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              2. 熱固型活性染料在錦/棉織物一浴法染色中的應用(一)

                彭志忠

                (廣東佛山市敬展紡織材料有限公司  廣東佛山  528216)

                摘  要:錦/棉(粘膠)織物通常采用二浴套染法染色,即以中溫型活性染料染棉,再以中性、酸性或分散染料染錦綸,缺點是工藝耗時長,加工產量低,能源消耗大,污水排放多,不符合“節能、減排、增效”綠色清潔生產的環保理念;采用熱固型活性染料/分散或中性染料一浴法的染色,可實現快速染色短流程工藝,具有突出的“節能、減排、增效”優勢和優良的顏色重現性。

                關鍵詞:熱固型活性染料;錦/棉織物;快速短流程工藝;一浴法染色;節能減排;清潔生產


                前 言

                錦/棉(或粘/錦)織物手感糯柔、垂感好、織紋細膩、外觀美、風格新異、經久耐穿、易洗滌,既有棉纖維的吸濕透氣、手感柔軟的性能,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。錦/棉織物通常采用二浴套染法染色,即以中溫活性染料染棉,再以中性、弱酸性或分散染料染錦綸;缺點是工藝耗時長,加工產量低,能源消耗大,污水排放多,經濟效益較差,不符合“節能、減排、增效”清潔生產的環保理念;且長時間的濕熱加工錦/棉織物極容易受損傷。

                近年來,國家環保政策越來越嚴,環保治理力度越來越大,污水處理成本也加大,同時染化料價格上漲而染費上漲困難等,嚴重制約印染企業的發展;如何降低生產成本,提高產品質量,簡化工藝流程是每個印染企業所追求的目標。為此,大家都在不斷地尋找與開發新的染整工藝、新的印染助劑及新型染料等。

                一浴法的染色效果具有突出的“節能、減排、增效”優勢,可有效地降低織物損傷;錦/棉織物一浴一步法染色的關鍵點有:

                (1)染棉染料與染錦染料對染色溫度的要求要相同或接近;

                (2)染棉染料與染錦染料對染浴pH值的適應性要一致;

                (3)染棉染料與染錦染料受電解質的影響要良好;

                (4)所選擇的染色染料對各類其他纖維的沾染少或不沾染。

                1.熱固型活性染料的概述

                熱固型活性染料與常規活性染料最大的差異就在于染色過程中不是以施加堿劑來促進染料與棉纖維反應,而在中性條件下,以提高染色溫度來實現其活性基團與棉纖維發生反應而固著。該染料具有特殊的化學結構(采用3-羧基吡啶基季銨鹽吡啶甲酸基為活性基),其反應強,能在100℃~130℃(100~120℃得色量最佳)高溫中性染浴中與棉纖維發生反應而固著,熱固型活性染料染棉勻染性及染色牢度好,應用方法也十分簡便,但其染深性能較差。由于染色液中沒有堿劑的存在,染色過程中活性染料的水解很少,故染料的上色率、固著率較高,染色重現性和勻染性良好。

                此類染料有:

                (1)日本化藥株式會社CN型活性染料:活性黃CN-4G、活性黃CN-ML、活性黃CN-EX、活性紅CN-3B、活性棕CN-AL、活性藍CN-BG、活性翠藍CN-2G。

                (2)上海雅運紡織化工有限公司NF型活性染料:活性黃NF-GR、活性黃NF-4G、活性黃NF-GL、活性紅NF-3B、活性紅NF-EC、活性大紅NF-GL、活性藍NF-MG、活性藍NF-MG、活性翠藍NF-2G。

                (3)上海安諾其紡織化工有限公司N型活性染料:活性黃N-GL、活性紅N-3B、活性紅N-7B、活性藍N-FL、活性藏青N-R、活性墨綠N-BD。

                (4)上海亞好工貿有限公司NE型活性染料:活性黃NE-RL、活性黃NE-ML、活性紅NE-2BL、活性紅NE-6BL、活性藍NE-HL、活性藍NE-MG、活性艷藍NEGL、活性深藍NE-BL等。

                隨著聚酯纖維和聚酰胺纖維等的快速發展,滌棉、滌粘和錦棉及棉醋等混紡織物的紡織品種也越來越多,熱固型活性染料的出現,實現了棉/錦(或粘/錦)、棉/醋纖、棉/羊毛等混紡織物的一浴法快速染色,使得其染色變得更簡單,提高了該類混紡織物(或紗線)的染整加工效率,降低生產成本及保護生態環境。

                1.1 染色溫度對熱固型活性染料得色量的影響

                熱固型活性染料系列具有煙堿活性基,離去能力強,隨著染色溫度升高,反應速度提升快;熱固型活性染料耐熱性好,在100℃~120℃溫度下保溫一定時間可達到染色平衡,適宜在中性浴中進行染色固著;上染率穩定,得色深淺變化不明顯。不同溫度條件下,熱固型活性染料染棉織物得色量,見下表1。

                表1  熱固型活性染料染色時溫度與得色深度的關系

                注:(1)處方:染料0.5%(o.w.f)、螯合劑1.0g/L、緩沖劑NRA 1.5g/L、元明粉30g/L。(2)工藝:浴比1︰20、升溫速率2.0℃/min,以表1中所列的不同染色溫度分別保溫染色30min,水洗、皂洗。(3)檢測:以100℃染色的得色深度為100%,相對得色深度由Datacolor SF 600X測色儀檢測。

                熱固型活性染料染棉纖維,倘若染色溫度低于100℃,得色會明顯變淺,這表明染料與棉纖維反應固著不充分;倘若染色溫度高于120℃,得色也會有變淺的趨勢,減幅淺約5%。實踐表明,熱固型活性染料既適合沸溫(100℃)染色,也適合高溫(大于100℃)染色;熱固型活性染料染棉纖維最適合的染色溫度為100℃~120℃,在高溫條件下進行染色,一方面棉纖維可充分溶脹也便于染料分子的移動,一方面高溫時染料分子的運動也大大地加速,從而使得染色過程中染料分子的移染大大地提高。

                1.2 染色浴pH值對熱固型活性染料得色量的影響

                熱固型活性染料雖然不是以施加堿劑來促進染料與棉纖維反應,但對染浴pH值也存有一定敏感度,其適合在中性浴中染棉纖維;若染浴pH值小于7或大于7,得色量都會呈現降低,試驗結果見下表2。

                表2  熱固型活性染料染棉染浴pH值與得色深度的關系

                注:(1)染料0.5%(o.w.f);(2)染浴pH=6,以稀醋酸調節;染浴pH=7,緩沖劑NRA 1.5g/L;染浴pH=8,以純堿溶液調節,100℃溫度×30min;(3)以染浴pH=7的相對得色深度為100%作相對比較;其他條件同表1。


                從上表2試驗結果得知,熱固型活性染料(沸溫)染棉在弱堿性或弱酸性條件下得色深度會降低,因此選擇中性浴染色為佳;為此,染色時需添加染色緩沖劑以維持pH值為7左右,以便將錦/棉混紡織物染色浴pH值穩定在中性范圍內。

                1.3 電解質對熱固型活性染料得色量的影響

                熱固型活性染料和其他類型的活性染料一樣,由于溶解度相對較高,親和力相對較弱,需要在電解質的促染作用下,才能獲得相對較高的上染率;試驗結果可見下表3。

                表3  熱固型活性染料染棉時元明粉用量對得色量的影響

                注:(1)元明粉0~40g/L,100℃溫度保溫染色30min;(2)其他條件同表1。

                從上表3結果得知,隨著電解質(元明粉)的添加,熱固型活性染料對棉纖維的上染率有所提升;為此,熱固型活性染料染棉纖維需要在適量電解質存在下,染料分子的運動會加速提升,以提高其染棉織物/紗線的得色量。

                1.4 熱固型活性染料染棉對錦綸的沾色性

                活性染料染錦/棉織物的棉組分時,由于活性染料與錦綸纖維之間既存在著氫鍵、范德華力結合,也存在著共價鍵結合,對錦綸組分會存有不同程度的沾色;由于不同結構的活性染料沾錦程度有輕有重,常用中溫型活性染料,在染棉條件下對錦綸的沾染性普遍較重,故不宜采用;需要選用對錦綸纖維不沾色或微沾色的活性染料染色;熱固型活性染料具有常用中溫型活性染料無法相比的優點,即在中性沸溫條件下染錦/棉(或錦/粘)織物中的棉/粘膠組分時,對錦綸組分幾乎不沾色;測試結果見下表4。

                表4  熱固型活性染料在中性沸溫染棉時對錦綸的沾色性

                注:

                (1)染料0.5%(o.w.f),分散螯合劑1.0g/L,食鹽30g/L,緩沖劑(pH=7)1.5g/L,浴比1︰20,2℃/min升溫,100℃恒溫染色30min,水洗、皂洗、水洗。(2)沾色程度:分不沾色、微沾色、輕沾色、重沾色、嚴重沾色五檔。

                上表4結果表明,熱固型活性染料在中性沸溫條件下染棉,對錦綸不沾色或微沾色;因而有利于獲得較好的染色重現性和各項色牢度,同時熱固型活性染料對只染棉、錦留白的“閃白”產品和棉、錦異色的“閃色”產品具有獨特的實用效果。

                綜合試驗結果,熱固型活性染料與分散染料(或中性染料)具有良好的同浴染色適應性,可實現一浴一步法快速染錦/棉類織物;表明可采用分散/熱固型活性染料一浴法染淺色,而采用中性金屬絡合染料/熱固型活性染料一浴法染中色。

                2.分散/熱固型活性染料一浴一步法染淺色

                由于分散染料的相對分子質量小、擴散性好,加上與錦綸不存在發生離子鍵結合,系依賴兩者之間的分子引力(氫鍵、范德華力)上染,以及其移染行為特別活躍等因素的存在,分散染料染錦綸的勻染透染性好,對錦綸自身染色品質的差異有良好的遮蓋性,避免經柳、緯檔等染疵產生;染淺色時,也避免了分散染料對錦綸染深性差、色牢度差等缺陷。實踐證明,選擇染錦綸色光純正、上色性能好、色牢度好的(低能~中能型)分散染料染淺中色可得到良好的染色效果。

                2.1 分散/熱固型活性染料同浴染色的適應性

                2.1.1 染色溫度的適應性

                錦綸雖屬疏水性纖維,其玻璃化溫度Tg比滌綸低得多,只有47~50℃;且吸濕溶脹性比滌綸大,所以分散染料染錦綸在沸溫常壓(100℃~110℃)條件下,便可獲得相對較高的得色量,且色光純正、重現性也好;不同染色溫度下,分散染料染錦綸纖維的得色情況見下表5。

                表5  不同染色溫度分散染料染錦綸的得色深度

                注:(1)處方:染料1.5%(o.w.f)、高溫勻染劑1.0g/L、98%醋酸0.5mL/L;(2)工藝:浴比1︰20、升溫速率2℃/min,表中對應的不同染色溫度分別保溫染色;(3)檢測:Datacolor SF 600X測色儀檢測,以100℃染色的相對得色深度為100%相對比較。

                從上表5結果表明,染色溫度大于60℃后分散染料染錦綸的上染速率會加快,但分散染料染錦綸在沸溫常壓(100℃~110℃)條件下,便可獲得相對較高的得色量,且色光純正;若在高溫高壓(120℃)條件下染色,其得色深度約有所提高,但色光的純正度卻會下降;同時當染色溫度大于120℃時,錦綸會出現“紙化”現象,手感變僵硬、彈性消失、強力下降等。

                為此,分散染料與熱固型活性染料在沸溫(100℃~105℃)常壓條件下同浴染錦/棉織物是吻合的。

                2.1.2 染浴pH值適應性

                分散染料沸溫染錦綸有兩大特點:

                (1)分散染料染錦綸纖維完全靠與錦綸之間產生的氫鍵、范德華引力以及偶極引力上染;而不像直接、中性、酸性等陰離子染料主要依賴與錦綸上的氨基呈離子鍵結合而上染;所以大部分的分散染料染錦綸對染浴pH值的依附性較小,在pH=4~8范圍內染色效果沒有明顯變化。

                (2)分散染料在沸溫條件下染錦綸,與在高溫(130℃)高壓條件下染滌綸完全不同,其水解穩定性好,在染浴pH=6~8范圍內幾乎沒有降解消色的跡象;因此,分散染料可以在中性范圍內(pH=6~8)對錦綸正常染色;測試結果見下表6。

                表6  分散染料染錦綸染浴pH值對染色量的影響

                注:(1)處方:染料1.0%(o.w.f),分散勻染劑1.0g/L;(2)工藝:浴比1︰25,升溫速率2℃/min,100℃保溫染色30min;(3)檢測:染浴pH值由pH S-25型數顯酸度計測試,相對得色深度由Datacolor SF600X測色儀檢測。


                從上表6得知,分散染料在中性-偏弱酸性條件下(pH值=6.0~7.0)對錦綸常壓沸溫染色,可獲得較高的得色量;熱固型活性染料染棉最適合在中性染浴中高溫染色;可見,在沸溫(100℃)中性條件下,分散染料與熱固型活性染料同浴染錦/棉(或錦/粘)織物,對染色浴pH值具有較優的同浴適應性。

                2.1.3 電解質的適應性

                熱固型活性染料需要在電解質的促染作用下才能獲得較高的上染率,電解質的加入對分散染料的熱穩定性會產生一定負面影響,會削弱染料膠粒的負電荷(因為分散染料與陰離子型分散劑形成的染料膠粒帶有負電荷,膠粒之間存在著同性電荷的排斥力,以提高分散染料微粒分散穩定性),而使得染料膠粒之間的排斥力減小,染料膠粒相互碰撞而聚集的概率也隨之增大。據實踐證明,分散染料在沸溫(100~110℃)條件下的熱穩定性要比高溫(130℃)高壓條件下好得多,但電解質的存在依然會對其熱穩定性產生負面影響。

                因此,在染浴中加入1~2g/L陰/非離子復合型高溫分散勻染劑,可降低電解質的負面影響;因為陰/非離子表面活性劑復合使用,可以提高非離子型表面活性劑的濁點,改善其耐熱性能,而且由于兩者可以形成帶雙電層的混合膠束,對染料微粒的保護作用更強,分散液更穩定。

                為此,染色工藝中需要加入低泡高溫分散勻染劑,并選擇分散穩定較優的分散染料,控制好電解質的量與加入方式,可獲得淺~中色色澤鮮艷、勻染性及優良的得色量。

                2.1.4 染色工藝操作

                由于錦綸的玻璃化溫度Tg低(47~50℃),在水中容易溶脹,加之分散染料的相對分子質量較小,故在較低溫度下,分散染料便可產生上染錦綸纖維的行為;從表5可知,染浴溫度大于60℃后,其得色量會明顯增加;染色溫度大于60℃后染料的上染速率會顯著加快,但勻染性會明顯降低,顯然在升溫過程中于65℃~70℃溫度可設置一個保溫染色時段,對實現錦綸織物染色勻染具有積極意義。

                經檢測,熱固型活性染料染棉,染色溫度在70℃以下時,染料-棉纖之間的固著反應尚未明顯發生,此時染料的擴散行為與移染行為活躍,勻染透染效果良好;當染色溫度大于70℃后,由于固著反應的發生,染料的擴散作用與移染作用會隨之逐漸減弱;若升溫太快,容易使染色初期產生的不均勻性定格為永久性色差、色花染疵。

                因此,在染色升溫過程中,需要在70℃溫度保溫染色一定時間,使染色初期產生的吸色不勻通過染料的擴散與移染作用以實現均勻化??梢?,分散染料染錦綸與熱固型活性染料染棉對工藝控制的要求也相對吻合。

                綜上所述,分散染料與熱固型活性染料一浴一步法染錦/棉(或錦/粘)織物,具有良好的同浴快速染色的相容性;分散/熱固型活性染料一浴一步法染錦/棉織物淺色的工藝具有較強的操作性與經濟社會效應。

                2.2 染色實踐

                (1)織物

                18.2tex/llldtex(32英支×100旦)、524根/10cm×283根/10cm棉/錦府綢。

                (2)色澤

                淺磚紅色。

                (3)工藝處方/%(o.w.f)

                活性黃NC-GR            0.072

                活性藍NC-MR            0.04

                分散金黃SE-3R           0.01

                分散紅玉SE-2GFL         0.038

                分散藍E-4R               0.006

                分散勻染劑               1.0g/L

                pH緩沖劑(NRA)        1.0g/L

                元明粉                   20g/L

                工藝條件:室溫入染→升溫至70℃、保溫染色15min→染色100℃×20min→排液→水洗、皂洗。

                (4)染色工藝曲線見下圖1

                實踐證明,熱固型活性染料與分散染料具有良好的同浴染色適應性,以一浴一步法高溫(100℃~120℃溫度)快速染錦/棉類織物,即可以獲得理想的染色效果,其應用十分方便,染色重現優良。


                (未完待續,精彩內容詳見下期……)

                 

                作者簡介:

                彭志忠,江西新余人,印染高級工程師,從事染整技術三十多年;致力于紡織染整、印花新技術研究及染化料應用技術管理等。

                手  機:13922372675(微信同號)

                E-mail:pengzhong7798@126.com

                 


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