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第二批節能減排先進技術--毛絨類纖維低溫染色技術

摘 要：低溫染色助劑在實現低溫染色技術中起到了重要的作用，本文通過對自行研制的毛用低溫染色助劑CTC-435在羊毛、羊絨纖維上的低溫染色和常規沸染工藝實驗對比，深入探討了CTC-435在低溫染色工藝中對染料的促染規律;并通過對該助劑用量、染色溫度、應用性能進行分析，探討了實現低溫染色的最佳工藝條件。

關鍵詞:羊毛;低溫染色;助劑

引言

羊毛、羊絨纖維常規染色大多是在98-100℃條件下沸煮1-2小時左右完成，熱與化學藥劑的共同作用對毛類纖維造成了嚴重的損傷，影響纖維的可紡性和制成率，而且成品色澤暗淡、手感發燥。因此，羊毛、羊絨纖維低溫染色方法一直是人們研究的課題，低溫染色不僅能夠節約能源、亦可降低染色過程中纖維受到的損傷，在當前能源日趨緊張，價格不斷上漲的情況下，越來越多的企業關注并積極采用低溫染色技術。我公司為適應節能降耗的發展趨勢，開發了環保型毛/絨類纖維低溫促染劑CTC-435，該助劑具有多重染色增效作用，可以實現毛/絨類纖維的低溫染色。通過使用低溫助劑CTC-435，可縮短染色時間，減少纖維損傷，節約能源；該助劑不增加染色工藝步驟、不增加染色設備，應用方便，對染料適用性較強，大多數毛用染料均適用。根據染料用量及染料品種可選擇在80-90℃進行低溫染色，染料上染率及各項牢度指標可達到常規染色的水平。

本文選用毛用活性染料、1:2金屬絡合染料、媒介染料、弱酸染料，通過加入環保型低溫促染劑CTC-435進行低溫染色，研究了低溫助劑用量、低溫染色溫度等因素對低溫染色效果的影響，分析了低溫助劑的促染作用，為確定低溫染色工藝提出了指導性建議。

1 低溫染色技術介紹

1.1 羊毛纖維的結構與染色性能的關系

圖1 羊毛纖維結構

羊毛纖維不同于其它纖維，在纖維外部的有鱗片層，羊毛的鱗片層約占羊毛總量的10 %，鱗片層由角質蛋白細胞組成，結構復雜，

鱗片外角質層又分為a、b層，鱗片表層和位于外角質層外部的a層都含有較高的胱氨酸，胱氨酸結構中含有二硫鍵，HOOC—CH(NH2) —CH2—S—S—CH2—CH(NH2) —COOH。這種氨基酸剩基的雙硫鍵在不同蛋白質分子鏈之間或同一蛋白質分子鏈的不同部分之間形成交聯，致使其微結構十分致密，且結構堅硬，性質遠較皮質層穩定，以致于在染色過程中成為阻擋染料擴散的“壁障”，阻礙染液對纖維的滲透、擴散，使其上染速率偏低。由于羊毛表面的特殊結構，阻礙了染料在纖維內部的擴散，為了達到理想的染色效果，往往是通過提高染色溫度，使纖維在高溫下溶脹，間隙變大，染料則可以順利進入纖維內部，但是，高溫沸染對纖維造成了損傷，尤其是染濃深色或使用媒介染料，導致纖維物理指標下降，纖維染色后手感明顯變差，可紡性變差。

1.2 低溫染色技術的發展

毛類纖維低溫染色方法一直是人們研究的課題，比較典型的低溫染色方法有溶劑法、甲酸法、濃尿素法、氨或胺類溶液處理法及氧化還原預處理法等，以上方法都因成本太高或對纖維造成一定的損傷或對設備有特殊要求而不能推廣應用于工業化生產。

近年來，隨著生物技術的發展

國外在二十世紀30年代就進行了羊毛低溫染色方法的研究，國外助劑公司相繼推出了低溫染色助劑，通過添加低溫助劑實現低溫染色，如德國拜爾的Baylan NT，被國際羊毛局評估為最佳染色助劑；英國ICI公司的產品穩爾速（Valsol LTA-N）[1]，Sandoz（現為科萊恩）的Lanasan LT等。應用實踐證明，助劑法低溫染色具有使用方法簡單，效果突出的特點。

綜上所述，在羊毛低溫染色研究中，重點關注的是在染色過程中使滲透→吸附→擴散→平衡固著這四個 過程達到最佳狀態。影響染料上染的主要因素有纖維表面鱗片層對染料的壁障作用、染料的溶解性與聚集性、染料的電離與帶電性、染料的空間結構以及染料同纖維的親和力等。本公司開發的低溫助劑分子結構的設計充分考慮到羊毛表面結構及染料分子結構的特點，以不破壞鱗片層、不損傷纖維為出發點，具有多重染色增效作用，改善了染料上染過程。

1.3 低溫染色對纖維、織物的保護作用

● 毛織物低溫染色：以純毛單面華達呢的幾個色號的經向撕破強力為例（原布：22N）：

表1 不同染色工藝經向撕破強力（單位：N）

由表1可見，羊毛織物低溫染色后的撕破強力較常規染色有較大幅度的提高。

● 羊絨纖維低溫染色：國產NC464B型散毛染色機，毛用活性染料。

表2 高溫染色后纖維物理指標

染色溫度98℃，大紅色保溫90min，淺粉紅色保溫40min。

由表2中可見，淺粉紅色山羊絨的物理指標優于大紅色山羊絨，染深色時纖維受到了明顯損傷。

表3 低溫染色后纖維物理指標

大紅色： 促染劑用量 2%（owf），溫度85℃，保溫60min，

淺粉紅色：促染劑用量 1%（owf），溫度80℃，保溫30min

由表3可見，低溫染色提高了纖維物理指標，對纖維及織物的保護作用十分明顯。

● 低溫染色對紡紗性能的影響

表4 16.7tex×2雙紗條干指標

表5 16.7tex×2雙紗斷裂強度指標

拉伸速度5m/min拉伸定長：500mm

由表4、5可見，采用低溫染色，成紗質量明顯提高，尤其對染濃深色效果更加明顯。

1.4 工業化低溫染色對低溫染色助劑的要求

●通過添加助劑可以在80-90℃染色；

●該助劑對纖維沒有損傷；

●該助劑對染色色光、色牢度無影響；

●該助劑應為環保型產品，不含歐盟禁用的APEO及其它禁用的有毒有害物；

●該助劑應用方便，不增加染色設備、不增加染色工藝步驟，染色工藝易于掌握。

2 實驗方法

2.1 實驗材料

染料：毛用活性染料UNISOL，金屬絡合染料UNISET（韓國DKC），媒介黑PV（德司達），弱酸染料普拉紅B（汽巴）

助劑：低溫促染劑CTC-435（北京中紡化工有限公司）、氨水、冰醋酸等 。

2.2 性能測試

上染百分率的測定：用7220型分光光度計分別測出染色前后吸光度A0、A1，根據公式：

上染百分率（%）=（1-A1/A0）×100%

表觀色深值（K/S值）的測定：用Da

3、試驗

通過對低溫助劑染色規律、增溶、解聚作用的分析，可以判斷低溫助劑的促染作用的程度；通過測定低溫條件下上染率、K/S值，可以分析助劑對染料在纖維表面的吸附及擴散作用；通過測定固著率、濕摩擦牢度，研究助劑對提高染料與羊毛纖維上氨基反應或結合的促進作用。以上實驗是作為分析低溫染色效果的有效手段，能否順利進行低溫染色，還要根據染料結構及染料用量對染色溫度、助劑用量作適當調整，以得到最佳的染色效果。

3.1 CTC-435促染規律研究

以毛用活性染料UNISOL紅6GN為例，測定不加促染劑、加促染劑85℃染色，100℃常規染色的染色溫度與上染百分率變化規律。

染料：6%（o.w.f），CTC-435：2%（o.w.f），HAC：2%

圖2 不同染色工藝升溫曲線

從圖2中可以看出，CTC-435從約45℃時開始發揮促染作用，隨著溫度的升高，效果逐漸加大，特別是在70℃以后，促染效果最強，與85℃染色不加促染劑相比，上染百分率提高21.40%；與100℃染色時相比，到保溫期間，上染百分率提高5.1%。

3.2 低溫助劑對染料的增溶作用研究

選擇毛用活性染料UNISOL紅6GN、藏青DB染料配置染液，染液濃度為2.4g/L，加入低溫促染劑CTC-435，配置成2g/L，將其稀釋100倍，在不同波長下測定吸光度，繪制染料的吸收光譜曲線，研究助劑對染料的增溶作用。

圖3 低溫助劑對UNISOL紅6GN吸光度的影響 圖4 低溫助劑對UNISOL藏青DB染料吸光度的影響

圖3、圖4測定結果表明，UNISOL紅6GN的最大吸收波長λmax在500nm，藏青DB染料的最大吸收波長λmax在620nm，加入CTC-435助劑對染料最大吸收波長λmax基

3.3 低溫促染劑用量范圍的確定

低溫促染劑用量對染料上染百分率、表觀色深值的影響低溫助劑加入量應根據染料用量適當調整，以下實驗選用媒介黑PV、UNISOL紅6GN兩支染料研究低溫助劑用量對染料上染率、表觀色深值的影響。

表6 促染劑用量對染料上染率及表觀色深值（K/S）的影響

CTC-435用量：0%—6%（owf），85℃保溫60min，浴比：1：25

由表6可見，在85℃染色時，加入促染劑可以明顯提高上染率和表觀色深值，尤其對毛用活性染料的促染作用更強，促染劑用量在2-3.0%是最佳范圍，因此，染濃深色時，推

3.4 低溫染色工藝

毛用染料多種多樣，而且染色工藝各不相同。我們從生產不同產品的客戶處了解了染料的使用情況及染色工藝，在常規染色工藝的基礎上，進行大量實驗，探索出不同染料低溫染色的最佳工藝，便于企業使用。

活性染料：這類染料顏色鮮艷、濕處理牢度高，尤其適用于濕處理牢度要求高的機可洗、超級耐洗等高檔產品。在染淺色產品時如染料用量<2%（o.w.f），促染劑用量可酌情降低，染色溫度可降至80℃，可有效提高纖維的各項指標及鮮艷度等。當染料用量較大時，低溫染色后的纖維與常規高溫染色后纖維相比強力可大幅度提高，紡紗制成率也可提高。

圖5 毛用活性染料低溫染色升溫曲線

注：A：活性染料用量較大如>2%時，即染中深色需進行氨水固色處理：PH=8.0-8.5，80-85 ℃處理30min。

表7 毛用活性染料LANASOL大紅G、黃4G、藍3G對比試驗

染料用量 2%（owf），促染劑CTC-433用量為2%（owf），85℃保溫60min

以上數據表明，加入低溫促染劑在85℃染色，三支毛用活性染料的上染率、表觀色深值（K/S）可以達到高溫染色效果。

媒介染料：媒介染料用于羊毛纖維染色時，耐曬、耐縮絨、耐煮呢等濕處理牢度都很好，價格低廉，勻染性好，但色澤不夠鮮艷，工藝過程長，化學損傷較重，影響纖維的手感及紡紗性能。CTC-435低溫促染劑在媒介黑T、PV等染料染羊絨或羊毛（媒介黑T染色時，起染溫度為70℃，否則容易染花）上使用時客戶反映反映效果優良，對染色牢度基本沒有影響，鮮艷度有所提高。具體工藝如下：

圖6 媒介染料低溫染色升溫曲線

表8 媒介黑PV高溫和低溫促染對比試驗

染料用量6%（owf），促染劑CTC-435用量為2%（owf），染色及媒染均保溫60min

媒介黑PV染料在88℃染色，上染百分率、K/S值可以達到100℃染色指標，由于媒介染料染色時，使用六價鉻，對纖維損傷比使用其它染料更嚴重，因此，低溫促染劑用于媒介染料染色時對纖維的保護作用更加明顯。

3.5 工廠生產應用舉例

淺色低溫染色： 80℃保溫30min，毛用活性LANASOL染料0.5%（owf），低溫助劑用量：1% （owf）

深色低溫染色：88℃保溫50min，媒介黑PV染料5.5%（owf），低溫助劑用量：2% （owf）

常規高溫染色：98-100℃保溫50min，不加低溫助劑，浴比：1：12

表9 各項牢度指標（取自工業化應用數據）

表10 纖維各項物理指標

表9、表10測定結果表明：

淺色產品：低溫染色后的纖維強力較常規染色提高約9%-26%；伸長提高超過10%，長度提高約10%，短絨率下降約30%，尤其是鮮艷度有了很大的提高。

深色產品：低溫染色后的纖維強力較常規染色提高約11%；伸長提高約19%，長度提高約13%，短絨率下降約45%，紡紗制成率基本可達到100%。色頭更烏黑，色光純正無變化。

從以上數據可知，低溫染色對毛/絨纖維的保護作用十分明顯，無論深淺色號，纖維手感提高幅度較大，纖維各項物理指標均有很大改善，染色牢度可以達到常規染色的標準。

結論：

● 羊毛低溫染色助劑CTC-435為環保型產品，不含歐盟禁用的APEO，應用簡單方便，不增加染色步驟，在常規染色工藝基礎上，加入低溫染色助劑后降低染色溫度至80-88℃，節約能耗約20%。

● 采用低溫染色，節約能源并減少了高溫對毛/絨類纖維的損傷，纖維各項物理指標均有大幅度改善，染色鮮艷度、染色深度及手感得到改善。

● 羊毛低溫染色助劑CTC-435適用范圍較廣，毛用染料如活性染料、酸性媒介染料等均能得到較高的上染率，相關牢度（摩擦牢度、皂洗牢度）均可達到常規染色水平。

● 低溫助劑的用量、染色溫度應根據染料用量作適當調整，染料用量較大時，為了保證牢度指標，應適當提高染色溫度。