尚尚，范鐵明

超臨界CO2技術(shù)下麻織物冰裂紋肌理研究

尚尚，范鐵明＊

（齊齊哈爾大學(xué) 美術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

試驗(yàn)采用分散紅54在超臨界染色裝置上進(jìn)行亞麻織物的防染印花，探究了染色時(shí)間、染色溫度、染色壓力以及糊料濃度對(duì)亞麻織物防染印花性能的影響，測(cè)定了染色后亞麻織物及印花的/值和色牢度。結(jié)果表明，在防染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、溫度為120℃、壓力為20MPa、染色時(shí)間為60min 的條件下，亞麻織物印花防白效果好同時(shí)印花能達(dá)到最大的/值，染色牢度達(dá)到4級(jí)。

分散染料；防染印花；超臨界二氧化碳；亞麻織物

超臨界CO2染色技術(shù)是目前最具影響力的綠色染色技術(shù)，相比較傳統(tǒng)水浴染色技術(shù)，超臨界CO2流體染色全過程無水、無助劑并且價(jià)格低廉，上染速度快、上染率高，染色完成后剩余的染料和系統(tǒng)內(nèi)CO2可回收循環(huán)利用，在染整中做到了零排放無污染，充分體現(xiàn)了清潔化、綠色化、環(huán)?；默F(xiàn)代生產(chǎn)理念[1-3]。

近年來超臨界CO2染色技術(shù)已經(jīng)陸續(xù)投入產(chǎn)業(yè)化，但是藝術(shù)肌理相關(guān)研究較少[4]。相比傳統(tǒng)水浴染色，超臨界CO2染色工藝在將介質(zhì)水替換成CO2且染色時(shí)染色釜內(nèi)處于高溫高壓的環(huán)境，分散染料的上染與固色幾乎同時(shí)進(jìn)行，因此，拔染印花工藝在超臨界CO2染色工藝中并不理想，防染印花是在織物上預(yù)先印上某種能夠防止地色染料上染的防染劑,以防止花紋上染的一種印花工藝[5-7]。防染印花比拔染印花歷史更久,我國(guó)很早流傳的種藍(lán)白花布,就是先用石灰漿在織物上印花,然后以靛藍(lán)（俗稱靛青）染色而成的[8,9]。它較拔染印花有許多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格低、無需汽蒸、工藝流程短，相對(duì)地疵布產(chǎn)生機(jī)會(huì)也較低。

本試驗(yàn)以多種常用糊料為防染劑，采用超臨界CO2染色工藝對(duì)亞麻布進(jìn)行印花染色，以此探討染糊料種類、防染劑質(zhì)量濃度、染色壓力，染色時(shí)間、染色溫度等影響因素對(duì)織物印花/值的影響。其成果對(duì)超臨界CO2亞麻防染印花提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 織物、藥品和儀器

織物：70 g/m2亞麻，浙江億瑞襯布有限公司。

染化料：C.I.分散紅54原粉，浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司；海藻酸鈉、活性淀粉、羥甲基纖維素鈉；純度99%CO2氣體，大連光明化工院。

C.I.分散紅54 結(jié)構(gòu)式：

設(shè)備：100目平板絲網(wǎng)；超臨界CO2流體染色機(jī)；LAMBDA 35紫外光譜儀，美國(guó)PE公司；Color-Eye 7000A計(jì)算機(jī)測(cè)色儀，美國(guó)愛色麗公司。

1.2 染色工藝

防染漿處方/%：糊料X，水適量。

工藝流程：印花→烘干→染色→水洗→烘干。

超臨界CO2染色：將處理好的亞麻織物，卷繞于染色軸上，裝于染色釜，將分散染料放于染料釜。通過增壓泵將CO2壓入系統(tǒng)，開啟加熱器進(jìn)行加熱，待達(dá)到相應(yīng)壓力、溫度條件后，斷開閥門，打開循環(huán)泵開始進(jìn)行染色。染色結(jié)束后，打開閥門，泄壓并回收CO2。超臨界CO2流體染色工藝流程圖如圖1所示。

圖1 超臨界CO2流體染色工藝流程

H01-二氧化碳儲(chǔ)罐；H03-換熱器；H02-高壓泵；H09-染色釜；H08-染料釜；H10、11-分離釜；H04-制冷機(jī)；H14-冷劑泵；H06-循環(huán)泵

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 顏色特征值

將超臨界CO2流體染后的亞麻織物試樣對(duì)折4層，采用計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)試樣測(cè)試3次，取平均值。

1.3.2 織物性能測(cè)試

耐摩擦色牢度 根據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定。

耐水洗色牢度 根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度：試驗(yàn)》測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 糊料種類對(duì)防染印花影響

按照節(jié)1.2印花工藝配置8%的海藻酸鈉糊、8%活性淀粉糊和8%的羥甲基纖維素鈉，用100目平板絲網(wǎng)雙面印制后烘干，在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、60 min的條件下，系統(tǒng)壓力20MPa進(jìn)行防染印花試驗(yàn)。染色完成后，測(cè)定染后試樣和印花的/值，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在超臨界CO2染色工藝中，淀粉、海藻酸鈉和羥甲基纖維素鈉都具備較好的防染效果。其中海藻酸鈉作為防染劑防染效果最好，在染色釜體內(nèi)，防染漿處于高溫高壓且無水的環(huán)境下，防染漿內(nèi)的水分蒸發(fā)后會(huì)形成一層膜緊密的貼附在亞麻纖維表面，能夠有效地阻擋染料的上染。淀粉糊和羥甲基纖維素鈉作為防染劑時(shí)，在染色釜內(nèi)高溫高壓的環(huán)境里水分會(huì)被迅速蒸發(fā)，緊密地附在亞麻纖維上阻擋染料的上染，由于縫隙較多，防染效果較海藻酸鈉糊略低且會(huì)大量吸收染料，故試驗(yàn)均采用海藻酸鈉作為防染劑。

圖2 糊料種類對(duì)防染印花影響

2.2 防染漿質(zhì)量濃度對(duì)防染印花的影響

按照節(jié)1.2印花工藝配置4%～12%的海藻酸鈉糊、用100目平板絲網(wǎng)雙面印制后烘干，在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、60min，系統(tǒng)壓力20MPa的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。染色完成后，測(cè)定染后試樣和印花的/值，結(jié)果見圖3。由圖3可得，隨著防染劑中海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，印花的防染效果也隨之提升。當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于4%～8%時(shí)，印制在印花的量也相對(duì)較少，導(dǎo)致在染色時(shí)形成的網(wǎng)狀膜縫隙較多無法有效地阻擋染料上染。當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%～12%時(shí)，其海藻酸鈉質(zhì)量濃度較高，足以形成密集的膜覆蓋在亞麻纖維上，能夠有效地阻擋染料的上染。故，最佳海藻酸鈉糊質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。

圖3 海藻酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)防染印花的影響

2.3 染色壓力對(duì)防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、時(shí)間60min不變的條件下，改變?nèi)旧珘毫Γ?6～24MPa）進(jìn)行染色，結(jié)果見圖4。由圖4可得，染色壓力對(duì)冰裂紋的/值有較大影響，在16～20MPa時(shí)呈現(xiàn)上升較大，之后開始平緩穩(wěn)定在24MPa。對(duì)防染印花影響較小，整體穩(wěn)定。

圖4 壓力對(duì)防染印花的影響

通常，超臨界二氧化碳流體的密度在較低壓力下較低，隨著壓力的增加，超臨界CO2的密度也隨之加大，可以攜帶更多的染料分子進(jìn)入亞麻纖維中，同時(shí)亞麻纖維的膨脹可以得到改善，從而促進(jìn)染料的擴(kuò)散并促進(jìn)染料擴(kuò)散到纖維的無定形區(qū)域。當(dāng)壓力達(dá)到20MPa時(shí)，印花的/值開始平穩(wěn)。從安全和能效角度考慮，推薦染色壓力為20MPa。

圖5 溫度對(duì)防染印花的影響

2.4 染色溫度對(duì)防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色壓力24MPa、時(shí)間60min不變的條件下，改變?nèi)旧珳囟龋?0～130℃）進(jìn)行染色，結(jié)果見圖5。由圖5可知，溫度對(duì)防染漿影響較小，防染印花的/值總體保持穩(wěn)定。相比之下織物上冰裂紋的/值隨著染色溫度的升高而增大。

溫度在超臨界CO2亞麻織物染色過程中起著至關(guān)重要的作用。較高的染色溫度有利于形成更多的大孔隙和大孔道，加速染料分子向亞麻纖維無定形區(qū)的滲透和擴(kuò)散。因此，在較高溫度下，在超臨界二氧化碳流體中，隨著染色溫度的延長(zhǎng)，冰裂紋的/值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在120℃后開始平穩(wěn)。因此，推薦染色溫度為120 ℃。

2.5 染色時(shí)間對(duì)防染印花的影響

在超臨界CO2染色系統(tǒng)的染色溫度120℃、染色壓力20MPa的條件下，改變?nèi)旧珪r(shí)間（40～120min）進(jìn)行染色試驗(yàn)，結(jié)果見圖6。

圖6 溫度對(duì)防染印花的影響

如圖6所示，冰裂紋的K/S值在10min到60min時(shí)提升較快，當(dāng)染色時(shí)間超過60min后/值呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢(shì)，幾乎沒有增加。這是因?yàn)槿玖戏肿釉诶w維表面發(fā)生快速吸附，并且在短時(shí)間內(nèi)染料擴(kuò)散到纖維中。染色時(shí)間從60min延長(zhǎng)90min，染色強(qiáng)度不能有效提高，表明染料在纖維上的吸附達(dá)到飽和。

2.6 亞麻印花織物色牢度測(cè)定

在染色溫度為120℃、染色壓力為24MPa、染色時(shí)間為60min，防染漿質(zhì)量濃度為10%時(shí)，測(cè)試了不同糊料染色樣品的色牢度，結(jié)果如表1所示，最佳工藝下冰裂紋肌理樣品如圖7所示。

表1 亞麻織物色牢度

圖7 最佳工藝下冰裂紋肌理樣品

3 結(jié)論

（1）海藻酸鈉作為防染劑在超臨界CO2防染印花工藝中具備良好的防染效果，可以出現(xiàn)冰裂紋肌理（圖7），在傳統(tǒng)染纈藝術(shù)領(lǐng)域中亦具備較大應(yīng)用價(jià)值。

（2）超臨界CO2亞麻織物防染印花的最佳工藝是：海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、溫度120℃、壓力20MPa、時(shí)間60min。

[1]張煒，李惠軍,鄭環(huán)達(dá).超臨界CO2在紡織中的染色進(jìn)程[J].上海紡織科技，2019, 47(07): 5-9. DOI:10.16549/j.cnki.issn.1001-2044.2019.07.002.

[2] 張娟. 響應(yīng)面法分析羊毛纖維超臨界CO2染色工藝[J]. 毛紡科技，2020,48(04):41-45.DOI:10.19333/j.mfkj.20190802705.

[3] 鄭融橋，孟赫. 藍(lán)印花布紋樣研究[J]. 紡織報(bào)告，2021, 40(12): 109-110.

[4] 涂莉，孟家光. 天然織物所用染料及其染色性能的改善研究進(jìn)展[J]. 紡織科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2019, 36(03): 95-101.

[4] 劉育紅. 貴州西家蠟染貼布百褶裙[J]. 藝術(shù)設(shè)計(jì)研究，2021(06): 2.

[5] 孫卉，完玲中，白雪，等. 超臨界CO_2輔助棉纖維表面改性研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021, 49(24): 24-28, 32.

[6] 駱光艷. 蠟染工藝在紡織品圖案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 紡織報(bào)告，2021, 40(12): 68-69.

[7] 劉洋溢. 貴州布依族蠟染圖案的審美與解析[J]. 天工，2021(11): 74-75.

[8] 陳詩瑤. 傳統(tǒng)防染印花的時(shí)尚生活化設(shè)計(jì)研究[D]. 南京：南京藝術(shù)學(xué)院，2021.

[9] 楊建軍，崔巖. 中國(guó)藍(lán)印花布與日本藍(lán)型染的比較研究[J]. 服飾導(dǎo)刊，2020, 9(04): 34-42.

Study on ice crack texture of hemp fabric by supercritical CO2technique

SHANG Shang，F(xiàn)AN Tie-ming*

(College of Art and Design, Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar 161006, China)

The/value and color fastness of dyed flax fabric and printing were determined. The results showed that under the conditions of sodium alginate mass fraction 10%, temperature 120℃, pressure 20MPa and dyeing time 60min, the flax fabric had good anti-whitening effect and the maximum/value, and the dyeing fastness reached grade 3-4, which met the requirements of national standards.

disperse dye；anti-dye printing；supercritical carbon dioxide；linen fabric

2022-01-20

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（19BMZ092）；黑龍江省省屬高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研項(xiàng)目（135309322）；黑龍江省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展重點(diǎn)研究課題（20516）

尚尚（1995-），男，黑龍江齊齊哈爾人，在讀碩士，主要從事服飾設(shè)計(jì)與工程研究，18351532682@163.com。

范鐵明（1972-）,男，教授，主要研究方向?yàn)榉b設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)理論研究，fantieming@126.com。

TS194.449

A

1007-984X(2022)04-0080-03