活性染料预处理工艺的研究

活性染料预处理工艺的研究

0阳离子改性棉提高棉用活性染料的固色率是减少染色过程对环境的危害的主要手段。采用反应性季胺化合物在棉纤维中的阳离子改性是国内外相关研究人员采用的主要方法。利用阳离子改性技术，可以有效提高棉用活性染料对纤维的上染率和固色率，减少残余染料的排放，减少染色加工对环境的损害。阳离子改性技术的主要缺点是改性试剂用量大、染色成本高。此外，改性后的棉的均匀染色能力相对较差。上述主要缺点使阳离子离环技术难以在生产实践中大规模应用。现在只是研究阶段。棉纺织品的微悬浮体染色技术是在天然蛋白质纤维微悬浮体染色技术基础上发展起来的一项新型染色技术.活性染料冷轧堆染色工艺具有固色率高、染色牢度好、节约能源、减少污染的优点;而微悬浮体染色工艺可在此基础上,通过提高活性染料对纤维的上染百分率、抑制染色过程中染料的水解从而提高染料的固色百分率,进一步减少染料的使用量,提高染料利用率,降低染色废水的排放.本文通过对比传统冷轧堆染色工艺与微悬浮体染色新工艺被染织物的表观深度、2种染色工艺被染织物染色残液的色度等指标,预处理后的棉织物采用微悬浮体染色工艺可使被染织物具有明显的增深效果,从而降低染料用量,减少生产废水中废弃染料量,降低污水处理负担,减轻工厂的生产成本.1实验1.1材料、药品和机器1.1.1纯棉纺织物常州洛意灯芯绒有限公司提供1.1.2药物微悬浮液fy-3自制、烧碱、尿素、硅酸钠1.1.3实验仪器与测试仪器MU505T型立式轧车(北京纺织机械器材研究所)、DHJ-9076A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)、FA2104A型电子天平(上海精密科学仪器有限公司)、Y57113型纺织品耐摩擦色牢度测试仪(温州纺织仪器厂)、SF300型思维士电脑测色仪(思维士颜色科技有限公司).1.2染料和配方1.2.1特殊布1.2.2fr红橙汁、frw橙橙青色33.71g/L(RGB红4.3g/L、3RS黄0.08g/L、B元青20.0g/L)、咖啡色52.5g/L(FR红8.5g/L、3RW橙25.0g/L、BNN黑19.0g/L)、灰色32.9g/L(RGB红9.75g/L、RGB黄13.05g/L、RGB青10.1g/L)、翠兰色38.02g/L(GX翠兰30.6g/L、3RS黄3.62g/L、B元青3.8g/L).1.3方法1.3.1织物的堆置与堆置染色工艺流程:浸轧染液(染料与碱液按4∶1的比例混合均匀,一浸一轧,带液率为65%)※将织物装入市购的自封袋中密封室温堆置(染料用量≤40g/L,堆置时间为16h;染料用量>40g/L,堆置时间为20h)※水洗※皂洗※水洗※烘干※测试.1.3.2微悬浮体化助剂的制备染色工艺流程:浸轧预处理液(一浸一轧,带液率65%)※烘箱烘干(100℃×5min)※浸轧染液(一浸一轧,带液率65%)※将织物装入市购的自封袋中密封室温堆置(具体堆置时间同传统冷轧堆染色工艺)※水洗※烘干※测试.(1)预处理浴组成.微悬浮体化助剂FY-3为8.0g/L、烧碱为2.0g/L、尿素为5.0g/L;(2)冷轧堆微悬浮体染色工艺中染浴的组成及工艺条件均与1.3.1中传统冷轧堆染色工艺相同.(3)水洗、烘干的条件均与1.3.1工艺相同.1.4测试测试1.4.1染色强度的测试染样的颜色深度可以间接地表示织物上的染料量,它是染料染色强度分析的基础.颜色的深度可以用K/S值表示.实验中使用DataColourSF300型思维士电脑测色仪测定所染样品的K/S值、总色差DE、色深值DL.1.4.2不同颜色的测试1.4.3清洁残余溶液的颜色测试1.4.4清洁残余溶液的吸收测试2结果与分析2.1预处理浴中添加剂的用量确定2.1.1微悬浮体染色工艺对fy-3用量的影响采用微悬浮体化助剂FY-3(简称FY-3)对织物进行预处理.一方面使纤维的膨化程度增加,加快了染料向纤维内部的扩散,提高染料的上染率;另一方面,由于微悬浮体颗粒的表面张力与被染纤维的表面以及染料分子的表面张力接近,因而与纤维间存在很强的亲和力,可均匀地吸附在纤维表面.染色初期,纤维表面会形成微悬浮体化染料颗粒,随着时间的延长,吸附在纤维表面的染料颗粒自行解体,释出染料分子向纤维内部扩散,提高染料上染率,在碱性条件下,染料与纤维内部的反应基团以共价键结合,固着在纤维内部.在不改变预处理浴中其他助剂用量的前提下,对FY-3进行用量优化实验.传统染色工艺按照1.3.1中所示工艺进行,微悬浮体染色工艺按照1.3.2中所示工艺进行.通过分析2种不同染色工艺所染织物的表观深度K/S值、明度值DL、总色差DE(微悬浮体染色工艺所染织物DL和DE值的测试是以传统工艺所染织物作为标准样品进行的)及被染织物的耐摩擦色牢度,确定预处理液中FY-3的最佳用量,具体结果见表1.由表1可知,在应用微悬浮体染色工艺进行染色时,随着微悬浮体化助剂FY-3用量的增加,被染织物的表观深度明显增加.当FY-3用量从0变化到8g·L-1时,织物表面增深效果有明显提升;但当超过8g/L时,织物表观深度的增加趋势减小,同时被染织物的耐摩擦色牢度有一定程度的下降.分析咖啡色和翠兰色2个色号FY-3用量的变化,实验结果发现,被染织物的增深程度随微悬浮体化助剂FY-3用量的变化趋势是基本一致的.因此,综合考虑织物表观的增深情况和被染织物的色牢度,将预处理浴中微悬浮体化助剂FY-3的用量定为8g/L.2.1.2微悬浮体预处理浴中添加naoh的影响在不改变预处理浴中其他助剂用量的前提下,对NaOH进行用量优化实验.传统染色工艺按照1.3.1中所示工艺进行,微悬浮体染色工艺按照1.3.2中所示工艺进行.通过分析2种不同染色工艺所染织物的表观深度K/S值、明度值DL、总色差DE及被染织物的耐摩擦色牢度,确定预处理液中NaOH的最佳用量,具体结果见表2.分析表2中数据可知,当微悬浮体预处理浴中未加NaOH时,由于微悬浮体化助剂FY-3及其他助剂的存在,被染织物具有一定的增深效果;一旦加入NaOH,预处理后织物的增深效果随之急剧增加,在NaOH用量为2g/L时,织物的表观增深效果最为明显;继续增加NaOH用量,增深效果反而会随之下降.微悬浮体预处理浴中加入NaOH,增深效果显著增加的原因有:第一,织物浸轧含有NaOH的预处理液后,纤维素纤维在轧辊压力与碱的共同作用下会发生一定程度的溶胀,使后续染色过程中染料向纤维内部的扩散速率和染料的上染量均增加,出现增深现象,但这种作用,效果有限;第二,微悬浮体化助剂FY-3因其本身的结构特点,使之在碱性条件下能与纤维素纤维发生充分和均匀的反应,在保证匀染和透染的前提下提高染料的利用率.但预处理浴中NaOH用量并不是越多越好,当其增加到一定限度后,织物表观的增深效果反而下降,这可能是由在较强的碱性条件下微悬浮体化助剂与纤维素纤维间的反应能力减弱所导致.所以,综合考虑织物表观的增深情况和被染织物的色牢度,将预处理浴中NaOH的用量定为2g/L.2.1.3尿素用量尿素作为印染加工中最常用的助剂,在染浴中主要有以下2方面的作用:首先是助溶,能降低染料的聚集度;其次,对纤维有较好的溶胀作用.在预处理浴中加入尿素主要是利用第二个作用.尿素之所以可以加速纤维的溶胀,是因为它对纤维的亲和力大于水对纤维的亲和力,尿素在水中可以氢键的形式与水缔合,当尿素吸附在纤维表面并向纤维内部扩散时,会带着水分子一同进入到纤维内部,从而加速了纤维的溶胀.在不改变预处理浴中其他助剂用量的前提下,对尿素进行用量优化实验.传统染色工艺按照1.3.1中所示工艺进行,微悬浮体染色工艺按照1.3.2中所示工艺进行.通过分析2种不同染色工艺所染织物的表观深度K/S值、明度值DL、总色差DE及被染织物的耐摩擦色牢度,确定预处理液中尿素的最佳用量,结果见表3.从表3可以看出,预处理浴中加入尿素,对织物的增深效果有一定的帮助.当尿素用量为5g/L时,M织物的增深效果最佳,随着尿素用量的增加,织物的增深幅度较小;但尿素用量偏低,对织物的色光有影响.综合考虑,将尿素的用量定为5g/L.2.2冷沉微浮色成像技术与传统染色技术的比较2.2.1织物增深效果确定出预处理浴中各助剂的最佳用量后,对工厂常用的几种色号分别采用微悬浮体染色工艺简称MSD(Micro-SuspensionDyeing)和传统染色工艺进行染色,测试被染织物的增深情况,结果见表4.由表4实验数据可以看出,冷轧堆微悬浮体染色工艺所染织物较传统冷轧堆染色工艺所染织物具有较明显的增深效果.该技术通过微悬浮体化助剂的作用,使染料的聚集状态发生改变,从而使染料对纤维的上染能力显著提高,同时使染料在固色阶段的水解率显著降低,从而提高了染料的固色百分率,织物的表观深度明显深于传统冷轧堆染色工艺所染织物.2.2.2种染色工艺所染织物的色牢度确定出预处理浴中各助剂的最佳用量后,对工厂常用的几种色号分别采用MSD、微悬浮体减量染色工艺(简称MSD减量)和传统染色工艺进行染色,测试被染织物的各项色牢度.其中,微悬浮体减量染色工艺是指在完全采用1.3.2中所示冷轧堆微悬浮体染色工艺进行染色时,减少染料用量以达到与传统冷轧堆染色工艺所染织物相同或相近的表观深度,在具有相同表观深度的条件下来对2种染色工艺各项色牢度的进行比较.结果见表5.从表5的测试结果可以看出,冷轧堆微悬浮体减量染色工艺所染织物的各项色牢度与传统冷轧堆染色工艺所染织物基本相当,冷轧堆微悬浮体染色工艺所染织物的各项色牢度比传统冷轧堆染色工艺所染织物略差半级,个别色号的色牢度差一级.微悬浮体染色新技术的应用并没有改变染料与纤维之间以共价键结合的结合方式,所以冷轧堆微悬浮体减量染色工艺和传统冷轧堆染色工艺在以相同或相近的表观深度为前提的条件下,所染织物的各项色牢度是基本相当的,而冷轧堆微悬浮体染色工艺所染织物因具有明显的增深效果,所以牢度略差.个别色号如翠兰,由于本身GX翠兰这类冷轧堆用活性染料的染料分子大,染色后染料在纤维表面易形成大颗粒染料浮色,再加之其增深效果非常显著,所以该色号的各项色牢度略差半级,但在后处理时经固色剂处理可完全达到传统工艺所染织物的牢度标准.2.2.3洗涤残液色度的检测确定出预处理浴中各助剂的最佳用量后,对工厂常用的几种色号分别采用传统冷轧堆染色工艺和微悬浮体染色工艺汽蒸固色后的织物样品模拟实际生产情况在可比条件下进行水洗和皂洗,将所有洗涤废水合并,并以蒸馏水将其定容,按照国家标准对洗涤残液的色度进行测试,结果见表6.轧染染色是一种连续染色加工工艺,洗涤槽中水的污染物质含量是随生产加工的进行而变化的.直接提取洗涤槽中的水样进行检验不能准确说明不同染色工艺排放废水污染指标.因此,所测试的结果并不代表实际生产排放废水的指标,该结果只是用于不同染色加工工艺所对应排放生产废水污染指标的一种横向比较.从表6所示结果可以看出,冷轧堆微悬浮体染色工艺所产生洗涤废水的吸光值和色度都明显小于传统冷轧堆染色工艺.因为微悬浮体染色技术可使染料对纤维的上染百分率和固色百分率提高,染料的利用率明显增加,使被染织物在洗涤过程中所产生的废弃染料量显著降低,从而使染色过程排放废水的污染负荷降低.3微悬浮体染色工艺的优点(1)预处理工艺的最佳工艺为:微悬浮体化助剂(FY-3)8.0g/L,NaOH2.0g/L,尿素5.0g/L.一浸一轧浸轧预处理液(带液率65%)※烘箱烘干(100℃×5min).采用微悬浮体化助剂FY-3对织物进行预处理,可增强染料对纤维的亲和力,促使更多的染料上染纤维,从而提高活性染料的上染率和固色率.(2)通过对染品的表观深度K/S值、均匀性的分析,冷轧堆微悬浮体染色工艺所染样品在保证匀染的前提下,被染织物的颜色深度显著提高.(3)冷轧堆微悬浮体染色工艺所染织物的各项色牢度与传统工艺相当,因为预处理工艺改变的只是染料向纤维表面吸附的速率,并未改变染料和纤维的结合方式.(4)冷轧堆微悬浮体染色工艺有效提高了活性染料在纯棉织物上的固色率及染料利用率,减少了染色废水中有色物质的排放量,减轻染色废水处理的负担,响应印染行业所倡导的“节能减排”号召.(5)由于微悬浮体化助剂FY-3自身的特性,须在预处理过程中使用.采用该技术实际上增加了一道工艺环节,这也是本研究需要进一步解决的问题.GX翠兰、RGB红、RGB黄、RGB青、3RS黄、B元青、FR红、3RW橙、BNN黑(本实验中采用的染料均为工业品,在使用时没有经过