PLA/PHBV/粘胶交织物分散活性染料染色工艺探讨

唐嘉莹 沈云云 陈嘉潞 王华清

摘 要：针对PLA/PHBV纤维不耐高温和碱剂的特性，选用耐碱分散染料和低碱固色的活性染料进行染色，并加入载体来降低分散染料的染色温度，从而实现分散活性染料一浴法染色。论文探讨了载体用量、碳酸钠用量、元明粉用量、染色温度、染色时间等工艺条件对染色效果的影响，并通过正交试验分析，确定了最佳染色工艺。实验结果表明，最佳工艺为：环保载体用量为6g/L，碳酸钠用量为0.5 g/L，硫酸钠为40g/L，固色温度为85℃，固色时间为15min。经最佳工艺染色的PLA/PHBV/粘胶织物的耐皂洗牢度可达到3～4级，耐摩擦牢度可达到4级以上。

关键词：PLA/PHBV/粘胶;交织物;分散染料;活性染料;一浴法染色

1    前言

PLA/PHBV共混纤维是生物基聚酯纤维，是一种完全自然循环的可再生降解环保纤维。[1-2]PHBV组分提高了PLA纤维的降解速率，同时降低了纤维的玻璃化温度和熔融温度，使其耐热性能变差，[3] PLA纤维染色与加工过程中存在耐热性和耐碱性较差、易降解等技术难题。[4]因此，染色工艺要求控制更高。

由PLA/PHBV和粘胶3种纤维交织而成的织物，手感光滑，具有抗紫外、阻燃和抑菌等功能，是一种可生物降解的新型织物。PLA纤维常用分散染料进行高温染色，[5-6]粘胶纤维常用活性染料在碱性条件下进行固色，这种常规分散活性染料两浴法的染色工艺会对纤维造成严重的强力损伤。

本试验选用耐碱分散染料和低碱固色的活性染料一浴法对PLA/PHBV/粘胶交织物进行染色，研究各工艺条件对织物染色效果的影响，最后确定较合理的染色工艺条件。

2    实验部分

2.1    实验器材

织物：PLA/PHBV/粘胶交织物（150D？20D/96？0，PLA/PHBV：60%，R：40%）（宁波新大昌织造有限公司）、PLA/PHBV共混长丝织物（150D譩io 150D/96？2）、粘胶织物

染化药剂：分散红ALK 200%（浙江龙盛染料有限公司）、活性深红DH-DG、活性金黄DH-DR（佛山市宇丰染料有限公司）、环保型载体、硫酸钠（分析纯）、碳酸钠（分析纯）、皂粉

仪器：摇摆式小样染色机K-24、电热恒温鼓风烘箱、DELTA320型pH计、Datacolor 电脑测配色系统、SW-12D型耐洗色牢度试验机、BZGY-908型光源箱、CTA评定变色及沾色用灰卡、天平、烧杯、容量瓶等。

2.2    实验方法

2.2.1    前处理工艺

去油剂  2g/L，pH  8（用无水碳酸钠调节pH值）， 温度  80℃，时间  30min， 浴比  1：30

2.2.2    染色工艺

1）染色处方及工艺条件

分散紅ALK200%  1%，活性深红DH-DG  0.8%，活性金黄DH-DR  0.2%，环保载体 3～12g/L，硫酸钠 10～50g/L， 碳酸钠 0.25～2g/L， 温度 70～100℃，时间10～30min， 浴比 1：30

2）染色升温工艺曲线

2.3    测试方法

2.3.1 K/S值（表观深度）测试 采用Datacolor SF-600测色配色仪，在D65光源、10。视角下测定染色织物的K/S值，每块试样折叠4层，取不同部位测定4次，求平均值。

2.3.2 耐摩擦色牢度测试 按照GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测试。

2.3.3 耐皂洗色牢度测试 按照GB/T3921-2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测试。

3 结果与讨论

3.1 硫酸钠用量对织物染色效果的影响

染料用量为1%，环保载体用量为6g/L，碳酸钠用量为0.25g/L，改变硫酸钠用量分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L，按2.2.2的染色升温工艺曲线，在90℃条件下加碳酸钠染色30min，染后水洗、皂洗、烘干。最后测试织物的K/S值，实验结果见图1。

从图1中可以看出，随着硫酸钠用量的增加，PLA/PHBV织物的K/S值先升高再下降，但是升高的幅度不大，当硫酸用量为30g/L时，PLA/PHBV织物的K/S值最大;硫酸钠用量对粘胶的影响较大，随着硫酸钠用量的增加，粘胶织物的K/S值逐渐增大，这是因为硫酸钠在活性染料染色过程中起促染作用。当硫酸钠用量为40g/L时，两者的K/S值最接近，所以，硫酸钠的用量选40g/L为宜。

3.2    碳酸钠用量对织物染色效果的影响

染料用量为1%，环保载体用量为6g/L，硫酸钠用量为30g/L，改变碳酸钠用量分别为0g/L、0.25 g/L、0.5g/L、1.0g/L、1.5g/L、2g/L，按2.2.2的染色升温工艺曲线，在90℃条件下加碳酸钠染色30min，染后水洗、皂洗、烘干。最后测试织物的K/S值，实验结果见图2。

从图2中可以看出，随着碳酸钠用量的增加，PLA/PHBV织物的K/S值逐渐降低，粘胶织物的K/S值先升高再下降，当碳酸钠用量达到0.5g/L时，粘胶织物的K/S值达到最大值，两种织物K/S值降低的幅度变缓，碱剂用量的增加会加重PLA/PHBV纤维的损伤。所以，碳酸钠的用量选0.5g/L为宜。

3.3    固色温度对织物染色效果的影响

染料用量为1%，环保载体用量为6g/L，硫酸钠用量为30g/L，碳酸钠用量0.5g/L，按2.2.2的染色升温工艺曲线，在70℃、80℃、90℃、100℃条件下加碳酸钠固色30min，染后水洗、皂洗、烘干。最后测试织物的K/S值，实验结果见图3。

从图3中可以看出，随着固色温度的升高，PLA/PHBV织物的K/S值逐渐增加，粘胶织物的K/S值先升高后降低。这是因为温度高时，PLA/PHBV纤维的空隙增加，有利于分散染料的上染，但是在较高温度时，会导致PLA/PHBV纤维降解，织物强力下降;而活性染料在温度较高时，其水解速率增加，降低了染料的固色率。考虑到两种纤维的得色量和同色性，固色温度选80℃～90℃为宜。

3.4    固色时间对织物染色效果的影响

染料用量为1%，环保载体用量为6g/L，硫酸钠用量为40g/L，碳酸钠用量0.5g/L，按2.2.2的染色升温工艺曲线，在80℃条件下加碳酸钠分别固色10min、15min、20min、25min、30min，染后水洗、皂洗、烘干。最后测试织物的K/S值，实验结果见图4。

从图4中可以看出，随着固色时间的增加，PLA/PHBV织物的K/S值逐渐降低;粘胶织物的K/S值逐渐增加，但是增加的幅度不大。这是因为随着固色时间的延长，分散染料在碱性条件下水解的越多，因而得色量下降，并且PLA/PHBV纤维的碱性损伤也越严重。活性染料在一定的碱性条件下，随着固色时间延长，固色率逐渐增加。考虑到两种纤维织物的得色量和纤维的强力损伤，固色时间选20min较为适宜。

3.5    正交实验

在生产实验中，经常要同时考察多因素以及各因素交互影响的实验研究，本论文的考察因素为载体用量、硫酸钠用量、碳酸钠用量、固色温度和固色时间。正交因素水平见表1，正交实验结果见表2。

由表3的极差R数据分析可知，影响PLA/PHBV织物得色量大小的主次排序为固色时间﹥固色温度﹥载体﹥碳酸钠用量﹥硫酸钠用量，从表中K值的数据分析，选择A3B4C2D3E3为宜。

由表4的极差R数据分析可知，影響粘胶织物得色量大小的主次排序为硫酸钠用量﹥碳酸钠用量﹥固色温度﹥固色时间﹥载体，载体用量的极差为0.383，说明在所选水平范围内，载体用量对粘胶织物的得色量影响都比较小。从表中的K值可以看出，选择A3B4C3D1E2为宜

综合表3、表4的分析得出，固色温度为85℃、硫酸钠的用量为40g/L、碳酸钠的最佳用量为0.5g/L、环保载体的用量为6g/L、加碱后固色时间为15min。

3.7    染色牢度测定

将采用1%的分散染料和1%的活性染料按照2.2节的染色升温曲线，在最佳工艺条件下对PLA/PHBV/粘胶交织物进行染色，测试染色织物的耐水洗和摩擦牢度，实验结果见表5。

由表5可知，由最佳工艺染色的PLA/PHBV/粘胶织物的各项牢度都是较好的，变色牢度和沾色牢度可达到3～4级，织物的耐摩擦牢度可达到4级以上。

4    结论

1）分散活性染料一浴法染色最佳工艺条件为：固色温度为85℃、碳酸钠用量为0.5g/L、硫酸钠用量为40g/L、环保载体用量为6g/L、加碱后固色时间为15min。

2）在染色过程中要注意碱剂用量的控制，既要保证活性染料的良好固色，又要考虑PLA/PHBV纤维织物的碱性损伤。

3）该工艺染色的织物具有较好的水洗牢度和摩擦牢度。

参考文献

[1]段雨婷，许国志.PLA/PHBV共混改性研究[J].中国塑料，2017，31（1）：29-35.

[2]Gupta B，Revagade N，HilbornJ.Poly（lactic acid）fiber：Anoverview[J].Progress in Polymer Science，2007（32）：455-482.

[3]赵钰，沈兰萍，王瑄，等.PLA/PHBV纤维的热性能[J].合成纤维，2017，46（6）：6-9.

[4]傅忠君，于鲁汕，孙云飞.PLA纤维及其面料染整加工技术进展[J].染料与染色，2013，50 （3）：30-37.

[5]李锦华.PLA 纤维针织汗布染整工艺探讨[J].染整科技，2005（3）：32-34.

[6]Yang Y，Huda S.Com parison of disperse dye exhaustion，color yield，and colorfastness between polylactide and poly（ehylene ter- ephthalate ）[J].Journal of Applied Polymer Science，2003，90：3285-3290.