活性染料耐光汗牢度影响因素及改进措施


彭志忠 

[1.佛山市敬展纺织材料有限公司  广东佛山  528216 ;2.莱菲雅(广州)新材料科技有限公司  广东广州  510660;]


摘  要:纺织品的耐光汗色牢度已越来越受到国内外的重视,是纺织品检测很重要的质量考核指标,活性染色棉织物要具有良好的耐光汗牢度,需要综合考虑染整各个环节(如染料、染整助剂、皂洗及固色剂和柔软剂等)的影响因素和结合耐光牢度增进剂的功效,但染料的选择尤为关键。

关键词:活性染料染色;浅中色;耐光汗牢度;棉织物;染料助剂;牢度提升


前  言

耐日光色牢度是指纺织品的颜色在服用过程中对光日晒作用的抵抗力,是纺织品检测的一个很重要质量考核指标。我国的纺织行业品标准,特别是近几年颁布的新标准(除内衣标准外),都将耐光色牢度作为考核标准之一。棉织物活性染色“中~浅色”(常见翠蓝、粉红/浅红、浅紫及浅灰色等)的耐光牢度都难以达到标准;有的浅咖啡色织物,经过日晒牢度测试后,红色色光几乎完全失去,色变非常明显。

光-汗色牢度主要决定于染色用染料,与印染加工过程中添加的化学品有较大关系,需要从选染料、加工工艺、生产流程和染后整理等各个方面去控制,是困扰印染企业的难题之一。鉴于此,对活性染料染色棉织物的耐汗光牢度的影响因素进行分析,并提出个人的心得与相应改进措施。

染料褪色的光化学原理

日晒过程中,光照对染料染色织物产生的影响可以从两方面来解释。

首先就染料结构而言,在日晒过程中即光的作用下,染料中的化学键发生改变甚至断裂,使得染料中发色基团和助色基团的结构遭到破坏,从而产生颜色差异;也可能在紫外线的照射下,染料的立体结构发生改变,致使颜色发生变化,表现出来就是色变与色浅等。

另一方面,从染料分子中电子结构及其能量变化的情况解释;在染料中,发色基团大多属于给电子-受电子发色体,其相同的特点是大量的具有高能量的紫外线光照射下,共轭双键中成键那个电子获得能量后,向能量更高的反键轨道跃迁;当这些电子返回到原来的轨道时,就释放出不同的能量,表现出与原来不同的颜色,从而呈现出不同的日晒牢度。

1.活性染料染浅色耐光汗牢度影响因素

众所周知,染着在棉纤维上的活性染料,在日照下受到紫外线的攻击(特别是人体汗液和日光共同作用的情况下),人体汗液中的成分再加上日光的照射会使纺织品上染料结构中的发色团或助色团遭到不同程度的破坏,从而导致褪色(如色变或色浅),即产生耐光牢度变差的问题。

1.1 活性染料的结构

1.1.1 染料母体结构的影响

活性染料的耐日晒色牢度主要取决于染料的母体结构,即发色共轭体系;活性染料按染料的母体化学结构分类,主要有偶氮型(包括杂环偶氮型)、蒽醌型、酞菁型、偶金属络合型及甲脂型等;一般浅色中黄、橙、红色是不含金属的单偶氮染料:红、紫、深蓝、棕、灰、黑是含金属的单偶氮染料或双偶氮染料;蒽醌、酞菁型结构以蓝色色谱为主。

(1)偶氮染料

偶氮染料光褪色是一种光氧化反应,偶氮基上电子云密度越大,这类染料越容易被氧化;当偶氮基的邻、对位引入吸电子基后,偶氮基上氮原子的电子云密度降低,不利于生成氧化偶氮化合物,阻止了光氧化反应的发生,从而提高了染料的耐光日晒牢度。反之,引入供电子基后,偶氮基上氮原子的电子云密度增大,使光氧化反应加速,不利于提高染料的耐光牢度,使染料的日晒色牢度降低。

(2)蒽醌型染料

一般来说,蒽醌型染料的光褪色比较复杂,氨基蒽醌在有氧的情况下,光褪色的第一步是生成羟胺化合物,进一步反应更为复杂,取决于氨基生成羟胺的难易。因此,氨基的邻或对位如有给电子基,使氨基的电子云密度增大,愈易氧化为羟胺,染料的日晒牢度愈低。反之,在氨基的间位引入吸电子基,耐日晒牢度则提高;蒽醌型染料的日晒牢度一般高于偶氨型染料。

(3)酞菁型和甲脂型

酞菁型染料是以铜络合物居多,酞菁分子是由多个原子组成的高化学稳定性的共轭体系;其耐日晒色牢度高,是一类耐晒牢度优异的蓝色色谱染料。

因此,一般偶氮型染料日晒牢度较差,含金属偶氮结构、蒽醌型、酞菁型染料日晒牢度相对较好。

1.1.2 活性基的影响

活性染料的日晒牢度还与染料活性基结构有关,按活性基的不同,活性染料可分为均三嗪型、卤代嘧啶型、乙烯砜基型、双活基型等;不同活性基结构的日晒色牢度不同,比如乙烯砜型日晒稳定性较好、一氯均三嗪和二氯均三嗪日晒氧化牢度尚可,但二氟一氯嘧啶日晒稳定性就较差;同时活性基的位置不同,日晒稳定性也有所差异,如两个含有双异种活性基的红色染料,当两个异种活性基的位置位于间位时,其日晒牢度要高于两个异种活性基的位置为对位时的;与单活性基活性染料相比,双活性基活性染料增加了染料与纤维的反应概率,提高了染料的固色率和利用率。

1.1.3 染料连结基的影响

活性染料的日晒牢度也与连结基结构有关;常见的连接基有甲氨基和亚氨基连结基,由于甲氨基电子云密度大,因而这类连接基的染料日晒牢度稍差一些。

1.2 织物性质的影响

经活性染料染色织物的含湿率是影响染料日晒褪色速率的一个重要因素,例如将空气相对湿度从45%提高到80%,织物的日晒褪色速率可提高到原来的2~3倍,其原因是高的空气相对湿度使促使纤维溶胀,水分和空气容易扩散进入纤维,而加速活性染料的褪色与水解。

1.3 染色及后整理的影响

1.3.1 染色深度与日晒牢度的关系

染色织物的日晒色牢度随染色深度变化而变化,一般同一种染料在同一种纤维上染色,日晒色牢度会随染料浓度的增加而显提高趋势;染料浓度增加会使纤维上大颗粒聚集体比例增高,聚集体颗粒愈大,单位质量染料暴露于空气-水分等的作用面积愈少,日晒色牢度相对要高;浅色织物的染色浓度低,染料在纤维上聚集体比例较低,大部分染料呈单分子状态,也就是染料在纤维上的分解度高,每个染料分子都有同样的机率受到光和空气、水分等物质的作用,日晒牢度也相应下降;印染中棉织物日晒牢度等级较难以满足高要求的以中色和浅色见多。

1.3.2 染色工艺及染后皂洗影响

染色工艺的选择是否得当、以及染色后水洗和皂洗是否彻底,都会影响织物上存在的未固着染料和水解染料即浮色的量,浮色的日晒牢度明显低于已经固着纤维上的活性染料;因此,染色后处理(皂洗)情况不当,也直接影响织物的耐光牢度。

1.4 染色染料拼色组合选择

纺织面料的颜色大多通过二拼或三拼色才能实现,实施拼色时,各组分染料要选择耐日晒色牢度相近的,若其中的一只染料耐日晒色牢度不好,将会影响整个混合拼色的日晒色牢度。

1.5 染整助剂的影响

1.5.1 固色剂的影响

染色后固色剂的使用可有效提高活性染料水洗牢度及沾色牢度等湿牢度,一般阳离子型或多胺型固色剂处理后棉织物的水洗牢度都改善显著,但经固色剂固色的织物日晒牢度存有所下降。

1.5.2 柔软整理的影响

用阳离子型硅类柔软剂对棉织物进行柔软整理,活性染料的日晒牢度也会有所下降,主要是因为柔软剂经过日晒和表面活性剂等影响发生色变,从而使织物的色光发生变化。

2.提高棉织物日晒牢度的措施

2.1 活性染料的选用

染色(浅色)织物耐光牢度最主要的影响因素是染料本身,尤其是活性染料染浅色棉织物的应用中,要使织物日晒色牢度高,染料的选择是至关重要(首选日晒/汗光色牢度高的染料)。

在染色三原色中,日晒牢度高的黄色染料多为吡啶啉酮和以吡啶酮为偶合组分或以2-氨基-3,6,8-萘三磺酸为重氮组分的单偶氮染料,由于它们的偶氮基邻位都引入了吸电子基,使偶氮基上氮原子的电子云密度降低,不利于生成氧化偶氮化合物,从而阻止或减少光氧化反应的发生,因此这类染料的日晒牢度很好,如C.I.活性黄2(K型,6~7级),C.I.活性黄145(M型,6~7级)等;蓝色色谱日晒牢度高的染料主要以蒽醌型、酞菁型、甲脂型为母体结构,涉及的染料如蒽醌结构的C.I.活性蓝2(6~7级) C.I.活性蓝74(6~7级),酞菁结构的如C.I.活性蓝14(7~ 8级)、C.I.活性蓝15 (6~7级);红色色谱活性染料的日晒牢度普遍较低,特别是浅色,只有一些偶氮基2个相邻位置含有配位能力的羟基与铜形成稳定的螯合环,可以提高日晒牢度,如C.I.活性红23(6~7级)、C.I.活性红7(6~7级)、C.I.活性红49(5~6级)等。

国内外各染料大公司相继开发与推出日晒/汗光牢度好的新型活性染料,以满足市场的需求;台湾永光染料公司推荐耐光牢度很高的适用于浅色染色的活性染料,它的三原色为Everzol Yellow C-GL、Red C-3B及Blue BB;万得公司推出的Megafix BL高日晒牢度活性染料,Huntsman(亨斯迈)公司的Cibacron FN型,Clariant(科莱蒽)公司的Drimarene CL-C型活性染料都具有优异的浅色耐光汗色牢度。

同时对需要选用染料拼色组合时,一定要选用耐日晒色牢度水平相当的组分染料;若其中有一组分染料的耐日晒色牢度较差,将会影响到整个拼色后的日晒色牢度,尤其是用量最少组分的耐光牢度达不到浅色染色物的要求时,将会使最终的染色织物达不到耐光牢度要求。

2.2 染色工艺的控制

在活性染料棉织物染色过程中应严格控制染色温度、升温速率、盐和碱剂的使用,以保证染料均匀渗透入纤维并与纤维牢固结合,并充分皂洗/水洗;在皂洗过程中应进行严格的操作,使织物表面的浮色彻底洗净,尽量减少水解染料和浮色的量以提高棉织物的耐光汗牢度;染色工艺条件的控制都会或多或少地影响着染色织物的耐日晒牢度。

2.3 柔软与固色剂的选择

对于湿牢度(水洗、汗渍牢度等)要求高的染色织物,在染色皂洗后需要进行固色处理;在固色剂的选用上必须慎重考虑,应该选能满足提高湿牢度的要求,又不影响染料在光照下稳定性的固色剂;因为一些阳离子固色剂(特别是季铵盐、锍盐或磷盐阳离子活性固色剂)品种固色效果好,但对染料的耐晒牢度影响较大,使染色织物的耐晒牢度降低;当日晒牢度要求高时,应尽量避免选用这类固色剂。

为提高染色织物的手感和风格,染色后还需进行柔软处理;目前柔软剂更新较快,产品(品种)较多;它不仅能赋予织物优异的手感,同时也能使(干)摩擦牢度提升,有些柔软剂(特别是氨基改性有机硅类)对颜色及日晒牢度有影响;虽然柔软剂对染色织物的耐晒牢度影响不及固色剂大,但仍需慎重选择。

2.4 耐晒牢度增进剂应用

在染色织物已经固定(如染色、皂洗与固色等完成)的条件下,可选择日晒色牢度增进剂(或紫外线吸收剂)来提高染色织物的日晒色牢度;紫外线吸收剂可与含羟基的纤维素纤维反应附着纤维上,直接吸收照射或屏蔽了织物上的紫外线,防止染料被光氧化破坏而提高棉织物日晒色牢度。

日晒色牢度提升剂Uncetex UV-100(莱菲雅科技公司)是专用于纤维素纤维织物及涤/棉织物提高日晒牢度化学整理剂,能有效提高染色织物的日晒牢度,是高效紫外线吸收材料和耐光稳定剂;一般情况下,可使浅色织物日晒牢度提高0.5~1.0级左右,适用于各种天然纤维及其混纺织物,对处理织物色光影响较少;日晒牢度提升剂Uncetex UV-100可适用于浸染及轧染等工艺,其印染生产实践应用如下:

(1)浸渍法工艺

日晒色牢度提升剂Uncetex UV-100 2.0~4.5%(% o.w.f).

浸渍工艺条件:温度:40~50℃×时间:30~40min;

脱水、烘干:100~~120℃。

(2)浸轧法工艺

日晒色牢度提升剂 Uncetex UV-100 25~50g/L;轧液率:70~80%。

染色织物→浸轧日晒牢度提升剂UV-100 → 烘干(100℃~120℃)→热处理。

3.结语

3.1 影响棉织物耐光牢度的因素较多,要使染色织物具有良好的日晒-汗光牢度,需要综合考虑到各个环节(如染色染料、纺织助剂、皂洗及固色剂和柔软剂等)的影响;合理的染料选择至关重要。

3.2 耐晒色牢度提升剂Uncetex UV-100可提升各种天然纤维及其混纺染色物的日晒牢度,对处理织物色光影响较少;耐光晒牢度不同于皂洗、汗渍和摩擦等其他牢度,浅色织物日晒牢度(特别是汗光牢度)依靠纺织助剂的整理来提高是具有一定的局限度,而且增加生产成本。

3.3 测试耐日晒色牢度的方法、仪器、光源和测试时含湿率等不同,对最后测试的牢度等级都有影响;采用不同的标准评定出来的日晒牢度等级存有差异;如ISO/105B02-1994按1~8级评定的,AATCC-16 1998及AATCC-20AFU按1~5级评定的。

3.4 随着人们环保意识的逐渐增强和对高品质生活的不断追求,对染色织物耐光-汗牢度的要求也越来越高;因此,对(浅色)织物日晒/汗光牢度的研究不断深入,并要开发与丰富具有高日晒(高汗光)牢度的染料及高性能环保型日晒/汗光牢度增进剂等。

 

作者简介:

彭志忠,江西新余人,印染高级工程师,从事染整技术三十年;致力于纺织染整、印花新技术研究及染化料技术应用管理等工作。

手  机:13922372675(微信同号)

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