一种全流程生态环保植物染面料的产品开发.pdf

一种全流程生态环保植物染面料的产品开发印染（2024 No.5）一种全流程生态环保植物染面料的产品开发任长友1，赵静2，刘文辉1，吕治家2，3()1.山东魏桥特宽幅印染有限公司，山东 邹平 256200；2.魏桥纺织股份有限公司，山东 邹平 256200；3.天津工业大学，天津 300387摘要：探讨了一种全流程生态环保植物染面料的设计思路及生产关键要点。优选天然纤维材质，在坯布生产加工中选用接枝淀粉上浆，染整加工中采用生物酶和茶皂素生物助剂前处理、天然植物染料染色和空气洗柔软整理，获得全流程生态植物染成品面料。测试了面料色牢度和化学类物质，检测结果均达到标准。与常规柔软剂整理相比，采用空气洗柔软整理的织物反弹率和悬垂性均较优。关键词：染整；生态面料；接枝淀粉；植物染；空气洗中图分类号：TS106；TS190.2文献标志码：BDOI：10.3969/j.yinran.202405007Development of a full process ecological and environmental friendly plant dyed fabricREN Changyou1,ZHAO Jing2,LIU Wenhui1,LYU Zhijia2,3 1.Shandong Weiqiao Extra Wide Width Printing and Dyeing Co.,Ltd.,Zouping 256200,China;2.Weiqiao Textile Co.,Ltd.,Zouping 256200,China;3.Tiangong University,Tianjin 300387,ChinaAbstract:The design concept and key production points of a full process ecological and environmentally friendly plant dyeing fabric are explored.The technological process is carried out,which is,the cotton fiber is sizedwith grafted starch,and scoured with biological enzyme and tea saponin biological additives,then dyed withnatural plant dyes and air softening finishing.According to national standards and ecological textile requirements,the color fastness and chemical substances of the fabric are tested,and the test results meet the standards.Compared with fabrics of the same specification treated with softening agents,fabrics treated with airsoftening process show better rebound and drape properties.Key words:dyeing and finishing;ecological fabric;grafted starch;plant dye;air softening随着国家双碳战略的推行和消费者生态环保意识的提高，绿色低碳可持续发展已成为纺织服装产业未来发展的大趋势1。生态环保纺织品涵盖生产的全生命周期，包括产品的设计、生产、销售、使用以及可回收再利用。目前纺织企业的生态环保措施更多的是侧重于印染生产的智能化改造和工艺优化，从生产装备升级、缩短工艺流程、印染工艺创新、设备能耗降低、使用清洁能源等方面入手，通过节能减排实现产品生产过程的生态环保。全流程生态植物染面料开发旨在贯穿面料的整个生产周期，改善现有智能化改造模式或单一某道工序的生态加工措施。本产品开发依托魏桥纺织股份有限公司的全产业链资源优势，从坯布生产至染色加工、后整理均采用具有生态属性的工艺路线，开发具有绿色、生态属性的成品面料。本文对生态纺织品的全流程生产加工做一梳理。1产品设计要点1.1总体设计方案全流程生态植物染面料是在坯布生产织造、染整加工中的各环节均不使用含化学浆料和染化料等，以全流程绿色加工工艺完成整款面料的生产。在坯布的织造过程中，为提升经纱的强力和耐磨性，以满足织造生产要求，需要在浆纱环节选用黏附性和成膜性好的浆料。PVA（聚乙烯醇）作为纺织浆料的三大浆料之一被广泛应用于各种棉、麻、涤纶、再生纤维素类纤维经纱的上浆中，但其使用后存在生物降解性能差，退浆废液较难降解等问题，部分发达国家已禁止PVA作为浆料使用。此外，在前处理加工过程中也容易出现因PVA退浆退不净而影响染色质量等问题。目前，部分客户在订单合同中也有明确标注不可含PVA浆料等信息。因此，在浆纱过程中，生产商可以选用高性能淀粉、接枝淀粉浆料来代替，以提升纱线中浆膜力学性能、增加浆膜的完整性及均匀性，从而提升纱线的强力和耐磨性能，满足高速织机生产开车需求。坯布在染整加工时，前处理退浆环节采用生物酶加工，相比传统碱退浆，前者具有高效、绿色环保加工属性。碱退浆不能使浆料降解，一般退浆率在50%70%，需要通过后道工序的精练和大量水洗去除；而生收稿日期：2024-01-16；修回日期：2024-04-25基金项目：山东省重点研发计划项目（2023CXGC010610）；泰山产业领军人才工程专项经费项目（tsjn20221129）。作者简介：任长友（1976），工程师，山东魏桥特宽幅印染有限公司总经理。通信作者：吕治家（1981），正高级工程师，高级纺织面料设计师，魏桥纺织股份有限公司总工。E-mail：。35印染（2024 No.5）物酶对淀粉具有分解作用，能降低淀粉的相对分子质量，从而降低溶液的黏度，使浆料迅速洗脱，退浆率可达90%95%2，浆料的去除不需要剧烈的机械作用，用水量少，也可以在低温条件下达到退浆效果，既可以缩短工艺流程，又可以减少污水排放量，同时对织物损伤小3，为保障产品质量创造良好的生产条件。植物染料主要来自于自然界植物的花、茎、叶、果实、种子、皮、根等，具有可生物降解和环境友好性。同时植物染料本身具有无毒性、无污染、无公害的特点，且还具有抗菌消炎、活血化瘀等功效4。植物染料与天然纤维的结合更能体现生态环保性。后整理加工可使面料获得良好的手感，采用空气洗整理方式，以机械式加工手段获得柔软手感。空气洗整理还可以通过控制高能气流、温湿度、风量大小等，赋予织物质地柔软、蓬松感、尺寸稳定、3D视觉效果、怀旧风格等多种效果。1.2产品设计全流程植物染面料的生产开发终端产品定位于家纺产品，在面料设计时优选天然纤维作为产品原料。棉纤维作为自然生长的纤维，可直接用于纺织，从根源上减少了资源消耗和浪费，废弃后可自然降解。棉纤维的多孔性赋予织物优异的吸湿、透气性能，深受消费者喜爱，故以纯棉纤维为契入点进行设计开发。优选双层组织结构。双层面料以透气、柔软舒适的特性，深受婴童及家纺用品的青睐。在组织结构设计时选择平纹双层组织。黄色在中国的传统文化中代表着端庄、典雅，同时黄色给卧室带来更多的暖意，给人以温暖平和的使用感受。选用栀子黄染料为产品的染色原料，同时栀子染床品还具备抑菌消炎的功效，具有保护消费者健康的作用5-6。在纹样设计方面，优选具有黄色代表图案的银杏叶为提花纹样，呈现大自然独有的生态美。面料中经纬密度、纱支粗细对产品的服用和外观风格影响较大，由于双层组织结构的设计中纱支、经纬向密度过大，易造成面料过于硬挺，偏离柔软、透气的产品设计初衷，纱线选用精梳9.72 tex纱线（属于高支纱），经纬向总紧度控制在60%以下的平纹结构，从而达到光洁、柔软的效果。确定坯布规格为：幅宽299.7 cm、经纬纱均为精梳纯棉本色 9.72 tex、经密681根/10 cm、纬密630根/10 cm、大提花纹织1/1双层组织结构。采用纹织工艺处理，应用纹织CAD软件，按照纬密630根/10 cm对使用图案像素进行调整，将水平像素垂直像素调整为：2 520 dpi1 800 dpi，设计为四方连续纹样，采用平纹双层组织，依次建立样卡、铺入组织、建立组织结构对应关系、纹板意匠处理，生成大提花可识别JC5文件，完成纹织工艺处理，纹板图如图1所示。图1上机生产纹板图Fig.1Fabric pattern2各流程生产要点2.1坯布2.1.1纱线选择为适用后续喷气织机的高速运转需求，综合考虑产品成本因素，选用紧密纺精梳纺纱生产工艺。生产的纱线具有良好的条干均匀度、杂质少，以及出色的单纱强力和耐磨性等，可满足后续织造条件需求。2.1.2浆纱采用HS-40型浆纱机，将压浆辊硬度控制在80邵氏度7，校正实际压浆力与设置压浆力数据一致，同时确保浆纱机所带三根湿分绞棒正常使用，并呈湿分状态，以改善毛羽的贴伏和浆膜完整。采用接枝淀粉，以高压调浆桶进行调浆。具体工艺配方为：接枝淀粉TM6100 80 kg、磷酸酯淀粉35 kg、定积为0.830.85 m3。浆纱开车过程，车速65 m/min、压浆力3.0 kN、主浆槽温度9296、在线回潮率7.5%8.5%，浆液黏度89 s，湿区张力控制在0.9%1.0%，干区张力控制在0.6%0.8%。采用该工艺，纱线的上浆率为14%。强力由原纱的190.47 cN提高到234.87 cN，伸长率由原纱的4.12%提高至4.18%。2.1.3织造生产采用360型喷气织机和配套大提花机生产。将设置好的JC5文件拷入大提花机电脑，调试优化织机工艺参数，根据双层面料的生产经验，适当调大上机张力，以改善开口清晰度，有利于减少经纱摩擦、降低断头、提高生产效率。2.2染色加工2.2.1生态环保前处理采用生物酶和茶皂素对织物进行前处理。采用的退浆酶 NATFOCEOL-105X BIO 是由非病原菌发酵而成的-淀粉酶，可迅速将淀粉分解成短链糊精和低聚糖。茶皂素生物基助剂色维净AP为特殊化合物的36一种全流程生态环保植物染面料的产品开发印染（2024 No.5）复配物，性能更温和，同时具有漂白、活化、乳化、渗透润湿和强效分散等功能。第一步：退浆酶 NATFOCEOL-105X BIO 35 g/L，渗透剂CP-WS 03 g/L，打卷包膜室温堆置612 h，水洗烘干；第二步：茶皂素助剂色维净AP 1520 g/L，渗透剂 CP-WS 03 g/L，室温堆置 612 h，水洗烘干；第三步：茶皂素助剂色维净AP 1520 g/L，渗透剂CP-WS 03 g/L，95 以上汽蒸3050 min，水洗烘干。应用酶退浆+茶皂素处理，织物手感柔软，强力损伤小，综合成本低于传统工艺，生产的半制品白度达到75左右，退浆率达到7级，毛细管效应5 cm/5 min以上，助剂用量减少，水电汽消耗降低，污水处理的负担小。2.2.2生态环保植物染染色加工本技术方案所采用的植物染料为常州美胜生物材料有限公司的栀子黄染料，为提升成品面料的色牢度，对面料进行改性处理8，具体染色工艺曲线如图2所示。常温20 min后放水常温水20 min 升温80，30 min后放水改性剂1 g/L中和酸0.2 g/L常温30 min23/min升温90，30 min后放水80，30 min后放水水洗皂洗剂1 g/L栀子黄染料0.5 g/L图2染色工艺曲线Fig.2Dyeing technological process2.2.3生态环保后整理采用YF2019-360平幅连续式气流柔软机（江阴月发）进行空气洗。利用高能气流对织物进行平幅连续特殊整理，以获得柔软、蓬松的手感和良好的尺寸稳定性。3面料性能测试3.1面料色牢度对采用上述工艺制备的成品面料进行色牢度测试，测试执行标准为GB/T 39202008 纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度、GB/T 39212008纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度、GB/T 57132013 纺织品 色牢度试验 耐水洗色牢度、GB/T 39222013 纺织品色牢度试验 耐汗渍色牢度、GB/T 188862019 纺织品 色牢度试验 耐唾液色牢度、GB/T 84261998 纺织品 色牢度试验 耐光色牢度，然后采用GB/T 2502008 纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡 和GB/T 2512008 纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡 进行评级。测试结果表明，栀子黄染料染色织物的耐摩擦、耐皂洗、耐水渍以及耐汗渍色牢度比较好，变色和沾色均在45级，耐唾液色牢度和耐光色牢度基本可保持在34级，表明面料改性处理后耐日晒色牢度有一定的提升，可满足家用纺织品使用要求。3.2面料风格指标机械式空气洗后整理加工的植物染面料具有柔软、暖糯的手感9-10。利用 YG821L 型织物风格仪和YG811E型织物悬垂测试仪测试面料的反弹率和悬垂系数，反弹率越大、悬垂系数越小，表明面料越柔软。将经空气洗面料与同规格柔软剂整理后的面料进行对比，测试结果如表1所示。表1面料反弹率和悬垂性Table 1Recovery and drapery of the fabric工艺空气洗柔软剂整理反弹率/%经向52.0048.03纬向55.8648.11悬垂系数静态65.6467.66动态79.9779.75从表1可以看出，与柔软剂整理的面料相比，经过空气洗的全流程生态植物染面料经向反弹率提高3.97%、纬向提高7.75%；而两者悬垂系数相差不大，说明通过机械式空气洗整理的植物染面料的手感可与助剂整理织物的手感相媲美。3.3面料生态环保指标测试成品面料按照GB/T 75732009 纺织品 水萃取液pH值的测定、GB/T 2912.12009 纺织品 甲醛的测定 第 1 部分：游离和水解的甲醛（水萃取法）、GB184012010 6.7 条、GB/T 175922011 纺织品 禁用偶氮染料的测定 等标准进行测试，结果发现产品的pH为6.5，在标准的4.07.5范围内，无甲醛和可分解致癌芳香胺染料检出，无异味。4结束语优选天然纤维材质，在坯布生产加工中选用接枝淀粉上浆，染整加工中采用生物酶和茶皂素生物助剂前处理、天然植物染料染色和空气洗柔软整理，获得全流程生态植物染成品面料。参考文献：1杜欢政，刘建成，陆莎.双碳目标下纺织产业的绿色创新与发展J.纺织学报，2022，43（9）：121-122.2纪一村，陈迎春，许艳华，等.棉针织物的生物酶精练抛光一浴法工艺J.印染，2019，45（24）：27-30.3蔡永东，马顺彬.绿色染整加工技术在家用纺织品种的应用J.纺织导报，2017（8）：28-29.4孟辛梅.植物染色技艺及发展前景分析J.轻纺工业与技术，2022，51（6）：130-132.5郑铮.天然栀子黄染色棉织物的防紫外和抗菌性能J.印染助剂，2021，38（2）：51-54.6武榕芳.植物染色在婴幼儿服装中的应用D.青岛：青岛大学，2018.7朱子琨.浅谈压浆辊表面硬度对上浆率的影响J.天津纺织科技，2001（2）：16-17.8张毅，郭倩，卫聪，等.植物染棉织物色牢度的研究进展J.棉纺织技术，2023，51（1）：80-83.9赵静，王美芬，吕治家，等.纯PTT仿毛面料的设计与性能分析J.棉纺织技术，2021，49（12）：38-41.10吕治家.仪纶家纺系列产品的开发与研究J.纺织导报，2016（3）：32-35.37