棉紗線彩點噴染工藝研究

談智鑫, 林俊雄, 陳維國, 許志偉

(1. 浙江理工大學先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室, 杭州 310018; 2. 浙江百德紡織有限公司, 浙江湖州 313200)

棉紗線彩點噴染工藝研究

談智鑫1, 林俊雄1, 陳維國1, 許志偉2

(1. 浙江理工大學先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室, 杭州 310018; 2. 浙江百德紡織有限公司, 浙江湖州 313200)

在自制的彩點紗噴染實驗室模擬裝置上,采用三原色活性染料活性紅3BS、活性黃3RS和活性藍GD對棉紗線進行噴染,分析主要工藝參數尿素用量、純堿用量、元明粉用量和汽蒸時間等單因素對噴染棉紗線K/S值的影響,并運用正交試驗對工藝進行優化,得出最佳噴染工藝為:尿素15 g/L、純堿15 g/L、元明粉20 g/L、汽蒸時間20 min。實驗結果表明,在該噴染工藝下得到的棉紗線具有較高的色深度和色牢度,可以獲得較好的實際應用效果。

棉紗線; 噴染; 活性染料; 色深度; 色牢度

0 引 言

彩點紗是在原白紗或色紗上增加一種或幾種彩色點子的紗線[1],可以采用直接噴染實現彩點效果。紗線彩點噴染,即利用空壓機的氣流將噴頭中的染液噴到勻速運行的紗線上,染液與紗線纖維接觸產生的壓強會在一定程度上促使染液滲透進入紗線內部。它與織物的噴射染色[2]有所不同,紗線彩點噴染可以通過調節染料顏色和紗線運行速度等因素,在紗線上獲得疏密程度變化、規則性可有可無的一種或多種顏色的點,采用這種彩點紗線可以編織出層次豐富、五彩繽紛的面料,符合現代消費者的個性時尚需求[3]。同時,紗線彩點噴染具有耗水少、耗能低、污水排放量少和染色周期短[4]等突出優點,符合我國建設資源節約型、環境友好型社會的發展要求。然而,實際生產中的紗線彩點噴染得到的產品存在得色量不高、染色牢度偏低等一系列質量問題,因此需要通過改進和優化噴染工藝來提高產品的質量。

為了方便研究紗線彩點噴染的工藝,本文以棉紗線為研究對象,模擬工廠實際生產彩點紗的設備,以美術噴筆替代實際生產所用的噴頭,在實驗室建立一種紗線噴染模擬實驗裝置,并固定染液噴筆口徑大小和空壓機壓強等噴染設備參數,將紗線噴染出具有一定長度的單一顏色的色段,著重研究尿素用量、純堿用量、元明粉用量和汽蒸時間等因素對噴染效果的影響,通過正交試驗對棉紗線的噴染工藝進行優化。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

材料:棉紗線(333.3 tex)、活性紅3RS、活性黃3RS、活性藍GD(上海雅運紡織化工有限公司)、尿素(AR)、純堿(AR)、元明粉(AR)、防染鹽S(AR)、滲透劑(工業用),皂片(工業用)等。

儀器:130K型美術噴筆(臺灣宏駿國際有限公司),HSENG空壓機(浩盛氣動機械有限公司),Datacolor SF600X測色光譜儀(美國Data Colour公司),Mathis萬能汽蒸焙烘機(瑞士Mathis公司),SW-12AⅡ型耐洗色牢度試驗機(溫州大榮紡織標準儀器廠),Y571(L)染色摩擦牢度儀(浙江溫州紡織儀器廠),YG(B)982X型標準光源箱(溫州際高監測儀器有限公司)。

1.2 噴染工藝實驗

1.2.1 噴染實驗裝置圖

本實驗模擬裝置如圖1所示。

1.2.2 噴染設備參數

噴筆口徑3 mm;空壓機壓強1.6×105Pa;噴筆與紗線間距2 cm;紗線水平運行速度15 cm/s。

1.2.3 噴染工藝流程

室溫下噴染活性染料染液→晾干→汽蒸固色→水洗→皂煮→水洗→烘干。

1.2.4 噴染工藝處方

活性染料/(g·L-1) 25;

防染鹽S/(g·L-1) 10;

汽蒸溫度/℃ 101;

汽蒸濕度/% 100;

尿素/(g·L-1) 0、5、10、15、20、25;

純堿/(g·L-1) 0、5、10、15、20、25;

元明粉/(g·L-1) 0、5、10、15、20、25;

汽蒸時間/min 0、10、20、30、40、50。

1.2.5 正交試驗[5]

在單因素分析的基礎上,固定染料25 g/L、防染鹽S 10 g/L、汽蒸溫度101℃和汽蒸濕度100%,采用尿素用量(10、15、20 g/L)、純堿用量(10、15、20 g/L)、元明粉用量(15、20、25 g/L)和汽蒸時間(10、20、30 min)進行四因素三水平的正交試驗。

1.3 測試方法

1.3.1 色深值(K/S值)[6]的測定

將均勻連續噴染的棉紗線,緊密纏繞在紙板上,采用Datacolor SF600X型計算機測色配色儀,在D65光源和10°視場測定。

1.3.2 色牢度[7]的測定

耐洗色牢度參照GB/T 3921.3—2008《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度》測定，耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定。

2 結果與討論

2.1 單因素分析

選定防染鹽S 10 g/L、汽蒸溫度101℃和汽蒸濕度100%,采用活性紅3BS、活性黃3RS和活性藍GD三原色活性染料對棉紗線進行噴染實驗,研究尿素用量、純堿用量、元明粉用量、汽蒸時間和染料用量對棉紗線噴染效果的影響。

2.1.1 尿素用量對噴染棉紗線K/S值的影響

尿素具有助溶染料的作用,同時又是良好的吸濕劑,在汽蒸過程中可以加速纖維的溶脹,有利于活性染料的固色。在純堿15 g/L、元明粉20 g/L、汽蒸30 min的條件下,分別采用活性紅3BS、活性黃3RS、活性藍GD三只活性染料(25 g/L),改變尿素用量為0、5、10、15、20 g/L和25 g/L對棉紗線進行噴染。尿素用量對噴染棉紗線K/S值的影響如圖2所示。

由圖2可以看出,當尿素用量小于15 g/L,隨著尿素用量的增加,染料的溶解度增大,同時汽蒸過程會促進纖維的溶脹,從而提高染料的滲透性和得色深度,即K/S值增加。當用量大于15 g/L時,噴染棉紗線K/S值并沒有隨著尿素用量的增加而變大。

2.1.2 純堿用量對噴染棉紗線K/S值的影響

純堿作為棉纖維活性染料染色中的固色堿劑,在其創造的合適pH值的條件下會促進棉纖維形成纖維素負氧離子,加速與染料的鍵合反應。實驗中,選擇尿素15 g/L、元明粉20 g/L、汽蒸30 min,分別采用活性紅3BS、活性黃3RS、活性藍GD三只活性染料(25 g/L),改變純堿用量為0、5、10、15、20 g/L和25 g/L對棉紗線進行噴染。純堿用量對噴染棉紗線K/S值的影響如圖3所示。

由圖3可以看出,當純堿用量小于15 g/L,隨著純堿用量的增加,活性染料與棉纖維的鍵合反應增強,噴染棉紗線K/S值逐漸增加;當用量大于15 g/L時,隨著純堿用量的增加,噴染液的pH值過高,使染料的利用率下降,噴染棉紗線K/S值會有所降低。

2.1.3 元明粉用量對噴染棉紗線K/S值的影響

在棉紗線的活性染料噴染中,加入中性鹽元明粉可以起到促染的作用。在尿素15 g/L、純堿15 g/L、汽蒸30 min的條件下分別采用活性紅3BS、活性黃3RS、活性藍GD三只活性染料(25 g/L),改變元明粉用量為0、5、10、15、20 g/L和25 g/L對棉紗線進行噴染。元明粉用量對噴染棉紗線K/S值的影響如圖4所示。

由圖4可以看出,當元明粉用量小于20 g/L,隨著元明粉用量的增加,噴染紗線K/S值逐漸增加;當用量大于20 g/L時,隨著元明粉用量的增加,噴染紗線K/S值變化不大。

2.1.4 汽蒸時間對噴染棉紗線K/S值的影響

汽蒸時,紗線表面的局部染浴為染料上染棉紗線提供了染色環境,纖維發生吸濕溶脹,同時紗線上活性染料溶解,易于擴散到纖維內部,最終與棉纖維形成共價鍵結合。在尿素15 g/L、純堿15 g/L、元明粉20 g/L的條件下,分別采用活性紅3BS、活性黃3RS、活性藍GD三只活性染料(25 g/L),改變汽蒸時間為0、10、20、30、40 min和50 min對棉紗線進行噴染。汽蒸時間對噴染棉紗線K/S值的影響如圖5所示。

由圖5可以看出,當汽蒸時間小于20 min時,噴染紗線的K/S值隨著汽蒸時間的延長而提高;當汽蒸時間達到20 min,K/S值達到最大;超過20 min后隨著汽蒸時間的延長,棉紗線色澤變萎暗,K/S值有所降低。

2.1.5 染料用量對噴染棉紗線K/S值的影響

染料用量一般由實際噴染時所需的色深決定。在尿素15 g/L、純堿15 g/L、元明粉20 g/L和汽蒸20 min的條件下,改變染料用量為5、10、15、20、25、30和35 g/L,對棉紗線進行活性染料噴染。染料用量對噴染棉紗線K/S值的影響如圖6所示。

由圖6可知,對于活性染料活性紅3BS、活性黃3RS和活性藍GD,在染料用量為5～30 g/L時,隨著染料用量的增加,噴染紗線的K/S值有較明顯的提高;當染料用量大于30 g/L時,染料對棉紗線的上染逐漸趨于飽和,故K/S值增加不明顯。在實際生產中,染料用量不能過高,因為染料用量過高會使染料發生聚集,大量染料附著在纖維表層,降低勻染和透染效果,同時還會造成染料浪費,增加有色廢水引起環境污染。

2.2 正交試驗及極差分析

為了進一步優化棉紗線的活性染料噴染工藝,在單因素分析的基礎上,固定染料25 g/L、防染鹽S 10 g/L、汽蒸溫度101℃和汽蒸濕度100%,采用尿素用量、元明粉用量、純堿用量及汽蒸時間四因素三水平進行正交試驗,因素水平如表1所示。以噴染棉紗線的K/S值為考察指標得出正交試驗結果,再對試驗結果進行極差分析,結果如表2所示。

由表2可以看出,三原色活性染料活性紅3BS,活性黃3RS和活性藍GD對棉紗線噴染的四個因素中汽蒸時間的極差最大,說明汽蒸時間對噴染紗線的K/S值影響最大,其次是純堿用量,而元明粉和尿素用量對K/S值的影響較小。通過正交試驗的結果分析可以得出,棉紗線活性染料噴染的最優工藝條件為A2B2C2D2,即尿素15 g/L、純堿15 g/L、元明粉20 g/L、汽蒸時間20 min。

2.3 活性染料噴染棉紗線的質量指標分析

當活性染料用量為25 g/L時,采用最佳噴染工藝條件對棉紗線進行噴染實驗,并將噴染紗線進行質量指標分析,結果如表3所示。

由表3可以看出,三原色活性染料噴染棉紗線的K/S值都在6以上,說明噴染紗線具有良好的染色深度;耐洗色牢度≥4級,干摩擦色牢度≥4～5級,濕摩擦色牢度為4～5級,說明噴染紗線具有較高的染色牢度,可達到一般棉紡織品的色牢度要求。

3 結 論

通過模擬實際生產彩點紗的噴染裝置,在選定噴筆口徑大小和空壓機壓強等噴染設備參數以及染料用量和汽蒸溫度等噴染工藝參數的條件下,通過單因素及正交試驗分析,得到棉紗線活性染料噴染的最佳工藝為:尿素15 g/L、純堿15 g/L、元明粉20 g/L、汽蒸時間20 min。當染料用量為25 g/L時,采用最佳工藝噴染得到噴染棉紗線的色深值良好(K/S值>6),耐洗色牢度≥4級,干摩擦色牢度≥4～5級,濕摩擦色牢度為4～5級。該優化噴染工藝,可以為彩點紗生產提供參考。

[1] 邱 莉. 中高支粗紡羊絨彩點紗的紡制[J]. 毛紡科技, 2006(3): 19-20.

[2] 于伯齡, 孫艷宏, 聶錦梅. 棉布的活性染料噴染工藝[J]. 印染, 2005(3): 29-30.

[3] 彭志忠. 棉紗線的活性段染技術[J]. 印染, 2013(14): 18-21.

[4] Yu B L, Hong B Q, Yu L L. Spray dyeing on cotton and wool fabrics[J]. International Dyer, 2003(1): 12-14.

[5] 丁飛飛, 汪 瀾. 低熔點皮芯復合纖維性能分析及分散染料染色工藝研究[J]. 浙江理工大學學報, 2011, 28(1): 20-25.

[6] 金咸穰. 染整工藝實驗[M]. 北京: 中國紡織工業出版社, 1987: 141-143.

[7] 紡織工業標準化研究所. 中國紡織標準匯編: 一[M]. 北京: 中國標準出版社, 2007: 159-180.

(責任編輯： 許惠兒)

Study on Spray Dyeing Process of Cotton Yarns with Color Fiber Circle

TAN Zhi-xin1, LIN Jun-xiong1, CHEN Wei-guo1, XU Zhi-wei2

(1. The Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology,Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;2. Zhejiang Proud Textile Co., Ltd., Huzhou 313200, China)

This study conducts spray dyeing of cotton yarns with three primary color reactive dyes-reactive red 3BS, reactive yellow 3RS and reactive blue GD on the self-made laboratory analog device for spray dyeing of yarns with color fiber circle, analyzes the influence of single factors such as urea dosage, sodium carbonate dosage, anhydrous sodium sulphate dosage and steaming time onK/Svalue of cotton yarns subject to spray dyeing, optimizes the process with orthogonal test and obtains the optimal spray dyeing process: urea 15 g/L, sodium carbonate 15 g/L, anhydrous sodium sulphate 20 g/L and steaming time 20 min. The experimental result shows that cotton yarns obtained under this spray dyeing process have high color depth and color fastness and can obtain a good effect of practical application.

cotton yarns; spray dyeing; reactive dyes; color depth; color fastness

1673- 3851 (2015) 05- 0579- 05

2014-11-13

國家自然科學基金項目(51203140)

談智鑫(1990-),男,安徽合肥人,碩士研究生,主要從事生態染整技術及染整污染控制方面的研究。

林俊雄,E-mail:linjunxiong@zstu.edu.cn

TS193.5

A