摘要：探讨了在微波加热条件下,阳离子染料染腈纶时,各种因素对染色深度的影响,并比较了常规水浴锅加热染色和微波加热染色样品的摩擦牢度和皂洗牢度;探讨了微波加热技术对织物强力和尺寸的影响.研究结果表明:采用微波加热进行腈纶织物的染色可以大大缩短染色时间,而且染色性能和常规染色工艺相近.
关键词：腈纶;微波;染色
微波是一种电磁波,对陶瓷、玻璃、塑料等具有可穿透性,但对金属具有反射性.微波加热具有选择性,对自身具有极性的物质(如水、含水物质、脂肪等)有深层的加热作用,可使物体迅速升温.加热时,只是使被加热的物体升温,周围的空气和装置除由于物体本身的热传导和空气对流加热外不会被微波加热,热损失少.热效率高.微波加热时被加热物质的内外分子可同时发生共振,内外一起加热,处理效果很均匀.微波对极性的水、染料及助剂分子也有作用,可加快分子的振动,加快染化料的溶解及其向纤维内部的扩散.同时微波使一些反应的活化能降低,使其原来按传统加热方式需较长反应时间的反应时间缩短.[1-2]
虽然微波处理技术在印染行业中仅得到了初步的应用,但已显示出明显的优越性:加热速度快、均匀、有选择性,节能高效,易于控制、便利.[3]
在我国化纤工业中,仿毛型织物主要以腈纶为主要原料.腈纶外观蓬松、手感柔软,具有良好的耐光、耐气候性,其弹性和保暖性可以和羊毛媲美,腈纶的优良性能使其在服装、服饰、产业领域具有广泛的应用.[4]腈纶纤维或织物的染色通常采用浸染方式,而且在染色温度低于其玻璃化温度时,染料几乎不上染,整个染色周期长,能源消耗大.研究微波技术在腈纶染色中的应用具有重大的现实意义.
1·试验
1.1材料及仪器
织物:腈纶织物(12针单面,编织);试剂及染料:醋酸、醋酸钠、匀染剂1227、阳离子红FBLS、阳离子蓝X-BL、阳离子嫩黄X-8GL.
仪器:722N可见光分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),P70D20TL-D4微波炉(额定输出功率为700 W,发射频率为2 450 MHz,佛山市格兰仕微波炉电器有限公司),FC204电子天平(上海精科天平仪器厂),电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂),断裂强力仪(山东纺织科学研究院),Y172型哈氏切片器,XS-212型生物显微镜.
1.2染色工艺
1.2.1腈纶常规工艺(水浴锅加热)染色[5]
上染曲线:
染色配方:织物1 g,阳离子染料1%(owf),醋酸0.25g/L,醋酸钠0.1 g/L,匀染剂1227 0.05 g/L,浴比1∶40.
1.2.2微波加热染色
工艺流程:织物润湿→微波染色→水洗→晾干→测色.
染色配方:阳离子染料y%(owf),醋酸0.25 g/L,醋酸钠0.1 g/L,匀染剂1227 0.05 g/L,浴比1∶20~1∶100.
1.3测试
相对色深(Str值):采用SF600X Datacolor测色光谱仪测试.
上染百分率:用紫外分光光度计在最大吸收波长处测定染色前后染浴的吸光度,按公式计算上染百分率=(1-A1/A0)×100%,式中:A0为原液吸光度;A1为染色后残液的吸光度.
摩擦牢度:参照GB/T 3920-2008测定.
耐洗色牢度:参照GB/T 3921-2008实验方法C(3)进行皂洗牢度变色测试.
断裂强力:参照GB/T 3923-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长的测定条样法》测试.
2·结果与讨论
2.1微波加热的水浴温度
从表1可知,加热时间相同,微波炉火力越大水温越高,若采用中火以上火力,水温很快就会达到100℃;需要加热的水量越大,水温达到100℃所需的时间越长.因此,采用微波进行染色时,必须根据染色液的体积选择合适的微波火力及加热时间.
2.2影响阳离子红FBL染腈纶织物相对色深的因素
将1 g织物在不同条件下按工艺1.2.2进行染色,不同条件下的染色织物色深均以常规水浴锅加热条件下同种阳离子染料用量[1%(owf)]时染得的织物色深为标准进行比较,并用相对色深Str值表示,如果所染的织物颜色比标准样品深,Str值大于100%;色浅,Str值小于100%(下同).
2.2.1微波火力及处理时间
由图1、图2可以看出,低火加热12 min时相对色深可以达到100%,而在中低火、中火、中高火和高火下染色5 min即可以达到100%;相同火力条件下,染色时间越长颜色越深;相同时间条件下,火力越大染的颜色越深;时间越长,不同火力条件下染的色深相差越小.原因是火力越大,水温升得越快;相同火力下,染色时间越长,水温也越高,因此腈纶越早到达玻璃化温度或在玻璃化温度以上的染色时间越长,染的颜色越深.
另外,染色织物要达到相同色深,微波染色工艺比常规染色工艺的染色时间要少得多,说明微波染色可以大大地节省能源.
2.2.2浴比
染料用量1%(owf),将织物分别在浴比1∶20、1∶40、1∶60、1∶80、1∶100时染色.因为浴比小时,火力太大会造成水分挥发快,织物易暴露在染浴外.因此,综合考虑染色效果、时间以及节能等因素,当浴比为1∶20和1∶40时,采用低火加热;浴比为1∶60、1∶80和1∶100时用中低火加热,不同时间下染得织物相对色深如图3和图4所示.
由图3、图4可以看出,相同火力条件下,浴比相同,染色时间越长,Str值越大,颜色也就越深;时间相同,浴比越小染得的颜色越深.原因是相同浴比下,时间越长,水温越高,越接近腈纶的玻璃化温度,或在腈纶玻璃化温度以上的染色时间越长,织物得色越深;相同时间内,浴比越小,染液的总体积越小,在火力一定的条件下,织物处于高温段染色时间就越长,因而织物得色越深.
试验中还发现:当采用微波加热时,即使在染杯上面盖上表面皿,染液中的水分蒸发也非常严重.因为染液沸腾后,蒸汽会自动顶开表面皿导致水分挥发,随着水分的挥发,实际染浴的浴比就会变小,因此采用微波染色时,为了防止织物暴露于染液之外,需要采用较大浴比或者采用特殊染杯染色.
2.2.3 pH
考虑腈纶耐碱性差以及一些染料在高pH时稳定性差,采用硫酸或氢氧化钠调节染液pH在2.5~5.5,浴比1∶40,染料用量1%(owf),低火染色12 min,试验结果如图5所示.
由图5可知,pH对织物相对色深影响较大,且pH越低,染得的颜色越浅,因为酸在腈纶染色中起一定的缓染作用.采用微波加热染腈纶时,对于一些耐碱性好和匀染性好的染料可考虑采用较高pH染色,以提高染色深度.
2.2.4染料用量
由图6可知,染料用量越大上染百分率越低,这与常规染色的规律是一致的.
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