棉织物活性染料微波染色与常规染色对比

邓喜洪

（海口经济学院新丝路时尚系，海南海口 571127）

活性染料色泽鲜艳、适用性广，广泛应用于纤维素织物的染色。为提升活性染料对织物的染色效果以及色牢度，需要使用大量水、无机盐和碱剂，既造成资源浪费，又加剧环境负担［1-4］；碱剂还可能导致染料水解，降低棉织物固色率［5-6］。因此，减少活性染料染色过程中水以及其他化学物质的使用，实现节能、高效印染加工成为急需解决的问题。微波技术可以对纺织品进行高效、快速和均匀地加热，将其应用于织物的染色工艺可以提高染色效率，成为研究热点。本实验以活性红HE-3B 染料对棉织物进行微波染色，考察微波功率对棉织物力学性能的影响，以及浴比、Na2CO3用量、Na2SO4用量、竭染时间、固色时间对上染率、固色率和K/S值的影响，比较微波染色和常规染色的染色效果。

1 实验

1.1 材料和设备

材料：棉织物（杭州新生印染有限公司），Na2CO3、Na2SO4（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），活性红HE-3B（汕头市科裕隆染料有限公司），皂液（工业级，江门市大明化工有限公司）。

设备：P70D20TP-C6 型微波炉（格兰仕电器实业有限公司），101A-1 型电热鼓风干燥箱（上海市实验仪器总厂），PCL-1000A 型振荡染色机（中山市永鸣机械厂），JA2003N 型电子天平（上海菁海仪器有限公司），H10K-L 型万能材料试验机（美国Tiniius Olsen公司），UV-1800 型紫外-可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）。

1.2 棉织物微波染色

取活性红HE-3B 0.02 g，Na2SO420～50 g/L 配制染液，取棉织物1 g 放入其中（浴比1∶3～1∶20），快速搅拌1 min 后微波染色（竭染2～6 min），加入Na2CO34～9 g/L，微波固色处理1～5 min，取出棉织物，离心、水洗、皂洗、烘干。

1.3 棉织物常规染色

取活性红HE-3B 0.02 g，Na2SO4100 g/L 配制染液，取棉织物1 g 放入其中（浴比1∶30），以1 ℃/min 升温至60 ℃后持续30 min，加入Na2CO310 g/L，60 ℃恒温30 min，取出棉织物，离心、水洗、皂洗、烘干。

1.4 测试

上染率和固色率：上染结束后，将离心后的残液倒入染色后的染液中，稀释到与原染液相同的倍数，用紫外-可见分光光度计测试吸光度，计算上染率=（1-A1/A0）×100%。其中，A0表示染色前染液吸光度，A1表示染色后染液吸光度。收集水洗液、皂洗残液与染色后染液混合，稀释到与原染液相同的倍数，用紫外-可见分光光度计测试吸光度，计算固色率：

其中，A0表示染色前染液吸光度，A1表示染色后染液吸光度，A2表示皂洗后染液吸光度。

断裂强力和断裂伸长率：按GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》测试。

2 结果与讨论

2.1 微波功率对棉织物力学性能的影响

由图1 可知，随着微波功率增加，断裂强力和断裂伸长率先增大后减小，400 W 时均达到最大。这是因为微波功率增加，棉织物纤维中的自由水转变为结合水，在微波辐射下可增强棉织物力学性能；微波功率过大时，结合水挥发较快，棉织物直接吸收微波能量，力学性能下降［7］。因此，微波功率选择400 W。

图1 微波功率对棉织物断裂强力和断裂伸长率的影响

2.2 微波染色工艺优化

2.2.1 浴比

由图2 可以看出，随着浴比增大，上染率、固色率和K/S值均先升高后降低，1∶6 时达到最大值。这是因为浴比过小，染液体积较小，棉织物无法完全浸没在染液中，上染率、固色率和K/S值均无法达到最大值；超过1∶6 时，因为浴比太大，染料浓度减小，浓度梯度相应减小，上染率、固色率和K/S值降低。

图2 浴比对上染率、固色率和K/S 值的影响

2.2.2 Na2SO4用量

Na2SO4用量对上染率、固色率以及K/S值的影响如图3所示。

图3 Na2SO4用量对上染率、固色率和K/S 值的影响

由图3 可知，随着Na2SO4用量增加，上染率、固色率和K/S值逐渐增加；超过40 g/L，进一步增加Na2SO4用量时，上染率、固色率和K/S值不再明显增加。表明40 g/L 时即可实现染料分子从染液到棉织物纤维间和内部的有效迁移［8］。Na2SO4过量会浪费化学物质，增加染料废水处理成本，故Na2SO4用量选择40 g/L。

2.2.3 竭染时间

由图4 可知，随着竭染时间延长，上染率、固色率和K/S值逐渐增加；4 min 后继续延长染色时间，上染率、固色率和K/S值不再明显增加。这是因为4 min时，染料分子进入棉织物纤维内和纤维间基本达到动态平衡。过长时间的微波处理会消耗更多能源，降低棉织物力学性能［7］，因此竭染时间选择4 min。

图4 竭染时间对上染率、固色率和K/S 值的影响

2.2.4 Na2CO3用量

由图5 可知，随着Na2CO3用量增加，上染率、固色率和K/S值均先增大后减小，6 g/L 时达最佳染色效果。Na2CO3作为碱剂可以调节染液pH，促进染料固色，但也会引起染料水解。微波染色可以在较低剂量下促进染料固色，降低染料水解，减少染料废水中的化学物质，降低染料废水对环境的污染程度［9］。

图5 Na2CO3用量对上染率、固色率和K/S 值的影响

2.2.5 固色时间

由图6 可知，随着固色时间延长，上染率、固色率和K/S值快速升高，3 min 后继续延长固色时间，上染率、固色率和K/S值增速变缓。这是因为随着固色时间的延长，更多染料分子附着于棉织物纤维上；3 min时附着的染料分子趋于饱和。考虑到更长时间的微波处理不仅会消耗更多能源，而且可能降低棉织物力学性能，因此固色时间选择3 min。

图6 固色时间对上染率、固色率和K/S 值的影响

2.3 微波染色和常规染色对比

由表1 可看出，微波染色和常规染色的上染率、固色率、K/S值和色牢度相差不大。对比两种工艺可以看出，微波染色工艺降低了水、Na2SO4和Na2CO3用量，缩短了工艺时间，有利于减少水和化学物质的使用量，降低染料废水处理成本。

表1 微波染色和常规染色的染色效果

3 结论

（1）微波染色优化工艺：浴比1∶6，Na2CO36 g/L，Na2SO440 g/L，竭染时间4 min，固色时间3 min，此时上染率和固色率分别为61.2%、51.8%，K/S值为8.4。

（2）微波染色棉织物的力学性能、色牢度相比常规染色相差不大。微波染色工艺可减少水和化学物质使用量，缩短工艺时间，降低染料废水处理成本。