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提高棉锦织物染色牢度,从染色工艺开始!

http://www.texnet.com.cn/ 2019-08-06 09:46:57 来源:印染学习与交流

  工艺的确定

  生产实践告诉我们,染料实用性能的好坏是决定染色牢度高低的关键因素。然而同样的染料采用不同的工艺染色,其染色牢度也不尽相同。因此,欲提高棉锦织物的染色牢度,除正确选用染料以外,还必须正确制订染色工艺。

  1.1染棉

  众所周知,活性染料染棉,其上染机理与其它染料不同。染色结果,棉纤上的染料不是靠氢键和范德华力物理性的染着在棉纤上,而是以共价键的形式与棉纤发生化学性结合,染后,染料分子便成为纤维素分子链上的一部份。因此,从理论上讲,染料与棉纤之间的共价键结合,能赋予染色物优良的染色坚牢度。

  但事实上,其染色物在测试、使用、洗涤甚至贮藏过程中,常会发生褪色变色或沾色,尤其是染深色时的湿摩牢度和皂洗牢度,染浅色时的日晒牢度,往往不尽人意。

  1.1.1出现色牢度不良的原因

  生产实践显示,活性染料染棉,出现色牢度不良的现象,染料选用不当是第一因素;染色工艺不当则是第二因素。

  大家都知道,活性染料在棉纤维上是以化学性结合和物理性吸附二种方式存在的。以化学键与棉纤结合的染料,染着牢度好,不容易脱落。而以物理性吸附在棉纤内外的染料(浮色),与棉纤的结合较弱,在受到摩擦、皂洗或热水浸泡时,便会部分脱落下来,表现出湿牢度低下。

  实践表明,这些浮色染料(包括被部分水解或完全水解的染料和未水解但又未与棉纤键合的染料),在棉纤上的存在,不仅是棉纤摩擦牢度、皂洗牢度、水浸牢度差的根源,也是日晒牢度差的重要影响因素。

  研究表明,活性染料在棉纤上的存在状态不同,日晒牢度的表现也有差异,与棉纤发生共价键结合的染料日晒牢度相对较好;失去反应能力的水解染料,日晒牢度就相对较差;而未水解又未与棉纤键合的染料,日晒牢度的表现相对最差。然而,实际染色的情况是,活性染料浸染时的最大吸色率总是高于最大固色率的。最大吸色率与最大固色率之差,即为棉纤所吸附但未与棉纤所键合的浮色染料。

  研究表明,常用乙烯砜型活性染料(KN型)和混合双活性基的活性染料(M型、ME型、A型、B型等)浸染1%o.w.f深度时,皂洗前,棉纤上所残留的浮色染料约为最高吸色量的7%~30%。如,活性黑KN-B约为7%,活性艳蓝KN-R约为20%,活性翠蓝M-GB约为30%。

  值得注意的是,这些浮色染料在洗涤性能上具有二面性,一是对棉纤具有不同程度的亲和力,因此在实际生产中,要想把棉纤上的浮色染料通过水洗、皂洗完全去除是不客观的。再说,经过水流、皂洗后,在烘干和后整理过程中,由于染料—纤维结合键的断裂,还会产生新的浮色染料,所以说活性染料染棉,浮色染料的存在是客观现象。二是这些浮色染料,同时具有良好的水溶性。其染色物在洗涤特别是在色牢度测试条件下,部分浮色染料会溶落下来,进而沾染测试白布,造成各项牢度不良。

  显然,减少以物理状态吸附在纤维上的浮色染料的数量,是提高活性染料染棉色牢度的关键。而减少浮色染料的途径,只有二条,一是提高染料的固色率,尽量减少浮色染料。二是强化水洗皂洗,尽量将浮色染料去除。

  1.1.2为提高色牢度各工序应注意的问题

  生产实践表明,欲达此目的,只强化染色工艺是远远不够的,必须从全程加工工艺的每一个环节,有的放矢采取相应的措施才行。为此,在制订加工工艺时务必要注意以下问题:

  1.1.2.1半制品毛效要高

  大家都知道,染色半制品毛效的好坏,直接影响着染色的透染效果。而透染性越好,附着在纤维表层的染料越少,扩散进入纤维内部的染料与纤维发生键合固着的机率越大,固色率就越高,染色牢度自然就越好。因此,棉锦织物在实际生产时,无论采用喷射液流机练漂,还是采用卷染机练漂,或者采用冷轧堆练漂,其练漂半制品必须具有匀、透的效果,这是一个原则。

  1.1.2.2半制品的吸色容量要大

  实践说明,棉纤的吸色容量(吸色能力)越大,染料在纤维内部的可及程度越高,与纤维发生键合反应就越充分,附着在纤维内外的浮色染料相对就越少,染色牢度相对越好。

  众所周知,染色时,染料只能进入纤维的非结晶区,结晶区染料是不可及的。而天然棉纤维的非结晶区一般只有30%左右,显然,棉纤对染料的吸色容量是有限的,若经180g/L以上浓碱液处理,烧碱和水的进入不仅可以拆散非结晶区纤维素大分子间的化学引力,还可以渗入非结晶区相邻的结晶区边缘,部份地拆散晶体内的结合力。于是,棉纤维的微结构便会发生不可逆的大幅度溶胀。其结果是,棉纤维的非结晶区增大,染料在棉纤内的可及范围增大,吸色容量提高,染料—纤维间的键合反应变得更活跃更充分。从而获得更好的染深性,更高的固色率,染色牢度也可以得到明显改善。

  显而易见,染前丝光对染色牢度的改善,是十分重要的。尤其是染深浓色泽,其作用就更加突出。这里要指出,棉锦织物丝光,不能因为棉纤只占一部份和保护锦纶免受损伤,而过份降低丝光碱浓。实践表明,丝光碱质量浓度小于180g/L丝光后,棉纤的吸色能力通常达不到染深色的要求,棉纤的光泽艳度通常也达不到染中浅色的要求。

  实验表明,锦纶在240g/L的冷烧碱液中,浸渍60min,锦纶所受的损伤(泛黄、降强)微乎其微,可以忽略。因此,棉锦织物可以采用200~240g/L的碱液进行丝光处理。

  1.1.2.3染色要匀染透染

  实践告诉我们,即使毛效高而匀、丝光匀而透,倘若染色工艺不当,依然会产生匀染透染不良、染色牢度下降的问题。因此,实际生产时,必须重视以下几点:

  (1)染色水质要净化。染色用水的可接受值应该是,总硬度50mg/L,Cu++0.05mg/L,Fe++0.05mg/L。然而,实际生产用水,一般总硬度都在100mg/L以上,若用深井水,总硬度甚至高达200~300mg/L。

  众所周知,活性染料会与钙、镁离子或其它金属离子结合,形成不溶或难溶的含金属染料。这些含金属染料,在浓度较高的电解质存在下,会形成大小不同的凝聚物逐渐吸附在纤维表面,重者产生色点,轻者构成浮色,这些浮色危害很大,第一,会阻碍染料向纤维内部渗透扩散;第二,会降低染料的上染率,使得色变浅;第三,会使布面色光发异变,鲜艳度下降;第四,会明显降低染色牢度。如果水质过硬,还会与纯碱形成碳酸垢,沾污在织物上,对色光、艳度以及手感造成更大的危害。

  因此,对染色水质必须十分重视。染色时,在染料加入前,务必要加入螯合分散剂2g/L。这样,可以使水质得到净化,同时又可以去除半制品上所携带的各种金属离子以及外加助剂所带入的各种杂质,从而消除它们对染色质量的影响。

  (2)吸色温度要由低到高,逐步升温,确保均匀吸色。比如,卷染染色,最好采用阶梯升温法,即,低温走匀→40℃吸色→60~65℃吸色→60~65℃碱固色,而不要采用60~65℃恒温染色法,因为起染温度高,染浅色时,染料容易分布不匀而造成头尾色差。

  喷射液流染色时,要采用室温加料(整合分散剂、染料、电解质)一缓慢升温(1℃/min)→60~65℃保温吸色→60~65℃保温固色的工艺。由于喷射液流染色,比卷染染色更容易产生染色不匀,所以,染中浅色时,染温的控制就显得更重要。

  这里有一点要说明,染紧密厚实的全棉或棉粘织物时,常常采用较高的温度吸色。比如,常用的中温型活性染料,浸染吸色的温度可从60~65℃提高到75~80℃,而后降温至60~65℃纯碱固色。适当提高吸色温度,有利于染料的匀染透染,其得色量不但不会降低,反而有所提高。但是,该法不适合棉锦织物的染色,因为吸色温度越高,活性染料对锦纶的沾色越重。

  要采用温和固色工艺。原因有二:①在加碱固色的过程中,染料的键合反应和水解反应同时进行。固色条件越激烈,染料的水解量越多,会影响得色量;②在大量电解质存在的碱性染液中,活性染料对棉的亲和力很高,上色很快,很容易在纤维表面形成物理性堆积(浮色),固色条件越剧烈,这种现象越严重。

  所以,宜采用较温和的固色工艺。比如,①采用单一纯碱作浸染碱剂,而不采用纯碱—烧碱复合碱剂;②根据色泽深浅和染料反应性的高低,纯碱用量(10~25g/L)分档使用;③纯碱要分次加入,先少后多,使染液的碱性逐步增强;④固色时间不一刀切。原则是,染较深色泽和使用反应性较弱的染料(如翠蓝色),固色时间要适当延长,要确保固色充分。但固色时间不可太长,否则,会使已键合的染料部分水解断键,造成固色率降低、色牢度下降。

  1.1.2.4要强化水洗皂洗

  染色后,水洗的目的有二个:①去除织物上残留的碱剂,防止高温皂洗时出现“碱性皂洗”,使已键合固着的染料水解断裂,形成新的浮色,降低染色牢度甚至造成色浅;②去除织物上残留的未固着染料和水解染料,防止皂洗时皂液中的染料浓度过高,形成二次沾色,降低皂洗效果。因此,染色后必须在流动冷水洗的基础上,再充分热水洗。由于棉纤上的浮色染料在热水中具有更高的溶解度,所以热洗去除浮色的效果更好。生产实践证明,良好的皂洗效果,只能在良好的水洗基础上产生。皂洗务必掌握三点:

  (1)皂洗一定要在95℃以上高温下进行。这是因为,在高温条件下,附着在棉纤内外的浮色染料分子具有更大的活化能和更大的溶解度,更容易克服与棉纤的亲和力,而解吸溶落到皂液中来,从而皂洗效果更好。

  (2)皂洗液一定要呈中性。这是因为,活性染料与棉纤的结合键在高温的酸性或碱性条件下,都有一个稳定性问题。

  实践研究说明,无论乙烯砜基—纤维键还是均三嗪基—纤维键,都是在中性浴中最稳定。因为:乙烯砜基—纤维键耐碱性较差,在高温碱性浴中容易水解断键;均三嗪基—纤维键耐酸性较差,在高温酸性浴中容易水解断键。混合双活性基的活性染料,由于二种活性基的同时存在,具有互补作用,所以耐酸碱稳定性相对较好。对棉锦织物而言,不仅不能“碱性皂洗”,更不能“酸性皂洗”,因为这会使锦纶造成严重沾污。因此,皂洗前,必须先用温热水将碱剂洗净,不宜用醋酸中和。

  (3)皂洗一定要加入螯合分散剂。其目的有二个:一是净化水质,防止附着在纤维上的浮色染料和溶落到皂液中的浮色染料与水中的金属离子结合形成不溶或难溶的金属染料。一方面使纤维上的浮色染料难以溶落下来。另一方面,使水中的浮色染料发生凝聚,造成织物沾污;二是将皂液中的各种杂质(钙镁染料、碳酸垢、钙皂等)充分分散,稳定悬浮,避免织物的过多沾污。生产实践表明,皂洗液中加入螯合分散剂2g/L,可以有效地提高皂洗效果,改进染色牢度。

  1.2染锦

  对棉锦织物来说,棉组份的色牢度好,只是染色物色牢度好的一半,锦纶组份的色牢度也得好。为此,锦纶在染色时要重点注意以下事项:

  1.2.1要正确掌握染浴的pH值

  生产实践表明,无论是酸性染料、分散染料还是中性染料,染锦纶时,都有一个对染浴pH值的依附性问题。也就是说,染浴的pH值不同,其染色结果往往会发生显著变化。

  1.2.1.1酸性染料

  酸性染料染锦纶时,染浴pH值在5~7范围内,其上染速率和得色的深度相差很大。实践说明,常用弱酸性染料染锦纶时,染浴pH值宜控制在4.5~5.5,这时得色相对最稳定,匀染透染效果也比较容易控制。

  1.2.1.2分散染料

  分散染料染锦纶,其上染速率和得色深度,对染浴pH值的依附性比酸性染料要小得多。但有一点务必注意:在常用分散染料中,有些分散染料品种在不同pH值的染浴中染色,其发色效应会产生不同程度的改变,染得的色光甚至色相会显著不同。

  1.2.1.3中性染料

  中性染料染锦纶时,由于中性染料对锦纶有较大的亲和力,所以,染浴pH值在6~8范围内变化,对其染色效果的影响比酸性染料小得多,当染浴pH为6时,其得色深度比pH=7时一般偏高。因此,在实际染色时,当中性染料和分散染料拼染时,通常在中性浴中进行。当单一中性染料染色时,通常在pH=5~6的染浴中染色。

  1.2.2要落实匀染透染措施

  锦纶纤维虽然也属于疏水性的合成纤维,但由于分子结构中含有大量的极性酰胺基和非极性的亚甲基,其吸湿能力相对较大,在标准环境中(相对湿度65%,温度20℃)的吸湿率为4%~4.5%,比腈纶高约2~4倍(腈纶的吸湿率为1%~2%),比涤纶高约10倍(涤纶的吸湿率为0.4%~0.45%)正因为锦纶的吸湿能力较大,所以,它的吸湿膨化性比涤纶要高得多,再加上锦纶在水中的玻璃化温度低(约40~50℃),因此相关染料的吸色上色较容易。

  实验表明,酸性、中性、分散染料,在25~30℃的室温条件下,对锦纶便有了上色行为。50℃以后,上染显著加快,95℃保温一定时间,便可达到最高得色量。

  显然,是锦纶纤维的分子结构特征决定了锦纶纤维染色容易、上色快的性能特点。由于锦纶大分子末端同时含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH),在不同pH值的染浴中带有不同电荷(这一点和羊毛、真丝相似)。比如,在中性或弱碱性浴中,锦纶带负电荷(-COO-);在弱酸性浴中,锦纶带正电荷(-NH+3)。锦纶纤维的这种双电性特征,对酸性染料或中性染料染色,非常重要。

  用弱酸性染料染锦纶时,当染浴呈中性或弱碱性时,锦纶纤维带负电荷(羧基电离),对阴离子性的酸性染料具有排斥作用,所以,染料上色慢而少,甚至完全不上色。当染浴为弱酸性时,锦纶分子末端的羧基电离被抑制,而末端氨基却吸收H+正离子化(-NH+3),使锦纶带正电荷。此时,带正电荷的锦纶与带负电荷的酸性染料之间方具有较强的亲和力,所以,染料的吸附上色很快,很容易造成过多染料在纤维表层堆积(这是因为在酸性染浴中,染料的吸附速率远远大于染料的扩散速率)。堆积在纤维表层的染料主要是物理性的附着,牢度很差。只有扩散进入纤维内部的染料,才能与锦纶分子链上的氨基形成盐式键结合;才能与锦纶大分子密切接触,形成氢键和范德华力;才能产生一定的染色牢度。

  同样道理。中性染料染锦纶时,其染色行为和染色效果,与酸性染料相似。在实际生产中,就是利用这一特性,通过染浴pH值先高后低,来控制上色速率的快慢,来实现匀染透染。

  分散染料上染锦纶的机理与酸性、中性染料不同,是靠染料分子与锦纶大分子链之间产生的氢键和范德华力上染。因此,分散染料与锦纶的结合力比酸性、中性染料要弱得多。这一点给实际染色带来的负面问题是染色饱和值低、染深性差、只适合染浅色;染色湿牢度差,尤其是染中深色时。好的一面是,上色相对较温和、移染性较大、扩散能力(透染性)较强。所以,匀染效果相对较好。然而,分散染料染锦纶,总是染浅色。由于染料少,染色工艺若有不当,也会造成染料分配不匀,卷染时容易造成头尾色差,喷射液流染色容易产生色花。

  以上各点,告诉我们一个问题:锦纶无论采用酸性、中性还是分散染料染色,都有一个匀染问题。

  为此,在实际染色中,必须认真落实以下匀染措施:

  (1)要室温加料,分次加料。即在冷温条件下,将助剂和染料分次或缓慢加入染浴中。

  (2)阶梯升温,缓慢升温。由于酸性、中性或分散染料染锦纶,对染温都非常敏感,温度越高,上色越快,匀染性和色牢度往往越差。所以,卷染染色时,不可边开车边升温。要采用阶梯升温法,在不同温区保温一定时间,逐步提高温度;喷射液流染色时,也不可升温太快,升温速率要控制在1℃/min左右。

  (3)染浴pH值要先高后低。这是因为染浴的pH值越低,锦纶的正离子化程度越高,对染料的吸收能力越强,上色越快,匀染性越差。因此,弱酸性染料染色时,醋酸要先用冷水稀释,然后先少后多分次加入染浴中,使染浴的酸性逐步增强;中性染料染中深色泽时,先在中性浴中染色,后期加入硫酸铵或醋酸铵,必要时加入醋酸,使染浴在染色后期保持酸性。

  实践证明,这样即可实现匀染,也不影响最终得色量和染色的重现性。

  (4)加入适量匀染剂。酸性染料、中性染料染锦纶,由于亲和力大、上色快、扩散慢、移染差,再加上锦纶纤维微结构中客观存在的物理性和化学性的差异极易造成染色不匀。所以,浸染染色时,除采用低温入染、逐步升温、染浴pH值由高到低等措施外,加入适量匀染剂也是十分必要的。

  生产实践表明,常用的一些阴离子性表面活性剂,在酸性条件下,都容易被锦纶吸收,与锦纶的氨基正离子形成松弛的结合,而后在染色过程中,随着染温的提高,又能被亲和力较强的酸性或中性染料的阴离子逐步取代。因而对酸性和中性染料上染锦纶都具有一定的缓染匀染功能。比如,润湿剂BX、扩散剂N、净洗剂LS等。

  分散染料在水中的溶解度很小,主要是以微颗粒状态分散在水中。这些染料微粒,随着染温的升高,染液运动的加剧,会相互碰撞而聚集,由小的染料微粒逐渐变为大的染料聚集体,容易附着在纤维表面,使匀染性和色牢度下降。为此,要加入适量分散剂。分散染料浸染中常用的阴离子性活性剂,如分散剂N、MF、CNF等,在水中会包复分散染料微粒,形成分散剂-染料胶粒。这种胶粒由于外层带负电荷,彼此之间相互排斥,不会因相互碰撞而聚集,可有效提高染液的分散稳定性。但是,这些分散剂与染料微粒之间的结合能较弱,随着染温的升高,染液热运动的加剧,在初始阶段形成的分散剂—染料胶粒,会逐渐破裂,染液的分散稳定性逐渐下降。

  实践表明,这类分散剂在70℃以下使用,分散效果更好,不宜高温竭染。木质素磺酸钠类分散剂如CMN等,在水中与分散染料的结合力相对较强,所形成的分散剂—染料胶粒的耐热稳定性较好,在沸温条件下,对染料微粒依然具有良好的分散稳定作用。这些阴离子性分散剂(扩散剂),对分散染料染锦纶来说,主要缺点是对染料的移染缺乏促进作用。非离子性表面活性剂和阴离子性表面活性剂一样,在水中也能将分散染料微粒包复,形成胶粒。

  实践表明,阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂,按一定比例配合使用可以发挥协同效应,具有较好的实用效果。

  1.2.3要慎重固色处理

  分散染料染锦纶,只是染浅色,所以只要染料选择恰当,其日晒牢度和湿牢度通常没有什么问题。中性染料染锦纶,不但日晒牢度好,湿牢度也好。所以,就是染中深色也用不着固色处理。酸性染料染锦纶深色时,如大红、枣红、桔红、艳紫、宝蓝等,其水浸、皂洗、湿烫、湿摩等色牢度往往不良。必要时需用固色剂或交链剂处理,这对提高湿牢度是有效的。

  但是,须注意一点:对棉锦织物而言,用弱酸性染料染锦纶,通常都是采用先活性染料染棉,后酸性染料染锦的工艺(因为弱酸性染料在锦纶上的色牢度较差,经不起后染棉时的碱性浴处理和高温皂洗处理)。

  锦纶染色后,若做固色处理,固色剂必然是与酸性染料和活性染料同时交联,其结果往往是:

  (1)不仅锦纶色光有所改变,棉纤的色光也会发生一些变化,甚至因此造成染品整体色光不符;

  (2)染色物的整体日晒牢度往往有下降趋势;

  (3)染色物的色光一旦不符,染料修色困难。因此,用弱酸性染料染棉锦织物时,固色处理要慎重,特别是作外销单时更需注意。

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