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活性染料染色织物湿摩擦色牢度的影响因素分析

在活性染料染色过程中,一部分染料直接与水发生水解反应,或者已与纤维键合的染料在一定条件下发生水解断键或氧化断键,这是纤维上浮色的两个主要来源。这些浮色染料与纤维之间存在范德华力和氢键作用力,普通皂洗并不能将其去除干净,在外力摩擦下,织物上的浮色染料容易脱落,造成织物的摩擦色牢度变差,尤其是深色产品,往往达不到合格要求。提高活性染料染色产品的摩擦色牢度,特别是湿摩擦色牢度,是一项亟待解决的技术难题。

1 摩擦沾色机理分析
湿摩擦色牢度测试中,染料分子在外力摩擦作用下从织物上脱离,以水为媒介扩散到与之接触的标准白布上,扩散的动力来自于被测试织物与测试织物之间染料分子及其附着物的浓度梯度。染色纺织品在与其他物体摩擦时染料脱落和沾色有两种方式:一种是纺织品上的染料脱落,沾染在摩擦物体表面;另一种是染色短纤维脱落,黏附在摩擦物体表面。通常以前者为主。

2 影响染色织物湿摩擦色牢度的主要因素
2.1 湿摩擦色牢度差的机理分析
染色织物的湿摩擦色牢度差主要是由于织物表面浮色及纤维内部具有良好水溶性的染料发生扩散所造成的,本质上是由染料在纤维内部的扩散难易和染料与纤维之间直接性大小的矛盾决定的。
如果染料与纤维之间的直接性很大,则染料很容易上染纤维,与纤维大分子发生相互作用,牢固地键合在纤维大分子上,这有利于提高摩擦色牢度;但同时染料向纤维内部扩散的能阻也较大,染料分子不易向纤维内部扩散,难以染透整根纤维,大部分染料吸附在纤维表面,导致染色织物表面浮色较多,湿摩擦色牢度变差。如果染料与纤维之间的直接性很小,则染料向纤维内部扩散的能阻较小,染料分子容易向纤维内部扩散,染透纤维,使染色织物表面浮色减少,湿摩擦色牢度提高;但另一方面,扩散进入纤维内部的染料也容易再扩散到纤维的表面,尤其是水溶性好的染料在湿摩擦时更容易扩散至纤维表面,导致纤维表面的浮色增多,导致湿摩擦色牢度降低。
扩散难易和直接性大小是矛盾的两个方面,二者相互影响,若要提高染色织物的湿摩擦色牢度,必须处理好这个矛盾。选择与纤维间的直接性适中、在纤维内扩散容易但水溶性基团数量适宜的染料,即寻找合适的分子结构最优的染料,是提高湿摩擦色牢度的根本方法。
2.2 影响染色织物湿摩擦色牢度的原因
2.2.1 内因分析
(1)染料的影响
M型活性染料属于双活性基染料,某些颜色品种的M型活性染料,由于分子结构复杂,与纤维间的直接性较大,不容易向纤维内部扩散,且一部分染料会发生水解,导致染色织物表面浮色较多,湿摩擦色牢度较差。为提高染色织物的湿摩擦色牢度,应该选择种类、分子大小和分子结构合适的染料。
(2)纤维的影响
丝光棉染色后的湿摩擦色牢度较普通棉的好,这一方面是由于丝光棉纤维内部无定形区较普通棉纤维的大,且丝光棉纤维内的孔隙大,染料较容易扩散到纤维内部,染透纤维;另一方面由于丝光棉纤维表面光滑,横截面一般为椭圆形或圆形,织物表面摩擦系数低,染色织物湿摩擦色牢度好。
(3)织物的影响
织物表面光洁,组织结构平整或摩擦系数低也可以改善湿摩擦色牢度。例如,与厚重紧密的织物相比,轻薄疏松织物的湿摩擦色牢度较好;磨毛布、灯芯绒等织物在测试时织物表面的毛絮会沾在白布上,导致湿摩擦色牢度等级下降。
2.2.2 外因分析
(1)染色温度的影响
升高染色温度,可以使活性染料反应速率增快,但水解速率的增加通常比与纤维反应速率的增加还多,导致纤维表面存在较多浮色,不利于湿摩擦色牢度的改善。
(2)pH值的影响
活性染料上染纤维素纤维时,pH值越高,纤维和染料间的电荷斥力越大,染料与纤维间的直接性降低;同时,染料水解反应加快,虽然染料和纤维的反应速率提高,但水解速率的增加更为显著,固色率降低,染色织物表面浮色增多,湿摩擦色牢度变差。
(3)染料用量的影响
一般情况下,染料用量不能超过染色饱和值的10%。在染深色时,如果染料用量过多,过量的染料非但不能上染和固着,反而会堆积在织物表面,使染色织物表面浮色较多。当受到摩擦力以及在水的溶解作用下,这些未固着的染料会发生脱落,并沾附在白布上,影响染色织物的湿摩擦色牢度。
(4)助剂种类和用量的影响
对于活性染料,一般采用阳离子固色剂封闭其阴离子水溶性基团,以降低染料的水溶性,防止染料在水中电离和溶解而从织物上脱落。某些固色剂除与染料形成离子键外,还会与纤维发生作用,在纤维表面形成立体网状的聚合物薄膜,进一步封闭染料,增加布面的平滑度,降低摩擦系数,从而进一步提高湿摩擦色牢度。然而由于目前固色剂的种类很多,且多为多组分复配物,对不同染料的作用效果不同,性能不够稳定,有些助剂还会降低染料的耐日晒牢度,所以应慎重选用。
此外,为避免纤维表面的浮色染料在摩擦时轻易脱落,有印染厂在后续拉幅整理中使用有机硅或氧化聚乙烯乳液,赋予织物平滑性,并在纤维表面成膜,降低布面的摩擦系数。合适的助剂对染色织物湿摩擦色牢度的提高有很大帮助,但是助剂的用量应该适中,过量的助剂可能会与染料形成复合物,使染料聚集在纤维表面,难于向纤维内部扩散,反而令湿摩擦色牢度变差。

3 提高活性染料染色织物湿摩擦色牢度的措施
3.1 充分去除浮色
织物上的浮色是影响湿摩擦色牢度的重要因素。江南大学范雪荣教授在95 ℃下,采用50%DMF水溶液萃取织物上的浮色染料,而后经测试发现,处理后织物的湿摩擦色牢度等级可提高 1 级左右。由此可见,要提高湿摩擦色牢度,必须尽量去除纤维上未固着的染料,而加强洗涤是去除浮色的有效手段。
为强化洗涤效果,从染色织物上去除浮色的洗涤过程应包括:初期洗涤去除织物上的电解质,因为电解质会使水解的染料和未牢固固着的染料发生聚集,扩散速率降低,增大去除浮色的难度;用热水洗涤,以增加水解染料和纤维内未牢固固着染料的扩散速率,降低水解染料对纤维的亲和力;在温度80 ~ 90 ℃的表面活性剂溶液中洗涤,表面活性剂可提高染料的解吸速率常数和扩散系数;用冷水洗涤。
3.2 交联染色法
另一种能有效提高染色织物湿摩擦色牢度的方法是交联染色,该方法是在染色过程中,应用与活性染料活性基团相同或相似的交联剂,交联剂分子中存在多个亲电性的反应基团,它不仅可以与纤维的亲核性基团反应,还可与水解染料分子中羟基反应,使水解染料充分交联固着在纤维上在提高固色率的同时,改善湿摩擦色牢度。东华大学宋心远教授研究发现,活性染料在染色过程中形成的水解染料存在烷羟基,它可以和一些交联剂形成共价键,所以染色时加入适当的交联剂,可以使水解染料交联固着,显著提高固色率,湿摩擦色牢度有所提高。
目前研究和使用较多的交联剂主要是一些含有与活性染料相同活性基团的化合物,尤其是含有活泼乙烯基和卤代杂环基的交联剂。这类交联剂容易制得,成本也较低。例如,多β-羟基乙砜硫酸酯基的交联剂(商品名为FC系列),用于纤维素纤维、羊毛纤维的活性染料染色,效果理想。交联染色实质是利用交联剂在水解染料与纤维间形成交联,相当于起“架桥”的作用,从而使水解染料固着在纤维上,提高了水解染料和纤维间的直接性,限制了纤维内具有良好水溶性染料的解吸,减少染色织物表面的浮色,进而降低测试白布沾色,湿摩擦色牢度明显提高。交联剂应该在活性染料加碱固色后加到染浴中,此时染浴中大部分都是水解染料,纤维上也吸附了部分水解染料,此时加入交联剂,使水解染料和棉纤维以共价键形式结合在一起,使湿摩擦色牢度明显提升。
众所周知,活性染料在染深色时色牢度较差,特别是染黑色,染料浓度常在8%(o.w.f)以上,湿摩擦色牢度有时甚至达不到 1 级。傅科杰研究了交联剂FC-100对活性黑B-GFF染料染色棉织物湿摩擦色牢度的影响,结果表明,当元明粉用量一定时,加入交联剂FC-100,染色织物的湿摩擦色牢度可提高了0.5 ~ 1 级。
然而交联染色也存在不足之处。交联剂的分子结构太复杂时,其不能进入纤维内部,无法与纤维内部的水解染料和纤维发生交联;某些交联剂对pH值敏感,皂洗时会发生断键。这些问题还有待于进一步地研究解决。

4 结论
影响染色织物湿摩擦色牢度的因素很多,改善湿摩擦色牢度的实质是尽量去除染色织物表面浮色,以及降低纤维内部具有良好水溶性染料的扩散。充分洗涤去除浮色和交联染色法能够很好地解决活性染料染色织物湿摩擦色牢度差的问题。

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