物K/S值随盐用量的变化曲线如图6所示。其他条件不变,在盐用量为20 g/L时，仅改变碱的用量(3 g/L、4 g/L、5 g/L、6 g/L、7 g/L、8 g/L、9 g/L、10 g/L、11 g/L、12 g/L)所得的棉、麻织物K/S值随碱用量的变化曲线如图7所示。

由图6可知，使用同种染料在相同条件下分别对棉、麻织物染色时，棉、麻织物的K/S值均随盐用量的增加而增大，两者增大的趋势相同，棉织物的K/S值平均高于麻织物8%左右。这说明在染液中加入盐，棉、麻织物染色机理相同，均可以降低染料分子与纤维间的动电层电位，减小活化能，从而提高染料的吸附速率及上染率，促进染色，从而使棉麻织物的表观得色量增大。在相同条件下染色，二者的表观得色量相差不大，说明二者具备同浴染色的条件。

(a) 活性红

(b) 活性黄

(c) 活性蓝图6 红、黄、蓝3种染料染色后棉、麻织物K/S值随盐用量的变化曲线

由图7可知，棉、麻织物的K/S值均随碱用量的增加而增大，二者增大的趋势基本相同，棉织物的K/S值平均大于麻织物5%左右。这说明在染液中加入碱可以提高棉麻织物的表观得色量，碱对棉、麻织物染色的作用机理相同。在相同条件下染色，棉、麻织物具备同浴染色的条件。

(a) 活性红

(b) 活性黄

(c) 活性蓝图7 红、黄、蓝3种染料染色后棉、麻织物K/S值随碱用量的变化曲线

3 结 语

通过研究盐用量、碱用量对棉、麻织物在相同条件下染色的上染特性发现，随着盐用量的增加，棉、麻织物的上染率及K/S值均增大，两者增大的趋势相同，且棉织物的K/S值平均高于麻织物8%左右；固色阶段，碱用量在12 g/L以下时，随着碱用量的增加，棉、麻织物的上染率及K/S值均增大，两者增大的趋势相同，且棉织物的K/S值平均大于麻织物5%左右。因此，如果对棉麻混纺织物进行同浴染色，有可能获得较好的同色性。

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