（纺织化学与染整工程专业论文）纯棉针织物冷轧堆染色工艺研究.pdf

学位论文主要创新点 l i i i i l li l l ii 1 ( i i1 1111i y 17 7 318 8 一、论文探讨了梭织物与针织物在冷轧堆染色中的不同，对冷轧堆染 色技术在纯棉针织物上的应用进行了分析，研究了适合于棉针织物的 冷轧堆染色工艺技术。 二、采用“d e s i g n e x p e r t ”软件不仅对冷轧堆染色工艺进行了优化， 同时还详细分析了各个影响因素对冷轧堆染色的影响及其它们之间 的交互影响程度，并通过建立的二阶经验方程可对染色结果进行有效 预测。 三、对冷轧堆染色过程中的重要环节快速固色打样实验进行了研 究，找出了适合于棉针织物的快速打样方法。 摘要 本文根据棉针织物冷轧堆染色对活性染料的要求，对所选用的德凯素系列棉 用活性染料进行了一系列的性能测试，结果表明，所选用的活性染料三原色直接 性软低，扩散性和耐碱性较好，采用冷轧堆染色时，染料提升性能较好，能够满 足棉针织物冷轧堆染色的要求。确定染色所需的染料后，对碱剂的种类和用量、 尿素的用量、盐用量、渗透剂的用量、堆置时间和温度及轧余率这8 个因素对冷 轧堆染色工艺的影响进行了单因素分析，并在单因素实验的基础上，采用 p l a c k e t t b u r m a n 实验设计，以k s 为响应值，对上述8 个影响因素进行了筛选， 通过实验及对实验数据分析得出：在所考察的8 个实验因素中，烧碱浓度、尿素 用量和堆置时间对k s 值的影响最为显著；采用中心组合设计( c c d ) ，对这3 个影响因素进行了进一步的优化，通过实验分析及验证，得出冷轧堆染色工艺的 最优工艺条件为：烧碱6 9 l ，尿素3 0 l ，堆置时间1 8 h ，纯碱3 0 l ，渗透剂 3 9 l ，堆置温度3 5 ，轧余率8 0 。在此工艺条件下进行染色，织物的皂洗牢 度可以达到4 5 级，干摩擦牢度可以达到4 5 级，湿摩擦牢度可以达到4 级。 经过丝光和碱缩后的针织物经冷轧堆染色较非浓碱处理的针织物所用染料 的利用率提高1 6 - 4 0 ，丝光处理和冷轧堆染色的结合使棉针织物冷轧堆染色工 艺更加节能和环保。 为了验证冷轧堆染色在针织物上应用的可行性，对针织物冷轧堆染色还进行 了一系列的对比实验，与传统染色的轧焙染色和浸染方法相比较，冷轧堆染色技 术的染色效果基本能达到或超过传统染色工艺；与纯棉机织物冷轧堆染色工艺的 比较，可以得出，不同的织物结构对冷轧堆染色也具有重要的影响，与机织物相 比，由于针织物对张力敏感的特点使得冷轧堆染色工艺在针织物上的应用控制需 更加严格。 小样试验是冷轧堆染色的一个非常重要的环节，小样染色的准确性直接影响 生产的正常运行。本实验采用恒温堆置快速打样实验，活性染料三原色红、黄、 蓝分别在6 0 、6 0 、5 0 恒温堆置6 0 r a i n 后，其k s 值与标准样接近，且采 用恒温堆置打样时最大吸收波长与标准样的最大吸收波长完全一致。固色基本完 成后，随着堆置时间的延长，在一段时间内试样的颜色深度基本趋于稳定，因此 时间对k s 值的影响较小，试验易于控制。 关键词：棉针织物，活性染料，冷轧堆，染色 a b s t r a c t t h ep a p e rb a s e do nt h er e q u i r e m e n t so fr e a c t i v ed y e sf o rc o l dp a db a t c h ( c p b ) d y e i n g ，h a v ec a r r i e do u tas e r i e so fp e r f o r m a n c et e s t sf o rt h ed e ks e r i e so fc o t t o n w i t hr e a c t i v ed y e s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et h r e ep r i m a r yc o l o r sw e h a v ec h o s e na r e l e s ss u b s t a n t i v i t y , g o o dd i f f u s i o na n da l k a l i r e s i s t a n c e ，u s i n gc p bd y e i n gp r o c e s s ，t h e d y e sa l s oh a v eg o o db u i l d i n gu pp r o p e r t i e s ，c a nm e e tt h ed y e i n gr e q u i r e m e n t sf o r d y e i n gc o t t o nk n i t s t h e nt h ef a c t o r ss u c ha st h et y p ea n da m o u n to fa l k a l i ，t h e a m o u n to fu r e a , s a l ta n dp e n e t r a n t ，t i m e ，t e m p e r a t u r ea n dl i q u o rp i c k u p o nc p b d y e i n gp r o c e s sc o n d i t i o n sa r ea n a l y z e d ，a n du s ep l a c k e t t b u r m a n ，k si nr e s p o n s et o t h ev a l u et os c r e e n e dt h ea b o v em e n t i o n e d8f a c t o r s ，t h er e s u l t sa r e - t h ei m p a c to f c o n c e n t r a t i o no fc a u s t i cs o d a ，u r e ad o s a g ea n ds t a c k e di nt i m ea r eo b v i o u s ；t h e s et h r e e f a c t o r sw e r ef u r t h e r o p t i m i z e db yc e n t r a lc o m p o s i t ed e s i g n ( c c d ) ，t h r o u g h e x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n dv a l i d a t i o n ，d r a w nc p bd y e i n go fo p t i m u mp r o c e s sa r e ； c a u s t i cs o d a6 9 l ，u r e a3 0 9 l ，s t a c k e di nt i m e18 h ，s o d a3 0 9 l ，p e n e t r a n t3 9 l ，t h e t e m p e r a t u r e3 5 ，l i q u o rp i c k - u p8 0 t h ef a b r i cd y e db yt h eo p t i m a lp r o c e s s ，t h e s o a p i n gf a s t n e s so ft h ef a b r i ci s4 - 5 ，d r yr u b b i n gf a s t n e s si s4 - 5 ，a n dw e tr u b b i n g f a s t n e s si s4 t h ek n i t sw h i c hw a sm e r c e r i z e dd y e db yc p b d y e i n gm a k et h ed y eu t i l i z a t i o n i n c r e a s e16 4 0 t h a nn o n c o n c e n t r a t e da l k a l i t r e a t m e n t t h ec o m b i n a t i o no f m e r c e r i z a t i o na n dc p b d y e i n go fc o t t o nk n i t t e df a b r i c sw i l lm a k et h ec p bd y e i n g p r o c e s sm o r ee n e r g y - e 街c i e n ta n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y i no r d e rt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h ea p p l i c a t i o ni nt h ek n i t s ，a l s oc a r r i e do u ta s e r i e so fc o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t s c o m p a r e dw i t ht h e p a d t h e r m o f i xd y e i n ga n d e x h a u s t e dd y e i n gm e t h o d ，c p bd y e i n gc a ng i v eab e t t e r d y e i n gr e s u l t ；c o m p a r e dw i t h w o v e nf a b r i cd y e db yc p b ，w ek n o wt h a tt h ef a b r i cs t r u c t u r ei sa l s oa ni m p o r t a n t i n f l u e n c e ，b e c a u s et h ek n i r e df a b r i ci ss e n s i t i v et ot e n s i o n ，t h ep r o c e s ss h o u l db e c o n t r o l l e ds t r i c t l y s a m p l ee x p e r i m e n ti sa l li m p o r t a n tp a r to fc p b ，w h i c hh a sg r e a ti n f l u e n c eo nt h e n o r m a lo p e r a t i o no ft h ep r o d u c t i o n i nt h ee x p e r i m e n tu s i n gc o n s t a n tt e m p e r a t u r e r a p i df i x a t i o nm e t h o d s ，r e a c t i v er e d ，y e l l o wa n db l u ea t6 0 。c 、6 0 1 2 、5 0 cs t a c k e di n 6 0 m i n ，t h e i rk si sc l o s e dt os t a n d a r ds a m p l e ，a n dt h em a x i m u ma b s o r p t i o n w a v e l e n g t ha r ee x a c t l y a f t e rt h ec o l o rf i x i n gp r o c e s s ，a l o n gw i t ht h es t a c k e dt i m e e x t e n s i o n ，t h ec o l o rd e p t ho ft h es a m p l eb e c a m es t a b l e s ot h et i m eo nt h ek si sl e s s c o m p a c t e d ，a n dt h ee x p e r i m e n ti se a s yt oc o n t r 0 1 k e yw o r d s ：c o t t o nk n i t s ，r e a c t i v ed y e ，c o l dp a db a t c h ，d y e i n g 目录 第一章前言1 1 1 课题的提出1 i 2 针织物冷轧堆染色工艺的发展1 1 3 针织物的结构及特点。3 1 4 针织物冷轧堆染色工艺4 1 4 1 针织物冷轧堆染色工艺条件4 1 4 2 快速固色打样实验1 l 1 5 统计学优化方法1 2 1 5 1p l a c k e t t b u r m a n 实验设计1 3 1 5 2 响应面方法( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y , r s m ) 13 1 6 本课题主要研究内容及意义1 3 第二章实验部分1 5 2 2 材料与试剂l5 2 1 1 织物l5 2 1 2 染化药剂15 2 1 3 实验仪器15 2 2 实验内容及方法16 2 2 1 冷轧堆染色工艺及方法1 6 2 2 2 轧焙染色工艺流程及处方1 7 2 2 3 浸染工艺流程及处方1 7 2 2 4 丝光、碱缩处理1 8 2 2 5 快速固色打样方法18 2 3 测试方法18 2 3 1 染料直接性和扩散性的测试1 8 2 3 2 染料耐碱性的测试一1 9 2 3 3 染浴稳定性的测试( 染液与固色液的相容性) 1 9 2 3 4 刚s 值及色样特征值的测定1 9 2 3 5 匀染性的测定。1 9 2 3 6 透染性的测定2 0 2 3 7 固色率的测定。2 0 2 3 8 色牢度的测定2 0 第三章实验结果与讨论2 1 3 1 染料性能分析2 1 3 1 1 染料的直接性和扩散性2 l 3 1 2 染料耐碱性2 2 3 1 3 染浴稳定性2 3 3 1 4 染料提升力实验。2 4 3 2 各因素对棉针织物冷轧堆染色效果的影响2 5 3 2 1 碱剂的影响2 5 3 2 2 尿素的影响2 7 3 2 3 中性盐用量的影响2 7 3 2 4 渗透剂的影响2 8 3 2 5 堆置时间的影响2 9 3 2 6 堆置温度的影响3 0 3 2 7 轧余率的影响。3 1 3 3 冷轧堆染色工艺的优化3 2 3 3 1p l a c k e t t b u r m a n 实验设计与结果分析。3 2 3 3 2 优化实验设计中心组合设计( c c d ) 3 4 3 3 3 经验方程的建立及验证实验。3 8 3 3 4 色牢度及匀染性的测定3 8 3 4 丝光和碱缩对冷轧堆染色效果的影响3 9 3 5 对比实验4 2 3 5 1 纯棉针织物冷轧堆染色与其它染色工艺的比较。4 2 3 5 2 纯棉针织物与机织物冷轧堆染色。4 4 3 6 快速固色打样实验4 5 第四章结论51 参考文献5 3 发表论文和参加科研情况5 7 附录。5 9 致谢。6 l 第一章前言 1 1 课题的提出 第一章前言 针织物质地柔软，不仅具有良好的抗皱性和透气性，还具有较大的延伸性和 弹性，也因其具有良好的穿着舒适性而深受广大消费者的欢迎。尤其是近年来， 新型纺织面料如超薄型针织坯布、超厚针织坯布、棉l y c r a 弹性织物的开发等， 使针织面料的应用范围不断扩张，不仅在服用方面得到很大发展，而且在工业、 农业和医疗卫生等领域也得到了广泛应用。目前针织物的染色主要是绳状浸染工 艺，这种加工方式工艺成熟、操作简单，整个染色过程在一台机器中完成，具 有织物处理缓和、易对色等优点，但在染色过程中加工单位重量的针织物，盐、 碱耗用量大，水、能源消耗大、污水处理及排放问题严重，不符合绿色环保的要 求，随着针织物加工量的迅速增长，这些问题也变得更加突出。面对来自生产成 本及节能减排等问题的压力，寻找到更具环保、有竞争力的加工方法迫在眉睫， 冷轧堆( c o l dp a db a t c h ，c p b ) 染色技术引入针织物的染色加工被认为是最具 发展前途的绿色生产技术。 冷轧堆染色技术工艺流程短，设备简单，对环境污染小，因无需汽蒸和高温 固色，节约能源，耗水量少。但这种节能环保的工艺技术长期以来被局限于梭织 物的染整加工上，运用于梭织物的冷轧堆染色在工艺技术、设备方面也相对比较 成熟瞄1 。由于针织物在结构上与梭织物存在较大差别，使其在机械性能、受力变 形、瞬时吸液率等方面差别很大，因此梭织物的冷轧堆染色工艺不能完全适用于 针织物，而有关针织物冷轧堆染色的研究与生产仍处于起步阶段，还存在许多问 题，主要表现在适合于针织物冷轧堆染料的选用，由于针织物的瞬时吸液率较高， 更容易造成前后色差，因此对染料的亲和力及直接性的要求更高；影响针织物冷 轧堆染色的因素很多，但关于这方面的研究还不系统；由于冷轧堆小样实验周期 较长，难以适应小批量多变的市场要求；针织物冷轧堆染色配套的染化料、助剂 及设备等技术难题都还有待于很好地攻克。可见，如果将针织物冷轧堆染色技术 很好的付诸于实践还需从多方面、多角度进行大量的研究工作。 1 。2 针织物冷轧堆染色工艺的发展 2 0 世纪8 0 年代，在世界能源同趋紧张之际，欧洲各国先后研究开发出了冷 天津工业大学硕+ 学位论文 轧堆前处理和冷轧堆染色新技术口1 。8 0 年代后期到9 0 年代，国内也开始引进和 自制冷轧堆设备，进行了这一技术的研究和生产实践，当今，能源和水资源问题 比以往任何时候更突出，为了产业的可持续发展，冷轧堆染色技术成为新宠，并 在助剂、染料等的研发及冷轧堆工艺方面均进行大量的研发工作，且随着国内生 产实践的扩大，对冷轧堆技术优越性的认识也j 下在加深，至今，冷轧堆染色技术 已从过去常规工艺发展到目前的受控冷轧堆染色工艺，应用范围也在不断扩大。 但这些研究工作主要是针对梭织物而进行的，而冷轧堆技术用于针织物的染色还 刚刚开始。 染整工艺水平是整个针织产品质量和档次的关键环节，更是节能减排最重要 的关口n 1 。目前，棉及其混纺、交织的针织物染色工艺以绳状浸染为主，多采用 活性染料在溢流染色机、绳状染色机染色。随着技术的发展，由于加工质量和服 装业的要求，针织物由原来的圆筒状向平幅加工的方向发展h 1 ，使得冷轧堆这项 环保节能的工艺在针织物上的应用成为可能。针织物采用冷轧堆染色与传统的染 色方式相比，有着显著的优点，如经冷轧堆染色后的织物布面挺括，不起毛、起 皱等。 下表为各种织物结构及纤维混纺织物采用冷轧堆染色工艺的发展情况，由表 1 1 5 】可见，冷轧堆染色工艺在针织物染色方面的应用正在不断增长。 表1 1活性染料冷轧堆染色工艺应用的全球趋势 织物纤维趋势冷轧堆趋势 梭织物，棉稳定稳定 梭织物，再生纤维素纤维( l y o c e l l ) 小幅增长小幅增长 梭织物，棉弹性纤维混纺显著增长显著增长 针织物积极增k积极增长 在针织物冷轧堆染色研究方面，欧美国家的染色工作者给予很大重视，不断 研究创新，开发了适应针织坯布冷轧堆染色的工艺路线及相应的设备技术，该技 术在常规单、双面针织坯布的染色，以及单面纯棉+ l y c r a 弹性织物染色都有应 用。 我国对针织物冷轧堆染色工艺的研究起步较晚但发展较快，也取得了不少成 果，目前一些针织厂家已引用了冷轧堆工艺设备并投入生产，愉悦家纺公司对冷 轧堆工艺进行了有益的探索并取得了些进展，该公司已向国家知识产权局申请 了“一种纺织品面料的冷轧堆染色方法”的发明专利嫡1 ；陈文、董超萍盯1 对k n 型活性染料在纯棉针织汗布上冷轧堆染色工艺的探讨，分析了碱剂、温度等因素 2 第一章前言 对染色效果的影响；文水平、河丽清陋3 等人通过实验表明，冷轧堆染色技术完全 可以用于针织物，并具有固色率高、污水排放少等优点；郭利、刘俊英等人西3 采 用国产申新s n e 活性染料对竹毛棉混纺针织物进行冷轧堆染色，确定了大生产 工艺，并对染色中存在的问题进行了分析，找出了解决问题的措施，为冷轧堆染 色技术在混纺针织物的应用奠定了基础。 1 3 针织物的结构及特点 针织物是由一根纱线弯曲成线圈互相套结而成n 引。线圈是针织物的最小基本 单元，也是识别针织物的一个重要标志。 1 圈柱2 针编弧3 沉降弧( 经编为延展线) 图1 1 纬平针组织线圈结构图 按生产方式的不同，针织物可分纬编织物和经编织物。以纬编针织物为例， 如图1 1 所示，在纬编织物中，每根纱线在一个线圈横列中形成线圈，一根纱线 形成的线圈沿着织物纬向配置，即针织物是三维空间弯曲曲线线圈以一定的 方式互相套结而成。因此与梭织物相比针织物的特点表现为：线圈在针织物中为 非平面结构，而是具有一定厚度的三维结构；结构松弛，横向延伸度近似纵向延 伸度的2 倍，由于这种松弛的结构，使针织物瞬时吸液率较大，且在受到外力后 易变形；边缘具有显著的卷边现象，针织物会因卷边使化学加工或染色不匀；针 织物线圈断裂而失去套结时，因外力作用而沿线圈原来编织的方向脱散，针织物 还易产生勾丝等现象。这些因素都将使针织物冷轧堆染色工艺参数的制定、设备 的选用等方面与梭织物有很大区别，如染整加工中最好以低张力或松弛状态进 行。 天津i ：业大学硕+ 学位论文 1 4 针织物冷轧堆染色工艺 冷轧堆染色是一种半连续的轧染工艺，介于浸染工艺和连续轧染工艺之间。 所谓冷轧堆染色工艺是将织物浸轧染液后于一定温度下打卷堆置，使染料均匀上 染和固色，为避免在堆置过程中因重力作用而使工作液向局部流动，卷轴需不断 缓慢转动，在室温或稍高于室温的环境下进行较长时间的堆置，在此过程中，染 料上染纤维，并完成向纤维内的扩散和与纤维的键合反应，然后经水洗等加工的 染色方法n 。因染色时温度较低，染料水解少，固色率较高，匀染性较好，对张 力敏感的针织物采用此工艺还可减少起毛、起皱、擦伤、织物变形等疵病的产生， 尤其是在能源紧缺的背景下，可谓是目前具有发展前途的清洁染色工艺。 1 4 1 针织物冷轧堆染色工艺条件 ( 1 ) 针织物f j 处理 棉针织物的前处理，主要目的是去除坯布上的杂质和色素。与梭织物相比， 针织物在制造前不上浆，故不含浆料，但棉纤维的伴生物果胶、油蜡及织造时沾 上的油污等影响织物的吸湿性进而影响染色质量，尤其对于冷轧堆染色工艺的影 响更为明显。因此针织物要进行以去除纺丝油剂、纤维素伴生物为主要目的的前 处理加工。冷轧堆染色所采用的温度较低，为了提高染料在纤维内部的扩散性能， 应保证织物f j 处理充分且均匀，使其具有良好的润湿性，尤其是前处理后织物的 p h 值应呈中性或弱酸性，但不能呈碱性，甚至极微的碱性也会显著提高染料的 直接性而降低了染料在织物上的扩散能力n2 l 。染色i i 还应洗除布面上的残留的双 氧水、碱等化学品，以防止造成得色率低或染色不匀陋1 。 织物也不宜过度烘干，过干织物不仅润湿性差，吸湿不均匀和大小样的重现 性差，还会因吸湿放热使染槽染液温度明显升高。同时，还要严格控制织物的回 潮率，即浸轧前的织物应有稳定的回潮率或含水率，可采用湿度控制系统进行控 制。 ( 2 ) 染色温度 冷轧堆染色温度低，上染和固色速率也低，所需时间较长。由于染色时对温 度敏感，其加工时温度变动对染料上染和固色影响较大，因此温度控制很重要。 温度影响包括轧液温度和堆置温度。影响轧染液温度的因素，包括织物、水、空 气和设备的温度：布身温度过高不宜立即染色，以防染料水解加剧，前处理半制 品必须充分冷却到室温才能应用；染黑色或特深色时，染料用量多，可以加入尿 素助溶，不宜用热水溶解染料；染料在吸附、固色( 或水解) 时的放热效应都会改 变轧染槽染液的温度，染色时要充分利用染液槽、碱槽和浸轧槽的夹层装置来控 第一章前言 制温度口3 。织物的堆置温度影响也很大，会引起色差和牢度下降。多种染料拼色 时，温度变化还会改变它们的配伍性，因此温度的控制是冷轧堆染色成功的关键。 ( 3 ) 染料的选用 棉针织物冷轧堆染色主要采用活性染料，织物的染色质量在很大程度上取决 于染料的扩散性。 自1 9 5 6 年活性染料问世以来，经过5 0 多年的迅速发展已逐步取代冰染染料、 ：友染料、硫化染料和还原染料，成为纤维素纤维( 包括棉、人造丝、亚麻、铜 胺纤维和纤维素短纤维布) 印染的主要原染料。活性染料具有色泽鲜艳、色谱齐 全、优异耐洗牢度、价格相对便宜、应用工艺简便的特点，而且结构上不含致癌 芳香胺，所以一直受到印染界的高度重视。 冷轧堆染色机理与连续轧染的机理基本相同，也分为吸附、扩散、固着三个 阶段n 朝。冷轧堆染色是在室温的情况下，通过浸轧染液使纤维膨胀，从而使染料 分子转移到纤维内部，要求染料的扩散性能良好，一些分子结构大或直接性太高 的染料扩散很慢，过早发生固色反应，透染性差、表面色泽不匀，即使延长染色 时间也难以克服。相对浸染法，一般冷轧堆染色用染料对纤维亲和力和直接性要 低，以保证织物的匀染，且有利于克服头梢色差现象。因工艺中需用碱剂固色， 为了兼顾染液的稳定性和反应速度，一般以选用反应性适中的染料为宜。因此， 适用于冷轧堆染色的染料应符合以下条件： 水溶性良好； 直接性低； 染料的反应性中等、渗透性好； 耐碱性优良； 拼混染料的配伍性要好，以便能够同步上染、固色。 为满足上述需求，各染料商已开发出了不同种类的用于冷轧堆工艺的活性染 料。这些染料主要是通过以下手段得到的n 4 | ： 通过改变染料分子结构得到 亨斯迈纺织染化( 汽巴精化) 在1 9 8 8 年推出了c i b a c r o nc ( 现名n o v a c r o n ) 型活性染料，它通过降低染料直接性、提高反应性、增加染料耐碱性而适用于冷 轧堆染色，目前已有2 5 个品种。d y s t a r 公司也于1 9 9 9 年推出了具有中等亲和性、 高碱介质溶解度、良好的耐碱性和优异的洗净性的l e v a f i xc a 型染料，该染料 分子结构内含有一氟均三嗪和乙烯砜活性基，固色率高达9 0 n5 | ，2 0 0 5 年新增 4 个品种后目前共有1 1 个品种。此外，上海万德化工有限公司的m e g a f i xb e x f 活性染料，吴江桃源染料厂生产的三原色黄d s d y 、红d s d r 、蓝d s d n 及其 它一些国产活性染料也都是冷轧堆染色时不错的染料选择。 天津工业人学硕十学位论文 根据染料与染料复配增效的理论得到 德司达公司在2 0 0 0 年前后推出了一套耐碱性很好的活性染料，商品名为 r e m a z o lr g b 系列，加上2 0 0 3 年推出的黑色染料r e m a z o lc a r b o nr g b 和2 0 0 7 年的r e m a z o ld e e pb l a c kr g b 共7 只品种。 根据染料与助剂复配增效的理论得到 科莱恩公司生产出了耐碱性很好的d f i m a r e n ec l 系列的染料n6 1 ，现有2 5 个 品种。以及2 0 0 0 年国内东港工贸公司开发的第一代耐1 0 0 碱型c i 活性蓝1 9 和2 0 0 4 年的1 5 0 c i 活性蓝2 5 都可达到冷轧堆染色耐碱性的要求。 ( 4 ) 碱剂的要求 染料与纤维的反应速率不仅取决于染料的反应性，也取决于碱剂的强度。活 性染料的固色需在碱剂存在下进行，这是因为在碱性条件下纤维素形成纤维素阴 离子： c e l l - o h + o h c e l l o 。+ h 2 0 纤维素阴离子是一种亲核试剂，能和均三嗪型活性染料发生亲核取代反应 ( 例如以下方程式为一氯均三嗪与纤维素阴离子的反应) ： 。y e 一瑚虹三fc e m 。y e 一矩= n + c - 也可以与乙烯砜型活性染料发生反应： o o 。 | ，o h 。 0c e l l 一o 。一亓一c h 2 c h 2 一0 8 0 3 一。一i c h c h 2 ；= = 竺 o0 o o | | h 。 i l 。p s i i - - h 一伽2 一。一1 1 = 苎。一莆一四2 叫2 一。一u o6 第一章前言 对于冷轧堆固色用碱剂，不仅要求具有较强的碱性( 固色温度低，较强的碱 性可以缩短堆置时间) ，还要求碱剂有很强的缓冲能力，保证在长时间堆置时， 可以将织物上的p h 值维持在一定范围内，以控制染料的水解反应，利于染料的 固色，此外，还要求碱剂的溶解性好，且不会明显增加织物上溶液的黏度n 引。 按碱剂加入方式的的不同，冷轧堆可分为两种染色工艺普通法冷轧堆工 艺和快速冷轧堆工艺，不同工艺对碱剂要求不同。如前者是将碱剂和染液配在一 起+ ii i f x , 到染槽，然后浸轧织物，这类碱剂的碱性较弱，由于普通法冷轧堆工艺 的轧液稳定性不易掌握，且堆置时间较长，因此该工艺现已很少应用；后者是将 碱剂和染料液分开配制，浸轧前用比例泵将其混合，加入染槽后很快浸轧织物， 这类碱剂碱性较强，而且一般是强碱( 烧碱与弱碱或其它呈弱碱性的盐如纯碱、 硅酸钠的混合碱剂) 。目前应用最广的是快速冷轧堆染色工艺，由于染液和碱剂 分开配制，在浸轧前混合，染液稳定且易控制，堆置时间也相应缩短。 快速冷轧堆染色工艺所用的混合碱剂中，纯碱或硅酸钠可以起缓冲作用，以 控制p h 值在一定范围内。过去应用硅酸钠较多，因为它不仅是较强的碱剂，还 具有很强的缓冲作用和吸附杂质的作用，但会使轧车不易清洗，织物手感较硬且 不易洗涤，由于用量较多还会明显增加染液黏度，降低染料对织物的渗透性，降 低色牢度。鉴于此，d y s t a r 专门为l e v a f i x 和r e m a z o l 系列染料开发了“柔和 碱( 烧碱与纯碱复合) 系统隅1 ，应用烧碱和纯碱的混合碱剂可以克服上述缺点， 但其缓冲能力较硅酸钠与烧碱混合碱差些。目前，这两种碱剂都有应用。 针对活性染料染色时碱剂用量较大，也常常因含有钙、镁离子而影响染色效 果，而研制出了新型固色代用碱，该碱剂有液体和固体两种，固色效果能达到传 统碱剂固色的效果，固色代用碱在浸染工艺中介绍较多，陈美云n 刚着重讨论了液 体固色代用碱在冷轧堆染色中的应用，通过实验和分析得出固色代用碱可用于冷 轧堆染色，并能获得较好的染色效果，同时由于固色代用碱为液体，使得染液的 配制更加方便。由于固色代用碱用量少、操作简单、符合节能环保的要求而迅速 发展。 ( 5 ) 浸轧 浸轧染液应充分均匀，一般采用均匀轧车浸轧染液，此时织物受到的压力都 是均匀的，而且均匀轧车中轧槽的容积小，缩短了染液更换的时间，有利于减少 头尾色差。浸轧车速应适当，它关系到浸轧的带液量和染液的渗透程度。车速可 根据织物类别、染液组成等适当调节。此外，织物浸液至轧点的距离和时间也应 一定。 轧余率也称轧后含液率，以含有回潮率的织物重量为基准来衡量浸渍染液的 织物，以轧后织物内剩余下来的含液量为指标。冷轧堆染色必须严格控制轧余率， 天津一1 ：业人学硕十学位论文 轧余率以低一些为宜，因为染料在浸染之前与强碱混合会水解，染料浸* l n 布上 以后，游离水减少，此时染料主要与纤维起反应，水解率将大大降低；但如果带 液过多，布上游离水含量较多，一方面在堆置过程中染料仍水解严重，致使染色 不稳定，另一方面，打卷堆置时染液因重力向下淌流，往往下层深，上层浅。 ( 6 ) 打卷堆置 针织物对张力比较敏感，且有卷边现象，打卷时主要是控制织物的张力和防 止卷边。因此打卷时张力不能太大，否则织物过紧使打卷太紧密，织物易变形且 织物间相互挤压力增大，易出现压痕和条印，打卷太紧还会导致纱线张力过大， 妨碍染料的扩散。打卷时要尽量保持恒速恒张力，随着布卷直径的不断增大，织 物线速度会不断变化，这不仅会改变织物在染槽中的渍浸时间，也会改变堆置的 时间、打卷紧密程度及张力大小。故应采用适当装置，例如中央退卷装置等设备， 以保持恒速恒张力打卷。 堆置过程中布卷应保持4 - - 一6 r m i n 的速度不停转动b 1 ，以防织物所带染液因 重力作用下滴，导致染色不匀。整个布卷还应该用塑料薄膜包裹，以防止与空气 中的c 0 2 等酸性气体接触而中和碱剂，使染液p h 值降低，而引起色差，同时 也可防止因水分蒸发而使带水率发生变化而引起色差。此外，还要防止布卷缝头 处因带液率不同引起缝头印。 ( 7 ) 水洗 冷轧堆染色后的水洗与活性染料常规染色工艺的水洗基本相似。通过皂洗、 水洗以充分去除织物上未反应的染料和水解染料，提高染色织物的湿牢度。 水洗时，也要注意水质的影响。含碳酸氢钠的水在常温状态可能呈中性，但 织物经该水淋洗、烘干后却呈碱性，尽管对其它条件进行严格的控制，也会影响 最终的染色结果啪1 。 ( 8 ) 冷轧堆染色设备 冷轧堆染色设备的发展直接影响着整个工艺的推广和应用。针织物的现代冷 轧堆染色设备中需要注意以下几个部分： 中央退卷装置； 分段调节罗拉，用于针织物的集中和喂入； 轧槽和轧点前面的卷边消除器； 尽可能多的传动装置； 设计简明，操控方便。 轧车是整个染色工艺装置的核心，对于针织品，计量参数、温度，甚至在整 个织物宽度范围内的轧点压力以及织物的张力都必须在可控并且是可重复的状 态下观察乜。国外在机械和控制方面的研究成果较为突出。 第一章前言 快速冷轧堆工艺中，染料和碱剂一般以4 ：l 的比例稳定、精确地混合是至关 重要的，而计量泵是使染料与碱剂的流量能够精确控制成为现实。从图1 2 可以 看出，染液和碱剂按工艺处方先在各自的贮液筒罩配制，搅拌均匀后，由比例计 量泵将染液和碱液按4 ：l 的比例混合后输入轧液槽；槽中液位传感器用来监视染 液，缺液信号经控制器转换变送后，指令计量泵工作。目前多采用德国寇司德染 色中心的k k v s e r a 混合泵k 4 1 3 e k 4 1 2 e 、布朗卢比公司的u n i v e r d o se p 1 2 计 j0 k k v 2 n e l 5 a m h n o 泵蚴。 ：廿i 厂罢强。1 j 厂 幽医麓鞠，善l 多囝 气壹 ln l p l 硎一 1ifjj 章章| 图l - 2 染料和碱剂混合装置示意图 此外，设备中其它的一些智能化的计量装置还可精确控制染色温度、带液率 等等，为获得可重现的、可控制的、高质量的染色效果奠定了基础。 针织物对张力十分敏感，而织物张力的差异会导致色差。由德国一家知名的 针织布整理公司鼬e d e lt e x t i l eg m b h 和b e n n i n g e r 合作开发的新的b i c o f l e x 染 色轧车则可很好地解决这一问题，见图1 3 乜们所示。 1 驱动中央退卷机；2 驱动独立控制器；3 b i c o f l e x 辊：4 不锈钢转移辊；5 驱动橡胶辊。 图1 3 新型针织物冷轧堆染色染机 从图1 3 可知，轧车采用立式辊筒排列，夹持导辊也从常规的卧式排列改为 最佳化的7 0 0 排列，即一组辊筒根据走布路径倾斜排列。织物上下以相同角度同 天津工业大学硕士学位论文 步喂入轧点，以防止织物两面出现轧压差异，斜对角放置的导辊使得牵引过程中 降低织物所受的张力。与传统的卧式轧辊的轧车相比，织物张力可降低5 0 ，并 且很容易获得均匀的染色效果。在初始阶段，轧点压力、轧液率和边中染色效果 的相关性取决于经验。根据这些设置，所有织物的染色都有高度的重现性，且不 出现头尾色差。 水洗设备方面，b e n n i n g e r 所发明的t r i k o f l e x 转鼓水洗机在液面下进行移交 织物，可防止水洗过程中因波动水的重力作用而拉长织物，既节水又改善了产品 质量( 图1 4 比钔) 。 搦 缫 施曲乱a 、 ，一： 每九取i 托， 似：t ? 二盼 曼i 劫， j 獬曲抑唐 d j “ 仲f i 矿户 簦媳分i 磁凶 图1 - 4t r i k o f l e x 转鼓水洗与传统滚筒洗农机的比较 影响冷轧堆染色的工艺因素很多，近年来也有不少人致力于这方面的研究。 如宋心远n8 2 5 1 就染色温度、前处理、染料的选择、固色碱剂的选用及轧染设备的 特点等等因素进行了全面而细致的阐述，并在实践基础上对冷轧堆工艺进行了详 细的介绍，指出冷轧堆染色特别是受控的快速冷轧堆染色是今后发展的方向。 综上所述，针织物冷轧堆染色的顺利进行需染化料的开发、染整企业和机械 制造商之间的良好合作和共同发展，才可使冷轧堆染色更加高效、准确地适用于 大生产矧。 冷轧堆染色工艺最初主要用于纤维素纤维的染色，如棉、麻织物的染色，随 着研究的不断深入，工艺应用也由纤维素纤维逐步扩展到蛋白质纤维，甚至由织 物的冷轧堆染色扩展到纱线的冷轧堆染色工艺，其工艺优点已被业内人士所认 同。如由常州市君虹染整有限公司与东华大学合作研发的世界首台纯棉纱线冷轧 堆染色成套设备于2 0 0 8 年1 2 月l o 日通过了以中国纺织工业协会主持的专家技 术鉴定盼驯。 由于冷轧堆技术的巨大优势，国内外许多学者也逐渐将其应用到羊毛、蚕丝 等蛋白质纤维的染色，赵雪等人啪3 门详细介绍了羊毛冷轧堆染色技术的进展， l e w i s 口2 j 、赵雪等研究了双氧水预处理后，采用活性染料对羊毛进行冷轧堆染 第一章前言 色并对染色工艺进行了探讨，郭文登、林旭3 也对影响羊毛冷轧堆染色的因素进 行了探讨，对染色条件进行了优化，并指出采用冷轧堆染色的羊毛得色量较高。 鉴于冷轧堆染色可减少蚕丝织物的损伤，林素玲、沈一峰等b 5 矧对冷轧堆染色技 术在蚕丝织物上工艺应用进行了探讨，并对自制固色代用碱l 5 0 1 0 进行了详细的 研究和讨论，促进了冷轧堆染色技术在蛋白质纤维上应用的发展，同时也扩大了 冷轧堆染色在针织品染色的应用范围。 1 4 2 快速固色打样实验 实际生产中，冷轧堆染色堆置时间长，不能像连续轧染那样在生产过程中就 可观察符样情况，一旦不符样，只能进行批量回修，造成巨大损失。由于多种因 素均会造成前后批差，染色样偏离标准样的现象时有发生，严重影响了生产效率， 因此，小样实验是冷轧堆染色前非常重要的一个环节。提高冷轧堆染色的符样率， 缩小大小样差距，减少前后批差是提高冷轧堆染色工业生产重现性和稳定性的关 键。因此准确获得与实际生产颜色一致的小样试验方法是该技术成功运用的关键 技术之一。图1 5 口7 1 为实验室冷轧堆染色打样实验的一般操作步骤： 影? 鳓钒l “ 鼙芬，； 2 1 、浸轧 2 、堆置 3 、水洗、皂煮 图1 - 5 冷轧堆染色实验室操作步骤 为使实验室小样与实际生产中的染色产品的色光获得最大的重演性，实验室 打样时必须高度重视实验设备、工艺与产品质量之间的正确关联作用。由于实验 室小样车速不可能达到3 0 6 0m m i n ，因此必须找出小样生产和大生产之间的关 系，k f i s t e r s 最新开发的方法，能够有效的帮助找到试样与大生之产间相关性，据 称可以获得和生产样完全一致的颜色，给冷轧堆技术应用带来了很重要的试验手 段。但其价格昂贵，在工厂生产中推广应用受到限制。以下是目前研究较多的打 样方法： 微波炉打样法：该法所需的微波炉与制备食品用的微波炉相似，但必须有广 泛的加热范围，使用前需校正。使用时，首先将5 0 m l 的冷水放入塑料容器中( 每 兰， 。