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棉/錦織物一浴一步法染色技術

2020-04-10常州市新浩印染有限公司 崔浩然

?? 1 內容提示

??? 反應性直接染料染棉與中性染料(或分散染料)染錦,具有良好的同浴染色適應性。因此,以使棉/錦織物改二浴二步套染為一浴一步法染色。實踐證明,該工藝染色效果良好,“節能、減排、增效”優勢突出,極具推廣價值。

??? 棉/錦(或錦/棉)織物,既有棉纖的吸濕透氣、手感柔糯的性能,又有錦綸的彈力、耐磨耐用的優良特性。因而,棉/錦類織物在紡織服裝面料中占有重要地位。

??? 由于棉/錦類織物是棉與錦綸的交織物,而棉與錦綸的染色性能截然不同,所以,通常是以二浴二步套染法染色。,以中溫型活性染料染棉,以酸性、中性或分散染料染錦。然而,二浴二步套染法染色,耗能大、排污多、產量低,不符“節能、減排、增效的環保理念。所以,研究和實踐一浴一步法染色技術,既有長遠意義又有現實意義。

??? 棉/錦類織物實現一浴一步法染色,其關鍵點有三。其一,染棉染料與染錦染料對染色溫度的要求要相同。其二,染棉染料與染錦染料對染浴pH值的適應性要良好。其三,染棉染料與染錦染料受電解質的影響要一致。

??? 實驗與實踐證明,反應性直接染料與中性染料(或分散染料),具有良好的同浴染色適應性,以一浴一步法染棉/錦類織物,可以獲得理想的染色效果。

?? ?2 反應性直接染料、分散染料(中性染料)對同浴染色的適應性

??? 2.1 染色溫度

??? 反應性直接染料(如上海興康化工有限公司的克牢克隆AA型染料、蘇州艾加紡織化工有限公司的CellufastTMN型染料等),是近年問世的新品種。它既具有活性染料能與纖維素纖維形成化學鍵結合,固著牢度優良的特點,又有直接染料竭染率高,染色性好,耐熱穩定性佳的優點。

??? 經檢測,反應性直接染料在80℃染色,其表觀色深相對略高(注這是由于在較低的溫度下染,染料的吸附速率大于擴散速率,染料在纖維表層堆積較多所致,并不證明反應性直接染料是中型染料)。而保溫100℃沸溫染色,其表觀色深相對略低,但由于沸溫染棉纖的溶脹度大,染料的擴散能力與移染能力較強,勻染透染效果好,色澤穩定性好,染色牢度相對也好。這說明,反應性直接染料染棉,整體效果最好的染色溫度是100℃,而并非80℃。

??? 反應性直接染料的上染量與染色溫度的依附關系如表1所示。

1 反應性直接染料的上染量與染色溫度的依附關系

染料

?

相對得色深度(%)

70

80

90

100

反應性直接橙N-4R

94.23

100.36

100.21

100

反應性直接紅N-DS

103.59

104.55

102.77

100

反應性直接藍N-DN

107.03

110.44

107.05

100

反應性直接黑N-A

109.29

111.49

109.07

100

? ??(1) 處方:染料2% (owf),六偏磷酸鈉1.5 g/L、純堿lg/L、食鹽70g/L。(2) 藝:浴比125,升溫速率2%/min,70℃、80℃、90℃、100℃分別保溫染色50min,水洗、皂洗、水洗、烘干。(3) 檢測:以Datacolor SF 600X測色儀檢測。

錦綸雖屬疏水性纖維,但結構比滌綸疏松,吸水性較滌綸大,在水中容易溶脹,玻璃化溫度低(錦綸647℃~50℃)。因此,無論是中性染料還是分散染料,在沸溫100℃條件下染色,便可獲得最佳染色效果。分散染料染錦綸不同溫度時的相對得色深度如表2所示。中性染料染錦綸不同染色溫度相對得色深度如表3所示。

??????????? 2 分散染料染錦綸不同染色溫度時的相對得色深度

染料

?

相對得色深度(%)

80

90

100

110

120

分散紅E-FB

71.72

80.52

100

110.66

144.35

分散E-4RR

100.02

100.11

100

97.25

97.56

分散嫩黃? SE-4GL

76.09

86.69

100

128.34

166.96

分散黃? SE-3R

77.64

95.04

100

107.87

118.95

分散大紅? SE-GS

86.93

97.19

100

102.29

109.95

分散紅玉? S-5BL

71.38

93.75

100

101.12

102.34

分散翠藍? S-GKL

76.38

91.22

100

135.32

177.59

分散深藍? S-3BG

48.80

82.86

100

145.14

150.78

??? (1) 處方染料2% (owf),六偏磷酸鈉1.5 g/L,高溫勻染劑1.5 g/L(殘液pH=4.11)。(2) 條件浴比120,升溫速率2.5/min,轉速45r/min,以表中所列的不同染色溫度分別保溫染色30min。 (3) 檢測100℃染色結果作標準,相對比較。Datacolor SF 600X測色儀檢測。

??? 3 中性染料染錦綸不同染色溫度的相對得色深度

染料

?

相對得色深度(%)

60

70

80

90

100

110

120

21

絡合型

?

中性深黃GL

72.87

92.83

99.79

100.11

100

100.13

105.15

中性棗紅GRL

57.09

84.57

94.08

100.06

100

100.37

105.47

中性藍BNL

79.27

99.92

100.10

100.34

100

100.22

118.32

復合型

尤麗特黃 C-2R

28.66

49.37

72.63

98.36

100

99.87

98.76

尤麗特紅C-G

52.14

77.84

94.77

100.44

100

99.59

98.20

尤麗特藍 C-2R

70.56

93.60

102.68

102.81

100

99.10

99.12

??? (1) 處方:染料2% (owf)、六偏磷酸鈉1.5%g/L、硫酸銨2g/L,錦綸勻染劑951? 1.5g/L。 (2) 工藝:浴比125,升溫速率為2/min,以表中所列的染色溫度分別保溫染色30min,pH=66.5。 (3) 檢測:以100℃染色的相對得色深度為100%,采用Datacolor SF 600X測色儀檢測。

??? 這里要指出,錦綸在大于100℃的染色溫度條件下染色,隨著染色溫度的提高,錦綸會逐漸產“紙現象(即,彈性逐漸消失,手感逐漸僵硬,強力逐漸下降,色澤逐漸泛黃)。染溫超過120,“紙化現象會驟然加劇,其染色物會完全喪失服用性能。因此,分散染料或中性染料在溫度大于100℃條件下染錦綸,雖說得色量有所提高,但并不可取。還是以沸溫100℃染色最為合適。

??? 可見,中性染料或分散染料染錦綸,與反應性直接染料染棉,對染色溫度具有良好的同浴適應性。

?? ?2.2 染浴pH

? 反應性直接染料與活性染料相類似,在其分子結構中帶有反應性基團,在堿性條件下,能與纖維素發生化學性的交聯結合,從而獲得良好的染色牢度,經檢測,在常規染色條件下,反應性直接染料與纖維素纖維發生充分交聯固著的pH值范圍是1011。pH值過高或過低,固著率都會走低,相對得色深度都會減淺。這說明,反應性直接染料染棉,必須在pH=1011的染浴中進行(表4。

??????? 4 克牢克隆AA型染料的相對得色深度與染浴pH值的依附性

染料

?

相對得色深度(%)

pH=8.64(純堿0.05g/L

pH=9.04(純堿O.lg/L

pH=9.56(純堿0.25g/L

pH=10.0(純堿0.4g/L

pH=10.4(純堿0.8g/L

pH=10.7(純堿1.4g/L

克牢克隆黃棕AA-D

65.91

78.16

90.84

98.49

99.75

100

克牢克隆紅玉AA-D

87.65

95.38

97.81

102.72

102.36

100

克牢克隆藏青AA-D

67.53

80.79

96.46

99.87

101.42

100

克牢克隆黑AA-B

61.39

80.60

94.56

103.56

100.18

100

?? ?(1) 處方:染料1%(owf)、六偏磷酸鈉1.5%、食鹽60g/L、純堿0.051. 4g/L。 (2) 工藝:浴比125,升溫速率2/min 100℃保溫染色40min,水洗、兩次皂洗。 (3) 檢測:pH值由杭州雷磁分析儀器廠pH S-25型數顯酸度計檢測;相對得色深度以Datacolor SF 600X測色儀檢測。

??? 分散染料在堿性( pH=10.08)鹽浴中沸溫染錦綸,其表觀色深和酸性浴(pH=5.58)染色與中性浴( pH=7.18)染色相當或略深。原因是,分散染料為非離子性,與錦綸不會發生離子鍵結合。-NH3+的多少對上染量不會產生影響。

注:分散染料在不同pH值的染浴中染錦綸,部分染料的得色色光會發生一定程度的變化。

比如:分散紅玉S-5BLC.I.分散紅167),酸性浴染色為紅光,堿性浴染色為藍光。分散藍E-4RCI.分散藍56),酸性浴染色為紅光,堿性浴染色為黃光。(這可能是由于染料分子在纖維內的存在狀態不同,比如是垂直于纖維軸向還是平行于纖維軸向,以及染料分了的同分異構體的形態不同而引起)。這說明,分散染料能夠適應堿性( pH=10.08)鹽浴中沸溫染錦綸(表5)。

?????? 5 分散染料染錦綸不同染浴pH值的相對得色深度

染料

?

相對得色深度(%)

酸性浴pH=5.58

中性浴pH=7.18

堿性鹽浴pH=10.08

(浙江溫州)分散金黃SE-3R

100

97.53

97.76

(杭州吉華)分散大紅GS

100

99.65

99.65

(杭州吉華)分散紅玉S-5BL

100 紅光

100.27

105.68 藍光

(杭州吉華)分散藍E-4R

100 紅光

100.37

107.49 黃光

??? 注:(1)處方:染料1.25% (owf)、六偏磷酸鈉1.5%、食鹽(酸性浴、中性浴染色不加,堿性浴染色加60g/L),pH值以純堿和醋酸調節。 (2) 工藝:浴比130,升溫速率2/min,100℃保溫染色40min,水洗、皂洗。 (3) 檢測:同表4???

中性染料染錦綸,染浴pH值對染色結果(深度、色光)影響不大(表6).

? 6 中性染料染錦綸不同染浴pH值的相對得色深度

染料

?

相對得色深度(%)

酸性浴pH=5.58

中性浴pH=7.18

堿性鹽浴pH=10.08

(浙江新晟)中性紅? S-GN

100

93.48

108.55

(浙江新晟)中性藏青S-B

100

89.97

97.64

(浙江橫店)中性深黃GL

100

97.86

99.65

(浙江橫店)中性黑? BL

100

101.66

112.29

??? ?注:檢測條件同表5。

??? 從表6可見,在弱酸性浴( pH=5.58)中染色,其得色量比中性浴(pH=7.18)染色高。這是因為,在酸性浴中錦綸帶有較多的-NH3+,中性染料既能以庫侖引力上染,又能以氫鍵和范德華力上染。而在中性浴(pH=7.18)中,由于染浴pH值大于錦綸的等電點(56),錦綸中的-NH3+很少,染料主要以氫鍵和范德華力上染的緣故。在堿性(pH=10.08)鹽?。ㄊ雏}60g/L)中染色,其得色和中性或酸性浴染色相近或更高。這是因為,有大量電解質存在,在堿性條件下對中性染料能產生促染作用的結果。

可見,中性染料完全可以和反應性直接染料同浴,在堿性(pH=10.08)鹽浴中染錦綸。酸性染料染錦綸,對染浴pH值敏感,其相對得色深度受pH值影響大(表7)。

??? 7 酸性染料染錦綸不同染浴pH值的相對得色深度

染料

?

相對得色深度(%)

酸性浴pH=4.70

中性浴pH=7.18

堿性鹽浴pH=10.08

弱酸性黃??? 3G

100

74.06

59.45

弱酸性大紅? E-R

100

90.26

75.32

弱酸性藍RAW

100

86.92

81.64

弱酸性綠AGS

100

69.42

51.96

?? ?注檢測條件同表5。

?? ?從表7可見,酸性染料在酸性浴中染錦綸得色量最高。在中性浴中染錦綸,其得色量比酸性浴染色平均下降約20%。在堿性鹽浴中染色,其得色量只有酸性浴染色的67%,平均下降33%。

??? 很顯然,酸性染料與反應性直接染料之間,對染浴pH值嚴重缺乏同浴的適應性。因此,兩者只能以一浴二步法染棉/錦織物,而不能作一浴一步法染色。

? ??2.3 電解質

經檢測,反應性直接染料染棉,電解質對得色量的影響,比直接染料、活性染料還要大(表8。

8 反應性直接染料的上染量與電解質的依附關系

???? 食鹽用量(g/L)

相對得色深度

染料

20

?

40

?

60

?

80

?

??? 反應性直接橙? N-4R

80.87

85.80

96.10

100

??? 反應性直接紅? N-DS

84.63

92.78

95.46

100

??? 反應性直接藍? N-DN

57.76

69.07

88.50

100

??? 反應性直接黑? N-A

55.40

78.74

87.93

100

?? ?注:(1) 處方:染料2% (owf),六偏磷酸鈉1.5g/L,純堿lg/L,食鹽2080g/L。 (2) 工藝:浴比125,升溫速率2.5/min,100℃保溫染色50min,水洗、皂洗、水洗。 (3) 檢測:以添加食鹽80g/L的相對得色深度100%相對比較。以Datacolor SF 600X測色儀檢測。

??? 從表8可見,染2% (owf)的深度時,施加食鹽20g/L、40g/L80g/L相比,其平均上色量前者只有后者的70%80%左右。所以,反應性直接染料染棉,必須在多量電解質的存在下進行。

??? 分散染料幾乎不溶于水,是借助于陰離子擴散劑的包覆,形成帶負電荷的染料微粒而分散在水。電解質的存在,會將染料微粒表層的負電荷抵消,使染料微粒之間喪失同性電荷的排斥力。所以,對染料的分散穩定性會帶來一定的影響。

??? 但是,由于常用擴散劑(如擴散劑N、擴散劑MF、擴散劑CNF等),在常壓沸溫(100) 下的擴散能力,比高溫(130)染色時明顯要好。再加上分散染料只用來染錦綸淺淡色,電解質用量少。所以,電解質的負面影響不足以給染色質量造成明顯危害。

??? 由于分散染料屬于非離子性染料,而且具有很大的疏水性,所以電解質對分散染料染錦綸的上色量影響不明顯(表9)。

??? 中性染料與分散染料不同,是水溶性染料,是以帶一價負電荷的螯形絡合物離子存在于水中。因此,中性染料在堿性浴中染錦綸,同反應直接染料染棉一樣。會因纖維(錦綸)帶負電荷影響染料吸附而降低上染量。因而,電解質的存在,對其上染會產生顯著的促染作用。經檢測,染1.25% 深度時,加入食鹽60g/L,其上染量可平均提高15%左右(表9).

,分散染料尤其是中性染料,在堿性浴中染錦綸時,對電解質具有較好或良好的適應性。

9 電解質對分散染料與中性染料上染錦綸的影響

????????????????? 食鹽用量(g/L)

相對得色深度

染料

O

?

60

?

分散金黃SE-3R

100

101.08

分散紅玉S-5BL

100

101.05

分散大紅S-GS

100'

101.59

分散藍E-4R

100

100122

中性深黃GL

100

103.17

中性紅S-GN

100

123.45

中性藏青S-B

100

119.94

中性黑BL

100

116.07

檢測條件:參見表l。

3 一浴一步法染色工藝

3.1 染淺淡色澤

(1) 染色處方:

反應性直接染料?? ????????????x

??? 分散染料??? ?????????????????y

??? 軟水劑? ?????????????????????11.5gL(視染浴硬度而定)

??? 食鹽??? ?????????????????????2030g/L(視色澤深淺而定)

??? 純堿(連云港輕質粉狀)?? ????0.4g/L (pH=10.08)

??? 擴散劑N????????????????????? 11.5g/L

??? (3) 工藝提示:

??? ① 分散染料沸溫染錦綸,對錦綸自身的質量差異引起的深淺色差(俗稱經柳、緯檔),具有很好的遮蓋性,勻染效果極佳。而且,在常溫常壓(100)條件下染色,具有良好的化學穩定性,使在堿性浴中染色,也不會因染料水解而產生得色量下降、色光變化等色澤不穩定問題。但是,分散染料染錦綸卻存在著提深性較差,濕處理牢度較低的缺陷。但由于錦綸染淺淡色澤,對勻染性、遮蓋性要求較高,而對染深性、濕處理牢度的要求較低。所以,分散染料特別適合染錦綸淺淡色澤。

??? ② 采用不同分散染料拼染錦綸時,不宜加入錦綸勻染劑和高溫勻染劑。原因是,分散染料沸溫錦綸,是靠氫鍵引力和范德華引力上染,不存在離子鍵結合。故上色溫和,加入錦綸勻染劑對提高勻染效果幾乎無作用。由于染浴中已有較多的擴散劑(染料帶入與外加),在常溫常壓(l00)件下,分散染料的分散穩定性良好,故添加高溫勻染劑意義不大。而且,還會因這些勻染劑對不同分散染料上染錦綸的得色量有不同的影響,染色時一旦用量波動,還會產生明顯甚至嚴重的色差(大小樣色差、缸差)(10)。

???????? 10 擴散劑、勻染劑對分散染料上染錦綸的影響

?????????? 助劑???? 染料

擴散劑N用量( g/L)

高溫勻染劑1011用量(g/L)

錦綸勻染劑951用量( g/L)

??? O

??? 1

2

0

1

2

O

l

2

分散金黃SE-3R

100

100.12

99.24

100

124.13

124.96

100

111.38

119.06

分散紅玉S-5BL

100

100.06

96.16

100

97.47

97.51

100

99.09

97.08

分散藍? E-4R

100

100.03

97.43

100

97.54

96.09

100

99.65

98.00

?? ?注:(1) 處方:染料1% (owf)、六偏磷酸鈉1.5 g/L、硫酸銨2g/L。 (2) 工藝:浴比125,升溫速率2/min,100℃封閉染色30min,水洗、凈洗。 (3) 檢測:Datacolor SF 600X測色儀檢測。

??? ③ 反應性直接染料染棉,必須添加較多的電解質。而電解質的存在,對分散染料固有的熱凝聚向會產生一定的負面影響。分散染料染錦綸淺色時,染料濃度低,染料自身帶入的擴散劑少,對部分凝聚傾向較大的染料不足以保證其穩定性分散。所以,染色時再補加適量( 11.5g/L)的擴散劑是有益的、必要的。

??? 實驗結果證實,常用擴散劑(分散劑)在100℃以下的染浴中,擴散(分散)效果良好(注:這類擴散劑,溫度越高其擴散能力越弱)。特別是,它們沒有錦綸勻染劑和高溫勻染劑的上述缺點。,施加與不施加、加多或加少對分散染料染錦綸的相對得色深度與得色的色光影響小。而且對不同染料的影響趨勢還相對一致。因此,常用擴散劑用于分散染料染錦綸,色光更穩定,綜合效果更好。

??? ④ 錦綸的玻璃化溫度低(錦綸64750,在水中容易溶脹。再加上分散染料相對分子質量小、結構簡單,染溫大于60℃后,分散染料對錦綸的上染速率會驟然加快。反應性直接染料染棉,在堿性鹽浴中親和力較高,80℃保溫染色適當時間,便可獲得最高上染量。

??? 染料上色快容易吸色不勻產生色花,尤其是噴射溢流機染淺色時最容易發生。這是因為,噴射溢流機染色,是繩狀運行,織物在缸體內呈相對靜止狀態堆置,并有1/31/4的織物浮于液面的緣故。

??? 因而,升溫速率不要太快,以1.5/min為宜。而且在升溫途中尚需60℃保溫一個時段(1015min)。這對確保勻染、透染十分有利。

??? 3.2 染中深色澤

(1) 染色處方:

反應性直接染料? ?????????z

??? 中性染料?? ??????????????y

??? 軟水劑?? ????????????????1.5g/L

??? 食鹽?? ??????????????????6080g/L

??? 純堿??? ?????????????????0.4g/L (pH=10.08)

?? ?(3) 工藝提示:

??? ① 反應性直接染料染棉的中深色澤,對染浴pH值的依附性較大。經檢測,染浴pH值在1011范圍內,得色量相對最高,重現性相對最好。染浴pH<10,染料的固著率會明顯下降,重現性也之變差。因此,對反應性直接染料而言。連云港輕質粉狀純堿的使用量應該是0.41.5g/L。但考慮到堿性過強對錦綸的染色不利,還是以下限pH10色為宜。但是,對染浴pH值必須嚴加控制,尤其是要防止染浴pH<10的狀況出現,以確保棉纖色澤的穩定。

??? ② 反應性直接染料染棉的中深色澤,對電解質的依賴性也較大。實驗證明,只有較多的電解質存在下,才能獲得良好的染深效果與最佳的色澤重現性。但電解質用量也不宜過多,以6080g/L 為宜。原因是,在國產中性染料的分子結構中,幾乎沒有強親水性基團—磺酸基(-S03Na),只有弱親水性基團—磺酰氨基(-S02NH2)或磺酰烷基(-S02CH3)。因此,中性染料的水溶性較低。經檢測,第一代中性染料,在60℃時的溶解度只有530g/L。第二代改良型中性染料,在60℃時的溶解度也只有4070g/L。

? ??對中性染料而言,溶解度大會招致勻染性、遮蓋性、拼混性變差,吸盡率、濕處理牢度降低。所以,電解質濃度過高,不僅會加重污染,還可能因中性染料溶解狀態不良造成染色質量問題。

?? ?③ 噴射溢流機染色或氣流機染色時,電解質(食鹽或元明粉)要先于染料加入染浴中。要以含電解質的回流水稀釋預先化好的染液。且不可先加染料,以含染料的回流水溶解電解質。不然,回流水中的染料會因化料桶中電解質濃度過高而析出,注入缸體內很容易沾污織物,造成色點、色漬染疵。

??? ④ 電解質和堿劑要在染色初始加入。原因有三:

??? A.反應性直接染料和中溫型活性染料不同,在堿性鹽浴中不會產生明顯地“凝聚”現象與“驟染現象。經檢測,40℃~100℃的升溫區間,染料的上染量是穩步提高,一般不會產生上色不勻。

??? B.中性染料在堿性浴中染錦綸,在染料一纖維間幾乎不存在庫侖引力,主要靠氫鍵引力和范德華引力上染。因此,即使有電解質促染,其上染速率依然比較溫和,勻染性良好。

??? C.反應性直接染料對錦綸具有沾染性(繼承了直接染料的性能),其沾染程度與染浴pH值直接相關,酸性浴染色最重,中性浴染色次之,堿性浴染色較輕。因此,堿劑在染色初始加入,可以明顯減輕反應性直接染料對錦綸的沾染程度,這有利于棉、錦二相纖維色光的調控。

??? 實驗表明,如果電解質后加(升溫到100℃后加入),會由于升溫時段染浴中無電解質存在,料上色少,大量染料滯留在水中,電解質一旦加入,染料會急速上染產生“瞬染”現象,反而造成上染不勻(經檢測,電解質在沸溫后加入,10min內的相對上色量可達35%60%)。

??? 注:這一點和直接染料不同。在常用直接染料中,有許多染料品種屬于鹽(電解質)制御性染料,即對電解質特敏感,要靠電解質的緩慢添加來控制其上染速率。因此,電解質不宜在染色初始加入,而要在升溫到100℃染液濃度降低后再分次加入,這對提高勻染效果具有特殊意義。

??? 如果堿劑后加(沸溫后加入),先在中性條件下升溫染色,勢必會帶來三個問題:第一,反應性直接染料沾錦嚴重,會給棉、錦二相色光的調整造成困難。第二,在升溫時段,反應性直接染料與棉纖之間的固著率太低,必須延長加堿后的保溫染色時間,無疑會造成能耗大、效率低。第三,中性染料上色快,勻染效果下降。

??? ⑤ 在堿性鹽浴中染色,由于反應性直接染料和中性染料上色溫和,沒有明顯的“瞬染”現象,所以染深色時,既不需要添加錦綸勻染劑,也不需要升溫途中保溫,只要控制升溫速率不要過快,便可獲得良好的勻染效果。

?? ?4 結語

??? 反應性直接染料染棉,只有在堿性鹽浴中染色,才能獲得最佳的染色效果。而中性染料與分散染料在堿性鹽浴中染錦綸,其染色效果也相對較好。即,中性染料(或分散染料)與反應性直接染料,具有良好的工藝(染色溫度、染浴pH值、電解質)適應性。這就使棉/錦織物采用二浴套染法染色的傳統工藝,改為一浴一步法染色成為可能。

??? 實踐證明,棉/錦織物采用反應性直接染料與中性染料或分散染料同浴一步法染色,其得色深度與得色色光正常,勻染效果良好,濕處理牢度優良。

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