毛用活性低温染料黑WD代替媒介黑PV染色生产工艺

毛用活性低温染料黑毛用活性低温染料黑 WD 代替媒介黑代替媒介黑 PV 染色生产工艺染色生产工艺 高志国 郭永平 宁夏荣昌绒业集团有限公司 Gao zhi guo Guo yong ping Ningxia Rongchang Cashmere Group Co Ltd 摘要 摘要 本文通过试验对毛用活性低温染料染色工艺的研究 最后得出适合羊绒 染色的最优工艺路线和最优工艺参数 常规黑 PV 染色时虽是在弱酸浴中正常沸 煮 仍会对纤维造成损伤 断裂强力降低 采用毛用活性低温黑 WD 染料染色时 染 色温度降低 染色时间缩短 而且对纤维的损伤大大降低 使得纤维的可纺性提高 并能节约能源 改善纺纱性能和成品手感 经过控制 PH 温度 时间 达到最 佳的染色效果 关键词 关键词 羊绒 低温染料 工艺 Low Temperature Dyeing of Wool with Reactive Process Abstract Through test on low temperature dyeing process of wool with reactive research finally obtains the optimal for cashmere dyeing process route and optimal process parameters Conventional dyeing is in weak acid bath for normal boiling still the fibers will cause damage breakage strength reduction With wool reactive dye dyeing at low temperature lowering temperature dyeing time and the damage to the fiber s spinnability improved and can save energy improve spinning performance and finished handle After control of the PH temperature time achieve the best dyeing effect Key words cashmere process Low temperature dyes 1 引言引言 山羊绒是世界上最珍贵的动物纤维 被世界公认为 软黄金 其制品手感 柔软 滑糯 风格典雅 细腻 光泽柔和 亮丽 传统羊绒的染色过程是一个对纤维品质有损伤的过程 大部分的羊绒纤维 用的是毛用活性染料 它的染色过程分为两个部分 第一部分为高温染色过程 第二部分为碱性后处理过程 这两个部分对纤维都有损伤 两部分的损伤的实 质应该没有什么区别 主要是二硫键的部分断裂 表现为纤维的强度及弹性的 变差 染色过程中 巯基和二硫键的交换反应导致了纤维的永久定形 由于液 流对纤维的冲击 纤维会发生一定程度的弯曲 直至染色过程结束 在弯曲纤 维中的交换反应使压缩的二硫键重排成更均匀的结构 当这样的弯曲纤维被拉 伸时 纤维皮质层内侧的副皮质细胞部分的肽链先于正皮质细胞部分的肽链受 力 而副皮质细胞部分二硫键含量较多 其中较多的二硫键断裂意味着副皮质 部分会在纤维拉伸时发生过早断裂 这也是为什么长时间的高速液流冲击会对 纤维造成更大损伤的原因 因此羊绒低温染色越来越受到毛纺行业的重视 相继推出了羊绒低温染色 方法及助剂 近年来人们又开始了对低温染料的研究 并取得了显著的成果 为了增强企业的市场竞争能力 降低山羊绒在染色过程中的纤维损伤 我们 开发与应用了毛用活性低温染料染色的生产工艺 2 2 羊绒低温染色的特点羊绒低温染色的特点 羊绒低温染色的特点是选用特定的毛用低温活性染料和经染色后达到质量 要求的特定工艺 低温染色与高温染色在散纤维染色时手感等外观指标并无太 大的差异 但在纺纱的可纺性上以及成品手感和丰满程度上都有比较明显的差 异 这是因为羊绒只有鳞片层和皮质层 而没有髓质层 鳞片层密度比羊毛大 组成皮质细胞的巨原结构 细胞的化学组分和性能也与羊毛不同 纤维细度明 显比羊毛细 对温湿度较为敏感 高温会损伤磷片 露出皮质 使纤维发生水 解 低温染色减少了由于高温所带来的损伤 染色后的羊绒更能发挥其独特的 风格 轻 柔 滑 暖 3 3 羊绒染色的影响因素羊绒染色的影响因素 3 1 纤维对染色的影响纤维对染色的影响 染色时 染料向羊绒纤维内部扩散有两种途径 1 直接通过鳞片层细胞向羊绒内部扩散 2 通过鳞片细胞间的细胞间隙沿CMC 扩散 活性染料在羊绒染色中的原理为 吸附 扩散 固着 首先 活性染料母 体上所具有的共轭双键 极性基 同平面性的芳环结构以及水溶性基团等 在 酸性溶液中迅速地为羊绒所吸收 由于纤维表面吸附了大量染料离子 形成了 很高的浓度梯度 促使染料向纤维内部扩散 染料先扩散进入角质层的区域 然后再进入内表皮层的非角阮区 再进入细胞间胶粘物部分 当染色继续进行 时 染料渗透入整个非角朊网状结构中而同时从内表皮转移到富含硫的外表皮 最后 染料积聚在纤维富含有胱氨酸的基质及外表皮区域 与羊绒中的胱氨酸 水解形成的巯基 赖氨酸的末端氨基 组氨酸中的亚氨基等在弱酸性条件下进 行反应 与丝氨酸和苏氨酸的羟基在弱碱性条件下进行反应 其反应性 巯基 氨基和亚氨基 羟基 1 3 23 2 温度对染色的影响温度对染色的影响 羊绒纤维在60 以下时膨化度很小 在表面角质膨化之前 对分子量很小的 酸的吸收 扩散都有很大阻力 另外 染料分子动能也发生变化 染料的染色 速率也随着发生变化 温度越高 羊绒鳞片层膨化度大 染料的分子动能也会 相应的提高 都有利于提高染料的上染率 但染色过程中温度升高不易过快 不然会引起上染过快 容易染花 2 本实验控制升温为1 min 3 33 3 pHpH 对染色的影响对染色的影响 1 在酸性条件下 低于羊绒等电点 NH3 W COOH D SO3 D SO3 NH3 W COOH 羊绒纤维 染料阴离子 在低于羊绒等电点的酸性染浴中 羊绒纤维首先吸附氢离子而形成氨基正离 子 NH3 因而对染料阴离子及某些阴离子助剂产生吸附 随着染色体系中染 料浓度的增加 酸用量的增加pH 值的下降 羊绒纤维对染料阴离子的吸附量 增加 2 在碱性条件下 高于羊绒等电点 NH2 W COO D SO3 NH2 W COO O3S D 斥力 在碱性条件下 羊绒纤维对染料阴离子的吸附仅靠亲和力的作用 从上述可以看出 加入酸将增加羊绒纤维表面的正电性 因此 在用酸性 媒介染料和活性染料染色工程中 酸起促染剂的作用 3 43 4 助剂对染色的影响助剂对染色的影响 在羊绒的染色中 助剂的作用也很重要 由于染色时纤维在染浴中的非均匀 分布 使得同浴染色时要获得同色效应并不是一件非常容易的事 要防止染色 不均匀 必须采用特殊的工艺 同时要添加匀染剂 来控制染料的吸收速度 匀染剂大部分是水溶性的表面活性剂 其化学结构不同 作用原理也不同 但按其影响染色过程的方式大致可分为亲染料和亲纤维两大类 亲染料型匀染 剂包括非离子 阳离子和两性表面活性剂或它们的复配混合物 亲染料类匀染 剂对染料的亲和力大于染料对纤维的亲和力 因此在染料被纤维吸附之前 匀 染剂先吸附染料 与之结合生成某种稳定的聚集体 随着染色时间的延长和温 度的升高 染料逐渐脱离匀染剂而与纤维结合 因此降低了染料迁移和扩散速 度 延缓了染色时间 从而达到匀染目的 亲纤维型匀染剂是一类阴离子表面 活性剂 该类匀染剂和阴离子染料竞争羊绒角阮中的碱性基团 迟滞染料和染 色速度 达到匀染目的 2 本实验选用的是Montelai 1201D匀染剂 是亲染料性匀染剂 Montelai 1201D匀染剂 为浅黄色液体 两性离子型 pH 值为7 4 4 低温活性染料染整工艺流程低温活性染料染整工艺流程 装缸一染色一碱处理一水洗一中和一洗涤一脱水一烘干 5 5 使用的纤维原料 仪器 助剂染料使用的纤维原料 仪器 助剂染料 5 15 1 原料原料 100 白中白山羊绒 产地 内蒙古 白中白山羊绒 指标白中白山羊绒 平均长度 mm 33 89 mm 平均细度 um 15 67 um 含粗 0 19 单纤维强力 CN 4 56CN 断裂伸长率 44 37 异色纤维含量 根 g 5根 g 回潮率 16 72 肤皮含量 个 g 93个 g 短绒率 15 83 5 25 2 试验仪器试验仪器 仪器名称型号生产厂家 磁浮漩涡试色机 HJ 18L 航桀兴业股份有限公司 电脑测配色仪 Datacolor600 美国 电子天平 TP 214 丹佛仪器 北京 有限公司 分光光度计722 型光栅分光光度计上海光谱仪器有限公司 5 35 3 试验用助剂 染料试验用助剂 染料 染料 助剂规格 级别 生产厂家 毛用低温活性黑WD商业用品北京蒙特莱科技有限公司 媒介黑PV商业用品北京蒙特莱科技有限公司 醋酸工业用品宁夏银川源江化工 甲酸工业用品宁夏银川源江化工 氨水工业用品宁夏银川源江化工 消泡剂工业用品保定富川贸易有限公司 羊绒保护剂工业用品北京蒙特莱科技有限公司 红矾工业用品宁夏银川源江化工 大苏打工业用品宁夏银川源江化工 匀染剂1201D工业用品北京蒙特莱科技有限公司 6 6 染色工艺处方染色工艺处方 6 16 1 常规媒介黑常规媒介黑PVPV染色处方染色处方 A 醋酸 3 消泡剂 2 B 媒介黑PV 6 o W f C 甲酸 1 D 羊绒保护剂 2 红矾 1 2 甲酸 2 E 大苏打 1 3 6 26 2 毛用活性低温黑毛用活性低温黑WD染色染色处方处方 A 消泡剂 1 甲酸 4 匀染剂 2 B 毛用活性低温黑WD 6 o W f C 甲酸 1 D 氨水 2 PH 8 5 E 甲酸 2 7 7 工艺曲线和工艺说明工艺曲线和工艺说明 7 17 1 常规媒介黑常规媒介黑PVPV染色工艺曲线染色工艺曲线 AB C D E 50 95 10min 10min 50min 60 20min 90 20min 1min 清洗 排 水 皂洗 在温度达到50 时 10分钟后加入A 过10分钟后再加入B 升温到90 后 先保温20分钟 再加入C保温30分钟 时间到后 降温到60 加入D保温15分 钟 升温到90 加入E保温20分钟 时间到后 降温到60 后皂洗 之后用清 水冲洗并排水 7 2 2 毛用活性低温黑毛用活性低温黑WD染色工艺曲线染色工艺曲线 80 30 60min 1 min D BA 排水 E C 温度达到30 后 10分钟后加入A并调节PH值在4 4 5之间 再过10分钟后加 入B 升温到80 后 保温并过30分钟后 加入C 到40 45分钟时再加入D并调 节染浴的PH值在8 5 9 0之间并保持温度不变 降温 清洗 加入相同的水量再 加入E 15分钟后 排水 8 8 羊绒毛用活性黑羊绒毛用活性黑WDWD染色的影响因素染色的影响因素 8 18 1 染色染色PHPH对上染率的影响对上染率的影响 表1 染色pH 值对上染率的影响 pH值 3 544 555 566 5 上染率 98 5698 3797 4796 9194 5894 1193 21 图1 染色pH 值对上染率的影响曲线 由图1 所示 染料的上染率是随着染色pH 值的增加而降低的 因为pH 较 高 的时候 羊绒上的正电性减弱 而染羊绒的染料都是负电性的 导致上染率的 降低 选择染色pH 值时 不能太低 否则对羊绒有损伤 此外 pH 值较低时 半染时间比较小 容易染花 在实验中采用的pH 值范围在4 5 5 5 之间 8 28 2 染色温度对上染率的影响染色温度对上染率的影响 表2 染色温度对上染率的影响 染色温度 50 60 65 70 75 80 上染率 55 4860 8168 6594 4296 7298 58 图2 染色温度对上染率的影响曲线 由图2所示 染料的上染率随着温度的增高而升高 因为温度越高 羊绒鳞 片层膨化度大 染料的分子动能也会相应的提高 所以染料的上染率提高 温 度在65 70 时 染料的上染速率最快 当温度达到70 以后 染料的上染速 率开始变慢 趋于平稳 达到饱和 8 38 3 上染时间对上染率的影响上染时间对上染率的影响 表3 上染时间对上染率的影响 上染时间 min 102030405060 上染率 96 7798 3298 5598 6098 6198 61 图3 上染时间对上染率的影响曲线 由3图所示 当温度达到保温温度以后 染料的上染率在前10分钟有明显的 变化 之后就趋于平稳 40 60分钟后 染料上染率达到饱和 8 48 4 后处理对染色牢度的影响后处理对染色牢度的影响 活性染料与羊绒纤维是靠多种形式结合的 其中只有共价键结合才是最牢 固的 采用活性染料所以有高超的湿牢度 原因就在此 但在实际染色中 不 可能使染料完全同羊绒发生反应 有相当部分的染料同羊绒纤维的结合不是成 共价键的形式 而是通过离子键 范德华力 氢键等结合的 这对染色过程的 吸附阶段有十分重要的意义 而对染色成品 这种结合却是有害无益的 因为 它严重的影响了染色品的湿牢度 因此 对于非共价键结合的染料必须彻底清 除 3 4 本试验使用的后处理方法是在染色之后 保持温度不变 80 以氨水 调节并保持染浴pH 值为8 8 5 处理20min 最后要用pH 值为5 的甲酸溶液 常温 中和处理15min 9 9 低温染色与常规染色染色成品的对比低温染色与常规染色染色成品的对比 9 19 1 各色牢度的对比各色牢度的对比 表1 染色牢度 摩擦皂洗水洗 指标 项目干摩湿摩变色棉沾色毛沾色变色棉沾色毛沾色 低温黑WD 3 433 44 543 444 媒介黑PV 3 42 33443 444 由表1可见 低温黑WD和媒介黑PV染色的摩擦 皂洗 水洗色牢度基本一致 均能达到国标的要求 低温黑WD在湿摩擦 皂洗色牢项目上药好于媒介黑PV 相差班级 9 29 2 染色后羊绒的物理指标染色后羊绒的物理指标 表2 物理指标 指标 项目 平均长度 mm 短绒率 单纤维强力 CN 断裂伸长率 原料 33 8915 834 5644 37 低温黑WD 30 8119 433 9441 23 媒介黑PV 26 7923 823 2834 48 由表2可见 采用低温黑WD染色 黑色绒平均长度比原料下降了9 1 短绒 率提高了22 7 单纤维强力下降了13 6 断裂伸长率下降了7 1 媒介黑PV 染色 黑色绒平均长度比原料下降了21 0 短绒率提高了50 5 单纤维强力 下降了28 1 断裂伸长率下降了22 3 低温黑WD比媒介黑PV 纤维平均长度提 高15 00 短绒率下降18 4 断裂伸长率增加19 58 单纤强力增加 20 12 低温染色对提高深色绒质量更为明显 1010 节能分析节能分析 染色升温过程中消耗的热量为 q1 c p m T 5 1 保温过程中所消耗的热量为 q2 k A t f1 t f2 t 5 2 其中 5 2 式中总表面传热系数为 5 3 21 11 1 k hh c p 水的比热容 查表得 c p 羊绒 1 3 kJ kg k c p 水 4 2 kJ kg k m 质量 羊绒的质量或着水的质量 T 温度差 常规染色 T 65k 低温染色 T 50k A 水的表面积 t f 1 保温时水的温度 常规染色时t f 1 95 低温染色时t f 1 80 t f 2 空气的温度 查表得 t f 2 20 h 染缸的高 1 5m h1 水的表面传热系数 查表得 h1 900w m2 k h2 空气的表面传热系数 查表得 h2 20w m2 k 染色缸的导热系数 查表得 14 2w m k 染色缸的壁厚 测量得 0 03m t 保温时间 常规染色为90min 5400s 和低温染色为60min 3600s 本试验采用的低温染色能耗 假设染色的羊绒质量为100千克 浴比为1 30 则需要的水的质量为3000千 克 染缸的半径为1m 常规染色时所需热量 Q1 q1 q2 q1 4 2 3000 50 1 3 100 50 630000 6500 636500千焦 79 18 20 1 2 14 03 0 900 1 1 k A 2