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棉／锦织物一浴一步法染色技术2020-04-10常州市新浩印染有限公司 崔浩然 1 内容提示 反应性直接染料染棉与中性染料（或分散染料）染锦，具有良好的同浴染色适应性。因此，可以使棉／锦织物改二浴二步套染为一浴一步法染色。实践证明，该工艺染色效果良好，而且“节能、减排、增效”优势突出，极具推广价值。 棉／锦（或锦／棉）织物，既有棉纤的吸湿透气、手感柔糯的性能，又有锦纶的弹力、耐磨耐用的优良特性。因而，棉／锦类织物在纺织服装面料中占有重要地位。 由于棉／锦类织物是棉与锦纶的交织物，而棉与锦纶的染色性能截然不同，所以，通常是以二浴二步套染法染色。即，以中温型活性染料染棉，以酸性、中性或分散染料染锦。然而，二浴二步套染法染色，耗能大、排污多、产量低，不符合“节能、减排、增效”的环保理念。所以，研究和实践一浴一步法染色技术，既有长远意义又有现实意义。 棉／锦类织物实现一浴一步法染色，其关键点有三。其一，染棉染料与染锦染料对染色温度的要求要相同。其二，染棉染料与染锦染料对染浴pH值的适应性要良好。其三，染棉染料与染锦染料受电解质的影响要一致。 实验与实践证明，反应性直接染料与中性染料（或分散染料），具有良好的同浴染色适应性，以一浴一步法染棉／锦类织物，可以获得理想的染色效果。 2 反应性直接染料、分散染料（中性染料）对同浴染色的适应性 2.1 染色温度 反应性直接染料（如上海兴康化工有限公司的克牢克隆AA型染料、苏州艾加纺织化工有限公司的CellufastTMN型染料等），是近年问世的新品种。它既具有活性染料能与纤维素纤维形成化学键结合，固着牢度优良的特点，又有直接染料竭染率高，染色性好，耐热稳定性佳的优点。 经检测，反应性直接染料在80℃染色，其表观色深相对略高（注：这是由于在较低的温度下染色，染料的吸附速率大于扩散速率，染料在纤维表层堆积较多所致，并不证明反应性直接染料是中温型染料）。而保温100℃沸温染色，其表观色深相对略低，但由于沸温染棉纤的溶胀度大，染料的扩散能力与移染能力较强，匀染透染效果好，色泽稳定性好，染色牢度相对也好。这说明，反应性直接染料染棉，整体效果最好的染色温度是100℃，而并非80℃。 反应性直接染料的上染量与染色温度的依附关系如表1所示。 表1 反应性直接染料的上染量与染色温度的依附关系
(1) 处方：染料2% (owf)，六偏磷酸钠1.5 g/L、纯碱lg/L、食盐70g/L。(2) 工艺：浴比1：25，升温速率2%/min，70℃、80℃、90℃、100℃分别保温染色50min，水洗、皂洗、水洗、烘干。(3) 检测：以Datacolor SF 600X测色仪检测。 锦纶虽属疏水性纤维，但结构比涤纶疏松，吸水性较涤纶大，在水中容易溶胀，玻璃化温度低（锦纶6为47℃～50℃）。因此，无论是中性染料还是分散染料，在沸温100℃条件下染色，便可获得最佳染色效果。分散染料染锦纶不同温度时的相对得色深度如表2所示。中性染料染锦纶不同染色温度相对得色深度如表3所示。 表2 分散染料染锦纶不同染色温度时的相对得色深度
(1) 处方：染料2% (owf)，六偏磷酸钠1.5 g/L，高温匀染剂1.5 g/L（残液pH=4.11）。(2) 条件：浴比1：20，升温速率2.5℃/min，转速45r/min，以表中所列的不同染色温度分别保温染色30min。 (3) 检测：以100℃染色结果作标准，相对比较。Datacolor SF 600X测色仪检测。 表3 中性染料染锦纶不同染色温度的相对得色深度
(1) 处方：染料2% (owf)、六偏磷酸钠1.5%g/L、硫酸铵2g/L，锦纶匀染剂951 1.5g/L。 (2) 工艺：浴比1：25，升温速率为2℃/min，以表中所列的染色温度分别保温染色30min，pH=6～6.5。 (3) 检测：以100℃染色的相对得色深度为100%，采用Datacolor SF 600X测色仪检测。 这里要指出，锦纶在大于100℃的染色温度条件下染色，随着染色温度的提高，锦纶会逐渐产生“纸化”现象（即，弹性逐渐消失，手感逐渐僵硬，强力逐渐下降，色泽逐渐泛黄）。染温超过120℃，“纸化”现象会骤然加剧，其染色物会完全丧失服用性能。因此，分散染料或中性染料在温度大于100℃条件下染锦纶，虽说得色量有所提高，但并不可取。还是以沸温100℃染色最为合适。 可见，中性染料或分散染料染锦纶，与反应性直接染料染棉，对染色温度具有良好的同浴适应性。 2.2 染浴pH值 反应性直接染料与活性染料相类似，在其分子结构中带有反应性基团，在碱性条件下，能与纤维素发生化学性的交联结合，从而获得良好的染色牢度，经检测，在常规染色条件下，反应性直接染料与纤维素纤维发生充分交联固着的pH值范围是10～11。pH值过高或过低，固着率都会走低，相对得色深度都会减浅。这说明，反应性直接染料染棉，必须在pH=10～11的染浴中进行（表4）。 表4 克牢克隆AA型染料的相对得色深度与染浴pH值的依附性
(1) 处方：染料1%(owf)、六偏磷酸钠1.5%、食盐60g/L、纯碱0.05～1. 4g/L。 (2) 工艺：浴比1：25，升温速率2℃/min 100℃保温染色40min，水洗、两次皂洗。 (3) 检测：pH值由杭州雷磁分析仪器厂pH S-25型数显酸度计检测；相对得色深度以Datacolor SF 600X测色仪检测。 分散染料在碱性( pH=10.08)盐浴中沸温染锦纶，其表观色深和酸性浴(pH=5.58)染色与中性浴( pH=7.18)染色相当或略深。原因是，分散染料为非离子性，与锦纶不会发生离子键结合。-NH3+的多少对上染量不会产生影响。 注：分散染料在不同pH值的染浴中染锦纶，部分染料的得色色光会发生一定程度的变化。 比如：分散红玉S-5BL（C.I.分散红167），酸性浴染色为红光，碱性浴染色为蓝光。分散蓝E-4R（C．I．分散蓝56），酸性浴染色为红光，碱性浴染色为黄光。（这可能是由于染料分子在纤维内的存在状态不同，比如是垂直于纤维轴向还是平行于纤维轴向，以及染料分了的同分异构体的形态不同而引起）。这说明，分散染料能够适应碱性( pH=10.08)盐浴中沸温染锦纶（表5）。 表5 分散染料染锦纶不同染浴pH值的相对得色深度
注：(1)处方：染料1.25% (owf)、六偏磷酸钠1.5%、食盐（酸性浴、中性浴染色不加，碱性浴染色加60g/L），pH值以纯碱和醋酸调节。 (2) 工艺：浴比1：30，升温速率2℃/min，100℃保温染色40min，水洗、皂洗。 (3) 检测：同表4 中性染料染锦纶，染浴pH值对染色结果（深度、色光）影响不大（表6）． 表6 中性染料染锦纶不同染浴pH值的相对得色深度
注：检测条件同表5。 从表6可见，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。这是因为，在酸性浴中锦纶带有较多的-NH3+，中性染料既能以库仑引力上染，又能以氢键和范德华力上染。而在中性浴(pH=7.18)中，由于染浴pH值大于锦纶的等电点(5～6)，锦纶中的-NH3+很少，染料主要以氢键和范德华力上染的缘故。在碱性(pH=10.08)盐浴（食盐60g/L）中染色，其得色量和中性或酸性浴染色相近或更高。这是因为，有大量电解质存在，在碱性条件下对中性染料能产生促染作用的结果。 可见，中性染料完全可以和反应性直接染料同浴，在碱性(pH=10.08)盐浴中染锦纶。酸性染料染锦纶，对染浴pH值敏感，其相对得色深度受pH值影响大（表7）。 表7 酸性染料染锦纶不同染浴pH值的相对得色深度
注检测条件同表5。 从表7可见，酸性染料在酸性浴中染锦纶得色量最高。在中性浴中染锦纶，其得色量比酸性浴染色平均下降约20%。在碱性盐浴中染色，其得色量只有酸性浴染色的67%，平均下降33%。 很显然，酸性染料与反应性直接染料之间，对染浴pH值严重缺乏同浴的适应性。因此，两者只能以一浴二步法染棉／锦织物，而不能作一浴一步法染色。 2.3 电解质 经检测，反应性直接染料染棉，电解质对得色量的影响，比直接染料、活性染料还要大（表8）。 表8 反应性直接染料的上染量与电解质的依附关系
注：(1) 处方：染料2% (owf)，六偏磷酸钠1.5g/L，纯碱lg/L，食盐20～80g/L。 (2) 工艺：浴比1：25，升温速率2.5℃/min，100℃保温染色50min，水洗、皂洗、水洗。 (3) 检测：以添加食盐80g/L的相对得色深度为100%相对比较。以Datacolor SF 600X测色仪检测。 从表8可见，染2% (owf)的深度时，施加食盐20g/L、40g/L与80g/L相比，其平均上色量前者只有后者的70%与80%左右。所以，反应性直接染料染棉，必须在多量电解质的存在下进行。 分散染料几乎不溶于水，是借助于阴离子扩散剂的包覆，形成带负电荷的染料微粒而分散在水中。电解质的存在，会将染料微粒表层的负电荷抵消，使染料微粒之间丧失同性电荷的排斥力。所以，对染料的分散稳定性会带来一定的影响。 但是，由于常用扩散剂（如扩散剂N、扩散剂MF、扩散剂CNF等），在常压沸温(100℃) 下的扩散能力，比高温(130℃)染色时明显要好。再加上分散染料只用来染锦纶浅淡色，电解质用量少。所以，电解质的负面影响不足以给染色质量造成明显危害。 由于分散染料属于非离子性染料，而且具有很大的疏水性，所以电解质对分散染料染锦纶的上色量影响不明显（表9）。 中性染料与分散染料不同，是水溶性染料，是以带一价负电荷的螯形络合物离子存在于水中。因此，中性染料在碱性浴中染锦纶，同反应直接染料染棉一样。会因纤维（锦纶）带负电荷影响染料吸附而降低上染量。因而，电解质的存在，对其上染会产生显著的促染作用。经检测，染1.25% 深度时，加入食盐60g/L，其上染量可平均提高15%左右（表9）． 可见，分散染料尤其是中性染料，在碱性浴中染锦纶时，对电解质具有较好或良好的适应性。 表9 电解质对分散染料与中性染料上染锦纶的影响
检测条件：参见表l。 3 一浴一步法染色工艺 3.1 染浅淡色泽 (1) 染色处方： 反应性直接染料 x 分散染料 y 软水剂 1～1.5g／L（视染浴硬度而定） 食盐 20～30g/L（视色泽深浅而定） 纯碱（连云港轻质粉状） 0.4g/L (pH=10.08) 扩散剂N 1～1.5g/L (3) 工艺提示： ① 分散染料沸温染锦纶，对锦纶自身的质量差异引起的深浅色差（俗称经柳、纬档），具有很好的遮盖性，匀染效果极佳。而且，在常温常压(100℃)条件下染色，具有良好的化学稳定性，即使在碱性浴中染色，也不会因染料水解而产生得色量下降、色光变化等色泽不稳定问题。但是，分散染料染锦纶却存在着提深性较差，湿处理牢度较低的缺陷。但由于锦纶染浅淡色泽，对匀染性、遮盖性要求较高，而对染深性、湿处理牢度的要求较低。所以，分散染料特别适合染锦纶浅淡色泽。 ② 采用不同分散染料拼染锦纶时，不宜加入锦纶匀染剂和高温匀染剂。原因是，分散染料沸温染锦纶，是靠氢键引力和范德华引力上染，不存在离子键结合。故上色温和，加入锦纶匀染剂对提高匀染效果几乎无作用。由于染浴中已有较多的扩散剂（染料带入与外加），在常温常压(l00℃ )条件下，分散染料的分散稳定性良好，故添加高温匀染剂意义不大。而且，还会因这些匀染剂对不同分散染料上染锦纶的得色量有不同的影响，染色时一旦用量波动，还会产生明显甚至严重的色差（大小样色差、缸差）(表10)。 表10 扩散剂、匀染剂对分散染料上染锦纶的影响
注：(1) 处方：染料1% (owf)、六偏磷酸钠1.5 g/L、硫酸铵2g/L。 (2) 工艺：浴比1：25，升温速率2℃/min，100℃封闭染色30min，水洗、净洗。 (3) 检测：Datacolor SF 600X测色仪检测。 ③ 反应性直接染料染棉，必须添加较多的电解质。而电解质的存在，对分散染料固有的热凝聚倾向会产生一定的负面影响。分散染料染锦纶浅色时，染料浓度低，染料自身带入的扩散剂少，对部分凝聚倾向较大的染料不足以保证其稳定性分散。所以，染色时再补加适量( 1～1.5g/L)的扩散剂是有益的、必要的。 实验结果证实，常用扩散剂（分散剂）在100℃以下的染浴中，扩散（分散）效果良好（注：这类扩散剂，温度越高其扩散能力越弱）。特别是，它们没有锦纶匀染剂和高温匀染剂的上述缺点。因而，施加与不施加、加多或加少对分散染料染锦纶的相对得色深度与得色的色光影响小。而且对不同染料的影响趋势还相对一致。因此，常用扩散剂用于分散染料染锦纶，色光更稳定，综合效果更好。 ④ 锦纶的玻璃化温度低（锦纶647～50℃），在水中容易溶胀。再加上分散染料相对分子质量小、结构简单，染温大于60℃后，分散染料对锦纶的上染速率会骤然加快。反应性直接染料染棉，在碱性盐浴中亲和力较高，80℃保温染色适当时间，便可获得最高上染量。 染料上色快容易吸色不匀产生色花，尤其是喷射溢流机染浅色时最容易发生。这是因为，喷射溢流机染色，是绳状运行，织物在缸体内呈相对静止状态堆置，并有1/3～1/4的织物浮于液面的缘故。 因而，升温速率不要太快，以1.5℃/min为宜。而且在升温途中尚需60℃保温一个时段(10～15min)。这对确保匀染、透染十分有利。 3.2 染中深色泽 (1) 染色处方： 反应性直接染料 z 中性染料 y 软水剂 1.5g/L 食盐 60～80g/L 纯碱 0.4g/L (pH=10.08) (3) 工艺提示： ① 反应性直接染料染棉的中深色泽，对染浴pH值的依附性较大。经检测，染浴pH值在10～11范围内，得色量相对最高，重现性相对最好。染浴pH<10，染料的固着率会明显下降，重现性也随之变差。因此，对反应性直接染料而言。连云港轻质粉状纯碱的使用量应该是0.4～1.5g/L。但考虑到碱性过强对锦纶的染色不利，还是以下限pH值10染色为宜。但是，对染浴pH值必须严加控制，尤其是要防止染浴pH<10的状况出现，以确保棉纤色泽的稳定。 ② 反应性直接染料染棉的中深色泽，对电解质的依赖性也较大。实验证明，只有较多的电解质存在下，才能获得良好的染深效果与最佳的色泽重现性。但电解质用量也不宜过多，以60～80g/L 为宜。原因是，在国产中性染料的分子结构中，几乎没有强亲水性基团—磺酸基(-S03Na)，只有弱亲水性基团—磺酰氨基(-S02NH2)或磺酰烷基(-S02CH3)。因此，中性染料的水溶性较低。经检测，第一代中性染料，在60℃时的溶解度只有5～30g/L。第二代改良型中性染料，在60℃时的溶解度也只有40～70g/L。 注：对中性染料而言，溶解度大会招致匀染性、遮盖性、拼混性变差，吸尽率、湿处理牢度降低。所以，电解质浓度过高，不仅会加重污染，还可能因中性染料溶解状态不良造成染色质量问题。 ③ 喷射溢流机染色或气流机染色时，电解质（食盐或元明粉）要先于染料加入染浴中。要以含电解质的回流水稀释预先化好的染液。且不可先加染料，以含染料的回流水溶解电解质。不然，回流水中的染料会因化料桶中电解质浓度过高而析出，注入缸体内很容易沾污织物，造成色点、色渍染疵。 ④ 电解质和碱剂要在染色初始加入。原因有三： A.反应性直接染料和中温型活性染料不同，在碱性盐浴中不会产生明显地“凝聚”现象与“骤染”现象。经检测，在40℃～100℃的升温区间，染料的上染量是稳步提高，一般不会产生上色不匀。 B.中性染料在碱性浴中染锦纶，在染料一纤维间几乎不存在库仑引力，主要靠氢键引力和范德华引力上染。因此，即使有电解质促染，其上染速率依然比较温和，匀染性良好。 C．反应性直接染料对锦纶具有沾染性（继承了直接染料的性能），其沾染程度与染浴pH值直接相关，酸性浴染色最重，中性浴染色次之，碱性浴染色较轻。因此，碱剂在染色初始加入，可以明显减轻反应性直接染料对锦纶的沾染程度，这有利于棉、锦二相纤维色光的调控。 实验表明，如果电解质后加（升温到100℃后加入），会由于升温时段染浴中无电解质存在，染料上色少，大量染料滞留在水中，电解质一旦加入，染料会急速上染产生“瞬染”现象，反而造成上染不匀（经检测，电解质在沸温后加入，10min内的相对上色量可达35%～60%）。 注：这一点和直接染料不同。在常用直接染料中，有许多染料品种属于盐（电解质）制御性染料，即对电解质特敏感，要靠电解质的缓慢添加来控制其上染速率。因此，电解质不宜在染色初始加入，而要在升温到100℃染液浓度降低后再分次加入，这对提高匀染效果具有特殊意义。 如果碱剂后加（沸温后加入），先在中性条件下升温染色，势必会带来三个问题：第一，反应性直接染料沾锦严重，会给棉、锦二相色光的调整造成困难。第二，在升温时段，反应性直接染料与棉纤之间的固着率太低，必须延长加碱后的保温染色时间，无疑会造成能耗大、效率低。第三，中性染料上色快，匀染效果下降。 ⑤ 在碱性盐浴中染色，由于反应性直接染料和中性染料上色温和，没有明显的“瞬染”现象，所以染深色时，既不需要添加锦纶匀染剂，也不需要升温途中保温，只要控制升温速率不要过快，便可获得良好的匀染效果。 4 结语 反应性直接染料染棉，只有在碱性盐浴中染色，才能获得最佳的染色效果。而中性染料与分散染料在碱性盐浴中染锦纶，其染色效果也相对较好。即，中性染料（或分散染料）与反应性直接染料，具有良好的工艺（染色温度、染浴pH值、电解质）适应性。这就使棉／锦织物采用二浴套染法染色的传统工艺，改为一浴一步法染色成为可能。 实践证明，棉／锦织物采用反应性直接染料与中性染料或分散染料同浴一步法染色，其得色深度与得色色光正常，匀染效果良好，湿处理牢度优良。 |
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