氨纶上色剂对锦氨织物染色同色性及色牢度的影响

蒋吾伟，赖忠开，邢亚杰，郝海涛，陈 旭，李永强,1b

(1.浙江理工大学，a.纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)；b.生态染整技术教育部工程研究中心，杭州 310018；2.传化智联股份有限公司，杭州 311215)

目前在提升氨纶染深性方面，研究主要集中于优选染料[5-6]或者在氨纶纺丝过程中添加改性剂，制备易染氨纶[7-8]，但这些方法或应用范围局限，或成本较高。为此，锦氨染色实际生产中，通常会添加少量分散染料来提升氨纶颜色深度，遮盖锦氨色差，但是牢度仍然不理想[9]。为了改善锦氨织物色牢度，目前通常采用固色剂固色的方式[10-12]，或者在染色过程中添加氨纶防沾色剂[13-14]，但是这些方式又无法改善锦氨同色性较差的问题。氨纶上色剂是一种含有氨基的酯类物质，与氨纶结构相似，因此可以较好地吸附在氨纶表面，同时助剂中的氨基为酸性染料上染氨纶提供了染座，可改善锦氨织物染色过程中氨纶的上色性能，增加锦氨同色性且改善织物色牢度[15]。但目前关于氨纶上色剂的应用研究报道较少，本文探讨了氨纶上色剂用量以及应用于不同单色和拼混酸性染料时，氨纶上色剂对锦氨K/S值、同色性及色牢度的影响，对锦氨织物染色的实际生产具有指导意义。

1 实 验

1.1 实验材料与仪器

织物：锦纶塔丝隆(115 g/m2)，氨纶(4.44 tex，浙江华峰氨纶股份有限公司)，锦氨针织物(212 g/m2，21% 氨纶、79% 锦纶)

试剂：酸性红337、酸性黄199、酸性蓝324、酸性红88、酸性橙7、酸性蓝25、酸性红414、酸性黄220、酸性蓝317、酸性大红FGS、分散大红GS、分散深蓝HGL、分散黑ECT，以上染料均为工业级，由浙江恒生印染有限公司提供；去油剂TF-109H、氨纶上色剂TF-217s、固色剂TF-506s，以上试剂为工业级，由浙江传化智联股份有限公司提供。

仪器：DYE-24型红外染色机(上海千立自动化设备有限公司)，Datacolor SF 600X测色配色仪(美国Datacolor公司)，SW-12AII型耐洗色牢度试验机(温州大荣纺织标准仪器厂)，AFK-S型氨纶专用编织机(上海意承实业有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 染色工艺流程

具体的染色工艺流程如下：

前处理工艺：去油剂TF-109H 1 g/L，Na2CO31 g/L，浴比1∶30，时间30 min，温度95 ℃。

皂洗工艺：皂洗剂TF-230M 0.5 g/L，浴比 1∶40，时间20 min，温度50 ℃。

固色工艺：固色剂TF-506s 3%(owf)，时间 20 min，温度75 ℃。

1.2.2 单色染料染色

氨纶(氨纶专用编织机编织袜片)：0.5 g，锦纶：0.5 g，酸性染料：3%(owf)，氨纶上色剂：x%(owf)，浴比：1∶50，pH值：4.5。工艺曲线如图1所示。

图1 染色工艺曲线

1.2.3 拼混染料染色

4种颜色拼混染料配方以及所添加分散染料用量如表1所示。其余染色工艺同1.2.2。

表1 拼混染料配方及添加分散染料用量

1.3 测试方法

1.3.1K/S值测试

染色织物表观得色量通常由K/S值来表示，在一定条件下K/S值越大，织物的颜色越深。采用SF600X Datacolor测色光谱仪测试织物的K/S值，取不同位置平行测量3次取平均值，D65光源。

1.3.2 染料IOB值计算

染料的IOB值(Inorganic organic balance)是指染料的无机性有机性平衡值，IOB值越小，染料的疏水性越强，反之染料亲水性越强[16]。染料IOB值可依据染料分子结构中基团的无机性值和有机性值计算[17]。以酸性红337为例(分子式示意如图2所示)，无机性值：氟(5×3)、苯环(15)、偶氮基(30)、奈环(60)、亚氨基(70)、羟基(100)、磺酸基(250)、钠离子(500)，共计1040；有机性值：碳(20×16)、氟(5×3)，共计335；染料IOB值：无机性值/有机性值为3.10。

图2 酸性红337分子式示意

1.3.3 染料BDI值测试

染料提升力指数BDI值可表征染料染深性，按照GB/T 21875—2016《染料提升力的测定》，以染料质量分数2%为基准，计算各单色染料的BDI值。

1.3.4 锦氨同色性和氨纶K/S值提升率测试

为了考察锦氨同色性，通过比较锦纶和氨纶的K/S值评判，引入同色性平衡值K，计算公式见式(1)。

K=(K/S)n/(K/S)P

(1)

式中：(K/S)n为锦纶K/S值，(K/S)P为氨纶K/S值，均为相同最大吸收波长下K/S值。

氨纶K/S值在使用上色剂染色后有明显的变化，氨纶K/S值提升率由式(2)计算得到。

(K/S)E/% =(K/S)1/(K/S)0×100

(2)

式中：(K/S)E为K/S值提升率，(K/S)1为加入上色剂染色氨纶K/S值，(K/S)0为未用上色剂染色氨纶K/S值。

1.3.5 耐皂洗色牢度测试

参照GB/T3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》中B(2)的实验方案，测试织物的变色牢度和沾色牢度。贴衬织物分别为羊毛、腈纶、涤纶、锦纶、棉和醋酯。

2 结果与讨论

2.1 氨纶上色剂用量对锦氨织物K/S值的影响

使用酸性红414对锦纶和氨纶同浴染色，对比加入不同氨纶上色剂和不同用量对锦纶和氨纶K/S值的影响，结果如图3所示。不加氨纶上色剂时，染色后锦纶K/S值为21.4，氨纶K/S值为 13.6，二者相差较大，且由于酸性染料与氨纶结合力相对较弱，氨纶上的染料在经皂洗固色后掉落较多，导致最终锦纶与氨纶色差增大。在加入氨纶上色剂之后，与氨纶结构类似的阳离子组分会先吸附在氨纶上，为染料提供氨基染座，使得部分原本会上染锦纶的染料在氨纶上染色固着，且经过皂洗和固色之后，仍能保留在氨纶上，最终提升氨纶K/S值，降低锦纶K/S值。在添加质量分数1% TF-217s时，固色后氨纶K/S值由11.3提高至12.6，锦纶K/S值由20.5降低至20.2。此效果随着氨纶上色剂用量的提升而增加。当氨纶上色剂质量分数为3%时，锦纶K/S值由20.5降低至18.3，下降较多，由于通常锦氨织物锦纶占比较高，掉色较多时不利于锦氨染色品的实际生产，所以氨纶上色剂质量分数应小于3%。后续的实验主要采用质量分数1%和2%的TF-217s，重点考察氨纶的K/S值变化情况。另外对比市场样1和市场样2，氨纶上色剂TF-217s对氨纶K/S值提升更多，对锦纶K/S值下降较少，效果显著优于市场样1和2。这是由于市场样1和市场样2中的阳离子组分虽然会吸附在氨纶上为染料提供染座，但同时也会在染浴中与阴离子染料结合生成难溶性色淀，导致上色性不佳。而TF-217s中除了阳离子组分，还包含聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，可缓解染料与上色剂在染浴中的结合，因此可让更多染料上染纤维。

图3 氨纶上色剂用量对锦/氨织物K/S值的影响

2.2 氨纶上色剂应用于不同染料时对氨纶K/S值的影响

为了探究TF-217s应用于不同染料时对氨纶K/S值的影响，采用浅中深三原色的单色染料进行染色，分别是浅色：酸性红337、酸性黄199、酸性蓝324；中色：酸性红88、酸性橙7、酸性蓝25；深色：酸性红414、酸性黄220、酸性蓝317。氨纶K/S值如图4所示。

图4 氨纶上色剂应用于不同单色染料时对氨纶K/S值的影响

由图4可知，TF-217s在应用于浅中深三原色酸性染料时都可以对氨纶K/S值有提升作用。且经过皂洗固色后，添加TF-217s后的氨纶比空白样K/S值都高，这表明通过TF-217s而上染到氨纶上的染料可进入纤维内部，经皂洗固色后，中、深色染料染色有较多保留，浅色染料染色保留较少，但都比空白样有明显的改善。

不同的酸性染料上染到氨纶上K/S值不同，这与染料的IOB值有关。如图5所示，在相同结构类型的染料中，氨纶染色后K/S值随着染料IOB值的减小而增加。这是由于氨纶分子结构上有较多的憎水性的酯基和脲基，属于疏水性纤维。而IOB值越小，染料越疏水。根据相似相亲的原则，疏水性越高的染料越容易上染氨纶。

图5 不同染料染色氨纶K/S值与染料IOB值相关性

在锦氨同浴染色中加入氨纶上色剂TF-217s之后，对于不同染料，TF-217s对氨纶K/S的提升率也不同。如图6所示，TF-217s对氨纶K/S的提升率与染料的BDI值成正相关，即染料的BDI值越高，加入TF-217s之后对氨纶K/S值的提升也越明显。因为BDI值反映的是染料的染深性，在相同用量的TF-217s的情况下，染料的BDI值高，染深性好，氨纶得色越深，K/S值也越高。

图6 氨纶K/S值提升率与染料BDI值相关性

2.3 氨纶上色剂对锦氨织物同色性的影响

在使用拼混染料对锦氨面料染色时，为了改善锦纶与氨纶之间的色差，通常采用添加少量分散染料的方式。分散染料可上染疏水性的氨纶，而锦纶对分散染料有选择性，分散染料不易上染锦纶。为了探究氨纶上色剂TF-217s对锦氨同浴染色时锦氨同色性的影响，以同色性平衡值K值为指标，选用质量分数1% 和2%的TF-217s与分散染料做对比，结果如图7所示。对于4种拼混染料，在未加任何助剂时，K值都显著高于1，表示锦纶比氨纶颜色深。在加入分散染料之后，K值都有所下降，表明分散染料的加入确有遮盖氨纶浅色，改善锦氨色差的效果。而添加TF-217s后，K值下降程度更大。对于大红来说加入质量分数2%的TF-217s后，K值为1.006，此时锦纶与氨纶之间色深接近，色差改善明显。对于另外三支染料，在加入质量分数2% 的TF-217s后K值均小于1，表明此时氨纶比锦纶色深更浅，添加的TF-217s有些过量。为达到较佳锦氨同色性效果，染咖啡色氨纶上色剂TF-217s质量分数应小于1%，大红、藏青和黑色质量分数 1%～2% 为宜。

图7 氨纶上色剂对锦氨织物同色性的影响

2.4 氨纶上色剂对锦氨织物耐皂洗色牢度的影响

以锦氨针织物为染色对象，选用质量分数1%和2%的TF-217s与分散染料做对比，考察其对耐皂洗牢度的影响，结果如表2所示。

由表2可知，四支拼混染料的空白样变色牢度评级均在3～4级至4级。在添加TF-217s之后，变色牢度提高至4～5级。这是由于在染色浴中，阳离子性的TF-217s可吸附在氨纶上为阴离子酸性染料提供“染座”，以此来提高酸性染料与氨纶的结合力，从而提高氨纶的耐皂洗牢度。而添加分散染料之后，虽然可以改善锦氨色差，但变色牢度只有3级至3～4级。这是由于分散染料微小颗粒可在染色中进入氨纶软链段，提高上染率，然而氨纶软链段结构松散，在后续染整加工过程中，分散染料也易从纤维内部迁出，因此牢度较差。在沾色牢度评级方面，酸性染料对锦纶亲和力较高，容易对锦纶沾色。四支拼混染料的空白样锦纶沾色均为3级至3～4级。加入氨纶上色剂TF-217s后可提高半级至一级。而分散染料容易对涤纶沾色，加入分散染料染料后，涤纶沾色牢度均有半级至一级的下降。TF-217s整体沾色牢度评级均优于分散染料。

表2 氨纶上色剂对锦氨织物耐皂洗色牢度的影响

3 结 论

选用氨纶上色剂对锦氨织物同浴染色进行研究，探讨了氨纶上色剂的用量以及应用于不同染料时对锦氨织物染色同色性及耐洗色牢度的影响，结论如下：

a)在使用酸性染料对锦氨织物同浴染色时，加入氨纶上色剂可提高氨纶K/S值，此效果随着氨纶上色剂用量的提升而提升；改善锦氨同色性，上色剂质量分数1%～2%为宜。

b)氨纶上色剂TF-217s在应用于浅中深红黄蓝等多种酸性染料时均有提高氨纶K/S值的作用，其提升效果对不同染料不一。在相同结构类型的染料中，染色后氨纶K/S值随IOB值的减小而增加。氨纶上色剂对氨纶K/S值的提升率与染料BDI值成正相关。

c)氨纶上色剂TF-217s在应用于单色染料和拼混染料时，可有效改善锦氨同色性，锦氨织物耐洗色牢度有提升，并优于使用分散染料的情况。