全棉阻燃斜紋麵料的色牢度與染色工藝改進 一、引言 全棉阻燃斜紋麵料作為一種兼具天然纖維舒適性與功能性防護性能的重要紡織材料，廣泛應用於消防服、冶金作業服、電力檢修服以及軍用防護裝備等領域。...
全棉阻燃斜紋麵料的色牢度與染色工藝改進
一、引言
全棉阻燃斜紋麵料作為一種兼具天然纖維舒適性與功能性防護性能的重要紡織材料，廣泛應用於消防服、冶金作業服、電力檢修服以及軍用防護裝備等領域。其核心優勢在於以100%棉纖維為基礎，通過化學或物理改性賦予織物永久或半永久的阻燃性能，同時保留了棉纖維良好的吸濕透氣性、柔軟手感和生物降解特性。然而，在實際應用過程中，該類麵料常麵臨色牢度不足的問題，尤其是在高溫、摩擦、水洗及光照等複雜環境條件下易發生褪色、變色或沾色現象，嚴重影響產品外觀品質與使用壽命。
色牢度是衡量紡織品在各種外界因素作用下保持原有色澤能力的關鍵指標，直接影響消費者滿意度與產品市場競爭力。而染色工藝作為決定色牢度的核心環節，其優化對於提升全棉阻燃斜紋麵料的整體性能至關重要。本文將係統探討全棉阻燃斜紋麵料的結構特征、色牢度影響因素，並深入分析當前主流染色技術及其存在的問題，進而提出針對性的工藝改進策略，結合國內外權威研究成果，構建科學可行的技術路徑。
二、全棉阻燃斜紋麵料概述
2.1 基本定義與結構特點
全棉阻燃斜紋麵料是指采用100%棉紗線織造而成，具有典型斜紋組織結構（即經緯交織點呈對角線排列）並經過阻燃整理處理的功能性織物。斜紋組織的特點是表麵呈現明顯的斜向紋路，織物結構緊密，耐磨性和懸垂性優於平紋織物。
| 參數名稱 | 典型值/範圍 | 說明 |
|---|---|---|
| 纖維成分 | 100% Cotton | 天然纖維素纖維，環保可降解 |
| 織物組織 | 斜紋（2/1 或 3/1） | 提高織物強度與質感 |
| 克重（g/m²） | 180–320 | 根據用途調整厚度 |
| 幅寬（cm） | 150 ± 5 | 工業標準幅寬 |
| 阻燃等級（GB/T 17591） | B1級（難燃） | 符合中國國家標準 |
| 極限氧指數（LOI） | ≥28% | 反映材料自熄能力 |
| 垂直燃燒損毀長度 | ≤150 mm | 國標要求≤150mm |
資料來源：《紡織品 阻燃性能測試方法》（GB/T 5455）、《阻燃織物設計與應用》（東華大學出版社）
2.2 阻燃機理簡介
全棉阻燃通常通過以下兩種方式實現：
- 後整理法：使用含磷、氮、硼等元素的阻燃劑（如Pyrovatex CP、Proban等）對棉織物進行浸軋焙烘處理，形成交聯網絡，降低熱分解溫度，促進炭化。
- 纖維改性法：采用阻燃粘膠或共聚型阻燃棉纖維混紡，但成本較高，目前主流仍為後整理工藝。
國外研究顯示，Proban工藝通過四羥甲基氯化磷（THPC）與尿素反應生成不溶性聚合物沉積於纖維內部，實現耐久阻燃效果（Horrocks A.R., Polymer Degradation and Stability, 2004）。國內學者張建春等人在《功能高分子學報》中指出，國產FR-568阻燃劑經優化配方後可達國際先進水平。
三、色牢度評價體係與測試標準
3.1 色牢度分類
根據ISO 105係列和GB/T 8427等標準，色牢度主要包括以下幾個方麵：
| 色牢度類型 | 測試條件 | 評級標準（1–5級） | 行業要求（低） |
|---|---|---|---|
| 耐皂洗色牢度 | 40℃ / 60℃ / 95℃ 水洗 | 變色≥3-4，沾色≥3 | ≥3-4級 |
| 耐摩擦色牢度 | 幹摩、濕摩 | ≥3級 | 濕摩≥3級 |
| 耐光色牢度 | 氙燈照射（AFU=20–40） | ≥5級（戶外用） | ≥6級（軍用） |
| 耐汗漬色牢度 | 酸性/堿性人工汗液 | ≥3-4級 | ≥3級 |
| 耐熱壓色牢度 | 150–180℃熱壓 | ≥4級 | ≥4級 |
| 耐氯漂色牢度 | 含氯溶液浸泡 | ≥3級 | 醫療/清潔行業要求 |
注：評級越高表示性能越好；“變色”指樣品自身顏色變化，“沾色”指對貼襯織物的汙染程度。
3.2 影響色牢度的主要因素
- 染料選擇不當：活性染料雖親和力強，但在阻燃整理後的棉纖維上固色率下降。
- 阻燃劑殘留影響：部分阻燃劑含有酸性或堿性成分，破壞染料分子穩定性。
- 染色pH控製不佳：pH波動影響染料電離狀態與纖維吸附行為。
- 固色不充分：未反應染料殘留導致易脫落。
- 後整理交叉幹擾：阻燃整理與染色順序不合理引發相互抑製。
美國AATCC Technical Manual指出，阻燃整理若先於染色進行，可能導致染料滲透困難，降低上染率（AATCC Test Method 61-2022）。而日本紡織學會期刊報道，采用兩浴法（先染後整）更利於色牢度提升（Sen’i Gakkaishi, 2019）。
四、傳統染色工藝及其局限性
4.1 常規染色流程
典型的全棉阻燃斜紋麵料染色工藝如下：
坯布準備 → 燒毛 → 退漿 → 煮練 → 漂白 → 染色 → 固色 → 水洗 → 阻燃整理 → 定型 → 成品檢驗其中染色環節多采用浸染法或連續軋染法，常用染料包括：
- 活性染料：色彩鮮豔、環保，適用於深色係；
- 還原染料：日曬牢度優異，適合軍綠色、藏青等；
- 硫化染料：成本低，但環保性差，逐漸被替代。
4.2 存在問題分析
盡管上述工藝成熟，但在全棉阻燃麵料中存在明顯缺陷：
| 問題類別 | 具體表現 | 成因分析 |
|---|---|---|
| 上染率偏低 | 同樣染料用量下得色淺，需增加染料濃度 | 阻燃劑覆蓋纖維表麵，阻礙染料擴散 |
| 固色效率下降 | 遊離染料增多，水洗牢度差 | 纖維官能團被阻燃劑封閉，反應位點減少 |
| 色光不穩定 | 批次間色差大，重現性差 | 阻燃劑批次差異影響染料吸附動力學 |
| 摩擦牢度不達標 | 尤其濕摩擦牢度常低於3級 | 浮色難以徹底清除 |
| 環保壓力增大 | 高鹽高堿染色造成廢水COD/BOD升高 | 傳統活性染工藝依賴大量元明粉促染 |
德國亨克爾公司（Henkel）在其技術報告中指出，未經預處理的阻燃棉布染色時，活性染料固色率普遍比普通棉低15%-20%（Henkel Textile Chemicals, 2021）。國內江南大學團隊通過實驗驗證，阻燃整理後棉纖維的Zeta電位絕對值降低，表明表麵負電荷減少，不利於陰離子型活性染料吸附（《印染》，2020年第12期）。
五、染色工藝改進策略
為解決上述問題，近年來國內外研究人員從前處理優化、染料篩選、助劑創新、工藝順序調整等多個維度展開攻關，取得了顯著進展。
5.1 工藝順序優化：先染後整 vs 先整後染
| 方案 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 先染後整 | 染料充分上染，色牢度高，色光穩定 | 阻燃劑可能破壞已形成的染料-纖維鍵合 | 高色牢度要求產品 |
| 先整後染 | 阻燃均勻，避免高溫定型對染料影響 | 上染困難，需特殊染料或助劑輔助 | 對阻燃均勻性要求高 |
| 一浴法同步處理 | 縮短流程，節能降耗 | 技術難度大，染料與阻燃劑兼容性要求極高 | 實驗室階段探索 |
研究表明，先染後整方案在多數情況下更具可行性。英國利茲大學的研究團隊發現，當采用Proban阻燃工藝時，若先完成染色再進行氨熏交聯，可使活性染料固色率維持在75%以上（Richardson M., Coloration Technology, 2018）。中國天津工業大學開發出“低溫預交聯+高溫固化”分步阻燃工藝，有效減少了對染料結構的破壞。
5.2 新型染料與助劑的應用
（1）高固著率活性染料
新一代雙活性基團（如乙烯碸+一氯均三嗪）或多活性基染料（如Sumifix Supra係列、Drimente CE係列）能夠提高與纖維的反應概率，減少水解損失。
| 染料品牌 | 類型 | 固色率（%） | 鹽用量（g/L） | 適用pH範圍 |
|---|---|---|---|---|
| Sumifix Supra（住友） | 雙活性基 | 80–85 | 40–60 | 10.5–11.0 |
| Cibacron LS（亨斯邁） | 低鹽型 | 75–80 | 20–30 | 10.0–10.5 |
| Remazol RGB（德司達） | 通用型 | 65–70 | 70–90 | 11.0 |
數據來源：《染料工業手冊》（化學工業出版社，2021）
（2）生態型無鹽染色技術
采用非離子型促染劑（如聚醚類化合物）替代傳統無機鹽，降低廢水負荷。瑞士科凱集團（Archroma）推出的EcoSolve® Dyeing Technology可在零鹽條件下實現高效染色，COD排放減少60%以上。
（3）多功能複合助劑
開發兼具分散、勻染、防泳移、固色功能的複合助劑，例如：
- 納米二氧化矽改性固色劑：形成保護膜，阻止染料遷移；
- 陽離子改性殼聚糖：增強染料與纖維間的靜電引力；
- 有機矽微乳液：改善織物表麵光滑度，提升濕摩擦牢度。
浙江理工大學研發的CS-NH₂-SiO₂複合助劑，在180℃熱處理後可在纖維表麵形成致密網絡，濕摩擦牢度由2.5級提升至4級（《紡織學報》，2022）。
5.3 染色過程智能化控製
引入在線監測係統（如反射率傳感器、pH自動調控裝置），實現實時反饋調節，確保染色一致性。
| 控製參數 | 傳統方式 | 智能控製係統 | 改進效果 |
|---|---|---|---|
| 溫度 | 分段設定 | PID閉環控製 | 波動<±1℃ |
| pH | 手動滴加酸堿 | 自動投加係統 | 穩定在±0.2範圍內 |
| 液流速度 | 固定泵速 | 變頻調節匹配織物運行 | 減少折痕與色花 |
| 染料補加 | 經驗判斷 | 光譜分析+AI預測模型 | 色差ΔE<0.5 |
意大利THEN公司推出的ColorJet智能染色係統已在多家高端麵料廠投入使用，大幅提升了生產穩定性。
六、典型案例分析
案例一：某企業藏青色阻燃斜紋製服麵料改進項目
- 原工藝：先阻燃（Proban法）→ 活性藍M-R染色 → 普通固色
- 問題：濕摩擦僅2級，水洗3次後掉色嚴重
- 改進措施：
- 改為先染後整工藝；
- 更換為Sumifix Supra Blue E-GL染料；
- 添加0.8%納米SiO₂固色劑；
- 增設超聲波水洗單元去除浮色
- 結果對比：
| 指標 | 改進前 | 改進後 | 測試標準 |
|---|---|---|---|
| 耐皂洗變色 | 3 | 4-5 | GB/T 3921 |
| 耐濕摩擦 | 2 | 4 | GB/T 3920 |
| 耐光色牢度 | 5 | 6 | GB/T 8427 |
| 固色率（%） | 62 | 83 | UV-vis測定 |
案例二：歐洲某消防服供應商綠色染色轉型
- 目標：實現REACH法規合規，降低碳足跡
- 措施：
- 采用Archroma低鹽染色工藝；
- 使用生物基表麵活性劑；
- 配套逆滲透（RO）廢水回用係統
- 成果：
- 鹽用量減少70%；
- COD降低55%；
- 色牢度全部達到ISO 105-E03 Class 4以上
七、未來發展方向
隨著可持續發展理念深入人心，全棉阻燃斜紋麵料的染色工藝正朝著綠色化、智能化、功能集成化方向發展。
7.1 生物酶技術融合
利用纖維素酶進行輕度拋光處理，去除表層阻燃劑結晶，恢複纖維活性位點。韓國明知大學研究顯示，經β-葡萄糖苷酶處理後，阻燃棉的染料吸附量提升22%（Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2020）。
7.2 數字化配色與虛擬打樣
借助測色儀與計算機配色軟件（如Datacolor Match Pigment），實現一次準確調色，減少試樣次數，節約資源。
7.3 功能一體化整理
探索將染色、阻燃、防水、抗靜電等功能整合於同一加工流程中，例如采用微膠囊包覆技術，使不同功能組分有序釋放，避免相互幹擾。
7.4 循環經濟模式構建
推動廢舊阻燃棉織物回收再利用，開發脫色再生技術，實現閉環生產。荷蘭Fulgar公司已實現PET基阻燃纖維的化學回收，棉纖維相關技術正在攻關中。
