有机碱剂对活性艳红KM-2B染色性能的影响

付中平

（河北省纺织科学研究所，河北石家庄 050031）

活性染料因色谱宽广、颜色鲜艳、性能优异、适用性强的特性广泛应用于棉织物尤其是棉针织物的染色［1-3］。但活性染料需要加碱固色，固色的同时会造成部分染料水解，降低固色率，因而近年来大力开发高上染率、高固色率以及高染色牢度的新型活性染料，同时选择合适的碱剂固色条件，提升上染率及固色率，是活性染料染色领域的研究热点［4-6］。棉用活性染料染色的固色碱剂主要有碳酸氢钠、碳酸钠、磷酸三钠等［7-9］，这些碱剂价格便宜、使用方便，但pH 缓冲作用差，固色率偏低。三乙醇胺、三异丙醇胺、十八叔胺是常用的有机碱剂［10-12］，叔胺基可以和杂环类活性基形成带正电的活性中心，提升上染率，同时还可以降低固色的碱度，降低染料的水解率，提升固色率。本实验使用活性艳红KM-2B 对棉针织物进行染色，通过正交实验确定有机碱剂种类、碱剂用量及固色温度对上染率、固色率及染色性能的影响，进一步采用灰色聚类分析法优化染色工艺。

1 实验

1.1 材料

活性艳红KM-2B（结构式如下）、元明粉、三乙醇胺、三异丙醇胺、十八叔胺（天津市恒兴化学试剂制造有限公司），蒸馏水，普通本白棉针织坯布（180 g/m2，幅宽70 cm，常州中鸿服饰有限公司）。

1.2 仪器

XH-KG68 型高温染色机（上海一派印染技术有限公司），Color-i5 型电脑测色配色仪（美国Datacolor公司），JH756 型紫外可见分光光度计（上海菁华科技有限公司）。

1.3 染色

配方：活性艳红KM-2B 1%(omf)，元明粉20 g/L，有机碱剂x，浴比1∶20。

工艺：把针织物剪成10.0 g 方形样布。在染杯中加入0.1 g活性艳红KM-2B、8 g元明粉、400 mL 水，搅拌溶解后加入样布，在染色机中50 ℃上染30 min，加入不同碱剂，升温至不同温度固色30 min，取出布样，皂洗1 min，晾干后测色。

1.4 测试

上染率：分别移取一定量染色前后的工作液，选择合适的容量瓶稀释、定容；同时配制相应的参比溶液（即不含活性艳红KM-2B 染料、其他所有化学试剂或助剂一致的空白溶液）。以空白溶液作为参比进行光谱扫描，在最大吸收波长（λmax）540 nm 处测试染色前后工作液的吸光度分别为A0、Ax，计算上染率=(1-Ax/A0)×100%。

固色率：将固色后的残液、皂洗液、水洗液以及染色后的残液合并形成总残液，移取一定量稀释、定容，在λmax处测试吸光度Ay，计算固色率=(1-Ay/A0)×100%。

颜色特征值（L*、a*、b*、K/S值）：采用电脑测色配色仪测试，测3次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 固色工艺对染料上染率及固色率的影响

由表1 可知，当有机碱剂为十八叔胺、碱剂用量3 g/L、固色温度70 ℃时，活性染料的上染率和固色率最高。各因素中，有机碱剂种类的影响最显著，其次是固色温度。十八叔胺是一种弱碱性、无色至微黄的膏体，具有较长的碳链结构。当活性染料和纤维素纤维发生反应时，十八叔胺作为一种催化媒介，使之更容易形成共价键；同时由于本身分子质量大，叔胺基与染料的磺酸基依靠库仑力结合后降低了染料的水溶性，上染的染料不容易从纤维上脱落，从而提高染料的上染率与固色率。三乙醇胺和三异丙醇胺碳链较短，水溶性大，而且本身含有的羟基也能与活性染料发生反应，所以碱剂种类的影响最显著。碱剂用量提高，可以提高染料的吸附速率、平衡吸附量以及在纤维上的吸附密度，从而提高上染率和固色率；但碱剂用量过高，容易造成部分染料水解，反而影响染料的上染率及固色率。固色温度升高，在一定条件下可以提高染料与纤维的反应速率，从而提高染料的上染率和固色率；但固色温度过高会增大染料的水解程度，反而使固色率降低。

表1 固色工艺对染料上染率和固色率的影响

2.2 固色工艺对织物颜色的影响

K/S值表示织物的颜色深度；L*表示明度，数值越大颜色越亮，反之越暗；a*表示偏红光或偏绿光，数值越大颜色越红，反之偏绿；b*表示偏黄光或偏蓝光，数值越大颜色越黄，反之偏蓝［13］。

由表2 可知，影响K/S值的主次因素依次为碱剂种类、固色温度、碱剂用量，最优水平组合为十八叔胺、用量1 g/L、固色温度80 ℃；影响L*值的主次因素依次为碱剂种类、碱剂用量、固色温度，最优水平组合为十八叔胺、用量3 g/L、固色温度70 ℃。影响a*的主次因素依次为碱剂种类、固色温度、碱剂用量，最优水平组合为三异丙醇胺、用量3 g/L、固色温度60 ℃。影响b*值的主次因素依次为碱剂种类、碱剂用量、固色温度，最优水平组合为十八叔胺、用量1 g/L、固色温度60 ℃。

表2 固色工艺对织物颜色的影响

由表3可知，织物染色皂洗后K/S值明显降低，L*提高变亮，a*值减小变绿，b*值减小变蓝。皂洗时部分没有固色和水解的染料被清洗下来，因而皂洗后K/S值更能反映染料与纤维发生反应的程度。采用十八叔胺在染色后固色，皂洗后织物的K/S值最高。

此外，影响皂洗后织物K/S值的主次因素依次为碱剂种类、固色温度、碱剂用量，最优水平组合为十八叔胺、用量1 g/L、固色温度80 ℃。影响L*值的主次因素依次为固色温度、碱剂种类、碱剂用量，最优水平组合为十八叔胺、碱剂用量3 g/L、固色温度80 ℃。影响a*值的主次因素依次为碱剂种类、固色温度、碱剂用量，最优水平组合为十八叔胺、用量3 g/L、固色温度80 ℃。影响b*值的主次因素依次为固色温度、碱剂种类、碱剂用量，最优水平组合为三乙醇胺、用量为2 g/L、固色温度80 ℃。

2.3 活性艳红KM-2B 染色工艺优化

根据不同工艺条件对活性艳红KM-2B 上染率、固色率及染色织物皂洗前后K/S值的影响，对各自对应的最优工艺进行重复染色实验，结果见表4。

表4 各性能指标下最优工艺实验

对表4 的单项指标逐一对比无法综合评价染色体系的性能，需要采用数据分析的方法进行综合评价。灰色聚类分析法恰好是研究“小样本、贫信息”不确定性系统的，因此采用灰色聚类分析法对活性艳红KM-2B 的染色情况进行综合评价［14］。

将4 个实验方案记为聚类对象i（i=1，2，3，4），将活性艳红KM-2B 上染率、固色率和染色织物皂洗前后的K/S值4项指标（数值均越大越好）记为聚类指标j（j=1，2，3，4），将综合性能分为好、中、差3 种，记为k1、k2、k33 个灰类，具体聚类过程（所有数据均须以正相关关系计入聚类计算）如下：

（1）将矩阵中行为分析时的4 个实验列为相对应的指标测试值，以表4 中的相关数据构成一个4×4 的矩阵dij：

（2）定义j指标对s个灰类（s=k1，k2，k3）的区间：A综合性能好的灰类区间B 综合性能中等的灰类区间C 综合性能差的灰类区间为对应的第j列平均值；dj为xij的极差；maxxij为xij的最大值；minxij为xij的最小值。

（3）定义j指标k子类的白化权函数，分别取Xj、Yj、Zj为舒适性能好、中、差的灰类区间中点：

定义白化权函数：

（4）根据白化权函数确定j指标k子类临界值(λkj)m×s，并计算j指标k子类的权ηkj，结果如下：

计算聚类系数矩阵，结果如下：

式中，每一横行的3 个数值对应着活性艳红KM-2B染色情况综合评价属于好、中、差3 个灰类的可能性大小。

根据灰色聚类分析法的结果，第一二组实验的综合性能较好，其中第二组即有机碱剂种类为十八叔胺、碱剂用量3 g/L、固色温度80 ℃时，活性艳红KM-2B 染色整体情况相对最好。

2.4 十八叔胺与碳酸钠对比

在活性艳红KM-2B 的优化染色工艺下，用相同量的碳酸钠代替十八叔胺进行染色，结果如表5所示。

表5 十八叔胺与碳酸钠作为碱剂的染色性能对比

由表5 可知，与传统碱剂碳酸钠相比，十八叔胺作为催化媒介，染料的上染率、固色率及染色织物皂洗前后的K/S值都有所提高，染色性能更好。

3 结论

（1）碱剂种类变化对织物样布颜色的影响较为显著，其次是固色温度、碱剂用量。通过对皂洗前后样布的染色性能进行评价，使用十八叔胺固色时K/S值较大，而使用三乙醇胺和三异丙醇胺固色时K/S值较小。

（2）经正交实验及灰色聚类分析显示，活性艳红KM-2B 的优化染色工艺为：十八叔胺用量3 g/L、固色温度80 ℃。