硕士学位论文-棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺探讨.pdf

i 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺探讨棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺探讨 中文摘要中文摘要 传统棉机织物的前处理和染色是分开进行的，即使用两浴法前处理和染色。此法 所需工艺时间长，操作复杂，劳动量及用水量大，污染负担重。因此，对棉机织物染 色工艺的简化工作一直是染整工作者的一个重要课题。 本文主要探讨了棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺。 选用合适的活性染料 进行染色，研究了活性染料一浴法染色的工艺参数（染色温度、ph 值、碱剂、双氧 水、浴比、固色剂、有无练染助剂等）对染色成品上染率、毛效、撕裂强度、摩擦牢 度等的影响，确定了适用于棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法的染色工艺。 该工艺除上染率稍低外，其它方面均能达到两浴法的一般水平，具有缩短染色时 间、提高生产效率、减少能耗、节约用水量、减少污水排放处理负担等优点。 关键词：关键词：棉织物; 活性染料; 煮漂; 染色; 一浴法 作 者：肖鹏业 指导教师：唐人成 ii discussion on one-bath process of scouring and bleaching and reactive dyeing of woven cotton fabric abstract the pretreatment and dyeing of woven cotton fabric are separately performed in two-bath process. this processing method has such disadvantages as long time, complex operation, intensive of labor, high water consumption and heavy pollution. therefore it is a important topic for dyeing and finishing workers to simplify the pretreatment and dyeing of woven cotton fabric. in this work, one-bath scouring, bleaching and reactive dyeing procedure of woven cotton fabric was discussed. the appropriate reactive dyes were determined. the influence of technology parameters (temperature, ph, alkalis, hydrogen peroxide, liquor ratio, fixing agent, scouring and dyeing auxiliaries, etc.) on the exhaustion percent of dyes as well as the capillary effect, tearing strength and rubbing fastness of dyed fabric was investigated. and finally, one-bath processing parameters were given. one-bath scouring, bleaching and reactive dyeing process showed such advantages as short time, high production efficiency, reduced energy consumption, relatively low water consumption and reduced sewage emission, and the quality of dyed fabric reached to the level of two-bath process though it had slightly the low exhaustion degree of dyes. key words: cotton fabric; reactive dyes; scouring and bleaching; dyeing; one bath process written by xiao peng-ye supervised by tang ren-cheng 目目 录录 第一章 序言.1 1.1 活性染料一浴法染棉机织物的发展1 1.2 本论文主要研究内容1 第二章 理论部分.3 2.1 棉织物前处理和活性染料染色的传统工艺3 2.1.1 棉纤维的结构与性能3 2.1.2 活性染料的结构与分类5 2.1.3 棉织物前处理和活性染料染色工艺6 2.1.4 活性染料的上染过程与影响活性染料染色的几个因素8 2.2 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法10 2.2.1 活性染料一浴法染色的理论基础10 2.2.2 煮漂和活性染料染色一浴法对染料和助剂提出的要求11 2.2.3 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法中的几个问题12 第三章 实验部分15 3.1 实验材料15 3.2 测试方法16 3.3 升温曲线16 3.4 实验内容17 3.5 实验过程及实验数据17 3.5.1 传统工艺条件下棉机织物的染色.17 3.5.2 不同 ph 值对一浴法染色性能的影响.18 3.5.3 不同染色温度对一浴法染色性能的影响19 3.5.4 不同碱剂用量对一浴法染色性能的影响20 3.5.5 不同双氧水浓度对对一浴法染色性能的影响20 3.5.6 不同浴比对一浴法染色性能的影响21 3.5.7 不同双氧水消除剂对一浴法染色性能的影响22 3.5.8 不同固色剂对一浴法染色性能的影响22 3.5.9 练染助剂对一浴法染色性能的影响23 3.6 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺的确定24 3.6.1 实验材料及药品.24 3.6.2 实验工艺流程：24 第四章 实验结果与讨论26 4.1 煮漂和活性染料染色一浴法工艺条件对活性染料染色性能的影响26 4.1.1 ph 值对活性染料染色性能的影响.26 4.1.2 染色温度对活性染料染色性能的影响27 4.1.3 不同的碱剂浓度对染料染色性能的影响28 4.1.4 不同的双氧水浓度对染料染色性能的影响29 4.1.5 不同浴比对活性染料染色性能的影响30 4.1.6 不同双氧水消除剂对活性染料染色性能的影响31 4.1.7 不同固色剂对活性染料染色性能的影响32 4.1.8 练染助剂对活性染料染色性能的影响33 4.2 煮漂和活性染料染色一浴法与传统方法的染色效果比较34 第五章 结论36 参考文献37 攻读硕士学位期间发表的论文38 致 谢39 1 第一章第一章 序言序言 1.1 活性染料一浴法染棉机织物的发展活性染料一浴法染棉机织物的发展 传统棉机织物的前处理过程和染色过程是分开进行的，使用两浴法染色。此工艺 的缺点在于所需时间长，操作过程较为复杂，工作人员劳动量大，用水量大，而且污 水处理负担非常严重。 随着我国印染产业的不断发展以及近来国家政府对能源问题和 环保问题的日益重视， 活性染料染色工艺的简化工作成了染整工作者的一个非常重要 的课题。为了简化棉机织物的染色工艺，人们先后开发了前处理碱氧一浴处理法、冷 轧堆技术以及新型活性染料染色等工艺技术。 以上方法， 虽然较好地简化了染色工艺， 缩短了染色的时间，但仍因成本较高或工艺时间较长，以及一些工艺条件对染料和助 剂选取的条件限制，在实际的生产使用过程中并不理想。 近年来，伴随我国纺织工业的快速发展，染料、助剂等化学工业也取得了长足的 进步。其中，活性染料逐渐成为发展速度最快，应用范围最为广泛的一类染料。活性 染料具有良好的应用性能，它色谱齐全，色泽鲜艳，价格较低，水溶性好，扩散和匀 染性好，使用方便，具有较好的耐洗牢度和摩擦牢度1。 活性染料一般在碱性的条件下固色，而棉的前处理过程也是碱性条件下进行的， 这为棉机织物的前处理和活性染料的染色一浴法工艺的探索提供了可能。 随着国家积 极推进科学发展观， 我国正逐步形成节能减排的良好局面。 在我们印染行业的发展中， 简化传统的棉机织物前处理和活性染料染色的工艺显得较为迫切。 在合适助剂存在的情况下，采用一些耐碱性活性染料染色，可以实现前处理和活 性染料染色的一浴法。所得织物成品的染色均匀度、染色牢度以及表观颜色深度等技 术指标与传统染色工艺的结果基本一致。与传统的活性染料染色工艺相比，可大大缩 短染色的工艺时间和节约水的用量及对水的污染。同时，活性染料一浴法染色的深入 研究，也为不同染料不同织物的染色工艺的研究开辟了新的途径。目前，许多染整工 作者都在对此工艺进行进一步的研究。 1.2 本论文主要研究内容本论文主要研究内容 本论文主要探讨了棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺。该工艺中煮练、漂 白、活性染料染色过程在同一浴中完成。针对活性染料因煮练和漂白过程所产生的染 2 色性能问题及外界条件改变给染色带来的各种影响，将在实验中通过选用耐碱性、稳 定性较好的活性染料，适当选择染色的温度、染色 ph 值、染色的浴比等，解决前处 理和活性染料同浴染色过程所产生的矛盾；并通过进一步的实验分析与探讨，确定棉 机织物活性染料煮漂和活性染料染色一浴法的最佳工艺条件。 主要研究内容包括： （1）棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺条件（双氧水浓度、双氧水消除 剂、碱剂浓度、温度、ph 值、浴比、固色剂、有无练染助剂等）对活性染料染色性 能的影响。 （2）棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法工艺的确定。包括升温曲线、双氧水 用量、染色温度、ph 值、浴比、碱剂等方面。 3 第二章第二章 理论部分理论部分 2.1 棉织物前处理和活性染料染色的传统工艺棉织物前处理和活性染料染色的传统工艺 2.1.1 棉纤维的结构与性能棉纤维的结构与性能 棉纤维是从棉籽表皮上细胞突起生长而成的2。每根棉纤维就是一个细胞，棉纤 维的生长、发育分为纤维细胞延长生产和胞壁增厚两个阶段。成熟棉纤维组成成分如 表 2-1 所示。 棉纤维组织层次比较复杂，由内到外，依次为中腔、次生胞壁、初生胞壁、角质 层。角质层是棉纤维的最外层，主要有蜡质、果角质和蛋白质组成。角质层是棉花生 长过程中表面物质硬化形成，因而具有疏水性。初生胞壁主要为纤维素的网状结构， 也包含一定量的蜡质和果角质。初生胞壁很薄，约为 30%，是碱处理或石磨处理的主 要对象。次生胞壁是纤维的主体，约占纤维总量的 90%以上，次生胞壁纤维素含量很 高，杂质含量较低。中腔大小与棉纤维胞壁厚度有关系，胞壁厚，中腔就小，反之中 腔就大，因而对同一棉纤维来说，胞壁的厚度和成熟度成反比。中腔内含有细胞核残 余，残余物质有洁白和浅黄等颜色，这些决定了棉纤维的本色3。 表表 2-1 成熟棉纤维组成成熟棉纤维组成（以绝对干燥纤维重量计算） 成分 含量（%） 成分 含量（%） 纤维素 94.0 有机酸 0.8 蜡状物质 0.6 果胶质 0.9 灰分 1.2 多糖类 0.3 含氮物质 1.3 未定部分 0.9 （1）棉纤维素 纤维素是一种多糖物质，其分子主要是由很多葡萄糖剩基连接起来的，分子式可 写成(c6h10o5)n。由于大分子具有多分散性，实际上纤维素是一个复杂同系物的混合 物，式中 n 为聚合度。棉的聚合度为 250010000。 纤维素大分子的化学结构是由 -d-六环葡萄糖残基彼此以 1-4 苷键连接而成。纤 维素分子中的葡萄糖剩基上有三个自由存在的羟基，其中两个是仲羟基，一个是伯羟 基，具有一般醇的特性。化学性质比较活泼，亲核反应比水强，可以与染料和水发生 4 吸附、氧化、酯化、醚化、交联和接枝等反应，在酸性条件下容易发生水解反应2。 从纤维素纤维的形态和超分子结构来看，在保持纤维状态进行化学反应时，具有 反应不均一的特征，染整加工所进行的化学反应往往多属于此类。这种现象主要与纤 维的形态和超分子结构的不均一性有关。纤维素纤维分子在纤维中组成原纤、晶区和 无定型区，形成了特定的形态和超分子结构。不同的试剂在不同的介质中只能深入到 纤维中某些区域，而不能到达纤维内排列紧密的晶区，造成各部分所发生的化学反应 程度不同。 从棉纤维的形态结构来看， 棉纤维是一种细而长的物体。 一根成熟棉纤维由梢部、 中部和基部组成。棉纤维梢部圆形度最高，中部次之，基部最低；横截面积为中部最 大，基部次之，梢部最小；周长则梢部最小，中部和基部无明显差异。一般纤维顶端 封闭，中部略粗，两端略细，纤维长度与宽度之比约为 10003000 倍。正常成熟的棉 纤维，纵向外观上具有天然转曲，即棉纤维纵面呈不规则的而且沿纤维长度方向不断 改变转向的螺旋形扭曲。天然转曲是棉纤维所特有的纵向形态特征，在纤维鉴别中可 以从天然转曲这一特征将棉与其他纤维区别开来。天然转曲一般以棉纤维单位长度 (厘米)中扭转半周 (即 180) 的个数表示。 细绒棉的转曲数约为 3965 个/cm，比正常 成熟的长绒棉少。正常成熟棉纤维的转曲在纤维中部较多，梢部最少，成熟度低的棉 纤维，则纵向呈薄带状，没有或很少转曲。过成熟的棉纤外观呈棒状，转曲也少。天 然转曲使棉纤维具有一定的抱合力， 有利于纺纱工艺过程的正常进行和成纱质量的提 高。但转曲反向次数多的棉纤维强度较低。 （2）蜡状物质 蜡质不溶于水，但能溶于有机溶剂，含量大约为 0.50.6%。蜡状物质和果胶质 是造成天然棉纤维润湿性差的主要原因，蜡状物质和脂肪存在于棉纤维的最外层，对 内部的纤维素起到了保护作用，同时也阻止了前处理时碱剂对基质的可及性。 （3）果胶质 果胶质是一种由两种以上的单糖构成的杂环多糖，它的基本结构是聚半乳糖醛 酸，可分为原果胶、过胶脂酸和果胶酸。棉织物中果胶质的含量随着棉纤维成熟度提 高而降低。成熟的棉纤维果胶质的含量低于 0.91%，在不成熟的纤维中可高达 6%。 棉纤维中的果胶质主要存在于纤维的初生胞壁中。 果胶酸虽有大量的亲水性的羟基和 羧基，但是在棉纤维上果胶质却是以钙盐和镁盐的形式存在，因此果胶质的亲水性比 纤维素要低，它的存在会影响棉纤维的吸水性，必须加以除去，否则会影响纤维的色 5 泽和润湿性，不利于后续的染色、印花等加工。 2.1.2 活性染料的结构与分类活性染料的结构与分类 活性染料又称反应性染料， 其分子的化学结构主要包括染料母体和活性基团两部 分，染料母体即为发色体，与酸性染料或直接染料相类似，活性染料母体结构中一般 含有一个或多个水溶性基团。与酸性染料和直接染料有所不同的是，活性染料分子中 含有一个或两个可与纤维发生共价结合反应的活性基。活性基与染料发色体相连接， 赋予染料发生反应的能力，使染料分子和纤维建立共价键，从而获得良好的色泽和牢 度。活性染料相对于其它染料，其分子结构简单，在水中的溶解度较大，匀染性能优 良。另外活性染料色泽鲜艳、使用方便、色谱齐全、成本低廉，己经成为棉纤维染色 的主要染料。 活性染料的结构通式为4： wdbre 式中： w水溶性基团(water solubilizing group),如-so3na 等，染料的亲水/亲纤维性取 决于它的多少，同时影响染料对纤维的直接性和易洗涤性。 d发色体或染料母体（parent dye） ，是活性染料的重要部分，单偶氮、双偶氮 或含金属的偶氮类有机物是主要组成成分。它们的结构大小和构型，决定了活性染料 的色泽和鲜艳度，同时对活性染料的上染率和匀染性产生直接的影响。母体结构大的 活性染料，其直接性好，对纤维结合的亲和力高，染色速率和平衡上染百分率高。但 发色体结构较大的活性染料移染性较差，匀染性不好5。而且染料对纤维的亲和力、 上染率、固着率和易洗涤性等也受它们的直接影响。 b活性基与发色体的连接基桥基（bridge link）,染料母体与活性基团间联结基， 染料的反应性和亲和力受其取代基与构型的间接影响。 re反应性基团（reactive group)，是活性染料的核心，也是区别于其他各类染 料的特征基团，它赋予染料反应性，在适当的条件下，染料通过它与纤维发生化学反 应，生成共价键结合。活性染料的反应活性、固着率、色牢度和应用条件由这一部分 来决定。 通常根据活性染料活性基团分类，可将活性染料分为单活性基团活性染料和双活 性基团活性染料。单活性基团活性染料又可分为：二氯均三嗪型活性染料、一氯均三 嗪型活性染料和乙烯砜型活性染料等。其中二氯均三嗪型活性染料在我国又称为 x 6 型活性染料，由于环上具有两个氯原子，分子的活泼性较强，在较低温度下就可以和 纤维素纤维发生反应，所以又称低温型或冷固型活性染料。这类染料分子量较小，扩 散速率较高，匀染性好，但直接性低，染料上染百分率低，染料贮存稳定性和染色稳 定性较差，水解能力较强，染料的利用率低，污水处理负担较重6。一氯均三嗪型活 性染料只含有一个活泼氯原子，化学反应性较低，通常要在 90以上高温下，较强 碱剂条件下才能与纤维发生固着反应，分子稳定性较好，水解能力下降。因此又称高 温型、热固型活性染料。 乙烯砜型活性染料，又称中温型染料，国内牌号为 kn 型。乙烯砜型活性染料的 活性基团是乙烯砜基（-so2-ch=ch2） 。烯砜型活性染料的反应性介于二氯均三嗪和 一氯均三嗪之间，染料的贮存稳定性较好。 双活性基团的活性染料含有两个活性基团，增加了染料与纤维反应的概率。固色 率较高。 通常又分为： 一氯均三嗪基与 -乙烯砜硫酸酯基混合型染料和双一氯均三嗪 型染料。 其中一氯均三嗪基与 -乙烯砜硫酸酯基混合型染料大多数为单侧型结构， 两 种活性基之间具有协同效应，提高了染料的反应性，具有较高的固色率和牢度，同时 具备两种活性基的优点，对染色温度、染液 ph 值、浴比、电解质、时间等工艺因素 的适应范围比较宽。 2.1.3 棉织物前处理和活性染料染色工艺棉织物前处理和活性染料染色工艺 棉织物活性染料染色的传统工艺分为染色前处理和三步法浸染过程。 （1）染色前处理 棉织物前处理须经烧毛、退浆、煮练、漂白、丝光等工序。工艺流程较长，可以 除去棉纤维中的天然杂质既纺织过程中带来的浆料等污物，获得比较纯净的棉织物， 为后续印染加工做好准备。 退浆过程主要是为了除去经纱上浆过程中所用的浆料以及浆料中加入的其他成 分。主要包括：天然浆料，如：淀粉；化学浆料：如：聚乙烯醇、聚丙烯酸等。浆料 对印染加工不利，因为浆料的存在会污染染液，耗用染料和助剂，甚至阻碍染料的上 染，进而影响了印染产品的质量。因此，棉织物在上染之前需要进行退浆处理。常用 的退浆剂及退浆工艺包括：酶退浆、碱退浆及氧化剂退浆。 退浆洗净后的棉织物需要进行煮练处理。 煮练是棉织物前处理工艺中的一道主要 工序。因为棉纤维上的一些伴生物、棉籽壳及退浆后残余浆料都必须通过煮练除去。 从而使织物获得良好的润湿性及外观。烧碱是棉纤维织物煮练过程的主要煮练剂，在 7 较长时间加热的作用下，烧碱可以与织物上各类杂质作用使之除去。 经过煮练，织物上大部分天然及人为杂质已经除去，毛细管效应显著提高，已经 能够满足一些品种的加工要求。但对于漂白织物及浅色织物，还需要提高白度。因此 需要进一步除去织物上的色素，使织物更加洁白。再就是虽然织物经过了煮练，但仍 然有部分杂质未能全部除去，因此必须通过漂白剂的作用，来完全去除这些杂质。常 用的漂白工艺有：氯漂、氧漂以及亚漂。 氧漂是指用双氧水来漂白织物。这种方法处理的织物白度较好，色光纯正，储存 时不易变黄，现在以及广泛的应用于棉织物的漂白处理中。 通过以上分析，我们可知：要想在棉织物的染色过程得到良好的透染需要对织物 进行精心的准备。由于所有浆料化合物，如淀粉或者聚乙烯醇与染料均有反应能力， 所以必须从织物上除去，任何残余的碱也必须被中和掉。通过良好的碱煮来去除蜡质 对于活性染料的染色是必须的，因为主流活性染料的染色温度一般较低（如 60） ， 残留的蜡质有碍染料扩散进入纤维内部。活性染料一般有鲜艳的色泽，不耐氯漂，而 且某些活性染料对氯漂比较敏感，应注意残留含氯漂白剂对染色的影响，应该避免使 用含氯漂白剂。 （2）三步法浸染过程7 纤维素纤维活性染料染色的典型浸染工艺分三步： 初期染色阶段 染色在接近中性的溶液中进行，此时染料与纤维反应的可能性很小。在这一染色 阶段中，部分活性染料被棉纤维吸附。主要依靠染料对纤维的亲和力，染料的移染性 能来促使匀染。通常在染色开始阶段加入氯化钠或者硫酸钠，或在染色过程中逐渐加 入氯化钠或者硫酸钠以促使活性染料上染， 并逐渐提高染浴的温度来帮助活性染料扩 散进入棉纤维中，并且有助于移染。 固色阶段 经初期染色后， 通过全部或逐渐加入适当类型和定量的碱来促使染浴ph值升高。 这将引起纤维素纤维上羟基的电离，亲核性纤维离子与活性染料反应。固色过程使染 料继续上染并重新建立染色的平衡。 溶液中活性染料被吸附及染料与纤维反应会同时 进行，直到活性染料不再上染为止。 染色后水洗 被清洗的染色织物中通常含有与纤维素结合的活性染料， 吸附的浮色以及水解染 8 料。而经过染色后水浴中含有剩余的碱和盐，可以通过冷水和热水洗涤来去除。染色 织物上的浮色，如果没有洗干净，这些染料的解吸则会引起消费者再水洗时纤维织物 的沾色。在初期清洗去除碱和盐的过程中，一些未反应染料也会被清洗掉。使用沸腾 的洗液可以进行彻底的洗涤可去除剩余物质，最后染色的织物在温水中清洗。 活性染料染色的最大目的就是在纤维和染料间发挥出最大程度的反应， 通过活性 基团水解而损失的染料最少，而且在此条件下使织物染色均匀。用不同活性基团和分 子结构的染料染色需要加不同数量的盐以获得经济上的上染。有一些活性染料，包括 早期的染料，有比较简单的分子结构，对纤维素纤维很低的直接性，则需要很高浓度 的盐，特别是染深色或者大浴比染色时高达 100g/l，在这样高浓度的盐溶液的情况 下，特别是当低温染色时，总是有染料沉淀的危险。活性染料在固色阶段时跟加盐的 情况一样，染深色或大浴比时需要更多的碱。染浴的 ph 值通常不超过 11，由于染料 水解常常导致上染率低，故即使低活性的染料 ph 值也不超过 118。 2.1.4 活性染料的上染过程与影响活性染料染色的几个因素活性染料的上染过程与影响活性染料染色的几个因素 （1）活性染料的上染过程 活性染料的上染过程可大致分为以下几个阶段： 吸附扩散阶段 首先，染液中的染料分子靠染液的流动和自身的扩散由染液向纤维表面转移，到 达扩散边界层，染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后，染料分子迅速被纤维表 面所吸附，染料分子和纤维表面分子间发生氢键、范德华力结合。与此同时，染料阴 离子和纤维表面的负电荷间也存在库仑斥力，只有当染料分子间吸引力大于斥力时， 才可接近纤维表面。氢键和范德华力随距离的缩短而迅速增大，只有在很近时才有足 够强的作用；库仑力是静电力，在较远距离就有较强的作用，所以只有那些动能较高 的染料分子扩散到纤维表面很近，且吸引力大于斥力时，才能被纤维表面吸附，吸附 是瞬时发生的。因此，活性染料染色时，通常加入一定量的中性电解质，电解质的加 入能够降低染料阴离子和纤维表面负电荷间的库仑斥力， 从而提高染料扩散吸附速度 和染料上染百分率。染料吸附到纤维表面后，在纤维内外形成一个浓度差，因而向纤 维内部扩散。活性染料在纤维素纤维中的扩散是属于在亲水性纤维中的扩散，纤维中 存在许多被水充满和相互贯通的孔道，染料吸附在纤维表面后，通过孔道由外向内扩 散，在扩散的过程中还会吸附在孔道壁上，然后又可能被解吸，直到纤维中的染料和 溶液中的染料浓度达到平衡为止，即纤维内外染料浓度相等为止。纤维中的染料分布 9 在无定形区域，有的呈单分子状态吸附在纤维上，有的则和纤维分子链上的染料保持 平衡状态，分布在纤维内孔道的溶液中，少量染料分子也可能呈多分子层吸附在纤维 分子链上7。 固色阶段 纤维中的染料分子在碱性或高温条件下， 和纤维分子中的有关基团发生反应形成 共价结合固着在纤维中。固色反应式如下： dnh n r cx+ ocell- dnh n r cocell + x- 这种以共价键结合的牢度比以氢键、范德华力结合的牢度要高几十倍以上，因此 活性染料有良好的湿牢度。在与纤维发生反应的同时，染料分子还会与水发生反应， 形成水解染料。随着时间的延长，已固着在纤维上的染料，其共价键也会发生水解， 即发生断键反应。反应式如下： dnh n r cx+ dnh n r c + x- oh- oh dnh n r coh +dnh n r cocell+ cello-oh- 染料因水解而失去与纤维发生反应的活性，失去上染纤维的能力，造成染料固色 率降低。已吸附在纤维上的染料发生水解，还会造成浮色，影响色牢度，染料的水解 同时也会造成染料的浪费和对环境的污染9。 染后水洗阶段 为了获得较高的染色牢度和色泽鲜艳度，将未固着的染料、己水解染料以及残留 在纤维上的碱剂、电解质、助剂等物质从织物上去除，活性染料染色后要进行充分水 洗、皂洗。特别是对一些大分子染料，它们的直接性比较高，已吸附在纤维上的水解 染料分子不容易去除，染后水洗阶段就更为重要。 （2）影响活性染料染色的几个因素 染色温度 不同活性染料的固色温度不同，反应性强的染料，固色温度低，反之较高。染色 温度的确定，不仅要考虑上染百分率和固色率的高低，还要注意匀染和透染效果。温 10 度高，染料吸附上染的匀染和透染效果较好，但染料的直接性将降低，上染百分率降 低10。即使同一类型的染料，由于染料分子的结构和溶解性能不同，它们的染色和固 色温度也会有所不同。分子结构较大或溶解性较低的染料，上染温度要高些。提高温 度会使染料的水解速率和染料与纤维的反应速率都提高， 但对水解速率的影响更为显 著。 ph 值及碱剂 染液当中 ph 值增大，纤维素阴离子浓度与染液中氢氧根离子的浓度比会变化， 由于纤维阴离子浓度随 ph 值的增加没有-oh 的增加快，染料阴离子的直接性降低。 伴随 ph 值增加，纤维溶胀程度也增大，染料聚集程度降低，这都有利于染料扩散系 数的增大，因而可以提高固色速率和固色效率11。但由于随染液 ph 值的提高，染料 水解速率的增加比反应速率变化更快，在 ph 值达到一定值时，继续增加染液的 ph 值，染料的固色率反而会有所下降。 为使活性染料在碱性浴中有较快的固色速率，随活性基反应性的不同，选用碱剂 的碱性强弱也应不同，同时也随所要求的固色速率而定。除了碱性强弱之外，各碱剂 对溶液的 ph 值缓冲能力也是不同的，磷酸三钠、硅酸钠和纯碱缓冲能力较强，因此 用这些碱剂，染液 ph 值较稳定。 电解质 电解质对活性染料有促染作用， 它能降低或克服上染过程中纤维上的负电荷对染 料色素阴离子的库仑斥力。纤维素纤维在碱性浴中因纤维分子水解而带有负电荷，染 料阴离子在接近纤维界面的过程中，首先要受到纤维所带电荷的斥力影响，只有那些 由于分子碰撞，在瞬间具有更高的动能，足以克服这种斥力的染料阴离子才能突破障 碍进入到一定距离内，染料阴离子便被纤维迅速吸附，随着上染过程的进行，纤维上 染料阴离子的增多，纤维表面的负电荷也在增多，纤维表面与染液中染料阴离子的斥 力也在增大，染料的扩散吸附发生困难。这时，向染液中加入一定量的中性电解质， 增加染液本体中的钠离子浓度可以减少染液本体和纤维界面附近的浓度差， 从而降低 由于浓度差而产生的位阻，同时，在钠离子的屏蔽作用下，染料阴离子接近纤维表面 所受斥力大为降低，与纤维发生吸附的染料量增加，从而提高染料上染百分率。 2.2 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法 2.2.1 活性染料一浴法染色的理论基础活性染料一浴法染色的理论基础 11 活性染料染色前后条件的差异较大，采用煮漂和染色一浴法会遇到许多问题。为 缩小它们的差异一般可以从以下几个方面着手： 由于活性染料的反应速率除决定于它的活性基外，还随 ph 值和温度而变化，温 度和 ph 值是两个相关因素。在碱性条件下固色，固色温度较低；在较高温度下固色， 染液 ph 值较低。若在弱碱性，甚至在中性条件下固色，可通过提高固色温度可以降 低固色 ph 值。根据反应动力学研究，温度相差 20 对固色效率的影响相当于改变 一个 ph 值单位。不过，这只是从固色速率方面考虑的，温度高，固色速率虽然高， 但固色效率是低的，因为高温条件下，不仅活性染料的上染百分率低，而且染料的水 解速率提高也快。因此，为了提高固色效率，还应设法采取其它措施。 为了提高活性染料的固色效率， 可选用直接性较高的活性染料来进行煮漂和染色 一浴法。 已知活性染料的直接性主要决定于染料母体结构， 母体结构越大直接性越高； 另外，增加染料的活性基数目也可提高固色率。因此，选用染料母体结构较大和活性 基较多的活性染料可望获得较高的固色率7。 提高固色率的另一个重要措施是加入大量的电解质到染浴中， 使活性染料的上染 率大大提高，从而提高固色率。因为固色率因温度升高而降低，可以用通过增加电解 质的方法来补偿。染料浓度越高，补偿需要的电解质用量越高，补偿用量还随染色温 度升高而增加。也就是说，染浓色产品需要加入大量电解质。 由此可知，只要适当控制染色温度和 ph 值，并加一定量的电解质，还是可以在 活性染料染色的温度和 ph 值范围，保证活性染料有较高的固色率。其主要问题是固 色效率或固色率较低，解决固色率的矛盾可以从选用直接性染料、适当控制升温速率 和加入较多电解质来补偿。这样固色率虽还不能完全达到两浴法的水平，但从工业生 产来说，是可以接受的。因此，从理论上说，采用煮漂和活性染料染色一浴法染色是 可行的。 2.2.2 煮漂和活性染料染色一浴法对染料和助剂提出的要求煮漂和活性染料染色一浴法对染料和助剂提出的要求 （1）对活性染料的要求 要具有一定的耐碱性，有较高的直接性和稳定性，不易发生变色，有较高的固色 率。 （2）对染色助剂的要求 良好的双氧水稳定剂 实验所用的双氧水稳定剂应保证能在前处理过程中使双氧水不会因为剧烈的分 12 解对织物造成毁灭性的损毁。 良好的双氧水消除剂 实验用双氧水消除剂应保证在前处理完毕后， 双氧水的处理完全不会对后续的活 性染料上染和染色造成影响。而且，残留的消除剂不会对活性染料的染色造成影响。 优良的练染助剂 实验用练染助剂应保证对前处理和染色能起到必要的稳定的作用。 2.2.3 棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法中的几个问题棉机织物煮漂和活性染料染色一浴法中的几个问题 棉机织物的前处理和染色在一浴中进行时， 如何消除前处理过程在染浴中加入的 大量的碱剂和双氧水对染色的影响，成为本实验需要首先考虑的问题。 （1）首先是碱剂的消除。大量碱剂的存在使溶液的 ph 值升高，溶液呈强碱性 存在。在强碱性的条件下活性染料一般会很快的发生水解，因而无法上染到棉机织物 上去。因此在染色前需要对染浴的 ph 值进行适当的调节，来避免由此产生的无法上 染或者染色不均匀。中和碱剂过程需要大量的酸。一般来说，盐酸和硫酸等强酸酸性 太强，在使用的过程中一般会造成染料的大量水解，并能进一步影响到染色的深度， 因此应该尽量选用酸性较弱的酸。 而且为了提高酸的使用效率和降低成本应该尽可能 选用多元酸来中和过量的碱剂。本实验使用的碱性中和剂为多元酸柠檬酸。 （2）双氧水的消除。相对于 ph 值的影响，双氧水对染色的影响要更大一些。 棉机织物的漂白过程大多数都用双氧水来进行漂白。市售的 30双氧水对热比较稳 定，但通过加入适量的碱，可促使其进一步分解。虽然双氧水的分解过程与所加碱成 比例关系，但是必须控制碱的加入量。在整个漂白过程中，双氧水和氢氧化钠在高温 (100)下极不稳定：一方面会生成大量的羟基自由基，降低纤维素的聚合度，损伤 棉纤维；另一方面也会有大量未参与漂白反应的双氧水白白浪费掉。因此在染浴中加 入稳定剂是必须的，主要的作用是降低双氧水的分解速率，充分发挥有效氧的效率， 并避免产生污斑。实际上纤维中的杂质和碱有一定的关系，但因为难于设定合适的碱 量，所以先应加入过量的碱后，而另一方面应添加抑制分解的硅酸钠或者专门的双氧 水稳定剂等药品，以取得漂白的平衡。按照抑制分解的稳定剂的种类不同，同样也可 以影响过氧化氢的有效利用率。随着部分新型稳定剂的不断推出，可以不产生硅酸钠 等的二次障碍物(污沾)。双氧水在碱性媒介质中的反应主要分为以下二种类型： hoohhoo- + h+ hoohho+oh 13 式表示异种离解所生成的 hoo-不稳定，在短时间内能产生稳定的氧离子，通 过氧离子而进行漂白。式表示同种离解生成的 oh 自由基，非常不稳定，具有较强 的氧化作用。在有铁、铜、锰等的金属离子存在时，这类金属离子可与其发生催化作 用，促进相同的 oh 自由基的发生，成为纤维脆损的原因。特别在有铁离子混入时， 即使对设备四周的环境充分采取了措施，但考虑到由于棉本身的铁离子仍会引发损 伤，在实际的疵点中，这就是其原因。 在棉机织物的煮漂和活性染料染色一浴法的合理化过程中， 所使用的双氧水漂白 剂在产生有效作用后，如何从染浴中将其去除，而且不产生什么后续问题，这是关键 12。双氧水的分解可以采用还原剂还原或者双氧水生物分解酶。 作为双氧水的还原剂，常用的有亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠等，除硫 代硫酸钠外，其余的还原剂的还原力太强，因此在中和双氧水后，残留的还原剂有将 染料分解的危险，所以建议采用还原力较弱的硫代硫酸钠为主体的还原剂，或使用双 氧水生物分解酶等物。 随着现代科技的发展，生物酶这种高效的生物除氧剂也被应用到实际的生产中。 酶的化学本质是蛋白质，酶在加热、强碱、腔酸、重金属和洗涤剂的作用下会失活， 蛋白质根据其组成可分为简单蛋白质和结合蛋白质，简单蛋白质由氨基酸组成，结合 蛋白质除了氨基酸以外，还有其他有机和无机成分，但主要成分还是氨基酸。蛋白质 分子由一条或多条肽链，并可以分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等结 构层次，有的蛋白质分子还有五级结构。不同的蛋白质分子结构也不同。另外，酶还 是一种生物催化剂，具有温和、高效和专一等特点。具体情况如下： 酶的专一性体现在一种酶只能作用于一种或一类结构相似的底物， 并催化某种类 型的反应。然而酶的专一程度视酶的种类不同而有所差异。大多数酶呈绝对或几乎绝 对专一性，只催化一种底物，少数专一程度低的酶，可作用于多种产物。 酶催化反应的速度极高，一般可达几百万倍，因此具有高效性。而且大多数酶催 化性均可在常温常压下进行因而较易控制，操作环境较安全13。 使用双氧水还原剂的一个缺点就是还原剂的用量不容易控制， 每次生产中双氧水 的剩余量都不一样，还原剂的量无论是多了还是少了都会对后续的染色产生影响。还 原剂的量少了双氧水就会去除不净， 剩余的双氧水就会分解活性染料， 影响染料上色， 使染料产生染花或者无法上染的现象，如果还原剂的量多了，也会使染料分解，使染 料无法上染。而使用双氧水生物分解酶就可以解决这个问题。 14 催化酶是存在于肝脏红血球、叶绿素中的一种酶，能将双氧水分解为水和分子态 氧。使用双氧水生物分解酶工艺由它的优点：双氧水生物分解酶在冷水中作用，可节 约大量能源；无需还原剂或水漂洗，可节约大量的水；水解产物为水和氧气，可减少 环境负荷；同时，染色可随后立即进行，从而节约了时间，双氧水生物分解酶只作用 于双氧水，对染色没有干扰，因而有些产品可与染色同时进行，节约时间。 15 第三章第三章 实验部分实验部分 3.1 实验材料 实验材料 织物：棉机织物（已退浆处理） ，山东天力印染有限公司提供。 仪器与设备：详见表 3-1。 染料及化学品：详见表 3-2。 表表 3-1 实验所需仪器与设备实验所需仪器与设备 名称 型号 产地 电子天平 fa-n/fc 上海精密科学仪器厂 电热恒温水浴锅 rapid-l-24a 厦门瑞比精密机械公司 电热鼓风干燥箱 zb101 淄博仪器厂 分光光度计 721 上海第三分析仪器厂 织物毛细效应仪 lfy-215 山东纺织科学研究院 多功能织物强力机 lfy-201d 山东纺织科学研究院 纺织品耐摩擦色牢度试验仪 lfy-304 山东纺织科学研究院 酸度计 phs-2 上海第二分析仪器厂 表表 3-2 实验所需染料及化学品实验所需染料及化学品 名称 型号 产地 30%双氧水 分析纯 上海埃彼化学试剂有限公司 硅酸钠 分析纯 上海埃彼化学试剂有限公司 氢氧化钠 分析纯 天津市申泰化学试剂有限公司 氯化钠 分析纯 上海亨达精细化工有限公司 亚硫酸钠 分析纯 天津市瑞金特化学品有限公司 碳酸钠 分析纯 上海埃彼化学试剂有限公司 保险粉 分析纯 上海埃彼化学试剂有限公司 柠檬酸 分析纯 上海埃彼化学试剂有限公司 润湿渗透剂 jfc 工业品 广州市纺织工业研究所 雷马素中温型活性染料 工业品 德司达公司 16 3.2 测试方法测试方法 上染百分率：上染百分率（%e）采用残液比色法测定，用分光光度计分别测定 染色前后染液的吸光度 a0、a1。 根据如下公式计算上染百分率： 01 0 % aa e a = 撕裂强度：测试方法按gb/t3917-1997进行。 毛细管效应：使用0.5%重铬酸钾溶液，每30min上升的高度。 干摩擦牢度：测试方法按gb/t3920-1997进行。 3.3 升温曲线升温曲线 （1）活性染料传统染色工艺曲线，如图3-1。 40 入染 15min nacl 约1min-1 70 1/2纯碱 20min 剩余1/2纯碱 20min 水洗皂洗 图图 3-1 活性染料传统染色工艺曲线活性染料传统染色工艺曲线 （2）煮漂和活性染料染色一浴法工艺曲线，如图3-2。 20 硅酸钠 约2min-1 90 双氧水 酸naohjfc 练染助剂 布样 100 60min 35 酶 17 30min 水洗 皂洗 染料盐1/3碳酸钠 65 15min 2/3碳酸钠 30min 2min-1 水洗 10min 图图 3-2 煮漂和活性染料染色一浴法工艺曲线煮漂和活性染料染色一浴法工艺曲线 3.4 实验内容实验内容 （1）对棉机织物进行活性染料染色的传统工艺染色实验。 （2）对棉机织物进行煮漂和活性染料染色一浴实验。 对不同的影响因素进行实验分析。采用不同ph值、不同染色温度、不同碱剂用 量，不同双氧水浓度、不同浴比、不同的双氧水消除剂分别进行实验。并分别计算织 物的上染率。 （3）对通过煮漂和活性染料一浴法染色的棉机织物与通过传统染色方法染色的 棉机织物进行对比分析。 对通过煮漂和活性染料染色一浴法染色后的织物分别进行毛 细管效应测试，撕裂强度测试，干摩擦牢度测试。 （4）确定最佳工艺配方 常温下配制染浴（naoh、硅酸钠、高效渗透剂jfc、练染助剂） ，投入布样，加 热到90，加入双氧水，升温至100，煮练60min，降温至35，调节ph 78， 加入生物酶消除双氧水，加入染料、nacl。染色10min后，加入1/3量的na2co3， 染色15min，然后升温至65。加入剩余2/3量的na2co3，固色30min。 水洗， 皂煮， 水洗，烘干。 3.5 实验过程及实验数据实验过程及实验数据 3.5.1 传统工艺条件下棉机织物的染色传统工艺条件下棉机织物的染色 经煮练、漂白后的棉机织物，使用传统的染色工艺方案对织物进行染色。 工艺流程为：润湿的织物染色固色水洗皂洗水洗烘干。 （1）实验材料及药品 棉机织物数块（每块重约4克） 活性染料：活性黄rgb、活性红rgb、活性蓝rgb 18 润湿渗透剂jfc 3g/l nacl 20g/l na3po4 15g/l 浴比 1: 20 （2）实验工艺流程 染色90min热水洗皂煮20min冷水洗烘干 工艺曲线见图3-1：传统染色工艺曲线。 实验数据：详见表3-3。 表表 3-3 传统工艺条件下棉机织物的染色实验结果传统工艺条件下棉机织物的染色实验结果 工艺 染料 上染百分率 (%) 毛效 (mm) 撕裂强度 （n） 干摩擦牢度 71.1 135 6.25 5 活性黄 rgb 72.8 136 6.40 5 69.9 124 6.75 4-5 活性红 rgb 70.9 127 6.53 4-5 72.4 127 7.21 5 传统染色 活性蓝 rgb 70.8 130 7.12 5 3.5.2 不同不同 ph 值对一浴法染色性能的影响值对一浴法染色性能的影响 （1）实验材料及药品 棉机织物数块（每块重约4克） 活性染料：活性黄rgb、活性红rgb、活性蓝rgb 润湿渗透剂jfc 3 g/l 氢氧化钠 20 g/l 30%双氧水 12 g/l 保险粉 2 g/l nacl 50 g/l 硅酸钠 0.5 g/l 19 na3po4 15 g/l 浴比 1: 20 （2）实验工艺流程 常温下配制染浴（naoh、硅酸钠、润湿渗透剂jfc） ，然后投入布样，加热到 90，加入双氧水，升温至100，煮练60min，加入保险粉，消除双氧水，降温至 35，调节不同范围ph值，加入染料、nacl染色10min后加入1/3量的na3po4， 上染30min，然后升温至65，加入剩余2/3量的na3po4固色30min，水洗，皂煮， 水洗，烘干。 工艺曲线见图3-2：煮漂和活性染料染色一浴法工艺曲线。 实验数据见表4-1：不同ph值对活性染料染色性能的影响。 3.5.3 不同染色温度对一浴法染色性能的影响不同染色温度对一浴法染色性能的影响 （1）实验材料及药品 棉机织物数块（每块重约4克） 活性染料：活性黄rgb、活性红rgb、活性蓝rgb 润湿渗透剂jfc 3 g/l 氢氧化钠 20 g/l 30%双氧水 12 g/l 保险粉 2 g/l 硅酸钠 0.5 g/l nacl 20 g/l na3po4 15 g/l 浴比 1: 20 （2）实验工艺流程 常温下配制染浴（naoh、硅酸钠、润湿渗透剂jfc） ，然后投入布样，加热到 90，加入双氧水，升温至100，煮练60min，加入保险粉，消除双氧水，降至试 验温度，调节ph值至7-8， 加入染料、nacl染色10min后加入1/3量的na3po4， 上染30min，然后升至试验温度，加入剩余2/3量的na3po4固色30分，水洗，皂煮， 水洗，烘干。 20 工艺曲线见图3-2：煮漂和活性染料染色一浴法工艺曲线。 实验数据见表4-2：不同染色温度对活性染料染色温度的影响。 3.5.4 不同碱剂用量对一浴法染色性能的影响不同碱剂用量对一浴法染色性能的影响 （1）实验材料及药品 棉机织物数块（每块重约4克） 活性染料：活性黄rgb、