杨静新,董玲，丁丽萍，孙小着(南通大学，江苏，南通 226007) [摘要]：本文探讨了竹/棉混纺织物的冷轧堆前处理和冷轧堆染色工艺，用中心旋转法设计试验，用数理统计的方法优化出工艺条件，加工产品质量良好。冷轧堆前处理和染色工艺能耗低，生产设备简单，对环境污染小，适合小批量多品种的生产。[关键词]：竹/棉混纺织物 冷轧堆前处理 冷轧堆染色 中心旋转法1. 前言 竹纤维是利用我国广泛生产的竹子为原料，经特殊的高科技工艺处理制得的再生纤维素纤维 [1]，由于竹子是可以降解的，对环境没有污染，故被称为环保型纤维。竹纤维横截面形状与粘胶相近，天然中空，截面内呈多孔状，所以竹纤维及其与棉混纺面料制成的各种服装有许多优良的特性。如吸湿，导湿，透气性强，染色性好，色泽鲜艳，手感柔软，滑爽,悬垂性好，还具有较强的抗菌防臭功能。竹纤维属于再生纤维，强度比棉纤维低得多，因此，在制定染整加工工艺时，要充分考虑竹棉混纺织物产品特点。 碱氧一步法冷轧堆前处理工艺，对织物强力损伤较小，非常适用于含强力较低的竹纤维织物的染整。冷轧堆染色技术具有工艺简单可靠，基建投资费用低，活性染料固色率高等优点。另外，冷轧堆前处理和染色工艺的生产流程短，能源消耗低，用水量少，而且还能有效地克服采用传统加工时易出现的折皱，提高了正品率。 中心旋转法[2]使实验设计具有可旋转性，能从少量实验次数中得到最大的信息，并能通过数理统计法,检验实验结果的可信度。凭借计算机绘制二维恒值图，优化出最佳工艺条件的某个区域。本次实验先对竹/棉混纺织物采用冷轧堆法进行退煮漂一步法前处理，再用冷轧堆法对半制品进行染色，分别采用中心旋转法优化出最佳工艺条件，加工产品质量达到一等品要求。2. 试验2.1 织物规格 14.8×14.8 511.5×346 竹/棉（70/30）混纺织物2. 2 主要化学品 作者简介：杨静新（1

947—），男，江苏海门人，教授，硕士，主要从事纺织品练漂、后整理和新型纺织化学品的研究。 精练剂DF-61、稳定剂DF-71、渗透剂JFC、双氧水、氢氧化钠、水玻璃、雷马素艳红3BS、雷马素黄3BS、雷马素蓝RR 都是工业品等级。2.3 试验设计 用中心旋转法设计三个变量，五个水平值的20个实验[2]， 三个变量的编码值和真实值如表1所示。表1 变量的编码值和真实值

编码值	真实值
前处理	染色
X1 [NaOH] （g/L）	X2 [H2O2] （g/L）	X3 [稳定剂] （g/L）	X4 水玻璃(g/L)	X5 [NaOH] (g/L)	X6 时间 (h)
+1.682	46.82	20.728	16.728	81.82	11.364	13.364
+1	40	18	14	75	10	12
0	30	14	10	65	8	10
-1	20	10	6	55	6	8
-1.682	13.18	7.272	3.272	48.18	4.636	6.636

2. 4 冷轧堆前处理工艺 坯布二浸二轧浸轧工作液（带液率为80~90%）→打卷堆置（30±1°C，20小时）→热水洗→冷水洗→烘干 工作液处方如下： 氢氧化钠 X1 g/L 双氧水（100%） X2 g/L 稳定剂 DF-71 X3 g/L 精练剂DF-61 8 g/L 渗透剂JFC 2 g/L2.5 冷轧堆染色工艺 前处理半制品一浸一轧工作液（带液率为85%~95%）→打卷堆置（30±1°C， X6小时）→冷水洗→热水洗→皂煮（洗

涤剂3g/L，95°C ，10min）→热水洗→冷水洗→烘干 工作液处方如下： 水玻璃 X4 g/L 氢氧化钠 X5 g/L雷马素染料10 g/L 2.6 测试 白度的测试：用WS-SD d/o 色度白度仪测定织物的反射率。强力的测定：用YG026C型电子织物强力机测定织物的纬向强力。 毛细管效应（简称毛效）的测定：用毛细管效应的方法测定织物的毛效。 K/S值：用Gretag Macbeth COLOR-EYE 3100测配色系统测定。 耐洗色牢度：按GB/T3921-97试验1方法3，在GYROWASH4/5水洗/干洗色牢度机上测定后评级。3. 数据处理表 2实验结果和预测值

序号	反射率（%）	毛效（cm/30min）	断裂强度（N）	K/S值
真实值	预测值	真实值	预测值	真实值	预测值	真实值	预测值
1	73.85	73.65	10.25	10.50	333.50	366.69	1 8.775	19.10
2	76.01	76.29	12.10	12.14	364.50	348.58	20.751	20.98
3	75.53	74.87	10.30	10.20	356.70	352.93	16.745	17.71
4	77.09	76.33	11.35	11.90	245.75	275.92	17.775	18.68
5	73.17	73.07	11.10	11.08	305.45	300.61	17.740	17.85
6	75.86	75.66	10.40	11.03	277.80	344.70	18.854	18.90
7	74.65	73.50	10.30	10.79	307.80	311.24	16.376	17.17
8	75.57	74.90	10.50	10.79	304.30	296.44	16.620	17.31
9	72.49	73.35	9.60	9.49	372.15	317.79	20.334	19.53
10	76.34	76.75	11.50	10.87	312.30	290.11	21.842	21.22
11	74.13	73.87	11.25	10.98	335.35	350.40	20.989	21.06
12	72.74	74.26	11.00	10.53	308.20	298.33	20.065	18.56
13	75.58	75.98	12.20	12.02	373.40	359.75	17.566	16.62
14	73.45	74.31	12.15	11.58	343.40	321.43	14.889	14.41
15	74.58	74.23	8.10	8.54	283.55	295.61	20.846	20.30
16	74.79	74.23	8.85	8.54	296.35	295.61	20.020	20.30
17	74.01	74.23	7.9	8.54	286.70	295.61	19.673	20.30
18	74.71	74.23	8.80	8.54	272.60	295.61	19.845	20.30
19	74.39	74.23	8.10	8.54	258.60	295.61	20.703	20.30
20	73.20	74.23	9.35	8.54	305.00	295.61	20.471	20.30

中心旋转法的三个变量的二次回归方程的一般形式[2]是： 式中：y表示实验结果数值 b表示回归系数 x表示变量 根据表2的实验结果，按照B[2] 的计算公式进行数据处理，所求的回归系数及显著性检验结果见表3。表3 回归系数和F检验 <

系数	反射率（%）	毛效（cm/30min）	断裂强度（N）	K/S值
b0	74.22762	8.53555	283.7675	20.2962
b1	1.01096	0.40977	－15.5073	0.50531
b2	0.11804	－0.13331	－8.2283	－0.74386
b3	－0.49888	－ 0.13065	－11.3913	－0.65603
b12	－0.29625	1.25000	－14.725	－0.227
b13	－1.37501	－0.42500	6.09999	－0.20599
b23	－0.19625	1.19209	15.55	0.17600
b11	0.28920	0.58006	14.2235	2.78460
b22	－5.73666	0.78340	6.99161	－0.17054
b33	0.32456	1.15472	－1.69100
F1	3.47	1.28	5.45	6.47
F2	6.86	11.14	8.01	28.65
可信度（%）	97.5	99	97.5	99

表3方差的检验结果表明，各参数的回归方程的可信度都在97.5%以上。表2的预测值是根据表3中的回归系数值所确定的回归方程求出的，与所对应的实验值相比，两者的值都比较接近。这说明二次回归方程与实际情况拟合得很好，可以用来预测白度、毛效、断裂强度的值及K/S值，并进一步用来优化工艺。4. 结果与讨论4.1 冷轧堆前处理工艺条件的优化 前处理半制品的白度、毛细管效应、断裂强度是衡量半制品质量的重要参数。坯布经过前处理以后，织物的反射率一般要大于70%，毛细管效应在8cm/30min以上，以利于染色加工；断裂强度损伤小于20%，确保织物的内在质量达到一等品的要求。图1是反射率二维等值图，图2是毛效二维等值图，图3是断裂强度二维等值图。4.1.1 双氧水浓度的影响 在短流程前处理工艺中，漂白剂一般都用双氧水。由于双氧水去杂能力强，最终分解产物为水和氧气，不腐蚀设备，这些都使双氧水成为冷轧堆短流程前

处理首选漂白剂。 比较图1~图3中双氧水的浓度为14g/L的（b）图与双氧水的浓度为10g/L的（a）图时，发现双氧水浓度较大时，织物反射率的值有所增大，毛细管效应能增加1cm以上，但断裂强度值变小。在冷轧堆前处理中，双氧水在碱性条件下电离成HOO－ ，与色素反应，提高织物白度。双氧水浓度较大时，电离成HOO－的浓度一般也大，织物白度必然也增大。双氧水在碱性条件下的化学反应很复杂，产生了一部分HOO·等自由基，HOO·等自由基除了与色素反应外，也能使浆料降解，有利于浆料去除，故毛细管效应增加较明显；HOO·等自由基还能使纤维素大分子降解，使织物强度下降。综合以上因素分析，既要满足织物白度的要求，又不会使织物断裂强度损失很多，将双氧水的浓度范围确定为10~14g/L。4.1.2 烧碱浓度的影响 从图1中可以明显看出，随着烧碱浓度的增加，织物的反射率增加。在碱氧一浴前处理工艺中，通常认为HOO－是进行漂白的主要成分[3] 。而烧碱是双氧水的活化剂，H2O2≒H＋+ HOO－。烧碱的加入有利于反应向右进行，从而产生更多的过氧化氢阴离子HOO－。所以随着烧碱浓度的增加，织物的白度也逐渐增加。 图3的断裂强度二维等值图中曲线是椭圆，有一个最小值的区域。烧碱浓度增加时，断裂强度值一般都减小，这是因为在碱性条件下双氧水分解出自由基量增多，产生的氧化纤维素量也多，所以，纤维强力损伤较大。在双氧水浓度为较低的10g/L时（图3的a），烧碱浓度较高时，断裂强度却是增加的。在碱性条件下，有利于双氧水电离成HOO－，由于双氧水浓度低，分解出的自由基量相对少，产生的氧化纤维素量也少，纤维损伤较小。但织物的白度也较低。图2中曲线表明，随着烧碱浓度的增加，毛效也随之相应增加。烧碱浓度高，有利于棉蜡、果胶物质、浆料等杂质去除，织物的毛效必然得到提高。但是竹/棉混纺

织物的耐碱性较差，提高烧碱浓度，会使织物的断裂强度受损增加。所以应该恰当的选择烧碱浓度，兼顾白度、毛效和断裂强度三者性能指标值，冷轧堆工作液中烧碱浓度范围确定为30~40g/L。4.1.3 稳定剂浓度的影响稳定剂DF-71主要有ATMP（有机膦）、葡萄糖酸钠及水解聚丙烯酰胺等组成，对铜、铁等重金属离子具有较强的吸附能力和螯合能力，减少重金属离子对双氧水溶液的催化作用。从图1~图3看出，稳定剂浓度较小时，织物的反射率值较大、毛效较高、断裂强度值也较大。稳定剂浓度增大时，上述三项性能指标值都变小。在某一个较佳稳定剂浓度范围内，双氧水温和地电离出HOO－，冷轧堆结束时，85~90%双氧水已反应了，生产的半制品的综合性能最好。稳定剂浓度增加到一定程度后，对双氧水产生了过稳定作用，反而抑制了双氧水的分解，参加反应的双氧水量减少，所以织物的反射率有所下降，毛效也变小。 断裂强度值变小，其原理有待今后探讨。 通过上述分析，将稳定剂浓度范围确定为3~6g/L。

（a） （b）图1 反射率等值图（a）双氧水10g/L （b）双氧水14g/L（a） （b）图2 毛效等值图（a）双氧水10g/L （b）双氧水14g/L （a） （b）图3断裂强度等值图（a）双氧水10g/L （b）双氧水14g/L4.1.4较佳工艺条件和工厂试验 根据工厂对半制品的质量要求，综合考虑织物的白度、毛效和强力。优化出冷轧堆的工艺条件为： 氢氧化钠 30~40g/L 双氧水（100%）10~14g/L 稳定剂 DF-613~6g/L 精练剂DF-618g/L 渗透剂JFC2g/L 温度30°C时间20h 工厂实际采用氢氧化钠35g/L、100%双氧水12g/L、稳定剂5g/L，其余试剂浓度同上述处方。表4的半制品质量表明，断裂强度超过了原工艺的水平，解决了困扰厂里的断裂强度下降较多的难题。毛效与反射率与原工艺的半

制品毛效接近，符合生产要求。表10半制品质量

项目	坯布	半制品（冷轧堆）	半制品（原工艺）
反射率（%）	59.46	75.63	75.66
毛效（cm/30min）	—	10.1	10.9
断裂强度（N）	296.7	334.8	247.3

4.2 染色工艺条件的优化 本试验用的雷马素染料，分子结构中含有β-羟乙基砜与一氯均三嗪两种活性基团，染料具有溶解性好，固色率高，扩散性能好，匀染性好，反应性中等等特点，完全符合了冷轧堆染色对染料的要求。4.2.1 水玻璃浓度的影响 由图4中看出，在时间及烧碱浓度一定的前提下，随着水玻璃用量的增加，K/S值不断增加。水玻璃是弱碱，它能维持混合碱剂的pH值，提高冷轧堆染色的均匀性和染料的固着量。水玻璃浓度较低时，一方面染液中总的电解质浓度较低，对活性染料促染效果下降；另一方面，染液的缓冲性能下降，染料的水解反应速率有所增大，因此织物的K/S值不高。但考虑到水玻璃用量过高，会导致织物手感变硬，确定水玻璃用量为60~70g/L 。4.2.2 烧碱浓度的影响 由图4中看出，随着烧碱浓度的增加，K/S值的最大值及最大值

的范围在不断减小。pH值高到一定程度后，纤维素阴离子对氢氧根离子的浓度比值减小，抑制了纤维素阴离子的分解，且染料的直接性也随pH值增高而降低，这是因为pH值增高后纤维素电离程度增加，纤维素羟基离解的数量增多，对染料阴离子斥力增加的缘故。提高染液pH值，虽然可以提高染料和纤维素纤维的反应速率，但水解速率增加得更快。因此，烧碱浓度的范围确定为4~6 g/L。4.2.3 时间的影响 由图4中看出，最佳的时间出现在10h附近时。这是因为时间太短时，染料与纤维的固色反应进行得不充分，尚有较多的未反应染料。当时间太长时，能与纤维反应的未固着的染料量已很少，而已经结合在纤维上的染料断键水解量却增多，这样，必然导致K/S值的下降，因此，要合理确定堆置时间为8~10h。（a） （b）图4 K/S值等值图 （a）烧碱5g/L （b）烧碱6g/L）4.2.4 优化工艺条件及中试 通过实验分析获得，雷马素活性染料主要优化工艺条件为： 水玻璃 60~70g/L烧碱 4~6g/L 时间 8~10h 根据上述工艺条件，中试采用工艺条件为：水玻璃65g/L，烧碱5g/L，时间8h，染料浓度为10g/L。经测定，织物的K/S值为20.869，经皂洗牢度的测试，棉衬布的色差为0.520，竹/棉衬布的色差为0.411，竹/棉染色织物的色差为0.292，皂洗牢度在4~5级以上，完全符合要求。5. 结论5.1竹/棉（70/30）混纺织物的冷轧堆前处理的主要工艺条件为：氢氧化钠 30~40g/L，双氧水（100%）10~14g/L，稳定剂3~6g/L，精练剂DF~61 8g/L，渗透剂JFC 2g/L，温度30°C，时间20h左右。半制品的的强力损伤较小，织物反射率大于70%，毛细管效应达到10cm/30min。5.2竹/棉（70/30）混纺织物的冷轧堆染色的主要工艺条件为：水玻璃60~70g/L，烧碱4~6

g/L，时间8~10h，织物的K/S值>20，皂洗牢度达到4级，匀染性较好。参考文献:[1] 唐昕.符合生态纺织要求的竹纤维及其产品[J].国际纺织导报，2003，（3）：21~23.[2] 杨静新.中心旋转法在染整工艺最优化中的应用[J].印染，1990，16（4）：39~42，43，44.[3] 王菊生，孙铠.染整工艺原理（第二册）[M].北京：中国纺织出版社，1983，145.