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汉麻天然染色技术研究进展

麻的发现运用居天然纤维(麻丝毛棉)之首,在我国汉麻(工业大麻)的种植历史已有8000多年,在黑龙江、内蒙古,人们称之为线麻;在安徽,人们称之为寒麻;在广西人们叫它火麻;在云南,人们叫它云麻;在新疆,人们叫它大麻;在河南,人们叫它魁麻;我们现在统称为汉麻(china-hemp),也是取英文“hemp”的音译。一直以来,麻纤维的开发、加工落后于其他纤维,在工业中的应用处于衰落的地位。

汉麻具有优良的纤维性能。这些性能与其结构是不可分割的。汉麻具有多孔的结构和很强的吸附能力,在自然状态下,汉麻纤维内可以吸附较多的氧气,使厌氧菌的生存环境受到破坏,这是汉麻具有较强的抑菌性的原因之一。大麻浑身是宝,其纤维是典型的功能型、环保型稀贵纺织纤维,具有吸湿、透气、舒爽、散热、防霉、抑菌、抗辐射等特性,对人身体有很大帮助;作为一种新材料应用到纺织服装业,可缓解我国天然纤维紧缺的现状,改变纺织行业的原料结构,同时大麻纤维也可以代替石油、煤等矿物原料,减少对矿物能源的依赖,减轻能源消耗给环境造成的污染。因此,大麻的综合应用研究也被称为“新一代的纤维革命”。


据悉,在汉麻研究上我国有9项科研成果世界领先,但目前对汉麻的研究还仅仅停留在汉麻种植和汉麻纤维加工上,对汉麻染色还采用化学染色方法,破坏了汉麻的天然属性,完全损害了汉麻产品的自然尊贵品质。汉麻产品的天然环保概念被特别强调,其实生产加工过程中各环节的生态性同样重要。一个染色环节不是生态的,整个生态链就掉了链子。因此,研发天然染料对汉麻的染色尤为关键。


天然染料以植物染料为多数,两者同为植物,本是同根生,相容更有效。汉麻具有多孔的结构和很强的吸附能力,使得染料进入纤维更容易,其相容性比其他棉,毛纤维更好。


一、汉麻染色前处理


1、汉麻类纤维生物酶脱胶


由于大麻纤维中木质素的含量相当高,一般都在3%以上,有的甚至高达10%左右。而木质素的存在,对大麻纤维有很大影响。木质素含量低于0.8%时,纤维光泽好,洁白、柔软且有弹性,可纺性、染色性好,而当木质素含量在1.5%以上时,纤维呈棕黄色,后工序加工较为困难,因此,对大麻纤维而言,应尽可能地去除木质素,以得到相对优异的纺织纤维原料。


预处理工艺:


工艺条件为:H2S04浓度3g/L,温度60℃,时间1.5 h,浴比1:14。

用果胶酶、纤维素酶及不同比例两种酶混合进行脱胶,果胶酶脱胶效果最佳。

生物脱胶:原麻→浸酶→煮练→漂白→拷麻→漂酸洗→给油→脱水→烘干


2.煮炼氧漂


汉麻较其他麻类植物表面光洁,采用精炼酶煮炼氧漂工艺前处理的汉麻织物强损率低,失重率低,手感柔软,便于后续染色。在浴比为1:12的条件下,漂底溶液以2℃/min的速度升温至98℃,在该温度下漂底30分钟,再以2℃/min的速度降温至25℃水洗20分钟。以提高汉麻织物染色深度为目的,采用正交设计方法对碱煮练和漂白工艺进行了分析,并对碱煮练助剂进行了优化。结果表明,碱煮练最佳工艺为:氢氧化钠10g/L,亚硫酸钠3g/L,硅酸钠2g/L,浴比1:20,温度80℃,时间90min。使用多聚磷酸钠作助剂,可以提高碱煮练汉麻织物的染色深度。漂白最佳工艺为:双氧水8g/L,温度8℃,时间90min,pH值10~11,浴比1:20。漂白次数对汉麻织物染色性能有一定影响,两次漂白效果最好。


二、天然染料染色


1、天然染料来源


植物染料为主,动物染料为辅。常用的天然染料有:苏木,栀子,茶叶,蓝草,茜草,五倍子,葎草,板栗壳,胡桃壳,石榴皮,胭脂红等几十种。


2、媒染


大多数植物染料没有水溶性基团,对纤维的亲和力极低。然而其具有络合配位结构基因,可以借助媒染剂染着在纤维上。通过媒染剂中的金属离子把染料分子同纤维结合在一起。这样既增加了染料的上染率,又提高了染色牢度。由于天然染料大多数直接染色效果不理想,需要借助媒染剂来达到增深及固色。常用的媒染剂为石灰,明矾,皂矾,氧化铁,醋酸铁,草木灰等,也有部分植物的提取物可以作为媒染剂。不同的染料需要根据颜色的不同选用媒染剂,用量也大不一样,要根据实际需要调整媒染剂的品种和用量。


3、媒染方法


媒染方法有前媒染、后媒染以及同步媒染三种,不同染料和不同颜色使用的方法不同。一般来说,前媒染得色较深,同媒染次之,后媒染最次。对深色来说,需要多次重复媒染一染色一媒染,以达到需要的颜色深度,以黑色为例,一般需要反复6~9次。


4、染色工艺


在浴比为1:40的条件下,染色液以1℃/min的速度升温至60℃后,保温60min染汉麻,然后降温至80℃后放汤,在常温下水洗;深色将染色液以1℃/min的速度升温至至60℃后,保温60min后取出再次媒染,然后入染液,保温60min染汉麻;然后放汤、水洗。

部分染料上色速度极快,应在常温时下将被染物达到需要的颜色时及时取出,水洗。靛蓝染色染液必须有还原剂及碱剂存在,两者之品类甚繁,靛蓝染液之配制故亦有多种之方法,随染色之目的及纤维性质应分别选用。染液中所用碱剂,以石灰及烧碱为最普遍;其量宜多,否则所生之靛白,一部分不能溶解而生沉淀,既耗靛蓝,又影响染品质量,靛白沉淀吸附于纤维之上,能致色泽晦黝。故染液在使用后,续染之时,往往添加少量之碱,则染得之色较为鲜明。靛蓝之染于纤维,系固物微粒之附着,容易因摩擦面脱下,欲求坚守之固着及得较深之色,非一次浸染所能收效,且不宜于一次浸染中,大量附着于纤维之上;是必须反复浸染,逐层加深,染液不可过浓,浸染之次数则可增加。据试验证明,浓染液及少数次浸染所得之色,其坚牢度远不及淡液多次数浸染的效果。故靛蓝之染色,均采多次浸染法,每浸染一次,加以氧化,氧化后之染品,再次浸染。每浸染及氧化一次,称提浸,其法称提浸法。一般浅色提浸二三次,深色则须十余次,浸染之物之厚薄而定。浸染时间一般为5分钟,氧化时间为十分钟左右,染品完全氧化之后,方可操作下一次提浸。所用还原剂及碱剂不同,方法比较多。可分下列几种:


(1)绿矾染液方法; (2)锌粉石灰染液方法; (3)保险粉染液方法; (4)酸酵染液方法。


5、染浴pH值的控制


染浴pH值不仅对染料的色光有着非常明显的影响,而且还直接关系到染料的上染率。当pH≤5 时,色光变黄,染色深度下降;当pH>7.5时色光变红,染色深度增加,但影响后序媒染剂的效果;但PH=6.5-7.0时,色光稳定,染料的溶解性好,无色点色花出现,由此,可向染液中加入适量的非挥发性酸如柠檬酸)或酸式盐(如氯化铵)以使染液保持在稳定的酸度值。


6、拼色和套染


在天然染色中,为了更加丰富色彩,就必须采用套色和拼色工艺。


拼色即采用同浴一步法,套色还是采用二浴法,染料要相互搭配,相得益彰。


植物染料的分类有多种方法,按化学组成一般可分为:叶绿素类、类胡萝卜素类、姜黄素类、靛蓝类、蒽醌类、萘醌类、类黄卤酮类等七大类。天然植物染料色谱七色俱全,但鲜艳明亮不够,不少品种的水洗和气候牢度不够满意,其浓度与色相也不稳定。拼色时,由于不同植物染料的牢度差异较大,变色更为明显。不少植物染料具有多个羟基等配位基,可和金属离子络合,形成螯合物。

植物染料由于是从纯天然的植物中提取,受光合作用,土壤,气候,水质等问题,原始颜色相对合成染料而言比较少,所以使用染料的拼色或配色,在应用中是比较频繁的,这是一项比较复杂而细致的工作,一般情况下,拼色时应注意以下几个问题:


(1)首先要了解单一染料的基本性能和各单一染料的色光和强度(色力)。要积累染色样卡。同时还要保存原始染料的标准样品。


(2)要选择性能最近似类型的染料做基本染料。


(3)要选择各项染色牢度相差不大的染料,特别是日晒、水洗等牢度相近似的,因拼色后的坚牢度,取决于原单一染料的坚牢度。但也有例外,如某种植物染料的色牢度不理想,但颜色无可代替,可选择颜色相近,但牢度好的染料相拼,以弥补原来染料的不足。


套色工艺:


先染一个色,再套染一个色,使其出现新的色彩,如草绿,天然植物没有这个色,一般是先用蓝草做还原染色,然后用黄色染料套染(如栀子),出现的新色就是草绿了,这个顺序不能反,假如先染黄色,再染蓝色就不行了,蓝色会盖住黄色,呈现的色彩仍然是蓝色。所以在套色工艺中,要摸索色彩的规律,按照一定的顺序去做才能达到目的。

在两色的套色过程中,还要注意两个不用染料的浓度、比例以及套染的时间长短和温度,这些因素都会影响和决定最终得到的颜色。


拼色工艺:


在天然染色(草木染)中,拼色是被大量使用的,但一般不要超过3个色。因为植物染料中有机成分很多,没经过提纯的染料色阶低,里面有很多的浑浊物,出现不同的灰度,染料个数越多越浑浊,灰度越高,明度降低。

尽量使用类型一致的染料,以便于融合稳定。特殊情况下,也可以使用非同一类型的染料,这个要做大量的研究实验后才可使用。

比例:两种染料比例不同,出现的最终颜色自然不一样,浓度不同也是如此。

时间和温度:每种染料的最佳温度是不一样的,有的高,有的低,两种以上拼色尤为突出;染色的时间控制也很重要,有机物的变化非常快,有时几分钟就会变成另外的颜色。要在多次实验的基础上摸索规律,形成相对固定的工艺。


7、后处理工序


对染色后的面料进行柔软处理和抗菌整理,温度为40℃,时间为20分钟;然后进行脱水、烘干;所述烘干温度为100℃。


大麻织物有机硅整理


采用三种整理工序对大麻织物进行有机硅染色处理,即先有机硅整理再染色,先染色再有机硅整理,以及有机硅染色共浴,从中筛选出最佳整理工序,使大麻织物K/S值大且柔软性能好。


有机硅整理工艺为:


浸渍(常温,x min,二浸二轧,轧余率100%)预烘(100℃,3min)焙烘(x ℃,y min)水洗(85℃,5min) 烘干(1000℃)。按试验设计的配方加入适量的有机硅油和JFC 2g/L,配制成有机硅整理液。有机硅染色共浴整理,考虑到有机硅整理时间一般不超过5min,且有机硅不可长时间处于高温环境,故选择在染色固色结束前5min时按一定比例加入有机硅溶液,共浴处理后经预焙烘、水洗、皂煮、水洗、烘干。大麻织物先染色再有机硅整理,其K/S值普遍较高,织物脱色也少,色牢度好,织物柔软性也在一定程度上得到改善。


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后记:汉麻天然染色研究还是一个全新的课题,没有多少资料可供参考,尚有许多我们还未知的因素需要大家来探讨和进一步的实践,但坚冰已经打破,航向已经指明,经过天然染色的汉麻纺织品将会以其天然环保的特性,高附加值,可持续发展等优势为纺织服装行业增添新的动力。


(转自印染学习交流)

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