涤/棉织物植物靛蓝染料生态染色工艺

王华清

（浙江纺织服装职业技术学院，宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室，浙江宁波 315211）

随着纺织服装业的发展，人们开始追求天然的纺织品和服装，于是，生态健康理念被融入纺织服装行业，形成了各类新型生态与健康纺织服装产品。传统的涤/棉织物采用分散/活性染料两浴法染色，印染废水较多，对环境造成污染，因此，有必要开发涤/棉织物的生态染色工艺。

植物靛蓝染料作为天然染料，具有无毒、无害、无污染等优点，并且具有一定的药用价值［1-2］，被广泛应用于纤维素纤维着色，但植物靛蓝染料染合成纤维的报道还不多。由于靛蓝染料对涤纶和棉的染色性能存在一定的差异，一浴法很难使两种纤维的混纺织物染成同色［3］。

靛蓝染料在溶液中有4 种存在形式，即氧化态靛蓝Ⅰ、靛蓝隐色酸Ⅱ、单酚钠离子隐色体Ⅲ和双酚钠离子隐色体Ⅳ。靛蓝隐色酸Ⅱ是上染涤纶的主要形态，这是因为靛蓝隐色酸结构中的羟基可与涤纶大分子链上的酯基形成氢键，因而对涤纶纤维具有较强的亲和力［4-5］；而单酚钠离子隐色体Ⅲ对棉纤维的亲和力较高，是上染棉纤维的主要形态［6］。由于棉和涤纶纤维的结构不同，所以染色方法不同，靛蓝染料染棉纤维一般在低温下进行［7］；而涤纶纤维需要在高温条件下进行染色［8］。采用植物靛蓝对涤/棉织物进行两浴法染色，通过改变染液的酸碱度和工艺来控制染液中靛蓝染料4 种状态的比例，使棉纤维和涤纶纤维都能获得较高的得色量，并得到较好的同色性。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：纯涤纶机织物、纯棉机织物（用于模拟涤/棉交织物，染色时两种织物质量比为65/35）和涤/棉混纺织物（65/35）。试剂：植物靛蓝染料（贵州靛泥），葡萄糖（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），氢氧化钠（分析纯，上海展云化工有限公司），碳酸钠（分析纯，无锡市佳妮化工有限公司），HK-2051 无泡皂洗剂（工业级，宁波华科纺织助剂有限公司）。

仪器：XW4000B 红外线染色机、Y517B 摩擦色牢度机、S-W12D 耐洗色牢度试验机（宁波纺织仪器厂），数显恒温水浴锅（常州澳华仪器有限公司），Datacolor SF 600型测色配色仪（瑞士Datacolor公司）。

1.2 植物靛蓝染料还原工艺

靛蓝5 g/L，葡萄糖0～50 g/L，氢氧化钠0～10 g/L，还原温度35～70 ℃，还原时间10～40 min，浴比1∶50。工艺曲线如下：

1.3 植物靛蓝染料染色工艺

涤纶织物染色工艺曲线如下：

棉织物染色工艺曲线如下：

皂洗工艺曲线如下：

1.4 测试

K/S值：将织物折叠至不透光，采用测色配色仪，在D65光源、10°标准视场下测定。同色性指数按下式计算：

值越接近于1，染色织物的同色性越好。

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。

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》测定。

2 结果与讨论

2.1 涤纶和棉织物染色效果的影响因素

2.1.1 葡萄糖用量

由图1 可知，随着葡萄糖用量的增加，涤纶和棉织物的K/S值都是先增大后减小。葡萄糖用量为10 g/L时，涤纶织物K/S值最大；葡萄糖用量为40 g/L 时，棉织物K/S值最大。这是因为葡萄糖用量会影响被还原染料的数量以及还原产物的状态［3-5］。

图1 葡萄糖用量对涤纶和棉织物染色的影响

靛蓝染料的还原电位为-760 mV，当葡萄糖用量不足（低于10 g/L）时，染液的还原电位低于-760 mV，靛蓝染料以不溶性的氧化态靛蓝Ⅰ或稍溶于水的还原态、非离子型隐色酸Ⅱ存在，染液呈浑浊的蓝绿色；而隐色酸Ⅱ对涤纶的亲和力较高，是上染涤纶的主要形态。当葡萄糖足量（10～40 g/L）时，染液的还原电位达到或超过-760 mV，靛蓝染料被还原成单酚钠离子隐色体Ⅲ，溶液呈清澈的黄绿色；单酚钠离子隐色体Ⅲ是上染棉纤维的主要形态，对棉织物的亲和力较高。当葡萄糖过量（超过40 g/L）时，染液的还原电位远远超过-760 mV，靛蓝染料被还原成双酚钠离子隐色体Ⅳ，即发生了过度还原，溶液呈棕黄色［9］，对棉织物的亲和力下降，K/S值逐渐下降。在葡萄糖用量分别为 10、40 g/L 时，涤纶、棉织物的K/S值分别达到最大，同色性指数为0.998，同色性最好，以此为最佳葡萄糖用量。

2.1.2 氢氧化钠用量

由图2 可以看出，随着氢氧化钠用量的增加，涤纶和棉织物的K/S值都是先升高再下降。氢氧化钠用量为0.5 g/L时，涤纶织物K/S值最大；氢氧化钠用量为8 g/L时，棉织物K/S值最大。这是因为氢氧化钠用量小于0.5 g/L 时，靛蓝染料主要以隐色酸Ⅱ存在，对涤纶纤维亲和力较高，涤纶得色较高；氢氧化钠用量在0.5～8.0 g/L 时，非离子型隐色酸Ⅱ逐渐转变为单酚钠离子隐色体Ⅲ，对棉纤维的亲和力最高，棉织物的得色较深；当用量超过8 g/L 时，靛蓝染料容易被过度还原为双酚钠离子隐色体Ⅳ，从而造成染料上染率下降［10-11］。当氢氧化钠用量分别为0.5 g/L（染涤）、8.0 g/L（染棉）时，同色性指数为0.998，同色性最好，以此为氢氧化钠最佳用量。

图2 氢氧化钠用量对涤纶和棉织物染色的影响

2.1.3 还原温度

由图3 可知，随着还原温度的升高，涤纶和棉织物的K/S值都是先升高再下降。染棉织物时，因为靛蓝染料在碱性较强、还原温度较高的情况下易发生过度还原反应，影响织物的得色量；染涤纶时，碱剂和还原剂用量较少，一般不会发生过度还原，当还原温度超过60 ℃时，涤纶织物的K/S值变化较小。从节能角度考虑，染涤时还原温度选择60 ℃；染棉时还原温度选择45 ℃。两者的K/S值最大，且同色性指数为0.998，同色性最好。因此，染涤纶时最佳还原温度为60 ℃，染棉时最佳还原温度为45 ℃。

图3 还原温度对涤纶和棉织物染色的影响

2.1.4 还原时间

由图4 可知，对于涤纶织物，K/S值随还原时间的延长而增大，当超过30 min 后基本达到稳定。这是因为靛蓝染料以不溶性的氧化态靛蓝Ⅰ或稍溶于水的还原态、非离子型隐色酸Ⅱ存在，还原时间比较短时，染料多以氧化态靛蓝Ⅰ存在，得色量相对较低；当还原时间较长时，氧化态靛蓝Ⅰ进一步还原成隐色酸Ⅱ，得色量逐渐增加；继续延长还原时间，隐色酸数量趋于稳定，K/S值也趋于稳定。而对棉织物来说，K/S值先随还原时间的延长而增大，当还原时间超过30 min 时，K/S值开始降低。这可能是因为随着还原时间的延长，染料逐渐生成隐色体钠盐，反而引发不正常的还原反应。当还原时间为30 min 时，两种织物色差较小，同色性指数为0.998，最接近于1。因此，最佳还原时间均为30 min。

图4 还原时间对涤纶和棉织物染色的影响

2.1.5 染色温度

由图5 可知，随着染色温度的升高，涤纶织物得色深度逐渐增加，当达到120 ℃后，再升高染色温度，K/S值趋于稳定。这是因为涤纶纤维的结晶度高，在高温高湿以及水的增塑作用下，纤维分子链段运动加剧，分子间微隙增大［12］。对于棉织物，染色温度低于35 ℃时，随着染色温度的升高，织物的K/S值增加；超过35 ℃后，织物的K/S值反而下降。这是因为过高的染色温度不利于靛蓝染料隐色体对棉织物的吸附。当染色温度分别为35、120 ℃时，棉、涤纶织物的K/S值比较接近，同色性指数为0.998，同色性最好，以此为最佳染色温度。

图5 染色温度对涤纶和棉织物染色的影响

2.1.6 染色时间

由图6 可知，随着染色时间的延长，涤纶织物的K/S值先升高后下降，30 min 时，涤纶织物的K/S值最大。这可能是由于在高温较长时间作用下，染色织物中的靛蓝分子结构发生了变化［13］。而棉织物的K/S值随着染色时间的延长而逐渐增大，当超过60 min 后，K/S值增加的幅度变小。原因是隐色体钠盐对棉纤维的吸附达到了平衡，继续延长染色时间，上染到织物上的染料会脱落［11］。涤纶染色30 min、棉织物染色60 min 时，两者的K/S值最接近，同色性较好，以此为最佳染色时间。

图6 染色时间对涤纶和棉织物染色的影响

2.2 染色牢度

由表1 可知，涤纶织物具有较好的色牢度，都达到了4 级以上；而棉织物和涤/棉混纺织物具有相近的色牢度，略低于涤纶织物，但均达到了服用性能要求。

表1 靛蓝染料两浴法染色涤纶、棉及涤/棉混纺织物的色牢度

3 结论

（1）靛蓝染料染涤纶优化工艺为：靛蓝5 g/L、葡萄糖10 g/L、烧碱0.5 g/L、60 ℃还原30 min、120 ℃染色30 min。靛蓝染料染棉优化工艺为：靛蓝5 g/L、葡萄糖40 g/L、烧碱8 g/L、45 ℃还原30 min，35 ℃染色两次，每次30 min；氧化两次，每次20 min。在此工艺下，涤纶和棉具有较好的同色性。

（2）靛蓝染料染涤纶织物的色牢度高于棉织物；而涤/棉混纺织物的耐皂洗和耐摩擦色牢度与棉织物持平，略低于涤纶织物，但均达到了服用性能要求。