汗渍|水洗|摩擦|日晒色牢度测试仪器—上海千实

织物色牢度测试中常见质量问题及成因分析

纺织产品质量的控制主要涉及3个方面: 即产品的物理性能、色牢度和生态有害物质的控制。其中色牢度测试是纺织产品质量控制中最基本也是最重要的测试内容之一。到目前为止, 纺织产品的色牢度测试项目已达数十项, 其中最常见的项目也有十余项, 如耐水、耐摩、耐洗、耐光、耐汗、耐氯、耐臭氧等。从笔者专业从事出口纺织产品检测多年的实践看, 目前困扰纺织产品生产和出口企业的产品质量问题, 主要还是集中在产品的色牢度测试不合格上, 特别是其中的部分色牢度测试项目问题较为严重且相当普遍。

一、耐摩擦色牢度
耐摩擦色牢度是纺织产品最基本的色牢度考核指标。但在实际测试中发现, 虽然在提高纺织产品的耐摩擦色牢度方面, 人们已经耗费了大量的精力, 从染料、助剂、印染工艺和后处理等方面进行了多年的研究和探索, 并已取得长足的进展, 特别是对一些技术先进和管理严格的企业而言, 绝大多数纺织产品的耐摩擦色牢度问题都已得到很好的控制, 但仍有大量的中小企业的产品在耐摩擦色牢度方面屡屡不能过关, 主要的问题有: 中深色的棉、麻及其混纺类产品的耐湿摩擦色牢度绝大部分都在2~3级以下, 低于通用标准的要求; 部分深色的轻薄型和含有羊毛的起毛类产品的耐干摩擦色牢度远低于耐湿摩擦色牢度; 部分表面粗糙或起毛类织物, 包括涂料染色和印花类产品的耐干摩擦色牢度达不到标准的最低要求等。
1、耐湿摩擦色牢度
有关纤维素纤维类产品的耐湿摩擦色牢度问题由来已久。早期的直接染料由于应用方便、色谱齐全、价格便宜曾被广泛用于纤维素纤维的染色, 但由于在色牢度方面存在一些难以克服的障碍, 随着对纤维素纤维有着更好的色牢度的还原染料、不溶性偶氮染料、活性染料和硫化染料的出现, 直接染料的重要性已显著下降, 但在棉纱、黏胶和丝绸产品的染色中仍有应用。虽然可以通过适当的后处理改善直接染料的色牢度, 但其耐湿摩擦色牢度和耐水洗色牢度仍不理想。直接染料作为水溶性的染料,上染相对容易。同样, 在湿态下的摩擦和洗涤也极易使已上染的染料剥离, 况且直接染料对纤维素纤维的亲和力主要基于偶极引力, 这种吸附作用的结合并不牢固, 尤其是在湿态的状况下, 氢键的作用更强。
不溶性偶氮染料染色的纤维素纤维产品的耐摩擦色牢度不理想的主要原因在于浮色和染料的聚集。产生浮色和使染料发生聚集的因素涉及色酚对纤维素纤维的直接性、染色工艺和皂煮工序前的预处理等。
活性染料, 尤其是中温型活性染料已经成为纤维素纤维染色的主流。活性染料的最大优点之一是具有良好的耐湿摩擦色牢度, 这是因为活性染料能与纤维素纤维上的羟基发生反应而形成稳固的共价键。但大量的实验已经证明, 影响活性染料耐湿摩擦色牢度的因素相当复杂, 而并非单纯由活性染料自身所固有的性质所能决定的。有专家将可能影响活性染料耐湿摩擦色牢度的因素归结为6个 方面: 活性染料自身的结构与特性;纤维素织物的性质, 如前处理效果、布面破损及表面光洁度等; 染色工艺及染色后皂洗的效果; 织物染色后的固色处理效果; 染色织物后整理的影响以及纤维素纤维降解的影响等。
众所周知, 用活性染料染色的纤维素纤维织物在进行耐湿摩擦色牢度实验时, 引起颜色转移的因素主要有两个: 一是水溶性的染料在摩擦时被转移到了摩擦织物上,使原样褪色并使摩擦布沾色; 二是部分染色的纤维在摩擦时发生断裂, 形成微小的有色纤维颗粒并被转移到摩擦织物上, 造成沾色。研究表明, 虽然不同化学结构的活性染料与纤维素纤维形成的共价键强度、键的稳定性和附着力存在一定的差异, 但对染色织物的耐湿摩擦色牢度的影响却无明显的差异。染色织物进行湿摩擦时, 染料与纤维之间形成的共价键并不会断裂而产生浮色。而发生转移的染料通常是过饱和的、未与纤维形成共价键的、仅靠范德华力而产生吸附作用的染料, 即所谓的浮色。显然, 欲通过选择不同结构或品种的活性染料来解决耐湿摩擦色牢度问题是不明智的。进一步的研究也证明, 活性染料染色织物的耐湿摩擦色牢度与染色的深度紧密关联, 即在进行湿摩擦时, 颜色的转移量与染色深度近乎成良好的线性关系, 这其中, 染色时染料的过饱和是最重要的因素, 染深色时,所用的染料浓度较高, 但不能大大超过饱和值, 因为过量的染料并不能与纤维结合, 而只能在织物表面堆积而形成浮色, 严重影响织物的耐湿摩擦色牢度。此外, 未经特殊处理的棉纤维在湿态条件下会发生膨润, 摩擦力增大, 纤维强力下降, 这些都为有色纤维的断裂、脱落和颜色的转移创造了良好的条件。因此, 在染色前对纤维素纤维进行适当的前处理, 如丝光、烧毛、纤维素酶光洁处理、煮练、漂白、洗涤、烘干, 可以提高织物表面的光洁度和毛效、降低摩擦阻力、减少浮色, 从而有效改善织物的耐湿摩擦色牢度。
统计表明, 有相当数量的枣红、红、灰、藏青、黑、咖啡和墨绿等中深色纤维素纤维及其混纺织物的耐湿摩擦色牢度仅为2~3级, 甚至更低, 必须引起足够的关注。
2、耐干摩擦色牢度
一般情况下, 纺织产品的耐干摩擦色牢度都能达到标准的要求。但对某些特定的织物则不然, 一是某些轻薄型的织物; 二是某些表面粗糙或磨绒、起毛的织物。关于织物结构和织物的表面形态对耐摩擦色牢度的影响, 人们并未给予过多的关注。轻薄型的织物( 通常都是合成纤维或丝绸类织物) 的试样表面, 由于织物结构相对比较疏松, 在进行干摩擦时, 样品在压力和摩擦力的作用下会随摩擦头的运动而发生部分的滑移,从而使摩擦阻力增大, 且摩擦效率提高。但在进行湿摩擦时, 情况则与纤维素纤维完全不同。由于纤维的吸湿性极低或水膨化效应不明显, 且水的存在起到了润滑剂的作用, 使此类织物的耐湿摩擦色牢度要明显优于耐干摩擦色牢度, 这与人们通常认为的纺织产品的干摩擦色牢度应优于耐湿摩擦色牢度的概念形成明显的反差, 并经常造成人们的疑惑。
在干态条件下, 表面粗糙或磨绒、起毛织物的表面粗糙、坚硬, 如麻类织物、牛仔面料和涂料印花织物, 此时进行干摩擦极易将织物表面堆积的染料、涂料或其他有色物质磨下来, 甚至造成部分有色纤维断裂并形成有色微粒, 使耐干摩擦色牢度进一步下降。对磨绒或起毛织物而言, 织物表面的绒毛与摩擦布表面呈一定的夹角, 并不是平行的, 从而使摩擦头在做往复运动时的摩擦阻力增大, 使这类织物的耐干摩擦色牢度下降。因此, 对某些特定的织物, 耐湿摩擦色牢度优于耐干摩擦色牢度的现象并不鲜见。此时, 所选用的染料品种、染料的性能、染色和后整理的工艺条件等, 虽然也会对耐摩擦色牢度产生影响, 但与织物的组织结构和表面形态等物理因素相比, 就显得不是非常重要了。数据统计显示, 发生此类情况的大多还是深色的产品, 如黑、红和藏青等。当然, 对灯心绒、斜纹棉布和涂料印花等织物来说, 在湿态条件下, 由于其本身所采用的染料和印染工艺等原因, 其耐湿摩擦色牢度通常为2级, 甚至更低, 并不优于其耐干摩擦色牢度。

二、耐水、耐洗和耐汗渍色牢度
大量测试结果的统计表明, 有相当一部分纺织产品, 包括棉、羊毛、涤纶、锦纶及其混纺织物以及含氨纶的弹性织物在耐水、耐汗渍( 酸性和碱性) 和耐皂洗色牢度测试中, 锦纶和醋酯纤维贴衬的沾色都在3级或3级以下。
在这些案例中, 不同的纤维材料所使用的染料和印染工艺应该是各不相同的, 但出现的问题却相当类似。很显然, 这主要是与布面上的浮色和部分有色纤维微粒的转移有关, 由此而进一步与所使用的染料品种、染色工艺和后处理工艺相关联。
醋酯和锦纶贴衬上沾色特别严重的问题与醋酯和锦纶纤维的上色机理有关。从上述所提到的几种主要的纤维材料看, 所涉及的染料可能有酸性染料( 包括弱酸性染料和中性染料) 、分散染料、直接染料、还原染料、不溶性偶氮染料和活性染料等, 这些染料中的大部分对醋酯和锦纶纤维都或多或少地有一定的亲和力, 有的甚至本身就是这两种纤维的适用染料。加之与其他种类的纤维材料相比, 醋酯和锦纶纤维在较低的温度下, 对上述多种染料就有很好的上色率, 因此, 在进行耐水、耐皂洗和耐汗渍测试时, 一旦被测样品上因各种原因而存在较多量的未与样品纤维稳定结合的染料浮色或有色纤维微粒时, 在压力、温度、酸碱、摩擦等外部条件作用下, 醋酯和锦纶贴衬的沾色就会变得相对比较严重,而其他纤维贴衬的沾色则并不明显。
值得注意的是, 涤纶、锦纶、醋酯和氨纶采用分散染料染色时的热迁移现象, 也是造成这些织物耐水、耐摩擦、耐皂洗和耐汗渍色牢度不理想并引起醋酯和锦纶纤维贴衬沾色严重的重要原因之一。而造成分散染料热迁移的主要原因在于纺织产品加工过程中所使用的助剂在较高温度时对染料的溶解作用所致。由于某些助剂对染料的溶解, 使已渗入纤维内部的染料向纤维表面迁移并堆积在纤维表层, 最终造成织物的某些色牢度指标下降。染色深度越深, 后处理温度越高, 这种现象越明显。分散染料的热迁移除了与染料分子结构本身有关之外, 与纺织产品加工中所使用的助剂也密切相关, 其中,非离子表面活性剂是最重要的影响因素。目前, 非离子表面活性剂的广泛使用, 其负面效应不可忽视。
需要特别说明的是, 在这里所讨论的案例中, 被测样品的原样褪色并不严重。说明在被测样品的浮色的转移过程中, 与纤维稳定结合的染料并未受到显著的影响, 故原样的色泽深度和色光等变化也不明显。

三、含氨纶弹性织物的色牢度
大量的测试结果表明, 某些含氨纶弹性织物的色牢度不甚理想,尤其是中深色织物。主要表现在耐水、耐洗和耐汗渍色牢度测试中,醋酯和锦纶纤维贴衬沾色等于或低于3级, 有时甚至只有2级。氨纶纤维根据其“ 软链段”的不同通常分为聚醚型和聚酯型两
大类, 其超分子结构和机械物理性能也略有不同。研究表明, 水对氨纶有塑化作用, 在湿态条件下, 进入氨纶无定形区的染料很容易向纤维表面迁移, 在外力的作用下,极易发生染料的转移, 使贴衬布沾色。但事实上, 在含氨纶的弹性织物中, 氨纶丝的比例是相当低的。所谓含氨纶弹性织物通常是由棉、涤纶或锦纶与少量的氨纶交织而成的, 氨纶丝通常并不暴露在织物表面。因而, 氨纶的色牢度问题并不会严重影响整个织物的色牢度,含氨纶弹性织物的色牢度问题主要还是由于在织物表面的棉、涤纶和锦纶等纤维本身的色牢度问题所造成的。当然, 由于考虑到氨纶纤维在各种不同的染色工艺条件下的特性, 必须对与之交织的纤维的染色工艺进行适当的调整, 由此也可能对这些纤维的色牢度带来负面的影响, 从而使含氨纶的弹性织物的耐水、耐洗和耐汗渍色牢度在总体上显示出不尽人意的结果。

四、涂料印花织物的色牢度
涂料印花产品色牢度测试中所反映出的主要问题是: 耐干、湿摩擦色牢度差, 印花表面发白( 俗称‘ 起霜花’) , 耐洗测试后, 经常发现印花部位开裂、剥落甚至断裂。究其原因, 还是与黏合剂和颜料有关。
目前所使用的涂料印花黏合剂绝大部分是丙烯酸酯类共聚物,其组成单体种类繁多, 有数十种。就其作用而言, 所有的单体可归结为硬单体、软单体和功能性单体三类。其中硬单体主要为黏合剂提供结构强度、挺括性、耐化学品性和耐洗性, 软单体则主要赋予聚合物以柔软性和黏结性。硬单体加多了, 有利于提高印花的耐摩擦色牢度, 但也会使印花部位手感变硬、易于开裂, 同时耐光稳定性下降,容易泛黄。软单体加多了, 虽可改善手感和耐光性, 但若膜的强度过低, 则会使耐摩擦色牢度显著下降。另外, 聚丙烯酸酯在湿态条件下容易发生溶胀, 使膜的强力下降, 耐湿摩擦色牢度也随之下降。
因此, 为保持牢度、手感等品质指标的平衡, 软、硬单体及功能性单体之间应根据产品的设计用途和实际的使用条件有一个适当的比例。至于颜料, 如果颗粒过大或发生凝聚, 都有可能因无法被黏合剂膜完全遮盖而使耐摩擦色牢度下降。

五、牛仔织物的耐臭氧色牢度
靛蓝牛仔面料的耐臭氧色牢度问题由来已久, 且至今无法获得圆满的解决。大量测试结果表明,靛蓝牛仔面料几乎都不能通过耐臭氧色牢度测试, 好一点的变色为3~4级, 而差的只有2~3级, 但大部分最终买家的要求是4级。造成靛蓝牛仔面料耐臭氧色牢度差的根本原因在于靛蓝在强氧化剂的作用下会分解成靛红( 吲哚满二酮) ,而臭氧就具有强烈的氧化作用。靛红应为红色, 但实际测试中所看到的现象更偏向于变黄, 这与实际使用的染料纯度、染色加工中所添加的其他化学物质、织物和后整理工艺等诸多因素有关。

六、耐光色牢度
测试中常见的耐光色牢度问题主要出现在棉及其混纺产品上。用于棉纤维染色的染料品种主要有: 直接染料、不溶性偶氮染料、还原染料和活性染料。其中除了部分中、深色棉制品还在少量使用还原染料之外, 其他用于棉纤维染色的染料, 从其化学结构上看, 绝大部分属于偶氮染料。在这些染料的实际应用中, 往往发现某些中浅色产品的耐光色牢度问题比较严重, 而且耐光色牢度与产品染色的色泽深浅成正比关系。
偶氮染料的光致褪色作用比较复杂, 以目前在棉纤维染色中被广泛应用的活性染料为例, 引起染料光致褪色的决定性因素是染料母体结构中的偶氮基。偶氮基本身的耐光稳定性差, 在光照条件下, 容易发生光氧化分解。但研究表明, 并非所有的偶氮染料都呈现出一致的耐光稳定性, 有的较好, 有的极差。这与染料中偶氮基与相邻基团共享电子云的状况直接相关。
黄色活性染料大多是以唑啉酮、吡啶酮或2- 氨基萘、3, 6, 8- 三磺酸为偶合组分合成的单偶氮染料, 在偶氮基的邻位和对位有磺酸基、卤素或杂环等具有吸电子性的基团存在。由于这些吸电子基团的诱导效应, 使偶氮基上的电子云密度下降, 从而使其具有较高的耐光氧化稳定性, 耐光色牢度一般都较好。
橙色活性染料大多都是以J酸作为偶合组分合成的单偶氮染料。这类染料的邻位同样存在具有吸电子功能的磺酸基。但由于在染料分子中同时存在具有供电子性的基团, 如羟基和氨基等, 使偶氮基上的电子云密度不降反升, 因而橙色活性染料的耐光色牢度不及黄色活性染料。
红色活性染料通常是以H酸为偶合组分的单偶氮染料。由于受H酸上羟基和氨基等两个供电子基团的影响, 使偶氮基上氮原子的电子云密度大幅增加, 加速了偶氮基的光氧化反应, 因而其耐光色牢度不能令人满意。
为了染料分子结构中偶氮基的耐光氧化稳定性, 通常在染料的合成过程中, 在偶氮基的邻位引入一些强吸电子的基团, 从而降低偶氮基氮原子的电子云密度。另外,还可以在偶氮基的两个邻位引入羟基, 利用其配位能力, 与重金属络合, 形成金属络合染料, 一则降低偶氮基氮原子的电子云密度, 二则对偶氮基起到屏蔽保护作用, 最终提高染料的耐光色牢度。紫色染料大多都是由铜络合偶氮染料组成, 具有很好的耐光色牢度。蓝色活性染料的母体染料结构类型较多, 酞菁类结构一般均为铜络合染料, 耐光色牢度优异; 蒽醌类结构也具有很好的耐光色牢度; 但大部分蓝色活性染料仍是由酸制得的双偶氮染料, 虽然耐光色牢度优于红色染料, 但总体上仍不能满足需要。影响活性染料耐光色牢度的最主要因素是染料的结构和特性,但棉织物的性质、染色方法、固色
处理工艺和织物后整理等因素也会影响产品的耐光色牢度, 只不过相对于染料本身而言, 这些影响要小得多。
此外, 大量的实验证明, 活性染料在纤维素纤维上的耐光色牢度与所染色泽的深浅成正比, 即色泽越深, 耐光色牢度越好, 色泽越浅, 耐光色牢度越差。这是由于染料在纤维上的浓度越高, 染料分子的聚集度越大, 同样数量的染料接触空气、水分和光照的表面积就越小, 染料被光氧化的几率也越低。反之, 色泽越浅, 染料在纤维上大多呈高度分散状态, 受光照的几率就越高, 最终使耐光色牢度明显下降。

七、结束语
纺织产品的色牢度问题看似简单, 但所涉及的因素却相当复杂。多年来, 无论是在染料研究和生产领域, 还是在纺织染整加工领域, 人们投入了大量的人力和物力, 努力解决纺织产品的色牢度问题, 并取得了长足的进展, 各种新的染料、新的工艺和新的助剂不断涌现, 但存在的问题仍很多。其中有染料和工艺本身的问题, 但也有很多是由于管理不到位或对相关技术和工艺不了解所致。本文通过对每年数万次的纺织产品色牢度实验结果的统计分析, 列出了目前在色牢度测试中常见的问题,并试图找出产生这些问题的主要原因, 以便于企业改进生产工艺、提高技术和管理水平, 全面提升产品质量和竞争优势。同时, 也为调整科研攻关方向提供一些参考意见或建议。

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