（纺织化学与染整工程专业论文）活性染料冷轧堆染色小样试验方法.pdf

i i i l1 11 11 111 1 111 1 1111l y 18 14 5 4 1 所呈交的学位 得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 妇、和亳7 乃、 日期：p 年月 j 日 规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密曰，在二年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位敝储虢b 诼 日期：o 7 年1 月i r 日 指导教师签名： 日期：口7 年，月舌日 ， i|l- t 小样试验是冷轧堆染色前非常重要的一个环节，其颜色与实际生 产的一致性是提高染色生产颜色准确性的关键。冷轧堆染色前常需多 次小样试验，以获得准确的染色处方。如果按常规的冷轧堆染色工艺 进行小样试验，虽然可以获得较高的颜色准确性，但是一次小样试验 需6 - 1 0 小时，周期太长，势必影响生产进度。目前尚未有一种既快捷、 颜色准确性又高的冷轧堆染色小样试验方法，因而该工艺在实际应用 中受到了很大限带0 。 本论文首先对试验所选用染料的浸轧液稳定性、最佳堆置温度和 固色时间以及自然条件下温度变化对染色结果的影响等进行全面了 解，在获得最佳染色条件的基础上，进行了活性染料冷轧堆染色小样 试验方法的研究。 本论文选用了两种小样试验方法一微波炉法和恒温固色法。实验 中我们以室温堆置法试样为标样，微波炉法和恒温固色法试样为对比 样，小样方法的评价标准以试样的颜色深度( k s 值) 、试样的颜色差 异( 总色差a e 。以及l + 、a c + 、k h + ) 以及试验所需时间等因素综 合衡量。 实验结果表明，试样经微波炉处理适当时间后，颜色深度能够与 室温堆置法接近，然而总色差较大( a e c m c 1 1 ) ，并且色光发生严重 变化。因而微波炉法颜色准确性较低，小样结果只能作为粗略的参照， 在实际生产中复染率很高，严重影响冷轧堆染色工艺的推广及应用。 可靠、准确的小样试验是保证冷轧堆工艺应用的重要条件。为了 找到一种既快、颜色准确性又高的冷轧堆的小样试验方法，本论文进 行了恒温固色法小样试验的研究。恒温法小样试验通常使用电热恒温 箱，该设备低温时温度难以恒定，再加上频繁放样和取样导致箱内温 度产生波动，最终对小样试验的结果有较大影响。我们采用带有冷却 装置的水浴恒温槽进行恒温法小样试验，该设备稳定性很好，放取样 对其温度基本没影响，而且整个实验过程温度波动范围在o 2 。试 验结果表明，5 0 6 0 恒温水浴法固色1 2 小时得到的试样不仅k s 值 与室温堆置法接近，而且在亮度、鲜艳度等方面也非常一致，总色差 小于o 8 ，基本符合小样一般要求。在严格一致的操作条件下，小样加 速试验结果可以与冷轧堆样品保持较好的一致性。 关键词：活性染料，冷轧堆染色，棉织物，染色打样，恒温水浴 d y e i n g t h eb e a k e rt e s ti sa ni m p o r t a n tw o r kb e f o r et h ep r o c e s so fc o l d p a d b a t c hd y e i n g t h e c o l o rc o n s i s t e n c yo ft e s ts a m p l e sa n d p r o d u c t i o ni sa k e yf a c t o ri n f l u e n c i n gt h ev e r a c i t yo fd y e i n gp r o d u c t i o n i tu s u a l l yn e e d s s e v e r a ll a bd i p p i n gt e s t sb e f o r ec o l dp a d b a t c hd y e i n gi no r d e rt og a i na r e l i a b l e d y e sr e c i p e l a bt e s ta c c o r d i n gt ot h er o u t i n ec o l dp a d b a t c h d y e i n gt e c h n i c sm a yg e tq u i t eh i g hc o l o rv e r a c i t y b u tt h em a n u f a c t u r e c y c l eo ft h i sw a yi s t o ol o n g ，w h i c hm a yc o s t6t o10h o u r sf o ra n e x p e r i m e n t a tp r e s e n t ，t h e r ei s n ta ne x p e r i m e n tm e t h o d ，w h i c hi ss i m p l e a sw e l la si n s u r i n gh i g hc o l o rv e r a c i t y i nt h i sp a p e r , w ef i r s tw e l lc o m p r e h e n d e dt h es t a b i l i t yo fd y e i n g l i q u o r , t h e b e s tb a t c ha n df i x a t i o nt i m e ，t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e d i v e r s i f i c a t i o ni nn a t u r e t h e no nt h eb a s i so ft h eb e s td y e i n gc o n d i t i o n s ， w er e s e a r c h e dt h el a bt e s tm e t h o d so fc o l dp a d b a t c hd y e i n go fr e a c t i v e d y e s w ea d o p t e dt w om e t h o d si nt h i sp a p e r - - u s i n gm i c r o w a v eo v e na n d b a t c ha tc o n s t a n tt e m p e r a t u r e s w es e ts a m p l e sg a i n i n gf r o mb a t c ha tr o o m t e m p e r a t u r ea sc r i t e r i o n ，w i t hw h i c hw ec o m p a r e ds a m p l e sg a i n i n gf r o m m i c r o w a v eo v e na n db a t c ha tc o n s t a n tt e m p e r a t u r e s t h ee s t i m a t ec r i t e r i o n c、 f o ra na p p r o p r i a t et i m ei sc l o s et ot h a to fs a m p l e sd e a l tw i t hb a t c ha tr o o m t e m p e r a t u r e b u tt h ec h r o m a t i ca b e r r a t i o ni sq u i t eb i g a n dt h el u s t e ro f s a m p l e sc h a n g e db a d l y s ot h ev e r a c i t yo fm i c r o w a v eo v e nm e t h o di sq u i t e l o wa n dt h er e s u l tc a no n l yb ec o n s u l t e dc u r s o r i l y t h er e d y e i n gr a t eo f t h i sm e t h o di sq u i t eh i g hi np r o d u c t i o n ，w h i c hi n f l u e n c i n gt h ea p p l i c a t i o n a n d p o p u l a r i z a t i o no fc o l dp a d b a t c hd y e i n gt e c h n i c s t h er e l i a b l ea n dv e r a c i o u sl a bt e s ti sa n i m p o r t a n tc o n d i t i o n a s s u r i n gt h ea p p l i c a t i o no fc o l dp a d b a t c hd y e i n gt e c h n i c s i no r d e rt of i n d a ne x p e r i m e n tm e t h o dw h i c hi ss i m p l ea n dm a yg a i nh i g hc o l o rv e r a c i t y , w er e s e a r c h e dl a bt e s t so ff i x a t i o na tc o n s t a n tt e m p e r a t u r e si nt h i sp a p e r , w h i c h u s u a l l y u s ee l e c t r o t h e r m a lc o n s t a n t t e m p e r a t u r e c a s e t h e t e m p e r a t u r eo ft h i se q u i p m e n tc a n tb ec o ，n s t a n ta tl o wt e m p e r a t u r e s a n d f r e q u e n ts a m p l i n gw i l l c a u s et e m p e r a t u r ei nt h eb a s ef l u c t u a t e s ot h e r e s u l to fl a bt e s t sw i l lb ei n f l u e n c e d i nt h i sp a p e r , w eu s e dw a t e rb a t h c o n s t a n tt e m p e r a t u r ec a s e t h es t a b i l i t yo ft h i se q u i p m e n ti sq u i t ew e l l a n df r e q u e n t s a m p l i n gr a r e l y i n f l u e n c e dt h eb a s et e m p e r a t u r e t h e f l u c t u a t er a n g ed u r i n gt h ee x p e r i m e n ti s 土o 2 c t h er e s u l t ss h o wt h a t s a m p l e sg a i n i n gf r o m t h em e t h o do fw a t e rb a t ha t50 6 0 。cw i t ht h e f i x a t i o n1 2h o u r s ，i sc h o s et ot h o s eg a i n i n gf r o mt h em e t h o do fb a t c ha t m a y w e l lc o n s i s t e n tw i t ht h ec o l dp a d b a t c hd y e i n gs a m p l e s k e y w o r d s ：r e a c t i v ed y e s ，c o l dp a d - b a t c hd y e i n g ，c o t t o nf a b r i c s ，d y e i n g t e s t ，t h e r m o s t a t i cb a t h s u nz h i y u a n ( d y e i n ga n d f i n i s h i n ge n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y a s s o c i a t ep r o f e s s o rt ut i a n m i n 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 活性染料冷轧堆染色工艺的研究背景l 1 3 活性染料冷轧堆染色发展现状3 1 4 冷轧堆染色工艺目前存在的问题5 1 5 本论文研究目的及内容6 第二章理论部分一8 2 1 活性染料染色8 2 1 1 活性染料染色机理8 2 1 2 影响活性染料固色率的主要因素9 2 1 3 活性染料的染色方法1o 2 2 冷轧堆染色工艺原理及流程1o 2 2 1 冷轧堆染色工艺原理1o 2 2 2 冷轧堆染色工艺流程1 1 2 3 原料选择1 1 2 3 1 织物的选择1 1 2 3 2 染料的选择1 2 2 3 3 碱剂的选用一l3 2 3 4 助溶剂15 第三章实验部分16 3 1 实验材料、染化药剂及仪器1 6 3 1 1 实验材料1 6 3 1 2 染化药剂1 6 3 1 3 仪器设备1 6 3 2 染色实验及测试方法17 3 2 1 染色实验17 3 2 2 微波炉法容器的选择、校正及使用方法1 8 3 2 3 染料浸轧液稳定性测试1 9 3 2 4 固色率的测定1 9 3 2 5 织物表面得色量( k s 值) 测定一2 0 3 2 6 e c m c 的测定2 l 第四章结果与讨论2 3 4 1 染料浸轧液的稳定性测试2 3 4 2 堆置温度对染色结果的影响2 6 4 2 1 堆置温度与固色时间2 7 4 2 2 堆置温度对固色率的影响3 2 4 2 3 自然温度变化的模拟3 2 4 3 小样试验方法3 7 4 3 1 微波炉法与室温堆置法比较3 7 4 3 2 恒温法与室温堆置法比较3 9 4 3 3 拼色试验4 2 第五章结论4 4 参考文献4 6 在读期间发表论文情况4 9 致谢5 0 轧堆染色小样实验方法 迄今为止，染色技术均是以湿热处理为基础，如高温浸染、连续轧染。其主 要缺点是能耗大，易产生泳移色差。对张力敏感的织物( 如棉氨、棉锦、高支高 密防羽布等织物) 及不易于热加工的织物( 如苎麻) 在加工中易起皱，影响织物 手感。 随着经济的快速发展，能源越来越重要，水、电、煤、油等重要物资呈现涨 价趋势。对印染工业来说更是如此，除染化料成本外，能源已成为印染加工中的 第二大成本因素。2 0 世纪8 0 年代初，在世界能源日趋紧张之际，欧洲各国先后 研究开发了冷轧堆前处理和冷轧堆染色新工艺技术。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，进行这一技术的生产实践。 冷轧堆染色工艺介于浸染工艺和连续轧染工艺之间，是一种半连续化的轧染 工艺，具有高效、优质、短流程、节能、降耗和少污染等优点，工艺简单可靠、 基建投资费用低、生产准备周期短、染料渗透性佳和固色率高，从而减少了工艺 3 口- r - 的染料用量，污水中的色度和其他污水处理负荷。由于冷轧堆工艺没有中间 烘燥及汽蒸工艺，不仅节省大量电能和蒸汽，而且不会出现因连续轧染工艺中间 烘燥引起的常见染料泳移色差的弊端。 冷轧堆染色工艺盛行于欧洲及东南亚各国，近年来国内越来越多的染整企业 应用冷轧堆染色工艺生产出优质的灯芯绒织物、棉氨弹力布、防羽绒高支高密织 物、棉麻混纺织物及厚重卡其织物等，取得了较好的效益。然而冷轧堆染色工艺 由于存在缝头印、符样率低、堆置实效等问题，再加上有些染整厂自行组装的过 于简陋的设备，在实施冷轧堆染色工艺中，反映出一些弊端。 1 2 活性染料冷轧堆染色工艺的研究背景 活性染料自1 9 5 5 年问世以来已生产出了3 0 多种不同活性基团的染料，已被广 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 泛地应用于棉、毛、丝、粘胶等织物的印染；o n - r 中，应用量逐年增长。尤其是近 年来芳香胺类直接染料的环保因素乜h3 。，欧洲已限制使用，2 9 种国产直接染料被列 为禁用品种。直接染料的替代染料首推活性染料，因此活性染料的应用又将攀上 一个新的高峰。更因活性染料印染工艺简易、色泽鲜艳、染色牢度优良、成本价 格适中，使之成为纤维素纤维织物的首选用料1 。而在实施活性染料染色的诸多 工艺中尤以冷轧堆染色方法具有更多的优越性和更广泛的适用性，尤其对中小型 印染厂在j j h - r - 多品种、小批量的产品时，冷轧堆染色方法表现了突出的优越性。 活性染料冷轧堆染色，就是织物浸轧染液后不经烘干和汽蒸( 或焙烘) ，而 在室温堆置( 打成卷并缓慢转动) 一定时间，使染料完成吸附、扩散和固色反应。 该工艺介于浸染工艺与连续轧染工艺之间，是一种半连续化的轧染工艺。具有如 下优点： 设备简单，投资少。只要一台带计量泵的均匀轧车和一个打卷装置即可实施 染色。 由于冷轧堆工艺没有中间烘燥及汽蒸工艺，不仅节省了大量电能和蒸汽，而 且不会出现因连续轧染工艺中间烘燥引起的常见染料泳移色差的弊端。 生产成本低。 表卜1 纯棉织物染色成本对比( 元) e 1 0 1 批量大小( k g )冷轧堆法卷染法连续轧染法 1 3 60 4 1 90 7 6 61 1 0 0 2 7 20 4 0 9o 6 5 10 9 5 0 2 7 2 00 4 0 5o 6 5 l0 3 9 2 由表1 1 可以看出小批量纯棉织物采用不同染色方法染色时，冷轧堆法的成本 最低。生产实践表明，冷轧堆染色较其他染色法，色牢度和正品率都有较大提高， 因而间接生产成本有较大的降低。 国内曾有专家对各种染色工艺的综合成本进行了对比：若以冷轧堆法为1 0 0 ，则卷染法是1 1 8 ，两相漫轧汽蒸法为1 2 5 ，绳状浸染由于浴比大，得色率 低，其成本比冷堆法高出一倍( 2 0 0 ) 盯3 。 固色率高。冷轧堆染色是在低温小浴比条件下固色，染料水解少，固色率可 达到9 0 0 , 6 以上。 生态角度看，冷轧堆染色工艺用水、耗能更少；冷轧堆染色工艺不用盐，由 2 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 在未来越来越重要。据资料 格、几种色谱，生产灵活性 据国外9 0 年代以来的统计， 活性染料染色工艺中，冷轧堆染色的比例已上升到2 0 左右，见表( 1 2 ) 。 表卜2 世界活性染料染色方法统计嗍 生产工艺染料使用量所占比例 吸尽染色法( 浸染、卷染) 6 5 连续染色法( 轧蒸、轧烘焙) 1 5 冷轧堆染色法 2 0 1 3 活性染料冷轧堆染色发展现状 从能源、水、化学品消耗，染色给色量、产量、染色牢度和对现代机械设备 的适用性以及生态学的观点来看，冷轧堆染色工艺是值得大力推广的。经过多年 来各国印染工作者的努力研究，这一技术又取得新进展。以下分别就其染料、工 艺、设备进行详细介绍。 用于冷轧堆工艺的活性染料的研究开发 冷轧堆染色工艺是在室温下进行，并不是所有活性染料都适合冷轧堆染色工 艺。国内有资料发表了适合冷轧堆染色工艺的活性染料筛选，根据文献资料对染 料进行了初步筛选，并对其染色效果及固色率进行了对比，其具体实验结果及分 析都有发表文章，但数量有限。 适用于冷轧堆染色工艺的染料要有较好的溶解性、扩散性和适度的反应性， 根据这一特点，国内外很多公司相继开发了适用于该工艺的活性染料。例如： c l a r i a n t 公司开发了黛棉丽c l 和h f 型系列染料，实践表明该公司的染料具有优 良的反应速度一致性、配伍性好、大小样及批样的重演性好等优点。汽巴公司开 发了新型染料汽巴克隆c 型染料其反应性好，固色率高，与纤维间形成的共价键， 对酸、碱稳定性好，染色时对各工艺参数的依赖性小、重现性好，染色均匀、色 差小嘲。 国内也有一些公司相继开发了适用于冷轧堆染色工艺的活性染料，如上海雅 硕士研究生论文活性染料冷轧堆染色小样实验方法 运开发了适用于冷轧堆染色工艺的雅格素( a r g a z 0 1 ) 活性染料：上海安诺琦纺织化 工公司开发了安诺素l 系列冷轧堆染色活性染料，据资料介绍这些活性染料水解 稳定性好、固色率高、皂洗性能优良。 冷轧堆染色工艺的发展 活性染料冷轧堆是一项工艺简单可靠、节省投资费用、降低生产成本、提高 产品质量、适合于小批量生产、利于环境保护的染色技术，具有广阔的发展前景。 虽然目前仍存在一些缺点，但要全面地、辩证的看待这项染色技术，要扬长避短， 合理进行工艺设计。 每个从事冷轧堆染色的人都会遇到头稍色差的现象，头稍色差是指织物的头 部和尾部之间的色差。通常小样试验的织物是很短的，而且可以使用卧式浸轧机。 因此小样的色泽与大批量生产时所达到的色泽之间存在差异。有经验的染色者使 用校正因子来校正这种色差，然而，这类校正因子不能考虑具体染料的染色性能， d y s t a r 公司和m o n f o e r t s 公司联合开发了e c o n t r o l 工艺。该工艺在染色织物喂入 之前使用导布在t h e r m e x 室内建立1 2 0 0 c 恒定温度和2 5 恒定湿度，堆置固色时 冷轧堆参数的变动( 如堆置时间和温度的波动) 在此工艺中变得无关紧要。经过 多次试验表明e c o n t r o l 工艺防止了因固色条件的差异引起的头稍色差n 1 1 d z 。 近年来，国内也有很多厂家对冷轧堆染色工艺探讨。如厦门华纶印染有限公 司将冷轧堆染色工艺用于氨棉弹力布的染色，不仅解决了用长车轧染时易产生的 皱条、缩幅、手感硬等问题，而且最后得到的产品色泽鲜艳饱满，各项牢度均达 到国家标准n3 1 。筒状棉针织物的染色加工一般在松式设备上进行，通常采用活性 染料一浴两步法，该方法的上染及固色阶段都需在较高温度下进行，不仅消耗大 量蒸汽而且高温下染料易水解固色率降低，后经大量试验，发现采用冷轧堆方法 能够克服一浴两步法的缺点，因此很大程度上节约了成本n 们n5 | 。常州某一生产灯 芯绒公司将冷轧堆工艺用于前处理和染色，结果得到的产品色光更纯正，而且彻 底解决露底问题，满足了市场的需求n 制。 冷轧堆染色设备的进展 冷轧堆染色设备主要包括浸染打卷机、堆放装置( a 字架) 、洗涤装置，而轧 染设备是实现冷轧堆染色生产的最为关键设备。现在国外的轧染机发展趋势是： 强调环保；小容量浸轧槽；变换液体时的自动清洗装置；染色重现性好；减少边 中、头梢及批次色差；使用微处理器监控装置，提高自动化程度；降低染化料、 d 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 水和能耗。此外，重要一点是具有在线测量系统。 相对来说，国外冷轧堆染色设备发展地比较成熟。k u e s t e r 轧车是目日仃应用最 为广泛的轧车之一。k u s t e r s 的“f l e x s h a f l ”设计了一种新型的轧液槽，在其底部有一 个密封作用和含有少量液体的轴，织物从其下方通过。其目的是在轴内部形成圈 套的湍流，以保证液体在织物内渗透十分均匀。另外，为了使冷轧堆染色工艺重 演性更佳，另附装了保持液体和织物温度的中央冷却系统以及一个全自动的比例 泵分配站。在此，织物张力控制不是用补偿器，而是靠测力传感器来实现的n 7 1 。 关于轧液后的在线湿度测量，美国p l e v a $ 1m a h l o 公司推出了微波湿度测量仪。 它可在线地测量纺织品含湿量，属非接触式的，直接准确，不会造成织物破坏。 又如贝宁格( b e n n i n g e r ) 公司新型开发的应用于弹性针织物的冷轧堆染色的 b i c o f l e x 染机，该机将轧槽染色的立式轧车和面轧轧车优点结合在一起，轧棍倾 斜7 0 。持续监控织物质量。轧液后，织物无张力下牵引并打卷，防止了布边的重 新卷曲，避免在非控制状态下的伸长d 8 。2 0 3 。另外，贝宁格的“一站式”( a l li no n e ) 松弛设备新理念，将浸渍、堆置和清洗等工艺步骤融入一非常小的空间，比较适合 日产量2 - - 一4 t 的生产，是典型的经济型设备装置强。 国内一些印染机械生产厂已经看到了冷轧堆工艺的进一步发展前景，正在努 力开发相关的加工设备，如常州如康纺织机械厂在剖析国外轧一卷堆染色机的基 础上针对现行设备和工艺加工中存在的弊端，研制了l f h 3 4 8 新型的冷轧堆染 色机雎引，它综合了国内外同类机型的优点，同时又根据数年跟踪印染厂生产实践 之心得而研发的。该机主要特点是：恒低张力中心收卷；大流量国产比例配液泵； 落布收卷采用摆动臂；烘燥熨平冷却单元；精确液面控制等。实践表明，染色设 备采用了精细微调均匀轧棍可有效克服色差。又如上海凯翎纺织染整设备有限公 司开发设计的l s r 0 7 1 - - 3 2 0 宽幅冷轧堆染色机关键部分采用了多项新技术，具有 恒线速度，恒张力驱动收卷a 字架，张力可根据不同织物设定，布面无附加摩擦， 织物内外带液均匀，布卷平整，极大克服缝头印犯利。 1 4 冷轧堆染色工艺目前存在的问题瞳卜3 叩 冷轧堆染色工艺盛行于欧洲及东南亚各国，近年来国内越来越多的染整企业 将该工艺用于灯芯绒的前处理和染色，取得了较好的经济效益。然而冷轧堆染色 硕士研究生论文活性染料冷轧堆染色小样实验方法 工艺由于存在以下几个主要问题，因而限制了其工艺在常规织物上的广泛应用。 打小样是冷轧堆染色前非常重要的一个环节。小样的准确性直接影响 大样结果。实际生产中，冷轧堆染色前常常需多次仿样，而常规的仿 样工艺需用较长时间。尽管采用微波炉快速仿样可以缩短打样时间， 但一般情况下是凭经验丰富的工程师用肉眼观测观察所有相关参数， 然后提出颜色的改进方案。另外修整冷轧堆染色工艺发生的色泽失误 是相当困难的，它不会像竭染法那样较容易借助追加染料调色，这就 会极大地增加总的染色成本。 用冷轧堆染色工艺时，特别是染深色高支高密织物，匹与匹之间缝头 处因机械物理作用，常会造成该处染色不匀。另外，在打卷堆置过程 中，在缝头处往往产生多层压痕。 冷轧堆染色工艺时，织物在打卷堆置过程中，由于两边与中间所收受 压力不同而产生拆边处与布面有色差即边痕问题。 冷轧堆染色要求精确的地控制轧槽液，面落差应在l c m 以内。目前这 种落差主要靠人工控制，可变因素多，容易造成误差。 目前市场上用的比较多的是进口比例配液泵，价格昂贵。而国产比例 配液泵流量太小，对中、厚织物来说，生产产量太低。 冷轧堆染色工艺虽然目前仍存在一些缺点，但与其他染色法相比，冷轧堆所 需机械设备数量最少，能耗低，使用也是相当灵活的。从能源、水、化学品消耗、 染色给色量、产量、染色牢度和对现代机械设备的适用性以及生态学的观点来看， 纯棉织物活性染料冷轧堆染色工艺无疑是最理想的染色方法，是值得大力推广的。 我们相信随着技术的进步和印染同仁们的共同努力，冷轧堆染色技术必将不断完 善，更趋成熟。 1 5 本论文研究目的及内容 冷轧堆作为一种比较先进的工艺技术，已被工业发达国家和地区所广泛采用， 但我国只用于灯芯绒、平绒等厚重疏松织物的染色，大量常规的织物如平布、卡 其都未采用该工艺，其原因主要是冷轧堆染色工艺存在一些未解决的问题如：小 样与大样颜色不一致，造成颜色难以预测，高支高密府绸类轻薄织物紧密织物易 6 硕士研究生论文活性染料冷轧堆染色小样实验方法 出现缝头印以及堆置实效等问题，因而限制了其在国内企业的广泛应用。 针对这一情况，本课题在国内外研究的基础上，立足于活性染料冷轧堆染色 工艺的实际应用，重点研究以下两个方面： 活性染料冷轧堆染色样品的得色与堆置温度的关系。 与室温堆置颜色一致的实验室加速打样方法。 7 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 2 1 活性染料染色3 2 m 3 3 第二章理论部分 活性染料是分子中含有活性基团( 又称反应性基团) 的水溶性染料。染色时， 在适当的条件下，活性基能与纤维素纤维上的羟基、蛋白质纤维及聚酰胺纤维上 的氨基等发生反应形成共价键结合，使染料成为纤维大分子上的一部分，故活性 染料又称反应性染料。 活性染料有别于其他类染料，和一般水溶性染料不同的地方是具有一个( 或 两个) 可以和纤维反应形成共价键结合的活性基。其结构可用下面的通式来表示： w l - i h r e 式中： w 水溶性基团； d 发色体或染料母体； b 活性基与发色体的连接基； r e 活性基 活性染料的结构是一个整体，每一结构部分的变化，都将引起染料的各种性 能的变化。但就主要因素而言，活性基主要影响染料的反应性以及染料与纤维间 所形成的共价键稳定性；染料母体是活性染料的发色部分，它不仅决定了染料的 色泽，而且对染料的染色性能如直接性、扩散性等有较大影响；连接基对染料的 反应性和染料与纤维间共价键的稳定性也有一定影响。 活性染料具有色泽鲜艳、色谱齐全、应用简便、价格低廉、匀染性好，染色 牢度优良等优点，目前已成为纤维素纤维纺织物染色和印花的一类十分重要的染 料。 2 1 1 活性染料染色机理 活性染料的反应性能主要决定于分子中的活性基，此外也和母体染料、连接 基有关。其与纤维素的反应过程如下： 8 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 纤维素纤维的离子化 c e l l 0 h + n a o h c e l l o 一十n a + + h 2 0 纤维素纤维在一般中性介质中是不活泼的，它与活性染料及其它染料一样， 只是一种吸附关系，不可能产生牢固的化学结构。只有当纤维素纤维在碱性介质 中，才能发生共价结合。这是因为纤维素纤维在此时形成了负离子，而其离子化 浓度随着p h 值的增加而增加。在这里也可以解释为纤维素纤维作为一种弱酸而与 碱剂发生中和反应： 活性染料与纤维素纤维的反应 纤维素阴离子是一种亲核试剂，能和卤代均三嗪类活性染料发生亲核取代反 应，也能和乙烯砜型活性染料发生亲核加成反应。其反应如下： 亲核取代反应： 审夺n + 一d _ b ? c e n 亲核加成反应： o h c e l l 一o d z c h 2 c h 2 x = t - - - = ；d 8 0 2 c h = c h 21 = = = = ；d z - c h - c h 2 一o c e l l w ! = = ：= = ；d z c h ，c h ，o c e l l 2 1 2 影响活性染料固色率的主要因素 影响活性染料固色率的因素很多，如何减少染料的水解，提高染料的固色率 是活性染料染色的核心问题。 染料与纤维的反应： c e l l o h + d r x c e l l - o - r d + h x 染料与水的反应： h o h + d r x 卜d r 0 h + h x 活性染料与纤维发生反应的同时，也会发生水解反应，两者同时存在。碱剂 种类及其用量，染液放置时间、温度等对染料水解都有一定影响，因此在活性染 9 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 料冷轧堆染色工艺中要对这几个方面进行控制，从而达到染色均匀和较高的固色 率。 2 1 3 活性染料的染色方法 活性染料的染色有浸染、轧染、冷轧堆染色等方法。浸染多用于纱线和针织 物，其他方法是用于机织物。 浸染方法根据纺织物的品种不同，有纱线染色、织物绳状染色和卷染多种形 式。活性染料采用浸染法染色时，宜选用直接性较高的染料。染浴中加入一定量 的中性电解质，以提高活性染料的上染百分率和固色率。 活性染料的轧染按固色工艺分为一浴法和二浴法，轧染时宜选用直接性低、 扩散性能好、反应性能低或中等的染料。冷轧堆法将在下面进行详细介绍。 2 2 冷轧堆染色工艺原理及流程 2 2 1 冷轧堆染色工艺原理 活性染料的轧卷堆置法染色，是指浸轧含有活性染料和碱剂的染液后，立即 打卷、堆置，使其完成染料的扩散和固着。堆置可分室温堆置( 冷堆置) 和加热 堆置( 热堆置) 两种，活性染料通常使用室温堆置，即织物浸轧染液后打卷，并 用塑料薄膜包好，在室温下缓慢转动一定时间，使染料充分扩散进入纤维内部， 并与纤维发生反应形成共价健的结合。这种方法又称冷轧堆染色法3 1 。 按加碱剂的方式不同，冷轧堆工艺分为两种：一种是普通一浴轧堆法，即染 料和碱剂预先混合配成染液后浸轧织物；另一种是短时冷轧堆法，即将染料和碱 剂分开配制，浸轧时由计量泵按比例同时加到小容量的轧槽中。前一种工艺适用 于反应性较弱的染料，用碱性较弱的碱剂，堆置时间较长；后一种适用于反应性 较强的染料，用碱性较强的碱剂，堆置时间较短口副。普通一浴轧堆法由于不用混 合装置，轧染液稳定性不易掌握，且堆放时间相对要求较长，因而此种工艺m = 5 l - 现在已很少应用，国内因起用较晚，目前仍有应用。短时冷轧堆法由于采用了配 液混合装置，工业中染液稳定，易于控制，因而堆放时间可相应缩短，而且工艺 灵活性大，配液换色方便，一个布卷上可先后染多种色泽或品种。近些年来，这 硕士研究生论文 活性染料冷轧堆染色小样实验方法 一技术改进为采用硅酸钠与氢氧化钠的混合碱液。其优点在于硅酸钠具有显著的 缓冲作用，在不损害固色率的情况下，使轧染液的稳定性有所提高，同时防止空 气中c o ：对染色布的影响及由此所产生的色差、浅边等疵点。这样，工艺显出更加 可靠性和重现性，染色产品质量也更趋稳定。 冷轧堆染色法设备简单、染色方便、匀染性好，轧染省去了中间烘干和汽蒸 两道工序，既可减少能源消耗，又可提高染料的利用率。该法属于非连续性加工， 染色周期长，特别适合对张力敏感及染不透等多品种、小批量的生产。 2 2 2 冷轧堆染色工艺流程 浸轧染液一( 打卷) 一堆置一水洗一皂洗一水洗一烘干 轧工作液打卷堆置皂洗 工艺说明： 小样试验时，织物可不经打卷；大样生产则要求卷轴整齐，松紧一致。布卷要 密封，包上塑料薄膜，并不停地缓缓转动，防止布卷表面水分蒸发或染液向下 的重力流淌而造成染色不匀。 碱液用热水溶解后，冷却至室温，临用前与染料溶液混和。 2 3 原料选择 2 3 1 织物的选择m 嗡1 活性染料冷轧堆染色对半制品的要求较高，经前处理的纯棉织物必须煮练匀 透，无横档、绉条，布幅一致，p h 值在7 7 5 ；织物具有均匀而良好的吸水性， 毛效在8 公分3 0 分钟以上；烘干要均匀适宜，太干织物反而表现出疏水性，浸轧 染液时不宜润湿，太湿影响得色及布面均匀性，一般控制在4 一6 ；有些染料对碱 非常敏感的，随着温度的升高水解加快，这样易造成前后色光的差异，因此织物 硕士研究生论文活性染料冷轧堆染色小样实验方法 浸轧前要充分冷却，这样才能保证染色后织物色泽鲜艳均匀丰满。 2 3 2 染料的选择 活性染料按活性基团的不同分为卤代均三嗪型、卤代嘧啶型、乙烯砜型、双 活性基团的活性染料，可用于冷轧堆染色的染料占活性染料总量的3 5 ，对于不同 类型的染料，工艺的操作性和染料的利用率有所差异。 1 - 二氯均三嗪型活性染料7 3 二氯均三嗪型活性染料具有两个活泼的氯原子，在固着过程中染料和纤 维之间通过亲核取代反应生成纤维素酯。化学反应性较高，在较低温度和较弱碱 剂条件下就能与纤维反应，因此又称冷固型或普通型活性染料。该类型染料反应 速率快，适用于轧堆工艺，一般在轧染后堆置2 - - 一4 h 已足够。具体适用的冷轧堆染 色工艺的活性染料如：国产x 型、b 内门普施安m x ( p r o c i o n ) 。 2 一氯均三嗪型活性染料8 3 一氯均三嗪型活性染料含有一个活泼氯原子，与纤维结合亦是通过亲核取代 反应，形成酯键结合的纤维素酯。由于染料分子中只含有一个活泼的氯原子，所 以染料的反应性较低，需要在较高的温度和较强的碱性条件下，才能与纤维发生 反应而固色，因此又称热固型活性染料。一氯均三嗪型活性染料反应活性较弱， 反应速率较慢，需选用较强的碱剂固色，轧染后堆置时间较长，一般需要2 0 - - - 2 4 h 。 具体适用的活性染料如：国产k 型、国外的普施安h h e ( p r o c i o n ) 。 3 乙烯砜型活性染料曲钔 这类染料的活性基是乙烯砜基( 一s 0 ：一c h = c h ：) ，但在商品染料中往往是以乙 烯砜硫酸酯( - s o 。一c h ：一c h ：一o s o 。n a ) 形式存在的。此类染料的稳定性较好，具有 比较适中的反应性，溶于水后不显任何活性，只有加入碱剂，通过双键形成乙烯 砜才具有活性。活化了的染料与纤维素纤维上的羟基产生加成反应，形成稳定的 醚键。醚键除具有较强的色牢度和耐酸水解性外，还对提高固色率起主要作用。 在染色过程中控制乙烯砜的形成，使染料有充分的时间扩散到纤维内部，以获得 较好的匀染、透染效果，所以乙烯砜适用于冷轧堆染色。具体适用的乙烯砜染料 有德司达雷马素( r e m a z 0 1 ) 、国产k n 型、日本住友素米菲克司( s t m f i f i x ) 、日本 三菱大爱米拉( d i a m i r a ) 、日本三井赛尔玛唑( c e l m a z 0 1 ) 染料。 1 2 硕士研究生论文活性染料冷轧堆染色小样实验方法 4 双活性基活性染料 这类活性染料分子中含有两个活性基。只含有一个活性基的活性染料在印染 过程中，因染料的水解而导致染料的固色率较低，而对于双活性基的活性染料， 当染料分子中一个活性基因水解而失去反应能力后，另一个活性基仍可与纤维发 生反应，从而提高了染料与纤维的反应概率，因此染料的固色率较高。目前这类 染料含有的活性基主要有以下几种： ( 1 ) 两个一氯均三嗪基的活性染料：国产k d 型、k e 型、k p 型活性染料均属此类。 k d 型活性染料的结构一般比较复杂，对纤维的亲和力较高，反应类似于k 型。 ( 2 ) 一氯均三嗪和乙烯砜双活性基的活性染料：国产的m 型、国外的普施安h - e 等均属此类。这类染料的反应性比k 型染料高，染料与纤维间形成的共价键耐酸碱 稳定性较k 型、k n 型染料好。 国产的m 型、科莱恩黛棉丽h f c l ( d r i m a r e n e ) 活性染料是具有一氯均三嗪和乙 烯砜基的双活性基团的活性染料，兼有酯键和醚键，使染料与纤维结合的反应机 会增加。染料的固着率高、得色深，染色牢度也较好，因而适合于冷轧堆工艺的 活性染料h 0 。 其他如一氟均三嗪型的有汽巴精化的汽巴克隆f ( c i b a c r o nf ) ，二氟一氯嘧啶 型的有科莱恩黛棉丽r k ( d r i m a r e n e ) 等染料也常用于冷轧堆染色。 综上所述，用于冷轧堆工艺染色的活性染料，应选择反应性不能太强但反应 速度较快的染料，一般以选用反应性适中的染料为宜，这样有利于轧染液保持良 好的稳定性；由于冷轧堆染色染液是通过织物浸轧后而转移到纤维内部去的，故 以选用直接性低的染料为宜，既容易获得匀染，又有利于克服头梢深浅现象，水 解的染料也易洗去；染料分子要求较小，较易渗透扩散，生产中选用细粉状染料 较佳( p f f d ) ；染料在碱中的溶解度要高，否则