聚乳酸纤维的低温染色工艺

2022-02-24孙红玉闫英山贾荣霞薛建成时静媛

染整技术 2022年1期

孙红玉，闫英山，贾荣霞，于琦，薛建成，时静媛，赵倩

（1.山东省短流程印染新技术重点实验室，山东滨州 256600；2.滨州华纺工程技术研究院有限公司，山东滨州 256600；3.华纺股份有限公司国家级企业技术中心，山东滨州 256617）

聚乳酸纤维（PLA纤维）是以玉米、小麦等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸，再经聚合、纺丝而制成的合成纤维，属于完全降解型绿色纤维，在环境中可被微生物分解［1］，是新世纪具有发展前景的纺织材料。聚乳酸纤维因优越的性能被广泛应用于纺织服装领域，可被织成各种纺织品。但聚乳酸纤维对温度及碱很敏感，如染色温度超过110℃，聚乳酸纤维手感明显变硬，降强严重；染色过程中加入强碱，会使聚乳酸降解［2］。为此，聚乳酸纤维整个染整过程的温度等工艺条件必须控制适当，只可在110℃下染色；但聚乳酸纤维是聚合体的一种，需用分散染料染色。现在，聚乳酸纤维的染色工艺大多控制在染浅色100℃，中深色110℃左右，染色时间40～60 min，可以获得较理想的染色深度。

本实验采用卷染机前处理，无需定形，约克夏染料溢流染色，在染色温度95℃、染色时间30 min时染料即可达到理想的染色深度，并且色牢度满足指标要求，耐皂洗色牢度基本能达到4级左右。

1 实验

1.1 材料

织物：PLA纤维，75D×85D，136×86。染料：约克夏红、约克夏橙、约克夏黄、约克夏蓝、约克夏黑。

1.2 实验流程

坯布→卷染机前处理（90℃×20 min）→冷水洗→热水洗（95℃×10 min）→温水洗（65℃×15 min）→冷水洗→烘干→溢流机染色（95℃×30 min）→水洗→还原清洗（60℃×15 min）→皂洗→水洗→烘干。

2 结果与讨论

2.1 前处理

聚乳酸纤维前处理主要是去除纤维上的油剂与浆料。固定除油剂106BA 2 g，精练剂JL8 6 g/L，90℃处理20 min，碱用量对聚乳酸纤维的影响见表1。

表1 前处理工艺中碱种类和用量对聚乳酸纤维的影响

由表1可知，前处理工艺使用烧碱时，纤维断裂强力较差，且随着烧碱用量的增加，布面柔软程度有所下降；使用纯碱时，纤维断裂强力较好。综合断裂强力及布面情况，前处理选用纯碱，用量为10 g/L。

2.2 染色工艺

2.2.1 染料的选择

由表2、3可以看出，在染料用量相同、染色工艺相同的条件下，低温型染料对聚乳酸纤维的得色量更高。因此，实验选择约克夏低温型分散染料。

表2 低温型与中温型、高温型染料的染色工艺

表3 约克夏蓝与拼色蓝染色效果的对比

2.2.2 染色温度的选择

探讨不同染色温度对聚乳酸纤维染色效果的影响。聚乳酸纤维的玻璃化温度（Tg）为55～65℃，温度高于玻璃化温度时，纤维的结晶区打开，染液才能够进入纤维内部；聚乳酸纤维不耐高温，在温度达到130℃时纤维会发生熔融现象，因此实验温度选择75～125℃。约克夏蓝不同温度染色效果的对比见表4。

表4 约克夏蓝不同温度染色效果对比

由表4可以看出，在80～110℃对聚乳酸纤维进行染色时，随着温度的升高，分散染料对聚乳酸纤维的上染率提高，温度达到110℃时，上染率最高；95～110℃时，力份较高。由于聚乳酸纤维不耐热，温度不仅影响染料的上染，还会影响纤维的其他性能［3］，如手感、断裂强力等。综合能源消耗和聚乳酸纤维的手感、断裂强力等因素，实验选择染色温度为95℃。

2.2.3 染色时间的选择

上染时间长短对聚乳酸纤维的染色尤为重要，上染时间短，染料上染不充分，上染率低；上染时间长，容易造成聚乳酸纤维水解。因此，选择合适的染色时间，对于提高纤维的染色质量和确保纤维性能具有重要意义。对聚乳酸纤维的染色时间进行优化，具体见表5。

表5 约克夏蓝不同时间染色效果对比

由表5可以看出，在染色时间为30～50 min时，得色量达到较高值。综合能耗及效率因素，染色时间选择30 min。

2.2.4 染色pH及升温速率的选择

聚乳酸纤维的染色在偏酸性条件下进行，不仅有利于纤维的染色，而且能够减少对纤维的损伤。染液选择醋酸用量0.4 g/L，调节pH为5。由于分散染料对聚乳酸纤维的匀染性略差，升温速率应缓慢，以1℃/min为宜。

2.3 还原清洗

染色完成后，需通过碱性还原清洗来去除聚集在纤维表面上的分散染料，从而提高染色织物的色牢度。由于聚乳酸纤维的不耐碱性，因此选用碱性相对温和的纯碱作为碱剂［4］。聚乳酸纤维的Tg为55～65℃，还原清洗温度高于玻璃化温度时，纤维结晶区打开，自由体积增大，水和碱剂更容易进入纤维内部，导致被还原清洗的染料增多。因此，还原清洗优化工艺为：纯碱2 g/L，保险粉2 g/L，60℃清洗15 min。