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提高活性染料湿摩牢度的技术举措

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2016-01-29 16:16【


众所周知,活性染料染纤维素纤维,其上染机理与其它染料不同,染色结果,纤维上的染料不是靠氢键、离子键或范德华力物理性的染着在纤维上,而是以共价键的形式与纤维发生化学性的结合,染后染料分子成为纤维素大分子键的一部分。因此,从理论上讲,染料与纤维之间的共价键结合,能赋予染色物优良的染色坚牢度。然而,在实际生产中,其染色物在测试、洗涤、甚至在储藏过程中,常会发生褪色、变色或沾色现象。尤其是染深浓色泽(如黑色、藏青色、咖啡色、皂红色等)时的湿摩擦牢度,通常只有二级,往往达不到2-3级或3级。

 

所以,对湿摩牢度要求高的外销定单,常常受阻(定单无法承接或接了定单无法交货)。因而,如何提高染色产品的湿摩牢度,满足外销市场的需求,已成为染色界必须研究解决的课程。

 

所谓染色布的湿摩擦牢度,是指用湿态的白布,在规定的条件下与染色布进行摩擦,然后根据白布的沾色程度,以标准灰色沾色样卡评级。

 

显然,造成湿摩牢度不良的原因有二:

 

其一,织物(或纤维)表层的浮色染料,在摩擦过程中,白染色布向湿态白布的转移。

 

其二,染色布表面有色纤维的微屑,在摩擦过程中白染色布向湿态白布的转移。

 

可见,织物(或纤维)表层浮色染料的多少与有色纤维微屑的多少,是决定湿摩牢度好坏的决定性因素。而影响浮色染料多少与有色纤纤维微屑多少的因素是多方面的。即与染料的性能有关,也与染整加工工艺有关。所以,要提高活性染料的湿摩擦牢度,必须从染料的选择、工艺的制订等多方面加以研究,有的放矢的落实相应的技术措施才行。

 

1 染料的选择

 

不同结构的活性染料,其染色性能不尽相同。就染深浓色泽而言,选用染料时必须考虑的重点条件应该是:

 

1.1 溶介度要高

因为,染深浓色泽染料用量多(通常>5% o.w.f),倘若染料溶介不良,不但会影响匀染效果与染深效果,更会造成浮色染料增多,各项色牢度下降。

 

1.2 固色率要高

因为,染料的固色率越高,染深性才可能越好。其浮色率(吸色率E值一固色率F值)才可能越低。

 

1.3 直接性要适中

这是因为直接性越大,染料的易洗性越差,染色后以物理状态残留在织物(或纤维)内外的浮色染料越难以洗除,因而染料的直接性不宜太高。

 

然而,染料的直接性也不宜太低,不然浸染染色时,会使吸色阶段(一次吸色)吸色过慢、过少,导致固色阶段(二次吸色)吸色过快、过多,不仅会影响匀染透染效果,而且会使浮色染料增加,降低各项湿牢度。

 

近年来,国内外的染料厂商,相继推出了系列特深型活性染料,如浙江龙盛集团股份有限公司生产的LC系列特深型活性染料,江苏锦鸡染料公司生成的W-NN型特深活性染料、上海安诺其纺织化工公司生产的DS型特深活性染料、上海雅运纺织化工公司生产的雅格素BF型特深活性染料等。这些特深型活性染料,具有以下特点:

 

第一,染料之间具有良好的加合增效性。即2-3只染料相拼,其得色深度接近单一染料深度之和,因而具有良好的染深性。

 

第二,染料的溶介度大,高浓度的染液溶介状态良好。

 

第三,有较好的易洗性,其水洗、皂洗牢度以及湿摩牢度较好。

 

第四,属于经济型,即用量较少且售价较低。因此这些特深型活性染料比较适合染深浓色泽,可以选择。

 

2 工艺的制订

 

2.1 要提高烧毛质量

由于织物表面的光洁度越差,与测试白布之间的实际接触面积越大,摩擦系数就越大,织物(纤维)表面的浮色染料与纤维微屑向测试白布的转移量就相对越多,因此摩擦牢度就相对越差。比如,在所有条件相同的情况下,染色织物的湿摩牢度,贡缎织物就好于平纹织物,更好于斜纹织物。

 

所以织物的烧毛要净。为此,应将传统的前烧毛工艺改为退浆煮炼后烧毛。因为退煮前坯布带浆,毛羽倒状粘结,难以烧净。(当前浆料均以化学浆如聚乙烯醇、聚丙烯酰赜等为主,退煮前烧毛会使化学浆料进一步聚合老化,水溶性下降,导致后道退浆困难)。全棉织物,最好采用电辊接触摩擦式烧毛机烧毛,其烧毛效果比气体烧毛机更均匀,更光洁。对要求高的订单,必要时在染色前再以纤维素酶做一次“抛光”。这不仅可以有效改善湿摩牢度,而且还可以提高色泽的艳亮度。

 

2.2 要提高丝光质量

众所周知,天然棉纤维的结晶区占70%,染料不可及。可以染色的非结晶区仅占30%。所以棉纤维具有吸色能力差,吸色容量低,难以染深的缺陷。为此染色前必须以浓烧碱丝光,来加以改善。因为丝光处理可以使棉纤维的非结晶区有所扩大,微结构中的空隙增大增多,可以大幅度提高染料的扩散效果和固着效果,从而有效降低染色时的浮色率。所以良好的丝光效果,对提高各项湿牢度尤其是湿摩牢度,具有举足轻重的作用。

 

然而在现实生产中,却存在着二个负面问题,对丝光效果会产生严重危害

 

第一,近年来,印染企业大多采用了碱一氧一浴,或酶-氧一浴冷轧堆短流程前处理工艺,该工艺“节能、减排”优势突出,而炼漂效果却往往存在吸水能力不佳(毛效低)的缺憾(特别是粗厚织物与紧出织物)。因而丝光时,由于炼漂半制品本身的吸水能力差,加之浓碱冷丝光,碱液有一定粘度,导致烧碱液不能使织物(纤维)由表及里产生充分、透彻的丝光效果。往往是表层丝光效果好,芯层丝光效果差,即“表面丝光”。表面丝光的织物(纤维),其吸色能力和吸色容量自然较低,染深性自然较差。在染深浓色泽时,往往会因此造成过饱和染色。过多的染料堆积在织物(纤维)表面,从而导致染色牢度特别是湿摩牢度严重下降。因此说以牺牲染色质量为代价,片面追求“节能、排减”,其实并不明智。最好是在冷轧堆退煮漂以后,再做一次汽蒸复氧漂,使织物的炼漂透彻性与吸水能力得到大幅度改善,从而得到表里如一的丝光效果,消除表面丝光给染色带来的危害。

 

第二,近年来由于生产成本居高不一,一些印染企业为了“节能、排减、增效”,采用220 g/L以下的烧碱液丝光。由于烧碱浓度偏低,织物(纤维)的丝光效应不充分(实为半丝光),染深浓色泽时,不但固着率低染深性差,浮色率高湿牢度下降,而且对碱液浓度的变化表现敏感,碱液浓度一旦波动,丝光效果就会随之发生变化,染色后就会出现“色差”。因此说,采用220g/L以上(220 - 260g/L)烧碱液做“全丝光”,不仅染色后色泽稳定,而且湿牢度也会有明显改善。

 

2.3 要采用正确工艺染色

 

2.3.1染色用水要软化

硬水中的钙、镁离子,会与活性染料形成不溶性或难溶性的金属染料,还会与碱剂(纯碱)生成不溶性的碳酸盐(如CaC03、MgC03等)。这些金属染料与金属碳酸盐在大量电介质存在下,会结合成不溶性色淀,粘附在织物(纤维)的表面。这些色淀易洗性差,而且会使织物手感粗糙,所以会使湿摩牢度显著下降。

 

为此染色必须使用离子交换水,或染色时在染料加入前,施加适量螯合分散剂,将水中的金属离子络合掉,以消除它们对湿摩牢度的影响。

 

2.3.2 染色工艺要正确

 

中温型活性染料,在浸染染色中存在二大缺陷:

 

第一,在盐、碱共存的固色液中,染料会因电介质(盐、碱)浓度高,盐析作用大,以及β-羟乙基砜硫酸酯活性基“消去反应”的发生,自身水溶性的骤降,而产生不同程度的凝聚。尤其是些乙烯砜型染料,表现尤为严重。如C.1.5活性元青、C.1.19活性艳兰、C.1.21活性翠兰等。

 

染料的凝聚程度大,必然扩散不良浮色增加,因此不仅会造成色泽不匀不透(甚至色点、色渍),更会导致色泽的湿牢度(尤其是湿摩牢度)严重不良。

 

第二,在加碱固色阶段(尤其是固色初始阶段),染浴中的染料,会因键合固着反应的迅速发生,原有吸色平衡的快速打破,以及纯碱(也是电介质)的加入,电介质浓度的陡然提高,而产生不同程度的“骤染”。乙烯砜型染料的表现尤为突出。

 

染料“骤染”程度过大,必然会导致匀染透染效果不良,浮色染料大量增加,各项湿牢度低下。

 

值得注意的是,不同结构的活性染料,其实用性能并不相同,因而必须分别采用相适应的工艺染色。

 

a 异双活性基染料

 

含有乙烯砜基与一氯均三嗪基异双活性基的染料,在中性盐浴中亲和力较大,一次吸色量较高,对碱不过于敏感,在加碱固色初期,染料的固色速率与吸色速率较和缓,没有明显的凝聚问题与骤染问题。国产中温型活性染料三原色:活性黄M-3RE、B-4RFN,活性红M-3BE、B-2BFN,活性兰M-2GE、B-2GFN就是典型代表。这类染料适合常规染色法一升温染色法染色

 

实践证明,这类染料采用升温染色法染色,匀染透染效果良好,固色率较高,浮色率较低。

 

b 乙烯砜型染料

 

乙烯砜型染料,在中性盐浴中,亲和力较弱,一次吸色量较低。但对碱剂敏感,在加碱固色初期,染料的吸色速率与固色速率很快,“凝聚”现象与“骤染”现象突出。国产C.1.19活性艳兰、C.1.160活性嫩黄、C.1.5活性元青就是典型代表。

 

这类染料最适合预加碱染色法染色。

 

预加碱染色法,织物是在弱碱性盐浴中吸色。活性染料在碱性浴中亲和力较大,故一次吸色量可显著提高。由于染液浓度在加碱前大幅度下降,加碱后染料的凝聚现象与骤染现象都能得到有效缓解,所以匀染透染效果好,可明显降低纤维上的浮色率,改善湿摩牢度。

 

C 拼混黑色染料

 

常用中温型活性黑中有1/2以上的品种,是以高浓C.1.5活性黑KN-B(又称活性藏青B-GD) 60-80%、C.1.82活性橙10-20%为主另加少量中温活性黄或活性红拼混而成,这类活性黑的性能缺陷是匀染性差,重现性差。原因是二个拼混组份的结构不同,配伍性太差。其中C.1.5活性元青为双偶氮母体,含双乙烯砜活性基的染料。中温特征突出,最适合60-65℃吸色、固色。C.1.82活性橙为单偶氮母体,含乙烯砜与二氯均三嗪异双活性基的染料。其低温特征显著,最适合30-400C吸色、固色。

 

因此,这类活性黑并非真正的中温型染料,而是亚中温型染料。倘若按中温型染料应用(于60℃染色),势必会因活性橙组份性能的不适应而产生二大后果。一是,活性橙的吸色、固色过于迅猛而上色不匀,很容易产生色花。二是,活性橙的水解过快,工艺因素(温度、时间、pH)稍有差异,就会产生色差。这是因为C.1.5活性元青为藏青色并非黑色,活性橙加入后才能成黑色(橙色为兰色的余色具有相互消色作用)。因此活性橙上色量的多少与匀染性的好坏,对活性黑的染色结果(色光、黑度、均匀度),有着举足轻重的影响。

 

这类活性黑由于它的二个主要拼混组份在染色性能上差异太大,所以,即不适合升温法染色,也不适合预加碱法染色,而必须采用分段染色法染色。

 

分段染色法:实为一浴二段法,即,低温(30-40℃)染色时段,是使C.1.82活性橙正常上色。中温(60-65℃)染色时段,是使C.1.5活性元青正常上色。由于该工艺符合这类活性黑染色性能的特定要求,所以,得色色光稳定,匀染性好,各项湿牢度明显改善。

 

注:在市供活性黑中,有部分品种是真正意义上的中温型活性黑。因为它们抛弃了C.1.82低温活性橙,而以双偶氮双乙烯砜活性基的C.1.107活性橙,或单偶氮母体带乙烯砜与一氯三嗪异双活性基的新型活性橙做了替代。由于这些活性橙中温特征突出,与C.1.5活性黑的上染性能相当接近,所以二者的配伍性优良,匀染性好,色泽稳定,比如活性黑ED-NN、活性黑NF、活性黑W-NN、活性黑RW等就属于此类。

 

这类活性黑由于各拼混组份的上色同步性好,所以没有必要采用分段染色法染色。但由于其主要拼混组份C.1.5活性黑具有乙烯砜染料特征,所以应采用预加碱染色法染色,而不宜采用升温染色法染色。

 

2.3.3助剂施加要正确

 

A 电介质的施加

 

A-l 电介质的施加量

 

经检测,多数中温型活性染料染深色,电介质的最高用量以< 70 g/L为宜。部分个性强的活性染料,如活性翠兰BGFN染深色,电介质的最高用量必须< 60g/L,活性艳兰KN-R染深色,电介质的最高用量必须< 40g/L。理由是,电介质用量过高,其得色深度实际提高并不多,而在加碱固色初期,却会因盐、碱(纯碱也是电介质)混合浓度过高,导致染料的“凝聚”程度与“骤染”程度过大,给染色质量(特别是匀染效果与染色湿牢度)造成负面影响。

 

A-2 电介质的施加法

这里最值得一提的是绳状染色(喷射溢流机染色、气流机染色)时,电介质必须先加,染料必须后加(加料顺序与卷染相反)。理由是,按传统方法先加染料,以含染料的回流水来溶介电介质,染料在电介质的饱和溶液中会即刻絮聚而析出,压入缸内沾附在织物上,极易造成色点、色渍染疵。而先加电介质,以含电介质的回流水来溶介稀释预先调匀的染料,则染料不会发生有害的“凝聚”或沉淀(经检测,常用中温型活性染料在电介质< 80g/L的中性浴中,溶介稳定性良好)。

 

B 碱剂的施加

 

B-l 纯碱的施加量

 

经检测,常用中温型活性染料染棉,其最佳固色pH值为10.5-11.0(活性翠兰60℃染色为12,80℃染色为11)。

 

常用连云港粉状轻质纯碱5-25g/L,pH=10.65-10.99,其pH缓冲能力很大。因此根据所染色泽的深浅,纯碱用量20-5g/L已足够。用量过多,得色深度提高不明显,反而会降低染料在盐碱固色浴中的溶介稳定性,危害染色牢度。

 

B-2 纯碱的施加法

 

实践证明,碱剂的施加,务必要遵循以下二条原则:

 

一是,纯碱的加入,必须建立在“吸色平衡且吸色均匀”的基础上。也就是说,只有在中性盐浴(吸色浴)中,真正达到吸色平衡而且经移染实现吸色均匀之后,碱剂方可加入。这是因为:

 

① 达到吸色平衡后,残留染液浓度最低,而染液浓度越低,碱剂加入后染料的凝聚倾向越小,二次吸色速率越温和,匀染效果和染色牢度会更好。

 

② 碱剂加入后,纤维上的染料会因发生固着而丧失移染能力。这会使吸色阶段产生的不均匀性变为永久性疵点。

 

二是,碱剂的施加,必须是“先少后多,分次加入”。因为碱剂(纯碱)加入越快,固色浴的碱性相对越强,盐碱混合浓度也越高,染料的凝聚行为与上色行为越激烈,越容易产生染色质量问题。实践证明,固色浴的碱性由弱渐强,盐碱混合浓度由低渐高,染色浓度由浓渐淡,可以有效缓解染料因碱剂的加入而产生的过激行为,确保染料均匀上色,充分固着,从而有效改善染色湿摩牢度。

 

2.3.4染后处理要强化

 

中温型活性染料的固色率不高,通常只有65-75%左右。因此染色后在织物(纤维)的内外,必然有部分未与纤维发生反应的染料(浮色),包括未水解未与纤维固着的染料和已经水解失去固着能力的染料,以及已发生消去反应硫酸酯基脱落变为乙烯砜基但未与纤维或水反应的染料。

 

其中未水解又未与纤维固着的染料,由于仍保留β-羟乙基砜硫酸酯活性基,直接性较弱,水溶性良好,最容易洗除。而硫酸酯基脱落变为乙烯砜基但尚未与纤维或水反应的染料,由于直接性高水溶性差,最难以洗除。这些浮色染料的存在是导致湿摩牢度低下的主因,所以染色后必须强化水洗、皂洗。

 

染后水洗的目的有二个:

 

第一,去除纤维上残留的碱剂,防止高温皂洗时,已键合固着的染料因高温碱性而发生断键水解,从纤维上脱落下来。

 

第二,去除纤维上残存的电解质以及部分未固着的染料和水解染料,防止高温皂洗时,皂液中的染料和电解质浓度过高,使纤维的二次沾色加重.降低皂洗效果。

 

这一点,在实际生产中往往被忽视。尤其是喷射溢流染色时,通常是边进水边排液、未等脚水放完,便加料升温皂洗。结果是皂洗液染料浓度特高,二次沾污很重,皂洗效果很差。

 

皂洗的目的,是使水洗后依然残留在纤维上的浮色染料进一步减少(由于这些浮色染料对纤维具有一定的亲和力,在现实生产的条件下,要想将其完全去除是不可能的,所以只能是最大限度减少)。

 

欲提高皂洗效果,必须注意以下五点:

 

第一,染色后皂洗前的清洗,必须强化。如适当提高水洗温度,适当延长水洗时间,适当增加换水次数或适当加快水的流动量等。提高皂洗前的清洗效果,是提高皂洗效果的基础。

 

第二,选用洗涤能力、分散能力、乳化能力、携污能力好的皂洗剂,这对提高皂洗效果很重要。

 

第三,皂洗液中加入1-2克/庄杰的螯合分散剂。螯合分散剂对皂洗液中的杂质,具有良好的分散和悬浮功能,防止设备和织物的沾污,同时又具有良好的络合能力,能将水中的钙镁离子螯合,防止生成钙镁染料的色淀,降低皂洗效果。六偏磷酸钠,不宜在皂洗中使用,只能用于染色,因为它在高温条件下,对金属离子的螯合能力会显著下降。

 

第四,皂洗一定要在中性条件下进行pH=6-7。

 

这是因为活性染料与纤维的结合键,耐酸碱性水解的能力有一定的限度,在酸碱性较强的高温条件下,已键合的染料,有可能会发生水解断键而变成新的浮色染料,即影响色深度,又影响皂洗效果。

 

在实际生产中,为了提高产量,降低能耗,染色后有的出水不净便皂洗,形成“碱性皂洗”;有的直接用酸中和,又往往形成“酸性皂洗”。

 

生产实践证明:无论均三嗪型染料(K型、X 型),还是乙烯砜型染料(KN型),或者是混合型双活性染料(M型、ME型、A型、B型等),它们的染料-纤维键,都是在pH=6-7时最稳定,pH值升高或降低,染料-纤维键的稳定性都下降。“碱性皂洗”容易使乙烯砜型染料-纤维键水解断裂,“酸性皂洗”容易使均三嗪型染料-纤维键水解断裂,而含一氯均三嗪和乙烯砜两个活性基的活性染料,对酸、碱的稳定性,比单一活性基的染料相对较好些。

 

第五,一定要高温皂洗常规皂洗剂,特种低温皂洗剂除外

 

这是因为,在皂洗过程中,织物上残留的浮色染料,同时受着二种力的作用。第一,来自染料与纤维的亲和力,具有附着倾向,第二,来自染料强水溶性基团-S03Na的亲水性,具有溶解倾向。提高皂洗温度,可以有效提高浮色染料的水溶性,降低染料的附着力,从而使纤维上的浮色染料,能更快更多溶落下来,提高皂洗效果。

 

在中性条件下高温(95℃)皂洗,不必担心染着在纤维上的染料会过多掉下来。因为与纤维发生化学键合的染料,已成为纤维素分子链的一部分,具有良好的结合牢度。皂洗落色是正常的,因为活性染料的吸色率,总是高于固色率的,其中未固着的染料和水解染料,应该最大限度洗下去。

 

有的厂家担心皂洗落色多,会引起色光的变化,所以逐渐采用60-70℃皂洗,根据我的了解,目前市面用比较成熟而已反映比较好的推荐低温皂洗粉ZJ-RH18。这是一个高浓白色粉体的皂洗粉来的,60-80℃皂洗可以达到常规98℃的皂洗效果。而且随着近年来节能减排的国际环保政策推动,这类皂洗粉越来越受欢迎。

 

必要时做固色处理:

 

生产实践表明,活性染料的染色物,即使经过水洗皂洗,纤维上的浮色染料仍有部分残余,尤其是染深色大红、枣红、酱红、翠兰等色种,其湿摩牢度和皂洗牢度,往往很差,此时一般要做固色剂处理。

 

常用的固色剂或交链剂,进入纤维后,一方面与纤维上的染料(固着染料与未固着染料),发生离子键结合,染料的水溶性基团被封闭,使其水溶性下降。另一方面,它又会在纤维之间、染料之间产生交联。因此染色物经固色剂处理后,在做湿牢度测试时,染料不容易脱落,即使落入水中,对白布的沾色也较少,所以可以明显地提高色布的皂洗牢度,湿烫牢度。

 

但是必须指出:

(1) 固色处理,往往不能有效地阻止纤维表层的染料(浮色),在受到摩擦时脱落,因此对摩擦牢度的改善是有限的。

 

究其原因,一是堆积在纤维表层的浮色染料,附着力较弱,经不起外力反复的摩擦(尤其是湿摩擦)而脱落。二是纤维表层的染料-纤维键,在摩擦时的机械剪切力和瞬间摩擦热能的作用下,发生断裂而脱落。

 

(2) 良好的固色效果,只能在充分皂洗、水洗的基础上产生。如果固色前,皂洗水洗不净,固色时,染料脱落较多,落人固色浴中的染料,会与固色剂生成絮状聚集物,结果造成纤维的严重沾污,那么固色后其摩擦牢度不但不会提高,反而会下降。

 

(3) 固色处理,会带来诸多问题。

① 固色处理,往往会使日晒牢度、耐氯牢度,产生不同程度的下降。

② 固色处理,会不同程度降低柔软整理的效果,影响成品手感。

③ 固色处理,会使布面色光产生不同程度的改变(色光、深浅、艳度),这种改变与改变的幅度,是随染料不同而不同,随染料的拼色比例不同而不同,而且随固色条件的变化而不同(用量、温度、时间),色光难以准确把握。因此染色下机色光的准确控制很困难,常常造成色光与标样不符,而需要返工修复。

 

④ 固色处理,会给“修色”带来困难。固色后无论用染料还是用涂料修色,都会由于固色剂的阻隔,难以向纤维内部渗透扩散,而浮于纤维表面,结果会导致染色牢度明显下降。如果先将固色剂剥除,净洗后再修色,综合成本太高,而且还容易因固色剂剥除不匀,而产生染色色花。

 

做外销布时,客商对色光、深浅、艳度的要求十分苛刻,返工复修是常事,而对手感的要求也高。所以笔者认为,染色后要不要固色处理,要根据具体情况而定。比如,染深兰色、藏青色、铁灰色、黑色等,只要全程加工工艺合理,控制得当,湿牢度完全可以达到外销要求,不必固色处理。而染大红、枣红、酱红、翠兰等色,湿牢度差,但对固色剂处理色光的变化,有一定掩盖性,因此可以用固色剂处理。但是对固色剂必须认真选择,要选用提高湿牢度显著,对耐晒、耐氯牢度无影响,色光变化小的环保型产品针对敏感色,可以选择ZJ-RH01翠兰固色剂.

 

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