一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法

摘要

本发明涉及一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，首先将靛蓝染料与分散剂、平平加O配成混合溶液，然后对配成的混合溶液进行超细微粒化处理得到超细靛蓝染液，再采用超细靛蓝染液对棉纱进行高温浸染以及固色处理，最后采用高分子聚合物作为粘合剂对固色处理后的棉纱进行轻微上浆得到靛蓝棉纱；超细靛蓝染液中靛蓝颗粒的粒径为纳米级；高温浸染的温度为75～85℃；轻微上浆是指靛蓝棉纱的上浆率为3.5～5.5％；超细靛蓝染液中靛蓝颗粒的粒径为100～600nm。本发明不涉及保险粉等一系列还原剂，极大降低了染液废水的毒性，且能源消耗较少，具有绿色环保特性。

说明书

技术领域

本发明属于纺织技术与还原染料染色技术领域，涉及一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法。

背景技术

靛蓝染料是人类最早使用的天然染料之一，靛蓝是一种还原染料，属印地科，植物靛蓝在全界各地都具有悠久的历史，它被广泛地应用于食品加工，印染行业，绘画涂料以及化妆品着色等等用途。蓝草自古就是我国重要的染料来源，经过生产实践，靛蓝染料的提取与染色技术逐渐完善并成为一门独立的手工业。

靛蓝染料作为一种还原染料，对织物的上染一般分为以下四个步骤：(1)染料的还原：首先染料需经过连二亚硫酸钠等强还原剂在碱性的介质下还原成隐色体。(2)隐色体的上染：隐色体对纤维素具有较大的亲和力因此可以迅速上染棉型织物。(3)隐色体的氧化：还原染料隐色体上染纤维后，需要经过空气氧化或其他方式氧化使得隐色体转变为不溶性的染料而固着在织物上，从而获得色牢度。(4)氧化后处理：氧化后的纱线或织物须经过合适的后处理才能得到理想的色牢度，后处理主要过程是皂洗，适当的皂洗可以使得染料分子形成聚集体，甚至形成微小的结晶，改变染料分子的取向，使织物获得稳定的色光。

自19世纪末人工合成靛蓝染料问世以来人工合成靛蓝迅速取代了植物靛蓝，以靛蓝染色粗棉布的服饰迅速占领了全球市场并称之为牛仔布。牛仔布作为一种粗支棉织物被广大劳动人民所青睐，后因其粗犷的织物风格与简约而不失时尚的配色使得牛仔面料在日常穿搭中有着举重若轻的地位。现如今牛仔面料的染色常用的是片纱式浆染联合机，在常温下进行上染，该工艺路线需经过多达10道染色与氧化，且用于还原染料的还原剂大多为保险粉，该还原剂学名连二亚硫酸钠，在0.5mol/L时，其还原电位可达到-1137mV，远大于靛蓝所需-760mV，因此几乎可还原任何还原染料。但由于其不稳定的化学性质，在空气或水溶液中会迅速发生反应，会氧化生成亚硫酸根和硫代硫酸根离子，这些离子具有腐蚀性使得印染废水的COD居高不止，是环保生产与循环利用的一大难题。近些年来市面上也出现了别的还原剂用于还原染料上染，例如二氧化硫脲，其优点在于较好的化学稳定性，在碱溶液中氧化生成硫酸盐与尿素，基本对环境无危害性，但由于其价格较贵使得生产成本提高因而并未有大规模使用。

因此，研究一种在不使用还原剂的条件下即可上染棉纱并取得较好效果的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中靛蓝染料上染需经过还原与氧化几个步骤以及还原剂带来的环境污染等问题，提供一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法。本发明提供的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，它包括了超细靛蓝染液的制备、高温上染棉纱以及上染棉纱后处理和色纱的色牢度提升。本发明采用分子簇渗染方法，不采用传统的靛蓝染料还原成隐色体再上染氧化的步骤，省去保险粉、强碱等化学药剂的消耗，降低了染液废水的危害性，具有清洁环保的特性，且上染步骤简化，缩短了生产周期，有效降低了生产成本，具有可持续发展的潜能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，首先将靛蓝染料与分散剂、平平加O配成混合溶液，然后对配成的混合溶液进行超细微粒化处理得到超细靛蓝染液(超细微粒化处理可采用常用的研磨设备，包括陶瓷砂磨机、纳米研磨机等对靛蓝染液进行研磨处理。研磨处理可有效降低靛蓝颗粒大小，使其达到微米甚至纳米尺度，加大了其比表面积，有利于渗透以及提高染料色光)，再采用超细靛蓝染液对棉纱进行高温浸染以及固色处理，最后采用高分子聚合物作为粘合剂对固色处理后的棉纱进行轻微上浆得到靛蓝棉纱；

超细靛蓝染液中靛蓝颗粒的粒径为纳米级；

高温浸染的温度为75～85℃；

轻微上浆是指靛蓝棉纱的上浆率为3.5～5.5％。

本发明靛蓝上染棉纱的方法，包括采用浸染法温度上染，并没有还原靛蓝染料成隐色体和隐色体氧化的步骤。在浸染过程中，靛蓝颗粒抵达纤维表面并吸附在纤维表面上，由于靛蓝颗粒在研磨的作用下其粒径达到纳米级，且高温促使棉纤维的孔隙增大，染料分子自由扩散到纤维内部并镶嵌在纤维内部孔隙，随着染料颗粒不断溶解、吸附，分散剂胶束中的染料也被释放出来并补充到染液中再次进行扩散、吸附。

上浆可以降低纱线表面毛羽、提高纱线的耐磨性能，采用粘合剂作为主浆料可以提升色纱的耐干湿摩擦色牢度，使靛蓝染料更好地固着在纱线上不轻易脱落，达到提高色泽耐久性的目的。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，将靛蓝染料与分散剂、平平加O配成混合溶液是指：先配置浴比为1:10～30的靛蓝染液，再向靛蓝染液中加入分散剂和平平加O得到混合溶液，分散剂和平平加O可以同时加入，也可以依次加入，对这三种物质的加入方式没有特别要求。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，分散剂的加入量为靛蓝染料质量的2～5％，平平加O的加入量为靛蓝染液质量的2～5％。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，分散剂为印染和涂料行业常用的分散剂萘系磺酸甲醛缩合物(分散剂NNO)、高分子分散剂木质素磺酸盐、分散剂MF或分散剂CNF等染料用分散剂，分散剂能吸附在颗粒表面能有效降低颗粒与液体，颗粒与颗粒间的表面张力，在颗粒间形成空间位阻，阻碍细微颗粒的聚集，使颗粒更容易分散进入液体介质。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，超细靛蓝染液中靛蓝颗粒的粒径为 100～600nm。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，固色处理采用高温焙烘的方法，焙烘可以起到染料固着的效果；

高温焙烘的温度为140～160℃，时间为3～5min。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，高分子聚合物为水性聚氨酯或聚丙烯酸酯衍生物，高分子聚合物的玻璃化温度为5～20℃，为柔性聚合物。

如上所述的一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，采用高分子聚合物作为粘合剂对固色处理后的棉纱进行轻微上浆的过程为：先配置质量浓度为5％的高分子聚合物溶液，搅拌均匀，在室温下对固色处理后的棉纱进行上浆并控制轧余率在100～120％，然后放入烘箱烘干。

本发明的原理如下：

靛蓝的分子结构由于较少或者没有亲水性基团以及氢键决定了其对纤维素纤维的亲和力较差，古往今来，自合成靛蓝的出现，人们对靛蓝染料的上染方法都是聚焦于氧化还原的原理进行上染，是因为靛蓝结构有羰基，在染色时，在碱性介质中通过连二亚硫酸钠或者二氧化硫脲等还原剂进行还原成隐色体钠盐后上染纤维，然后在经过氧化处理恢复成不溶性的染料色淀而固着于纤维上。本发明另辟蹊径，通过将靛蓝染料细致研磨成纳米尺寸的颗粒，能增大比表面积从而更好地进入纤维孔隙，与此同时，添加在染液中的分散剂和平平加O帮助靛蓝颗粒更好地均匀分散在染液中使其能形成水性薄膜包裹靛蓝颗粒能更好地进入纤维内部，然后在高温的环境下，靛蓝染液逐步完成由与纤维外层接触、在纤维表面附着，到渗染进纤维内部，由此完成靛蓝的渗染；之后通过高温焙烘的方式破坏被包覆的薄膜，靛蓝颗粒从而固着在纤维内部由此完成整个上染过程。但高温焙烘后的色纱色牢度仍达不到理想的要求，因而在后续进行了色纱的轻微上浆处理使得靛蓝颗粒更不容易脱落，完成整个固色过程。

有益效果：

(1)本发明对靛蓝染料的上染采用非还原渗染的方法，将染料溶液添加有效分散剂和表面活性剂，使染料能够分散稳定于水中，并在后续染色时起到传递染料作用，再将之研磨至纳米尺度以利于染料以分子或分子簇状态渗染，然后采用浸染加高温焙烘法上染棉纱并对其进行适当的后处理和轻微上浆处理。浸染液不必废弃，调试浓度后可续缸回用，高温焙烘固色后轻微皂煮，耗能和废水量与常规靛蓝染色相比都大幅下降；染色棉纱的耐皂洗色牢度达3级以上；

(2)本发明不涉及保险粉等一系列还原剂，极大降低了染液废水的毒性，且能源消耗较少，具有绿色环保特性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施例中使用的木质素磺酸盐来源于合肥千盛生物科技有限公司，CAS号8061-51-6。

本发明实施例中所涉及到的一些性能指标采用如下测试方法：

(1)K/S值：采用Datacolor 850测色配色仪检测靛蓝棉纱的K/S值；

(2)耐干磨级数：采用GB/T3920-2008《纺织品色牢度检测耐摩擦色牢度》测试靛蓝棉纱的耐干磨级数；

(3)耐湿磨级数：采用GB/T3920-2008《纺织品色牢度检测耐摩擦色牢度》测试靛蓝棉纱的耐湿磨级数；

(4)耐洗色牢度：采用GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测试靛蓝棉纱的耐洗色牢度。

实施例1

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，具体步骤如下：

(1)先将靛蓝染料分散到水中配置浴比为1:20的靛蓝染液，再依次或同时向靛蓝染液中加入分散剂NNO、平平加O-25，得到混合溶液；

其中，分散剂NNO的加入量为靛蓝染料质量的3％，平平加O-25的加入量为靛蓝染液质量的5％；

(2)采用卧式砂磨机对步骤(1)配成的混合溶液进行超细微粒化处理，得到靛蓝颗粒的粒径为 196.7nm的超细靛蓝染液；

(3)采用步骤(2)得到的超细靛蓝染液于80℃下对棉纱进行高温浸染40min，然后在160℃下高温焙烘3min进行固色；

(4)采用玻璃化温度为5℃的水性聚氨酯作为粘合剂，配置成质量浓度为5％的水性聚氨酯溶液；

(5)将步骤(4)得到的水性聚氨酯溶液搅拌均匀作为浆液，在室温下对步骤(3)固色处理后的棉纱进行上浆并控制轧余率在100％，然后放入烘箱于110℃下烘干至恒重，得到上浆率为4.8％的靛蓝棉纱；

靛蓝棉纱的K/S值为7.418，耐干磨级数为3.5级，耐湿磨级数为3级。

对比例1

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，具体步骤基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(1)中没有添加分散剂NNO；

制得的靛蓝棉纱的K/S值为3.5658，耐干磨级数为2.5级，耐湿磨级数为2级。

将对比例1与实施例1进行对比，可以发现对比例1制得的靛蓝棉纱的K/S值明显降低，且染后的棉纱相比实施例1颜色更加不均匀，这是因为没有添加分散剂使得靛蓝染液分散不均匀，且靛蓝颗粒尺寸较大，颗粒尺寸不匀也极高，因而导致上染棉纱的渗透效果不佳且容易表面上染而使得色牢度不高。

对比例2

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，具体步骤基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(1)中没有添加平平加O-25；

制得的靛蓝棉纱的K/S值为7.35，耐干磨级数为3级，耐湿磨级数为2级。

将对比例2与实施例1进行对比，可以发现对比例2的K/S值、耐干磨级数、耐湿磨级数均低于实施例1，这是因为不加平平加O-25会导致染液不均匀，且发现有沉淀现象，因而会导致真正上染到棉纱的量大大减小，因而K/S值也会变低。

实施例2

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，具体步骤如下：

(1)先将靛蓝染料分散到水中配置浴比为1:20的靛蓝染液，再依次向靛蓝染液中加入分散剂NNO、平平加O-25，得到混合溶液；

其中，分散剂NNO的加入量为靛蓝染料质量的5％，平平加O-25的加入量为靛蓝染液质量的5％；

(2)采用卧式砂磨机对步骤(1)配成的混合溶液进行超细微粒化处理，得到靛蓝颗粒的粒径为 215.5nm的超细靛蓝染液；

(3)采用步骤(2)得到的超细靛蓝染液于80℃下对棉纱进行高温浸染40min，然后在160℃下高温焙烘3min进行固色；

(4)采用玻璃化温度为20℃的聚丙烯酸酯衍生物PA2120作为粘合剂，配置成质量浓度为5％的粘合剂PA2120溶液；

(5)将步骤(4)得到的粘合剂PA2120溶液搅拌均匀作为浆液，在室温下对步骤(3)固色处理后的棉纱进行上浆并控制轧余率在100％，然后放入烘箱于110℃下烘干至恒重，得到上浆率为5％的靛蓝棉纱；

靛蓝棉纱的K/S值为8.350，耐干磨级数为3.5级，耐湿磨级数为2.5级。

实施例3

一种靛蓝非还原渗染法上染棉纱的方法，具体步骤如下：

(1)先将靛蓝染料分散到水中配置浴比为1:20的靛蓝染液，再依次向靛蓝染液中加入分散剂NNO、平平加O-25，得到混合溶液；

其中，分散剂NNO的加入量为靛蓝染料质量的2％，平平加O-25的加入量为靛蓝染液质量的5％；

(2)采用卧式砂磨机对步骤(1)配成的混合溶液进行超细微粒化处理，得到靛蓝颗粒的粒径为 145.3nm的超细靛蓝染液；

(3)采用步骤(2)得到的超细靛蓝染液于80℃下对棉纱进行高温浸染40min，然后在160℃下高温焙烘3min进行固色；

(4)采用玻璃化温度为20℃的聚丙烯酸酯衍生物PA2120作为粘合剂，配置成质量浓度为5％的 PA2120溶液；

(5)将步骤(4)得到的PA2120溶液搅拌均匀作为浆液，在室温下对步骤(3)固色处理后的棉纱进行上浆并控制轧余率在100％，然后放入烘箱于110℃下烘干至恒重，得到上浆率为4.8％的靛蓝棉纱；

靛蓝棉纱的K/S值为8.8942，耐干磨级数4.5级，耐湿磨级数3级。

将实施例1～3中的靛蓝棉纱进行耐洗色牢度测试，具体是分别用羊毛、腈纶、涤纶、尼龙、棉和醋酸纤维六种纤维缝制的衬布包裹住被测样，放入仪器中进行耐洗色牢度测试，然后比对衬布上六种纤维的沾色情况，即得到沾色级数，测试结果如下表1：

表1 衬布中六种纤维的沾色牢度