次氮基三乙酸三钠用于纯棉织物浸染和轧染工艺
0·前言
为降低纯棉织物染色所用无机盐对环境的负面影响，印染工作者在探寻合适的促染剂和固色剂方面作出了巨大努力［1-4］。但是，以往开发的有机代用盐和碱大多价格比较昂贵，而且作用比较单一，实际染色过程中仍须添加无机盐或碱。此外，还有些聚电解质促染/固色剂会提高染液黏度，削弱其渗透扩散能力，影响织物的染色均匀性［2，4］。次氮基三乙酸是常用的有机络合剂，价格低廉，无毒无味，生物相容性好，对硬水有一定的软化作用。
本试验选用次氮基三乙酸三钠盐作为促染/固色剂，用于纯棉织物浸染和轧染工艺，通过考察染色织物K/S值、染色均匀性等，优化染色工艺。
1·试验部分
1．1材料与仪器
织物19．7 tex×19．7 tex，268根/10 cm×268根/10 cm纯棉府绸(经退浆、煮练、漂白和丝光，重庆3533印染服装总厂有限公司)药品氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠(均为分析纯，成都科龙化学试剂厂)，次氮基三乙酸、次氮基三乙酸三钠(TNTA)(均为化学纯，梯希爱化成工业发展有限公司)，活性黄M-5R、活性艳红M-2B、活性艳蓝M-B(上海染化八厂)，去离子水，阴离子无泡皂洗剂(自制)仪器FA2104S型电子天平(上海精密科学仪器有限公司)，SF 600电子测色配色仪(Datacolor公司)，数显精确pH值测试仪(日本岛津公司)，DDS-A电导率测试仪(成都五科仪器厂)，Y571-B型摩擦色牢度试验仪(温州纺织仪器厂)，YG026N型电子织物强力实验仪(山东莱州电子仪器有限公司)，W-12A型耐洗色牢度试验仪(四川实验仪器厂)
1．2染色方法
1．2．1浸染工艺
传统工艺处方
染料/%(omf)2
氯化钠/(g·L－1)50
碳酸钠/(g·L－1)15
浴比1∶50
新工艺处方
染料/%(omf)2
次氮基三乙酸三钠/(g·L－1)110
浴比1∶50
1．2．2轧染工艺
传统工艺处方/(g·L－1)
传统工艺
染料20
氯化钠50
碳酸钠15
新工艺处方/(g·L－1)
染料20
次氮基三乙酸三钠100
工艺流程二浸二轧(轧余率80%)→热风预烘(80℃，60 s)→焙烘(130℃，120 s)→冷水洗→皂煮(皂洗剂3 g/L，浴比1∶25，100℃，10 min)→热水洗→冷水洗
1．3测试方法
1．3．1匀染性［10］
选择一点作为标准点，再在织物上任意取10个点，测定其色差值(ΔE)，以式(1)计算标准偏差Sr。
标准偏差Sr数值越小，表示匀染性越好。
1．3．2电导率
用电导率仪分别测定氯化钠和次氮基三乙酸三钠溶液的电导率。测试条件为:温度(40±0．2)℃和(65±0．2)℃，pH值7．0±0．1和11．0±0．1，［Na+］0．227 5 mol/L，测试用氯化钠和次氮基三乙酸三钠溶液的pH值分别采用氢氧化钠和次氮基三乙酸进行调节。
1．3．3性能测试
K/S值、色差值和色牢度用电子测色配色仪，在D65光源条件下测定。
耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。
皂洗色牢度按GB/T 3951．2—1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度试验2》测定。
断裂强力按GB/T 3923．1—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测定。
2·结果与讨论
2．1次氮基三乙酸三钠盐对染色工艺的适应性
分别采用氯化钠/碳酸钠和次氮基三乙酸三钠(TNTA)作为促染/固色剂，按1．2节浸染工艺与轧染工艺对棉织物染色，染色织物的K/S值见图1。
由图1可知，在浸染和轧染工艺中，TNTA作为促染/固色剂，其染色效果与氯化钠/碳酸钠体系相近，说明TNTA在染液中能够有效电离出钠离子，屏蔽棉织物表面的负电荷，起到促染作用。同时，由于该钠盐为碱性物质(pH值10．8～11．3)，能够为分散染料与纤维素羟基的共价结合反应提供必需的氢氧根负离子，促进固色反应进行。此外，从图中还发现，在浸染工艺中，氯化钠/碳酸钠体系的K/S值略高于TNTA体系，而轧染织物的情况正好相反。在浸染工艺中，由于氯化钠和碳酸钠系分批加入，染料在吸附上染过程中水解较少，与纤维结合的染料相对较多;而TNTA为碱性物质，在促进染料吸附的同时，也加速了染料的水解反应。但是，TNTA溶液有一定的缓冲作用，染色过程中pH值的变化不显著，有利于固色反应的进行。因此，在浸染工艺中，TNTA体系染色织物的K/S值仅略低于氯化钠/碳酸钠体系。在轧染工艺中，由于织物带液量较少，而且带液时间较短，染料水解较少，弱电解质溶液的缓冲作用更为明显，TNTA体系染色织物的K/S值更高。
2．2次氮基三乙酸三钠质量浓度对K/S值的影响
改变次氮基三乙酸三钠质量浓度，按1．2节浸染和轧染新工艺对棉织物进行染色，结果见图2。
由图2可见，在两种工艺中，随着TNTA质量浓度增加，纯棉染色织物的K/S值均大幅上升。这主要是因为TNTA既是促染剂又是固色剂，增加其用量，染液中的Na+用量增加，pH值升高，有利于活性染料在棉纤维上的吸附和固着。但是，当该盐用量超过一定数值后，K/S值的上升变缓，说明过多的Na+和过高的pH值对染料的吸附和固着帮助不大。由于染料水解加速，K/S值甚至反而会有小幅下降，这一现象与常用的无机盐促染/固色体系的情况相似。此外，轧染织物K/S值曲线上升转折点所对应的TNTA用量略低于浸染织物。这主要是因为该盐为碱性物质，浸染工艺染料水解反应较轧染工艺更为明显，说明该盐更适用于轧染工艺，这与2．1节分析结果相一致。本研究选定TNTA在浸染和轧染工艺中的质量浓度分别为110 g/L和100 g/L。
2．3次氮基三乙酸三钠溶液的电离性能和缓冲能力
采用1．3．2节方法对氯化钠和次氮基三乙酸三钠溶液的电导率进行测试，结果见图3。
图3表明，随着温度和pH值的提高，两溶液的电导率均有较大提高，而且同等条件下无机电解质的电导率均高于次氮基三乙酸三钠，这也证明了该有机盐的电离能力要弱于氯化钠。试验发现，氯化钠溶液的电导率对温度敏感，而次氮基三乙酸三钠溶液的电导率对pH值敏感。这说明次氮基三乙酸三钠在pH值较高时的电离能力较好，有利于促进活性染料上染，以及染色后电解质的有效洗除。
采用浸染工艺，在染色初始阶段同时加入促染剂和固色剂，跟踪次氮基三乙酸三钠和氯化钠/碳酸钠体系染液pH值随染色时间的变化情况，结果见图4。
图4中，随着染色时间的延长，每种染液的pH值均逐渐降低，说明染色过程中纤维素上的羟基与活性染料分子发生的亲核取代反应需要消耗大量的碱。同时，TNTA(110 g/L)的曲线下降趋势较其它各条曲线平缓，染液pH值变化不显著。对于氯化钠/碳酸钠促染/固色体系，由于使用的均为无机电解质，它们在溶液中完全电离，溶液中的OH－浓度基本与碳酸钠的浓度成正比，当OH－被消耗时，得不到必要补充，pH值也随之下降。但是，TNTA为有机弱电解质，溶液中OH－是由COO－与H2O不完全反应的产物，随着OH－减少，COO－与H2O之间的反应会向着生成OH－的方向移动，溶液中的OH－得到部分补偿，因而染液pH值变化不明显。但是，当溶液中的COO－低于某一浓度时，这一作用就不再显著，染液pH值会明显降低，这就是TNTA(55 g/L)曲线下降幅度较大的根本原因。
2．4染色织物性能测试
采用1．2节染色工艺对棉织物进行染色后，测定染色织物的匀染性(Sr值)、色牢度和强力，结果见表1～表3。
注:N表示NaCl/Na2CO3促染/固色体系;T表示次氮基三乙酸三钠促染/固色体系(下表同)。
表1中，以次氮基三乙酸三钠为促染/固色剂的两种染色织物，其Sr值均小于氯化钠/碳酸钠促染/固色体系的染色织物。这是因为TNTA染液pH值相对稳定，有利于染料均匀固着。此外，该有机盐是小分子物质，其溶液黏度较低，渗透扩散性较好，因而匀染性较好［3］。
表2数据表明，两种染色工艺织物的色牢度相当。由此可见，TNTA在充分水洗，特别是经碱性皂煮后，可以从织物表面彻底去除，能够有效克服聚电解质染色后残留织物表面所引起的湿摩擦牢度降低的不足［4］。
由表3可知，染色织物的经纬向强力较染色前均有一定程度下降，这是因为棉织物活性染料染色是在碱性高温条件下进行的，纤维素大分子链在染色过程中发生氧化，聚合度有所降低，再经碱性皂煮强力就会有所下降。但是，经纬向的强力损失率均在20%以内，并不影响织物的服用性能。此外，以次氮基三乙酸三钠为促染/固色体系的染色织物强力损失率与氯化钠/碳酸钠体系接近，这与聚羧酸盐染色织物强力略低于无机盐体系的情况不同，说明该有机盐分子中的羧基在染色过程中与纤维素大分子上羟基的交联反应不显著，因而强力损失较小。
3·结论
(1)采用次氮基三乙酸三钠代替氯化钠/碳酸钠作为促染/固色剂用于纯棉织物浸染和轧染工艺，所染织物的K/S值、色牢度和断裂强力均能够达到无机盐染色效果，但前者更具较好的pH值缓冲性能，染色均匀性更好。在综合考虑染色效果和生产成本的基础上，确定浸染和轧染工艺中次氮基三乙酸三钠用量分别为110 g/L和100 g/L。
(2)由于染色过程中所用促染/固色剂为无毒的水溶性有机电解质，生物降解性良好，可大大降低染色过程中无机盐用量，对于防止土地盐碱化和发展低碳经济都具有十分重要的现实意义。
参考文献:
［1］管宇，桂明胜，冒亚红，等．聚羧酸钠盐在纯棉织物活性染料染色中的应用［J］．印染，2006，32(6):4-6．
［2］石振东．酒石酸盐作活性染料促染剂的研究［J］．纺织学报，2010，31(10):82-86．
［3］刘丽军，姚金波．甜菜碱在活性染料对棉织物低盐染色中的应用［J］．天津工业大学学报，2009，28(4):53-57．
［4］冒亚红，管宇，郑庆康．聚羧酸盐在涤棉分散/活性同浴染色中的应用［J］．印染，2010，36(14):1-4．
