超临界CO2技术下麻织物冰裂纹肌理研究

尚尚，范铁明

超临界CO2技术下麻织物冰裂纹肌理研究

尚尚，范铁明＊

（齐齐哈尔大学 美术与艺术设计学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

试验采用分散红54在超临界染色装置上进行亚麻织物的防染印花，探究了染色时间、染色温度、染色压力以及糊料浓度对亚麻织物防染印花性能的影响，测定了染色后亚麻织物及印花的/值和色牢度。结果表明，在防染剂质量分数为10%、温度为120℃、压力为20MPa、染色时间为60min 的条件下，亚麻织物印花防白效果好同时印花能达到最大的/值，染色牢度达到4级。

分散染料；防染印花；超临界二氧化碳；亚麻织物

超临界CO2染色技术是目前最具影响力的绿色染色技术，相比较传统水浴染色技术，超临界CO2流体染色全过程无水、无助剂并且价格低廉，上染速度快、上染率高，染色完成后剩余的染料和系统内CO2可回收循环利用，在染整中做到了零排放无污染，充分体现了清洁化、绿色化、环保化的现代生产理念[1-3]。

近年来超临界CO2染色技术已经陆续投入产业化，但是艺术肌理相关研究较少[4]。相比传统水浴染色，超临界CO2染色工艺在将介质水替换成CO2且染色时染色釜内处于高温高压的环境，分散染料的上染与固色几乎同时进行，因此，拔染印花工艺在超临界CO2染色工艺中并不理想，防染印花是在织物上预先印上某种能够防止地色染料上染的防染剂,以防止花纹上染的一种印花工艺[5-7]。防染印花比拔染印花历史更久,我国很早流传的种蓝白花布,就是先用石灰浆在织物上印花,然后以靛蓝（俗称靛青）染色而成的[8,9]。它较拔染印花有许多优点，如价格低、无需汽蒸、工艺流程短，相对地疵布产生机会也较低。

本试验以多种常用糊料为防染剂，采用超临界CO2染色工艺对亚麻布进行印花染色，以此探讨染糊料种类、防染剂质量浓度、染色压力，染色时间、染色温度等影响因素对织物印花/值的影响。其成果对超临界CO2亚麻防染印花提供参考。

1 试验

1.1 织物、药品和仪器

织物：70 g/m2亚麻，浙江亿瑞衬布有限公司。

染化料：C.I.分散红54原粉，浙江龙盛集团股份有限公司；海藻酸钠、活性淀粉、羟甲基纤维素钠；纯度99%CO2气体，大连光明化工院。

C.I.分散红54 结构式：

设备：100目平板丝网；超临界CO2流体染色机；LAMBDA 35紫外光谱仪，美国PE公司；Color-Eye 7000A计算机测色仪，美国爱色丽公司。

1.2 染色工艺

防染浆处方/%：糊料X，水适量。

工艺流程：印花→烘干→染色→水洗→烘干。

超临界CO2染色：将处理好的亚麻织物，卷绕于染色轴上，装于染色釜，将分散染料放于染料釜。通过增压泵将CO2压入系统，开启加热器进行加热，待达到相应压力、温度条件后，断开阀门，打开循环泵开始进行染色。染色结束后，打开阀门，泄压并回收CO2。超临界CO2流体染色工艺流程图如图1所示。

图1 超临界CO2流体染色工艺流程

H01-二氧化碳储罐；H03-换热器；H02-高压泵；H09-染色釜；H08-染料釜；H10、11-分离釜；H04-制冷机；H14-冷剂泵；H06-循环泵

1.3 测试方法

1.3.1 颜色特征值

将超临界CO2流体染后的亚麻织物试样对折4层，采用计算机测色配色仪进行测量。每个试样测试3次，取平均值。

1.3.2 织物性能测试

耐摩擦色牢度 根据GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定。

耐水洗色牢度 根据GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐洗色牢度：试验》测定。

2 结果与讨论

2.1 糊料种类对防染印花影响

按照节1.2印花工艺配置8%的海藻酸钠糊、8%活性淀粉糊和8%的羟甲基纤维素钠，用100目平板丝网双面印制后烘干，在超临界CO2染色系统的染色温度120℃、60 min的条件下，系统压力20MPa进行防染印花试验。染色完成后，测定染后试样和印花的/值，结果见图2。由图2可知，在超临界CO2染色工艺中，淀粉、海藻酸钠和羟甲基纤维素钠都具备较好的防染效果。其中海藻酸钠作为防染剂防染效果最好，在染色釜体内，防染浆处于高温高压且无水的环境下，防染浆内的水分蒸发后会形成一层膜紧密的贴附在亚麻纤维表面，能够有效地阻挡染料的上染。淀粉糊和羟甲基纤维素钠作为防染剂时，在染色釜内高温高压的环境里水分会被迅速蒸发，紧密地附在亚麻纤维上阻挡染料的上染，由于缝隙较多，防染效果较海藻酸钠糊略低且会大量吸收染料，故试验均采用海藻酸钠作为防染剂。

图2 糊料种类对防染印花影响

2.2 防染浆质量浓度对防染印花的影响

按照节1.2印花工艺配置4%～12%的海藻酸钠糊、用100目平板丝网双面印制后烘干，在超临界CO2染色系统的染色温度120℃、60min，系统压力20MPa的条件下进行试验。染色完成后，测定染后试样和印花的/值，结果见图3。由图3可得，随着防染剂中海藻酸钠质量分数的提高，印花的防染效果也随之提升。当海藻酸钠质量分数处于4%～8%时，印制在印花的量也相对较少，导致在染色时形成的网状膜缝隙较多无法有效地阻挡染料上染。当海藻酸钠质量分数超过10%～12%时，其海藻酸钠质量浓度较高，足以形成密集的膜覆盖在亚麻纤维上，能够有效地阻挡染料的上染。故，最佳海藻酸钠糊质量分数为10%。

图3 海藻酸钠质量浓度对防染印花的影响

2.3 染色压力对防染印花的影响

在超临界CO2染色系统的染色温度120℃、时间60min不变的条件下，改变染色压力（16～24MPa）进行染色，结果见图4。由图4可得，染色压力对冰裂纹的/值有较大影响，在16～20MPa时呈现上升较大，之后开始平缓稳定在24MPa。对防染印花影响较小，整体稳定。

图4 压力对防染印花的影响

通常，超临界二氧化碳流体的密度在较低压力下较低，随着压力的增加，超临界CO2的密度也随之加大，可以携带更多的染料分子进入亚麻纤维中，同时亚麻纤维的膨胀可以得到改善，从而促进染料的扩散并促进染料扩散到纤维的无定形区域。当压力达到20MPa时，印花的/值开始平稳。从安全和能效角度考虑，推荐染色压力为20MPa。

图5 温度对防染印花的影响

2.4 染色温度对防染印花的影响

在超临界CO2染色系统的染色压力24MPa、时间60min不变的条件下，改变染色温度（90～130℃）进行染色，结果见图5。由图5可知，温度对防染浆影响较小，防染印花的/值总体保持稳定。相比之下织物上冰裂纹的/值随着染色温度的升高而增大。

温度在超临界CO2亚麻织物染色过程中起着至关重要的作用。较高的染色温度有利于形成更多的大孔隙和大孔道，加速染料分子向亚麻纤维无定形区的渗透和扩散。因此，在较高温度下，在超临界二氧化碳流体中，随着染色温度的延长，冰裂纹的/值呈现上升趋势，在120℃后开始平稳。因此，推荐染色温度为120 ℃。

2.5 染色时间对防染印花的影响

在超临界CO2染色系统的染色温度120℃、染色压力20MPa的条件下，改变染色时间（40～120min）进行染色试验，结果见图6。

图6 温度对防染印花的影响

如图6所示，冰裂纹的K/S值在10min到60min时提升较快，当染色时间超过60min后/值呈现平稳趋势，几乎没有增加。这是因为染料分子在纤维表面发生快速吸附，并且在短时间内染料扩散到纤维中。染色时间从60min延长90min，染色强度不能有效提高，表明染料在纤维上的吸附达到饱和。

2.6 亚麻印花织物色牢度测定

在染色温度为120℃、染色压力为24MPa、染色时间为60min，防染浆质量浓度为10%时，测试了不同糊料染色样品的色牢度，结果如表1所示，最佳工艺下冰裂纹肌理样品如图7所示。

表1 亚麻织物色牢度

图7 最佳工艺下冰裂纹肌理样品

3 结论

（1）海藻酸钠作为防染剂在超临界CO2防染印花工艺中具备良好的防染效果，可以出现冰裂纹肌理（图7），在传统染缬艺术领域中亦具备较大应用价值。

（2）超临界CO2亚麻织物防染印花的最佳工艺是：海藻酸钠质量分数10%、温度120℃、压力20MPa、时间60min。

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Study on ice crack texture of hemp fabric by supercritical CO2technique

SHANG Shang，FAN Tie-ming*

(College of Art and Design, Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar 161006, China)

The/value and color fastness of dyed flax fabric and printing were determined. The results showed that under the conditions of sodium alginate mass fraction 10%, temperature 120℃, pressure 20MPa and dyeing time 60min, the flax fabric had good anti-whitening effect and the maximum/value, and the dyeing fastness reached grade 3-4, which met the requirements of national standards.

disperse dye；anti-dye printing；supercritical carbon dioxide；linen fabric

2022-01-20

国家社会科学基金项目（19BMZ092）；黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（135309322）；黑龙江省经济社会发展重点研究课题（20516）

尚尚（1995-），男，黑龙江齐齐哈尔人，在读硕士，主要从事服饰设计与工程研究，18351532682@163.com。

范铁明（1972-）,男，教授，主要研究方向为服装设计与设计理论研究，fantieming@126.com。

TS194.449

A

1007-984X(2022)04-0080-03