天然彩丝织物的环氧化合物浸轧烘焙固色整理

2021-09-27吕宗谕

纺织报告 2021年8期

吕宗谕

[浙江理工大学纺织科学与工程学院（国际丝绸学院），浙江杭州 310018]

天然彩色蚕丝是一种高档的纺织材料，用其制成的织物并不需要使用染料染色，自身便具有自然柔和的色彩。天然彩色蚕丝的色素有的源于桑叶、饲料，有的则通过蚕体自身合成而来[1]。这些色素类物质含量远高于普通白色蚕丝[2]，不仅赋予了天然彩丝鲜艳的颜色，同时也使蚕丝具有更佳的紫外吸收性能、抗菌性能和抗氧化性能[3-4]。

然而，由于天然彩丝的色素几乎都聚集在丝胶层[5]，并且其结构不稳定，在加工与日常使用过程中，天然彩丝的色素与颜色很容易随着丝胶的流失而损失，使得天然彩丝的进一步加工与应用受到了限制。为了解决上述问题，丝胶的固着技术成为诸多学者关注的热点，即采用交联剂与丝胶发生交联反应，将丝胶固着于丝素上，起到固定天然色素、保留色彩的作用。本研究使用环氧化合物聚乙二醇二缩水甘油醚（Polyethylene Glycol Diglycidyl Ether，PEGDE）作为固色剂，使用丝绸整理工艺中常用的浸轧烘焙方式对天然彩色蚕丝织物进行固色整理，探索了该工艺最佳的固色条件，对处理前后织物的拉伸性能、手感风格以及颜色稳定性作了进一步研究。

1 实验

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

未脱胶天然黄色桑蚕丝织物；PEGDE；氯化钙；碳酸钠；平平加O；蓝月亮中性衣物洗涤剂。

1.1.2 仪器

AR124CN电子分析天平，GZX-9140 MBE数显鼓风干燥箱，YMPO-01S-08型小轧车，EB55M 919小神童洗衣机，Datacolor 6000测色配色仪，YM065织物强力实验仪，YG541E织物折痕弹性测试仪，LLY-01B电子硬挺度仪。

1.2 实验方法

1.2.1 浸轧烘焙固色

将天然黄色蚕丝织物裁剪为7 cm×12 cm试样于室温下平衡24.0 h，将试样完全浸渍于含有PEGDE与氯化钙的混合水溶液（pH=7）中，氯化钙为催化剂，控制PEGDE的质量分数为0%～20%，氯化钙为0%～4%。充分浸泡5 min后取出，使用手动小轧车辊轧一次，控制轧液率约为100%，重复浸泡与辊轧工艺一次，取出后于90 ℃烘箱中预烘燥90 s，再置于高温烘箱中烘焙，控制烘焙时间为0～30 min，烘焙温度为120～160 ℃，取出后洗净并于35 ℃干燥箱中烘至恒重，称量并记录所得质量。以上变量的控制均为单因素实验。

1.2.2 固色效果的评估

对不同条件下固色处理后的彩丝织物，采用计算丝胶溶失率的方法间接评估色素及丝胶固着的效果。具体方法：按照FZ/T 40004—2009《蚕丝含胶率实验方法》，以浴比1∶100将固胶处理后的彩丝织物在质量浓度为0.5 g/L的碳酸钠水溶液中煮练0.5 h，脱胶时不断用玻璃棒搅拌，完成后用去离子水洗净。重复上述脱胶步骤3次后，彻底洗净并于35 ℃干燥箱中烘至恒重，称取质量，按式（1）计算丝胶溶失率（ΔW）：

式中：W1、W2分别为煮练前后的织物质量，g。

1.2.3 织物拉伸性能测试

参考标准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）》对固色前后的织物进行测试，分别制成规格25 cm×5 cm的固色前后彩丝织物，经纬向各3块，共计12块，进行拉伸断裂实验，设定上下夹持距离为200 mm，拉伸速度为100 mm/min，记录实验数据，结果取每组数据平均值。

1.2.4 手感风格测试

（1）干态折痕回复角。参考GB/T 3819—1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》相关实验方法测试并记录实验数据。经纬向分别测定5次，取平均值。

（2）湿态折痕回复角。将试样浸泡在质量浓度为2.0 g/L的平平加O溶液中，5 min后取出平铺在滤纸上，并吸去表面多余水分，使用质量为1 kg的金属辊子在试样表面往复滚动两次，参考GB/T 3819—1997相关实验方法进行测试，经纬向分别测试5次，取平均值。

（3）硬挺度。参考GB/T 18318.1—2009《纺织品弯曲性能的测定第1部分：斜面法》实验方法，经纬向各裁取3块试样，每块分别测试正反两面并取平均值。

1.2.5 织物水洗前后颜色值的测定

（1）固色及水洗处理。将固色后的彩丝织物缝纫在AATCC DummyⅠ陪洗布上洗涤，设置洗涤程序。洗涤剂用量为2.5 g/L，使用AATCC DummyⅠ陪洗布补足织物总重至1 kg，浴比为1∶12，水温为30 ℃，洗涤时间为30 min，漂洗/脱水两次，每次时间15 min。洗涤完成后，于35 ℃烘箱中烘干。上述过程视为一次洗涤。

（2）颜色参数。将洗涤后的样品置于恒温恒湿条件下平衡24 h，使用测色配色仪测织物的颜色参数（L*、a*、b*、K/S值），每个试样在不同位置测试5次后取平均值。测试采用D65光源，10°视角。

总色差ΔE采用式（2）进行计算：

2 结果与讨论

2.1 浸轧烘焙最佳固色条件探究

本研究使用织物的丝胶溶失率间接评估固色效果，其溶失率越小，说明丝胶的固着效果越好；反之，固着效果越差。不同固色条件对彩丝织物丝胶溶失率的影响如下：PEGDE浓度越高，丝胶溶失率越小，并且在0%～15%内降幅较大，超过15%后，丝胶溶失率减小。因此，在兼顾固色效果与经济成本情况下，15%为理想的固色剂质量分数。

随着烘焙时间的增加，丝胶溶失率先减小后增大，当烘焙时间为17 min左右时，织物的丝胶溶失率最小。其原因为固色剂与蚕丝蛋白的交联需要一定的反应时间，当烘焙时间增加，PEGDE与丝胶蛋白反应加剧；若在高温下烘焙过长时间，两者副反应增加，蚕丝纤维热分解程度增大，易造成丝蛋白的变形与损伤。综合考虑，烘焙时间宜为17 min。

随着烘焙温度的升高，织物的丝胶溶失率先减小后增大，在140 ℃达到最小，这是由于环氧基团的开环反应需要吸收能量，温度的升高使交联反应活性增强，反应速率增大。当温度过高时，会引发蚕丝纤维与固色剂的副反应及纤维的热分解，对蚕丝内部结构造成损伤，进而导致丝胶溶失率增加。氯化钙质量分数越高，丝胶溶失率越小，故选用4%为最佳催化剂质量分数。

2.2 固色前后织物拉伸性能变化

固色前后彩丝织物断裂强力与断裂伸长率的测试结果表明：固色后的织物在经向上的断裂强力比原样织物略有提高，而在纬向上的强力与原样织物基本相同；固色后的织物在经、纬向上的断裂伸长率均略有降低，分别减少6.4%、4.2%。综上所述，浸轧烘焙固色处理对织物的拉伸性能没有明显的影响，织物的机械性能保持良好。

2.3 固色前后织物手感风格变化

2.3.1 折痕回复性能

通常情况下，折痕回复角越大，织物的折痕回复角越好，反之则较差。表1为固色前后彩丝织物的折痕回复角测试结果。

由表1可知，干态下固色后的织物折痕回复角比未固色织物有小幅度的减少，急弹性折痕回复角下降4.26%，缓弹性折痕回复角下降5.15%，而固色后的织物在湿态下所得急弹性折痕回复角与缓弹性折痕回复角均有较大程度的提高，分别提高了45.94%与26.07%。可能的原因为：蚕丝蛋白质分子链间有许多盐式键、氢键、范德华力，当纤维吸收水分并膨化时，这些赋予织物干态折痕回复性的作用力容易被破坏，形变难以恢复。环氧基团的引入使其与蚕丝蛋白中的羟基和氨基等基团反应，形成交联结构，从而减少了由于氢键拆散而导致的形变不立即恢复的情况，湿态的抗折痕性能大幅度提升。

表1 固色前后彩丝织物的折痕回复角

2.3.2 织物刚柔性

织物的抗弯刚度是表征织物刚柔性的指标，织物弯曲长度越大，则其抗弯刚度越大，织物越硬挺。本研究对固色前后的天然彩丝织物进行测试，采集抗弯长度数据衡量织物的柔软程度。结果发现，不论经纬方向，固色前后天然彩丝织物的抗弯长度都没有发生明显变化，说明固色处理对织物的刚柔性影响不大。

2.3.3 固色前后织物耐水洗颜色稳定性

天然彩丝织物在日常使用时如遇洗涤或潮湿条件容易掉色。因此，针对天然彩丝织物的特性，本研究采用反复洗涤并测试颜色参数的方法对环氧化合物固色效果进行评定。

图1为天然黄色丝织物在反复洗涤前后颜色的对比照片。由图1可以看出，固色前后天然黄色丝织物颜色差别不大，经过15次洗涤后，未固色织物与原织物均出现一定程度的褪色，且固色彩丝织物的褪色程度明显较未固色织物轻，仍保留较深的颜色，说明固色处理对天然彩丝的色素有较好的保留效果，提高了织物的耐水洗色牢度。

图1 固色前后及洗涤15次后的彩丝织物

表2记录了固胶前后天然黄色丝织物的颜色参数在洗涤不同次数后的变化情况。随着洗涤次数的增加，未固色彩丝的L*值先减小后增大，固色彩丝的L*值则逐渐增大，说明两者的明度均变亮，色深变浅，但固色织物的变化小于未固色织物，水洗15次后的明度增加值比未固色织物小2.2倍；两者Δa*随水洗次数的增加不断减小，说明红光减少；Δb*则呈先增加后减小的趋势；对于K/S值，两种织物均有减小，说明两种织物在洗涤后均出现了褪色情况，色彩变淡。同样，固色后的黄丝织物褪色程度明显低于未固色的黄丝织物，在水洗15次后，保留的K/S值比未固色织物高34.1%，总色差（ΔE）比未固色织物低得多，说明环氧化合物对天然彩丝的固色处理起到了明显的作用，提高了其织物的耐水洗色牢度。