PLA/PHBV/天丝交织物分散/活性染料一浴法染色工艺研究

方晶晶 邓冰雁 王华清

摘 要：针对PLA/PHBV纤维不耐高温和碱剂的特性，选用了低温型分散染料和中性固色活性染料，通过加入环保载体实现了PLA/PHBV/天丝交织物的分散/中性固色活性染料一浴法染色。论文探讨了载体浓度、pH值、硫酸钠浓度、固色温度、固色时间等因素对织物K/S值的影响，采用正交实验确定了最佳染色工艺为：当分散红ACE 用量为0.2%、雅格素红NF-3B用量0.3%，pH=6、硫酸钠浓度35g/L、环保载体浓度2.4g/L、固色温度90℃、固色时间40min。织物的耐洗和耐摩擦色牢度可以达3～4级以上。

关键词：PLA/PHBV/天丝交织物；分散染料；中性固色活性染料；一浴法染色

中图分类号：TSl93.632             文献标识码：A                   文章编号：1674-2346（2023）02-0038-06

1    前言

PLA/PHBV/天丝交织物是由天丝与PLA、PHBV共混丝交织而成的新型纺织面料，PLA/PHBV纤维同属生物基可降解纤维，具有生态环保、人体亲和、抑菌舒适、废弃物可生物降解等优良性能，已广泛应用于贴身内衣、衬衣、袜类、家纺等产品；天丝纤维属于再生纤维素纤维，也是环保纤维，它有棉的舒适性、涤纶的强度、毛织物的豪华美感和真丝的独特触感及柔软垂坠感，但是天丝容易发生原纤化，影响织物的外观。将PLA/PHBV与天丝进行交织的织物，同时具有3种纤维的优良品质，具有很好的市场前景。PLA/PHBV通常采用分散染料进行染色[1]，天丝主要采用活性染料染色。由于普通活性染料需要加入碱剂进行固色，而大多数分散染料在碱性条件下不稳定[2]，进而无法实现PLA/PHBV/天丝交织物分散/活性染料一浴一步法染色。中性固色活性染料是一类在分子结构中含有季胺型吡啶甲酸活性基的染料，具有较高的反应性，染料的亲和性较高，在中性、高温（100～130℃）条件下可与纤维素纖维发生反应而固着[2-3]。考虑到PLA/PHBV纤维不耐高温和碱的问题[4-5]，选用ACE低温型分散染料和Argazol NF型中性固色活性染料进行一浴一步法染色，不仅使PLA/PHBV/天丝交织物的3种纤维同时上色，也可避免PLA/PHBV纤维在高温碱性条件受损。因此，选用分散/中性固色活性染料对PLA/PHBV/天丝交织物进行一浴一步法染色。

2    实验部分

2.1    实验材料

织物：PLA/PHBV/天丝交织物（BIO120D *TN163/108*54，PLA/PHBV：42%，天丝：58%）

染化料：中性固色雅格素红 NF-3B（上海雅运染料新材料有限公司）、分散红ACE（浙江闰土股份有限公司）、环保型载体CWP（苏州工业园区科信化工有限公司）、冰醋酸、硫酸钠、碳酸钠、皂粉。

2.2    仪器设备

YG571L型摩擦牢度仪（宁波纺织仪器厂）；SF 600 电脑测配色系统（美国Datacolor公司）；SW-12D型耐洗色牢度试验机（宁波纺织仪器厂）；DEL1A320型pH计（上海精密科学仪器有限公司）； XW4000B红外线染色机（中国靖江市新旺染整设备厂）。

2.3    工艺方法

2.3.1    染色处方及工艺条件

分散红ACE，0.2%；雅格素红NF-3B，0.3%；硫酸钠，10～50g/L；环保载体CWP，0.6～3.0g/L；pH值 （用碳酸钠和冰醋酸调节），5.0～9.0；温度，70～110℃；时间，10～50min；浴比，1：30。

2.3.2    升温工艺曲线 （图1）

2.4    测试方法

2.4.1    K/S值（色深值）

将织物折叠至不透光，采用SF-600 Datacolor测色配色仪，在D65光源、10笆映∠氯〔煌课坏？个点测试织物的K/S值，求取平均值。

2.4.2    耐摩擦牢度测试

按照GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》的实验方法进行。

2.4.3    耐皂洗牢度测试

按照GB/T3921-2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》的实验方法进行。

3    结果与讨论

3.1    固色温度对织物染色效果的影响

在环保载体浓度为1.2g/L、硫酸钠浓度为30g/L、pH=7的条件下，在70℃、80℃、90℃、100℃、110℃条件下固色30min，按照1.3的工艺方法进行染色，测出织物的K/S值，实验结果见图2。

从图2可看出，随着固色温度的升高，织物的K/S值先增加后降低，温度升高到90℃时，织物K/S值达到最大。当温度升高时，天丝纤维电离出的Cell-O-负离子数量增加，亲核性染座的数量也随之增加，加快了染料与纤维的固色反应[6]；同时温度升高有利于纤维的膨化，染料分子向纤维表面的热运动加快，进一步加速了中性固色活性染料与纤维素表面离子化的羟基反应，同时分散染料扩散进入PLA/PHBV纤维内部，所以织物的得色量逐渐增加。但染色温度过高，染料的直接性会下降，染料的水解速率也会增大，致使固色率下降，并且PLA/PHBV共混丝在高温时强力容易损伤。因此，固色温度选择90℃较为合适。

3.2    硫酸钠浓度对织物染色效果的影响

在环保载体浓度为1.2g/L、pH为7的条件下，改变硫酸钠浓度分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L， 按照1.3的工艺方法在90℃时染色30min，测试织物的K/S值，实验数据如图3所示。

从图3数据可以得出，随着硫酸钠浓度的增加，织物K/S值先增加后减小，当硫酸钠浓度达到30g/L时，织物的K/S值最大。这是因为阴荷性活性染料与天丝纤维表面形成的Cell-O-负离子之间存在着电荷斥力，加入中性电解质后，钠离子吸附在纤维表面，降低了两者之间的斥力，加速了染料的上染而起到促染作用[6-8]，提高了染料对纤维的得色深度。但当浓度超过30g/L后，织物的得色量反而开始下降。这是因为加入过多硫酸钠时，钠离子会降低分散染料胶粒的负电荷，降低了染料胶粒之间的排斥力，促进了分散染料的聚集，不利于分散染料的上染[2]。因此，硫酸钠浓度选择30g/L为宜。

3.3    pH值对织物染色效果的影响

在环保载体浓度为1.2g/L，硫酸钠浓度为30g/L时，改变pH值分别为5、6、7、8、9，按照1.3的工艺方法在90℃时染色30min，测出织物的K/S值，实验结果见图4。

从图4数据可知， pH值在4～6之间时， 随pH值增加，织物K/S值逐渐增加；当pH值大于6以后，K/S值却开始下降。这是因为在较低的pH值时，分散染料中的氨基会发生离子化，增大染料溶解度，进而影响染色性能；而当pH值为碱性条件时，染料中羟基离子化，染料溶解度提高，导致染料色光变化，使得分散染料稳定性减弱，从而使染料上染率降低[9]；PLA/PHBV纤维在碱性条件下结构容易遭到破坏而发生断裂[10]。中性固色活性染料对染浴pH值比较敏感，最适合在接近中性染浴中染色[2]。所以pH值选择6最为适宜。

3.4    固色时间对织物染色效果的影响

在环保载体浓度为1.2g/L、硫酸钠浓度为30g/L、pH=6的条件下，按照1.3的实验方法，在90℃时分别保温10min、20min、30min、40min、50min。测出织物的K/S值，实验结果见图5。

从图5数据可知，随着固色时间的延长，K/S值快速上升然后开始缓慢下降。随着染色时间的延长，纤维不断膨化，染料扩散速率加快使得染料上染量增加；固色时间达到40min后，织物K/S值反而下降。这是因为过长的固色时间会导致已经吸附到织物上的染料重新解吸到溶液中[9]，同时PLA/PHBV纤维在高温长时间处理时，纤维会受损。所以固色时间选择40min最佳。

3.5    载体浓度对织物染色效果的影响

在硫酸钠浓度为30g/L、pH=6的条件下，改变载体浓度为0.6 g/L、1.2 g/L、1.8 g/L、2.4 g/L、3.0 g/L，按照1.3的实验方法在90℃时保温染色40min。测试织物K/S值，实验数据见图6所示。

从图6数据可知，随着载体浓度的增大，织物K/S值先升高后下降。这是因为载体浓度的提高，加速了纤维分子链的运动，使孔隙增大，增加了染料对纤维的吸附量[9，11]。但当载体浓度超过2.4g/L时，织物的K/S值開始下降。这主要是因为载体浓度超过了饱和浓度时，载体在染液中形成的第3相加速了分散染料的增溶作用，降低了染料的上染量[12]。因此，环保载体用量选择2.4g/L最佳。

3.6    正交实验

在染色过程中，各工艺因素之间存在着相互制约和相互影响，通过正交实验可明确各因素对于评价指标的影响程度及各因素之间交互作用的大小。根据单因素试验结果，对硫酸钠浓度、载体浓度、固色温度、固色时间、溶液pH值5个因素进行L16（45）正交试验设计，正交实验及结果见表1 和表2。

由表2极差R可以看出，影响PLA/PHBV/天丝织物K/S值大小的排序为固色温度>pH值>载体浓度>固色时间>硫酸钠浓度。A因素选水平4、B因素选水平2、C因素选水平3、D因素选水平4、E因素选水平3，织物的得色量最高。考虑到D因素的水平4和水平3数据相差不大，采用A4B2C3D3E3组合较为适宜，即硫酸钠浓度35g/L、载体浓度2.4g/L、固色温度90℃、固色时间40min，溶液的pH值为6。

3.7    染色牢度测定

按照1.3的工艺方法，在最佳工艺条件下对PLA/PHBV/天丝交织物进行染色，测试织物的摩擦和皂洗色牢度，实验结果如表3数据所示。

由表3可知，耐皂洗色牢度在3-4级及以上，干摩擦为4-5级，湿摩擦为3-4级。实验结果表明，PLA/PHBV/天丝织物采用分散/中性固色活性染料染色织物的耐洗和耐摩擦色牢度较高，符合使用要求。

4    结论

（1）考虑到PLA/PHBV纤维不耐高温和碱剂，采用低温型分散染料和中性固色活性染料，通过加入环保载体实现了PLA/PHBV/天丝交织物的分散/中性固色活性染料一浴法染色。

（2）分散活性染料一浴法染色最佳工艺条件为：硫酸钠用量为35g/L、环保载体用量为2.4g/L、pH=6、固色温度为90℃、固色时间为40min。

（3）PLA/PHBV/天丝织物分散/中性固色活性染料一浴法染色具有较好的染色牢度，耐皂洗和耐摩擦色牢度均可达3-4级以上。

参考文献

[1]杨梅，王炜，傅向东.PLA/PHBV共混纤维结构及其低温染色性能[J].印染，2018，44（8）： 31-35.

[2]崔浩然.中性固色活性染料的性能与应用研究[J].染整技术，2006，28（10）：32-37.

[3]曹机良，李亚辉，韩付响.大豆/PTT分散/中性固色活性染料一浴一步法染色[J].染整技术，2011，33 （12）：10-12.

[4]王华清，姚禹国.PLA/PHBV共混长丝织物的性能及染整工艺[J].印染，2019，45（20）：34-38.

[5]谢峥译，唐昱校.染色条件对聚乳酸织物机械性能的影响（二）[J].印染，2004，28（10）：48-49.

[6]唐昱譯，陈颖校.棉织物活性染料中性染色工艺[J].印染，2008（05）：47-50.

[7]唐嘉莹，沈云云，陈嘉璐，等.PLA/PHBV/粘胶交织物分散活性染料染色工艺探讨[J].浙江纺织服装职业技术学院学报，2020（03）：7-12.

[8]张鹏，顾旦悦，顾栋方，等.低碱型活性染料染色工艺[J].印染，2013（17）：21-24.

[9]沈云云，王华清，夏建明.PLA/PHBV长丝经编针织物低温载体染色工艺[J].针织工业，2020（08）：48-51.

[10]陈新福，潘刚伟，侯秀良，等.PLA纤维的水解及其染色性能：一些染整技术的回顾之七[J].印染，2013（23）：45-48.

[11]关昶，周玉莹，刘群，等.涤纶的苯甲酸乙酯低温载体染色工艺研究[J].针织工业，2019（05）：43-45.

[12]王华清.涤/粘交织物分散/中性染料一浴法染色[J].印染，2021，47（04）：22-27.

Abstract： Because the PLA/PHBV fiber is not resistant to high temperature and alkali agent，the PLA/PHBV/Tencell interweave fabrics were dyed by one-bath dyeing technology of low-temperature disperse and neutral fixing reactive dyes with environmental protection carrier.The effects of carrier dosage，pH value，sodium sulfate dosage，fixing temperature and fixing time on dyeing effect are discussed in this paper，and the optimal dyeing process is determined by orthogonal test analysis as follows：the dosage of disperse red ACE is 0.2%，the neutral fixing reactive dyes is 0.3%，the optimal dying process is pH is 6，the sodium sulfate dosage is 35g/L，the environmental carrier dosage is 2.4g/L，the fixing temperature is 90℃，and fixing time is 40min.The color fastness to washing and rubbing can reach over 3-4 level.

Key words： PLA/PHBV/Tencell;disperse dyes;neutral fixing reactive dyes;one-bath dyeing