聚乳酸通常是由玉米淀粉、小麦等天然糖类发酵成乳酸，后经乳酸聚合而成的一种可生物降解的新型聚合物。和涤纶织物一样，聚乳酸织物也是通过分散染料来染色，但由于分散染料具有较强的疏水性，当染浴温度下降时，染料由于分散性能降低而在疏水性纤维表面聚集，这不仅会造成染色织物水洗牢度的降低，而且织物的色光也会发生变化。因此，可通过染后碱性还原清洗来去除没有渗透到纤维内部而在纤维表面聚集的分散染料，从而提高染色织物的水洗牢度。
还原清洗的作用效果与分散染料的化学结构密切相关。大多数分散染料都含有偶氮结构，这些染料在碱性条件下（如连二亚硫酸钠碱性溶液中），偶氮发色团会受到分解，随着偶氮组分被分解成两个无色的氨基组分后，织物的色深值也会降低；对于蒽醌类分散染料染色织物的还原清洗而言，纤维表面聚集的染料会被还原成水溶性隐色体形式，隐色体对疏水性纤维没有亲和力，从而会残留在碱性浴中。
还原清洗的最佳效果就是在不降低织物色深值的前提下提高织物的水洗牢度，因此要求减少化学品的用量。本篇研究的目的是获得聚乳酸（Ingeo）色织物的最佳还原清洗工艺条件，从而为印染企业的实际生产提供必要的理论和技术依据，有利于促进的聚乳酸纤维健康持续的发展。
1 实验
1.1 实验材料
线密度（150dtex/144f）和组织结构完全相同的聚乳酸（Ingeo）和涤纶织物。两种偶氮型分散染料，分别为Foron Rubine S-2GFL(染料1)和Dianix Blue XF（染料2）。Dianix Blue XF是一种主流的商品化染料，在聚乳酸织物上的得色量较深，湿牢度比较好，但耐碱性较差；Rubine S-2GFL其化学结构能够代表许多种类的分散染料，它在聚乳酸织物上的水洗牢度比较低（还原清洗后），因而用此染料更能说明不同还原清洗工艺条件的清洗效果。
1.2 基织物的前处理
聚乳酸和涤纶基织物需在含有Kieralon Jet B 1g/L(非离子表面活性剂)和碳酸钠1g/L的精练液中，在60℃条件下处理15min以去除织物表面上所含有的杂质。精练过后，织物用冷水冲洗干净后在室温下晾干。
1.3 染色过程
用选好的两种分散染料分别染聚乳酸和涤纶织物以获得不同的色深值。染色时浴比为10:1，聚乳酸和涤纶织物的染色工艺分别如图1和2所示。染色助剂Ludigol AR（反还原剂，染料1专用）和Setamol BL（阴离子分散剂）在染色升温前就加入染浴中。染完后，织物先在温水中水洗5min，然后在冷水中水洗2min后在室温下晾干。
图1 聚乳酸织物分散染料染色工艺
图2 涤纶织物分散染料染色工艺
1.4 碱性还原清洗
染色完成后，需通过碱性还原清洗来去除聚集在纤维表面上的分散染料。将染好的两种色织物剪成若干块后投入到如表1所示的含有不同碱剂还原清洗液中。一般情况下，涤纶色织物在连二亚硫酸钠3g/L，碳酸钠3g/L，温度70～80℃的碱性浴中处理10～20min就可以将吸附在纤维表面上的染料和助剂分解到清洗液中。而聚乳酸色织物的碱性还原清洗条件则必须要温和得多，这是因为碱性条件下，聚乳酸比涤纶织物的水解程度要剧烈得多。因此，为了比较两种色织物的还原清洗性能，都采用了在还原清洗液中加入碳酸钠作为碱剂的方法。此外，为了和工厂的生产工艺相对应，聚乳酸色织物的还原清洗液中还应加入2g/L的连二亚硫酸钠。清洗完毕后，色织物先在60℃的温水中洗涤5min，后在冷水中洗涤2min，直到布面呈中性后在室温下晾干。
表1色织物不同的还原清洗条件a 及染料1和染料2（每种染料用量各自为聚乳酸1.38％owf
和涤纶1.35％owf）所染的聚乳酸和涤纶织物还原清洗后的色深值
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温度 时间 碱浓度 K/S K/S K/S K/S （℃） （min） （x g/L Na2CO3） 涤纶（染料1） 聚乳酸（染料1） 涤纶（染料2） 聚乳酸（染料2） |
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50 15 2 14.3 16.4 13.9 13.6 60 15 2 14.2 16.3 14.0 13.5 70 15 2 14.4 16.1 13.8 12.9 90 15 2 14.3 13.8 14.0 4.6 50 15 8 14.2 16.3 13.9 13.7 60 15 8 14.3 16.1 13.8 13.7 70 15 8 14.3 15.3 14.0 12.4 90 15 8 14.4 8.2 13.8 2.5 50 60 2 14.4 16.4 13.8 13.5 60 60 2 14.2 16.2 14.0 13.3 70 60 2 14.3 15.5 13.9 12.2 90 60 2 14.2 12.2 13.9 0.61 50 60 8 14.3 16.3 14.0 13.7 60 60 8 14.4 16.1 13.9 13.6 70 60 8 14.2 14.8 13.8 11.6 90 60 8 14.2 7.0 13.8 0.30 |
1.5 织物色深值的测定
通过Datacolor 600 测色配色仪来测定不同还原清洗工艺后的织物色深值，某段波长下所对应的最大K/S值即该织物的色深值。每个织物测四次，正反面各两次以计算K/S平均值。
1.6 水洗牢度的测试
还原清洗后，色织物的水洗牢度测试根据ISO 105:C06标准方法进行，水洗后进行褪色和沾色评级。
2 结果与讨论
2.1 不同碱性还原清洗条件下的织物色深值的变化
分散染料Dianix Blue XF和Foron Rubine S-2GFL染聚乳酸和涤纶织物后，经过还原清洗的色深值如表1所示。
由表1可知，涤纶色织物用碳酸钠还原清洗，即使在90℃的清洗条件下，染料几乎都没有脱落；当染料1染聚乳酸色织物经过碱剂（碳酸钠2～8g/L），时间（15～60min），清洗温度分别为50℃和60℃的还原清洗后，色深值变化不大。当提高清洗液的pH值并在70℃条件下清洗时，聚乳酸色织物上的染料有脱落的迹象，当清洗温度为90℃时，脱落的现象更为剧烈。与染料1相比，染料2在碱性条件下表现得更不稳定，当聚乳酸色织物在60℃以上的条件进行还原清洗后，织物的色深值发生了明显的变化。当在90℃条件下进行清洗，几乎所有的染料都从织物上脱落。因此，聚乳酸色织物可以选择碳酸钠2g/L和连二亚硫酸钠2g/L，清洗15min的工艺进行进一步研究。
2.2 不同温度还原清洗工艺条件下的织物色深值
表2说明了聚乳酸和涤纶色织物在还原清洗碱剂（碳酸钠2g/L，连二亚硫酸钠2g/L）和时间（15min）完全相同，而温度不同的清洗工艺下，聚乳酸和涤纶织物的色深值。从表中不难看出，聚乳酸织物清洗后的色深值比涤纶的要低得多。
表2 不同温度的碱性还原清洗后聚乳酸和涤纶织物的色深值a
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染料1 染料2 温度 涤纶(1.35owf) 聚乳酸(1.38owf) 涤纶(1.87owf) 聚乳酸(1.85owf) (℃) K/S(洗前) K/S(洗后) K/S(洗前) K/S(洗后) K/S(洗前) K/S(洗后) K/S(洗前) K/S(洗后) |
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无碱清洗 14.3 14.3 16.5 16.5 13.8 13.8 13.9 13.9 50 14.3 14.3 16.5 16.4 13.8 13.9 13.9 13.6 60 14.3 14.2 16.5 16.3 13.8 14.0 13.9 13.5 70 14.3 14.4 16.5 16.1 13.8 13.8 13.9 12.9 80 14.3 14.2 16.5 15.2 13.8 13.9 13.9 9.5 90 14.3 14.3 16.5 13.8 13.8 14.0 13.9 4.6 |
聚乳酸纤维的玻璃化温度(Tg)为55～65℃(涤纶纤维为80～90℃)，当清洗温度在玻璃化温度以上时，纤维大分子运动加剧，大分子链发生剧烈转动，纤维的自由体积增大，从而有利于染料在纤维内部自由移动。表2说明了当水洗温度和纤维的玻璃化温度接近时，即水洗温度在50℃或60℃时，聚乳酸色织物上的染料只有少许脱落。而当水洗温度升为70℃时，聚乳酸织物的色深值明显降低，尤其是对碱敏感的染料2所染的聚乳酸织物，温度越高，染料脱落现象尤为严重。
还原清洗过程中，当还原清洗温度高于纤维的玻璃化温度时，纤维的结晶区被打开，自由体积增大，水和碱剂更容易进入纤维内部，从而导致被还原清洗的染料增多。此外，由于清洗温度在纤维玻璃化温度之上，不仅纤维表面的染料会被还原清洗到还原液中，纤维内部的染料也更容易转移到纤维表面从而使还原清洗过程在不断的进行。随着还原清洗时间的延长和温度的升高，染料从纤维内部转移到纤维表面的倾向也越来越强烈。
就聚乳酸色织物而言，随着还原清洗的温度的升高，染料2比染料1的脱落现象要更为明显。假设纤维表面染料2的水解速率比染料1快，为了保持平衡，就会有更多的染料2从纤维内部转移到纤维表面而被分解，从而导致了织物色深值明显的降低。而对聚乳酸染料1染色织物而言，染料1在纤维表面被水解的速率较慢，从而织物色深值减少得不是很多。
涤纶色织物经过还原清洗后织物的色深值变化不是很大，这主要是因为还原清洗的温度几乎都在涤纶纤维的玻璃化温度之下，从而还原清洗液难以渗透到纤维内部，纤维内部的染料也难以转移到纤维表面上来。
2.3 不同碱性还原清洗后色织物的水洗牢度
表3说明了聚乳酸两种分散染料染色织物经过C06/B2S标准工艺过后的水洗牢度。染料2染聚乳酸织物的水洗牢度要比染料1的好；随着还原清洗温度的升高，染料1所染聚乳酸织物的水洗牢度在逐渐下降，这表明在还原清洗过程中，温度对纤维内部的染料的作用比对纤维表面染料的作用更强；两种染料在50℃水洗牢度测试条件下的织物褪色牢度几乎没有什么变化。
表3 两种分散染料染聚乳酸织物经过不同还原清洗工艺条件后的水洗牢度
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水洗牢度(染料1) 水洗牢度(染料2) 温度(℃) 时间(min) 碱剂(x g/L Na2CO3) 褪色 尼龙沾色 褪色 尼龙沾色 |
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50 15 2 5 3 5 4-5 60 15 2 5 3 5 4-5 70 15 2 5 2-3 5 4-5 90 15 2 5 2 5 4-5 50 15 8 5 3 5 4-5 60 15 8 5 3 5 4-5 70 15 8 5 2-3 5 4-5 90 15 8 5 2 5 4-5 |
3 结论
（1）随着碱性还原清洗条件(时间，温度，pH)的增大，聚乳酸色织物上的染料的脱落程度也随之增大。
（2）在一定条件下，对碱敏感的染料如Dianix Blue XF(染料2)比对碱稳定的染料如Foron Rubine S-2GFL(染料1)的水洗牢度要好。聚乳酸色织物的还原清洗温度不能高于其纤维的玻璃化温度。
（3）聚乳酸色织物在碳酸钠2g/L，连二亚硫酸钠2g/L，温度60℃，时间15min的还原清洗工艺条件下效果最佳，此还原清洗条件下聚乳酸色织物的色深值不仅没有明显的降低，而且织物的水洗牢度也达到了最佳值，可以在工厂推广应用。
（4）ISO 105:C06/B2S测得的Dianix Blue XF染聚乳酸织物的水洗牢度比较高，这是因为纤维表面聚集的染料在还原清洗过程中已经完全水解。而Foron Rubine S-2GFL染料所染的聚乳酸织物的水洗牢度相对较低，是因为还原清洗过程中，纤维表面的染料没有被完全水解,而在水洗牢度测试过程中被洗出。还原清洗温度升高后，聚乳酸色织物的水洗牢度有轻微的降低。
（5）聚乳酸染色织物的水洗牢度和分散染料结构有关。为了提高分散染料在聚乳酸织物上的水洗牢度，可选对碱敏感的分散染料。
作者简介：许建华（1984-），男，硕士研究生在读，研究方向：从事新型纤维纺织品的染整加工性能及新型纤维的结构性能研究。
