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      提高棉錦織物染色牢度,從染色工藝開始!

      http://www.texnet.com.cn/ 2019-08-06 09:46:57 來源:印染學習與交流

        工藝的確定

        生產實踐告訴我們,染料實用性能的好壞是決定染色牢度高低的關鍵因素。然而同樣的染料采用不同的工藝染色,其染色牢度也不盡相同。因此,欲提高棉錦織物的染色牢度,除正確選用染料以外,還必須正確制訂染色工藝。

        1.1染棉

        眾所周知,活性染料染棉,其上染機理與其它染料不同。染色結果,棉纖上的染料不是靠氫鍵和范德華力物理性的染著在棉纖上,而是以共價鍵的形式與棉纖發生化學性結合,染后,染料分子便成為纖維素分子鏈上的一部份。因此,從理論上講,染料與棉纖之間的共價鍵結合,能賦予染色物優良的染色堅牢度。

        但事實上,其染色物在測試、使用、洗滌甚至貯藏過程中,常會發生褪色變色或沾色,尤其是染深色時的濕摩牢度和皂洗牢度,染淺色時的日曬牢度,往往不盡人意。

        1.1.1出現色牢度不良的原因

        生產實踐顯示,活性染料染棉,出現色牢度不良的現象,染料選用不當是第一因素;染色工藝不當則是第二因素。

        大家都知道,活性染料在棉纖維上是以化學性結合和物理性吸附二種方式存在的。以化學鍵與棉纖結合的染料,染著牢度好,不容易脫落。而以物理性吸附在棉纖內外的染料(浮色),與棉纖的結合較弱,在受到摩擦、皂洗或熱水浸泡時,便會部分脫落下來,表現出濕牢度低下。

        實踐表明,這些浮色染料(包括被部分水解或完全水解的染料和未水解但又未與棉纖鍵合的染料),在棉纖上的存在,不僅是棉纖摩擦牢度、皂洗牢度、水浸牢度差的根源,也是日曬牢度差的重要影響因素。

        研究表明,活性染料在棉纖上的存在狀態不同,日曬牢度的表現也有差異,與棉纖發生共價鍵結合的染料日曬牢度相對較好;失去反應能力的水解染料,日曬牢度就相對較差;而未水解又未與棉纖鍵合的染料,日曬牢度的表現相對最差。然而,實際染色的情況是,活性染料浸染時的最大吸色率總是高于最大固色率的。最大吸色率與最大固色率之差,即為棉纖所吸附但未與棉纖所鍵合的浮色染料。

        研究表明,常用乙烯砜型活性染料(KN型)和混合雙活性基的活性染料(M型、ME型、A型、B型等)浸染1%o.w.f深度時,皂洗前,棉纖上所殘留的浮色染料約為最高吸色量的7%~30%。如,活性黑KN-B約為7%,活性艷藍KN-R約為20%,活性翠藍M-GB約為30%。

        值得注意的是,這些浮色染料在洗滌性能上具有二面性,一是對棉纖具有不同程度的親和力,因此在實際生產中,要想把棉纖上的浮色染料通過水洗、皂洗完全去除是不客觀的。再說,經過水流、皂洗后,在烘干和后整理過程中,由于染料—纖維結合鍵的斷裂,還會產生新的浮色染料,所以說活性染料染棉,浮色染料的存在是客觀現象。二是這些浮色染料,同時具有良好的水溶性。其染色物在洗滌特別是在色牢度測試條件下,部分浮色染料會溶落下來,進而沾染測試白布,造成各項牢度不良。

        顯然,減少以物理狀態吸附在纖維上的浮色染料的數量,是提高活性染料染棉色牢度的關鍵。而減少浮色染料的途徑,只有二條,一是提高染料的固色率,盡量減少浮色染料。二是強化水洗皂洗,盡量將浮色染料去除。

        1.1.2為提高色牢度各工序應注意的問題

        生產實踐表明,欲達此目的,只強化染色工藝是遠遠不夠的,必須從全程加工工藝的每一個環節,有的放矢采取相應的措施才行。為此,在制訂加工工藝時務必要注意以下問題:

        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壞,直接影響著染色的透染效果。而透染性越好,附著在纖維表層的染料越少,擴散進入纖維內部的染料與纖維發生鍵合固著的機率越大,固色率就越高,染色牢度自然就越好。因此,棉錦織物在實際生產時,無論采用噴射液流機練漂,還是采用卷染機練漂,或者采用冷軋堆練漂,其練漂半制品必須具有勻、透的效果,這是一個原則。

        1.1.2.2半制品的吸色容量要大

        實踐說明,棉纖的吸色容量(吸色能力)越大,染料在纖維內部的可及程度越高,與纖維發生鍵合反應就越充分,附著在纖維內外的浮色染料相對就越少,染色牢度相對越好。

        眾所周知,染色時,染料只能進入纖維的非結晶區,結晶區染料是不可及的。而天然棉纖維的非結晶區一般只有30%左右,顯然,棉纖對染料的吸色容量是有限的,若經180g/L以上濃堿液處理,燒堿和水的進入不僅可以拆散非結晶區纖維素大分子間的化學引力,還可以滲入非結晶區相鄰的結晶區邊緣,部份地拆散晶體內的結合力。于是,棉纖維的微結構便會發生不可逆的大幅度溶脹。其結果是,棉纖維的非結晶區增大,染料在棉纖內的可及范圍增大,吸色容量提高,染料—纖維間的鍵合反應變得更活躍更充分。從而獲得更好的染深性,更高的固色率,染色牢度也可以得到明顯改善。

        顯而易見,染前絲光對染色牢度的改善,是十分重要的。尤其是染深濃色澤,其作用就更加突出。這里要指出,棉錦織物絲光,不能因為棉纖只占一部份和保護錦綸免受損傷,而過份降低絲光堿濃。實踐表明,絲光堿質量濃度小于180g/L絲光后,棉纖的吸色能力通常達不到染深色的要求,棉纖的光澤艷度通常也達不到染中淺色的要求。

        實驗表明,錦綸在240g/L的冷燒堿液中,浸漬60min,錦綸所受的損傷(泛黃、降強)微乎其微,可以忽略。因此,棉錦織物可以采用200~240g/L的堿液進行絲光處理。

        1.1.2.3染色要勻染透染

        實踐告訴我們,即使毛效高而勻、絲光勻而透,倘若染色工藝不當,依然會產生勻染透染不良、染色牢度下降的問題。因此,實際生產時,必須重視以下幾點:

        (1)染色水質要凈化。染色用水的可接受值應該是,總硬度50mg/L,Cu++0.05mg/L,Fe++0.05mg/L。然而,實際生產用水,一般總硬度都在100mg/L以上,若用深井水,總硬度甚至高達200~300mg/L。

        眾所周知,活性染料會與鈣、鎂離子或其它金屬離子結合,形成不溶或難溶的含金屬染料。這些含金屬染料,在濃度較高的電解質存在下,會形成大小不同的凝聚物逐漸吸附在纖維表面,重者產生色點,輕者構成浮色,這些浮色危害很大,第一,會阻礙染料向纖維內部滲透擴散;第二,會降低染料的上染率,使得色變淺;第三,會使布面色光發異變,鮮艷度下降;第四,會明顯降低染色牢度。如果水質過硬,還會與純堿形成碳酸垢,沾污在織物上,對色光、艷度以及手感造成更大的危害。

        因此,對染色水質必須十分重視。染色時,在染料加入前,務必要加入螯合分散劑2g/L。這樣,可以使水質得到凈化,同時又可以去除半制品上所攜帶的各種金屬離子以及外加助劑所帶入的各種雜質,從而消除它們對染色質量的影響。

        (2)吸色溫度要由低到高,逐步升溫,確保均勻吸色。比如,卷染染色,最好采用階梯升溫法,即,低溫走勻→40℃吸色→60~65℃吸色→60~65℃堿固色,而不要采用60~65℃恒溫染色法,因為起染溫度高,染淺色時,染料容易分布不勻而造成頭尾色差。

        噴射液流染色時,要采用室溫加料(整合分散劑、染料、電解質)一緩慢升溫(1℃/min)→60~65℃保溫吸色→60~65℃保溫固色的工藝。由于噴射液流染色,比卷染染色更容易產生染色不勻,所以,染中淺色時,染溫的控制就顯得更重要。

        這里有一點要說明,染緊密厚實的全棉或棉粘織物時,常常采用較高的溫度吸色。比如,常用的中溫型活性染料,浸染吸色的溫度可從60~65℃提高到75~80℃,而后降溫至60~65℃純堿固色。適當提高吸色溫度,有利于染料的勻染透染,其得色量不但不會降低,反而有所提高。但是,該法不適合棉錦織物的染色,因為吸色溫度越高,活性染料對錦綸的沾色越重。

        要采用溫和固色工藝。原因有二:①在加堿固色的過程中,染料的鍵合反應和水解反應同時進行。固色條件越激烈,染料的水解量越多,會影響得色量;②在大量電解質存在的堿性染液中,活性染料對棉的親和力很高,上色很快,很容易在纖維表面形成物理性堆積(浮色),固色條件越劇烈,這種現象越嚴重。

        所以,宜采用較溫和的固色工藝。比如,①采用單一純堿作浸染堿劑,而不采用純堿—燒堿復合堿劑;②根據色澤深淺和染料反應性的高低,純堿用量(10~25g/L)分檔使用;③純堿要分次加入,先少后多,使染液的堿性逐步增強;④固色時間不一刀切。原則是,染較深色澤和使用反應性較弱的染料(如翠藍色),固色時間要適當延長,要確保固色充分。但固色時間不可太長,否則,會使已鍵合的染料部分水解斷鍵,造成固色率降低、色牢度下降。

        1.1.2.4要強化水洗皂洗

        染色后,水洗的目的有二個:①去除織物上殘留的堿劑,防止高溫皂洗時出現“堿性皂洗”,使已鍵合固著的染料水解斷裂,形成新的浮色,降低染色牢度甚至造成色淺;②去除織物上殘留的未固著染料和水解染料,防止皂洗時皂液中的染料濃度過高,形成二次沾色,降低皂洗效果。因此,染色后必須在流動冷水洗的基礎上,再充分熱水洗。由于棉纖上的浮色染料在熱水中具有更高的溶解度,所以熱洗去除浮色的效果更好。生產實踐證明,良好的皂洗效果,只能在良好的水洗基礎上產生。皂洗務必掌握三點:

        (1)皂洗一定要在95℃以上高溫下進行。這是因為,在高溫條件下,附著在棉纖內外的浮色染料分子具有更大的活化能和更大的溶解度,更容易克服與棉纖的親和力,而解吸溶落到皂液中來,從而皂洗效果更好。

        (2)皂洗液一定要呈中性。這是因為,活性染料與棉纖的結合鍵在高溫的酸性或堿性條件下,都有一個穩定性問題。

        實踐研究說明,無論乙烯砜基—纖維鍵還是均三嗪基—纖維鍵,都是在中性浴中最穩定。因為:乙烯砜基—纖維鍵耐堿性較差,在高溫堿性浴中容易水解斷鍵;均三嗪基—纖維鍵耐酸性較差,在高溫酸性浴中容易水解斷鍵。混合雙活性基的活性染料,由于二種活性基的同時存在,具有互補作用,所以耐酸堿穩定性相對較好。對棉錦織物而言,不僅不能“堿性皂洗”,更不能“酸性皂洗”,因為這會使錦綸造成嚴重沾污。因此,皂洗前,必須先用溫熱水將堿劑洗凈,不宜用醋酸中和。

        (3)皂洗一定要加入螯合分散劑。其目的有二個:一是凈化水質,防止附著在纖維上的浮色染料和溶落到皂液中的浮色染料與水中的金屬離子結合形成不溶或難溶的金屬染料。一方面使纖維上的浮色染料難以溶落下來。另一方面,使水中的浮色染料發生凝聚,造成織物沾污;二是將皂液中的各種雜質(鈣鎂染料、碳酸垢、鈣皂等)充分分散,穩定懸浮,避免織物的過多沾污。生產實踐表明,皂洗液中加入螯合分散劑2g/L,可以有效地提高皂洗效果,改進染色牢度。

        1.2染錦

        對棉錦織物來說,棉組份的色牢度好,只是染色物色牢度好的一半,錦綸組份的色牢度也得好。為此,錦綸在染色時要重點注意以下事項:

        1.2.1要正確掌握染浴的pH值

        生產實踐表明,無論是酸性染料、分散染料還是中性染料,染錦綸時,都有一個對染浴pH值的依附性問題。也就是說,染浴的pH值不同,其染色結果往往會發生顯著變化。

        1.2.1.1酸性染料

        酸性染料染錦綸時,染浴pH值在5~7范圍內,其上染速率和得色的深度相差很大。實踐說明,常用弱酸性染料染錦綸時,染浴pH值宜控制在4.5~5.5,這時得色相對最穩定,勻染透染效果也比較容易控制。

        1.2.1.2分散染料

        分散染料染錦綸,其上染速率和得色深度,對染浴pH值的依附性比酸性染料要小得多。但有一點務必注意:在常用分散染料中,有些分散染料品種在不同pH值的染浴中染色,其發色效應會產生不同程度的改變,染得的色光甚至色相會顯著不同。

        1.2.1.3中性染料

        中性染料染錦綸時,由于中性染料對錦綸有較大的親和力,所以,染浴pH值在6~8范圍內變化,對其染色效果的影響比酸性染料小得多,當染浴pH為6時,其得色深度比pH=7時一般偏高。因此,在實際染色時,當中性染料和分散染料拼染時,通常在中性浴中進行。當單一中性染料染色時,通常在pH=5~6的染浴中染色。

        1.2.2要落實勻染透染措施

        錦綸纖維雖然也屬于疏水性的合成纖維,但由于分子結構中含有大量的極性酰胺基和非極性的亞甲基,其吸濕能力相對較大,在標準環境中(相對濕度65%,溫度20℃)的吸濕率為4%~4.5%,比腈綸高約2~4倍(腈綸的吸濕率為1%~2%),比滌綸高約10倍(滌綸的吸濕率為0.4%~0.45%)正因為錦綸的吸濕能力較大,所以,它的吸濕膨化性比滌綸要高得多,再加上錦綸在水中的玻璃化溫度低(約40~50℃),因此相關染料的吸色上色較容易。

        實驗表明,酸性、中性、分散染料,在25~30℃的室溫條件下,對錦綸便有了上色行為。50℃以后,上染顯著加快,95℃保溫一定時間,便可達到最高得色量。

        顯然,是錦綸纖維的分子結構特征決定了錦綸纖維染色容易、上色快的性能特點。由于錦綸大分子末端同時含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH),在不同pH值的染浴中帶有不同電荷(這一點和羊毛、真絲相似)。比如,在中性或弱堿性浴中,錦綸帶負電荷(-COO-);在弱酸性浴中,錦綸帶正電荷(-NH+3)。錦綸纖維的這種雙電性特征,對酸性染料或中性染料染色,非常重要。

        用弱酸性染料染錦綸時,當染浴呈中性或弱堿性時,錦綸纖維帶負電荷(羧基電離),對陰離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。當染浴為弱酸性時,錦綸分子末端的羧基電離被抑制,而末端氨基卻吸收H+正離子化(-NH+3),使錦綸帶正電荷。此時,帶正電荷的錦綸與帶負電荷的酸性染料之間方具有較強的親和力,所以,染料的吸附上色很快,很容易造成過多染料在纖維表層堆積(這是因為在酸性染浴中,染料的吸附速率遠遠大于染料的擴散速率)。堆積在纖維表層的染料主要是物理性的附著,牢度很差。只有擴散進入纖維內部的染料,才能與錦綸分子鏈上的氨基形成鹽式鍵結合;才能與錦綸大分子密切接觸,形成氫鍵和范德華力;才能產生一定的染色牢度。

        同樣道理。中性染料染錦綸時,其染色行為和染色效果,與酸性染料相似。在實際生產中,就是利用這一特性,通過染浴pH值先高后低,來控制上色速率的快慢,來實現勻染透染。

        分散染料上染錦綸的機理與酸性、中性染料不同,是靠染料分子與錦綸大分子鏈之間產生的氫鍵和范德華力上染。因此,分散染料與錦綸的結合力比酸性、中性染料要弱得多。這一點給實際染色帶來的負面問題是染色飽和值低、染深性差、只適合染淺色;染色濕牢度差,尤其是染中深色時。好的一面是,上色相對較溫和、移染性較大、擴散能力(透染性)較強。所以,勻染效果相對較好。然而,分散染料染錦綸,總是染淺色。由于染料少,染色工藝若有不當,也會造成染料分配不勻,卷染時容易造成頭尾色差,噴射液流染色容易產生色花。

        以上各點,告訴我們一個問題:錦綸無論采用酸性、中性還是分散染料染色,都有一個勻染問題。

        為此,在實際染色中,必須認真落實以下勻染措施:

        (1)要室溫加料,分次加料。即在冷溫條件下,將助劑和染料分次或緩慢加入染浴中。

        (2)階梯升溫,緩慢升溫。由于酸性、中性或分散染料染錦綸,對染溫都非常敏感,溫度越高,上色越快,勻染性和色牢度往往越差。所以,卷染染色時,不可邊開車邊升溫。要采用階梯升溫法,在不同溫區保溫一定時間,逐步提高溫度;噴射液流染色時,也不可升溫太快,升溫速率要控制在1℃/min左右。

        (3)染浴pH值要先高后低。這是因為染浴的pH值越低,錦綸的正離子化程度越高,對染料的吸收能力越強,上色越快,勻染性越差。因此,弱酸性染料染色時,醋酸要先用冷水稀釋,然后先少后多分次加入染浴中,使染浴的酸性逐步增強;中性染料染中深色澤時,先在中性浴中染色,后期加入硫酸銨或醋酸銨,必要時加入醋酸,使染浴在染色后期保持酸性。

        實踐證明,這樣即可實現勻染,也不影響最終得色量和染色的重現性。

        (4)加入適量勻染劑。酸性染料、中性染料染錦綸,由于親和力大、上色快、擴散慢、移染差,再加上錦綸纖維微結構中客觀存在的物理性和化學性的差異極易造成染色不勻。所以,浸染染色時,除采用低溫入染、逐步升溫、染浴pH值由高到低等措施外,加入適量勻染劑也是十分必要的。

        生產實踐表明,常用的一些陰離子性表面活性劑,在酸性條件下,都容易被錦綸吸收,與錦綸的氨基正離子形成松弛的結合,而后在染色過程中,隨著染溫的提高,又能被親和力較強的酸性或中性染料的陰離子逐步取代。因而對酸性和中性染料上染錦綸都具有一定的緩染勻染功能。比如,潤濕劑BX、擴散劑N、凈洗劑LS等。

        分散染料在水中的溶解度很小,主要是以微顆粒狀態分散在水中。這些染料微粒,隨著染溫的升高,染液運動的加劇,會相互碰撞而聚集,由小的染料微粒逐漸變為大的染料聚集體,容易附著在纖維表面,使勻染性和色牢度下降。為此,要加入適量分散劑。分散染料浸染中常用的陰離子性活性劑,如分散劑N、MF、CNF等,在水中會包復分散染料微粒,形成分散劑-染料膠粒。這種膠粒由于外層帶負電荷,彼此之間相互排斥,不會因相互碰撞而聚集,可有效提高染液的分散穩定性。但是,這些分散劑與染料微粒之間的結合能較弱,隨著染溫的升高,染液熱運動的加劇,在初始階段形成的分散劑—染料膠粒,會逐漸破裂,染液的分散穩定性逐漸下降。

        實踐表明,這類分散劑在70℃以下使用,分散效果更好,不宜高溫竭染。木質素磺酸鈉類分散劑如CMN等,在水中與分散染料的結合力相對較強,所形成的分散劑—染料膠粒的耐熱穩定性較好,在沸溫條件下,對染料微粒依然具有良好的分散穩定作用。這些陰離子性分散劑(擴散劑),對分散染料染錦綸來說,主要缺點是對染料的移染缺乏促進作用。非離子性表面活性劑和陰離子性表面活性劑一樣,在水中也能將分散染料微粒包復,形成膠粒。

        實踐表明,陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑,按一定比例配合使用可以發揮協同效應,具有較好的實用效果。

        1.2.3要慎重固色處理

        分散染料染錦綸,只是染淺色,所以只要染料選擇恰當,其日曬牢度和濕牢度通常沒有什么問題。中性染料染錦綸,不但日曬牢度好,濕牢度也好。所以,就是染中深色也用不著固色處理。酸性染料染錦綸深色時,如大紅、棗紅、桔紅、艷紫、寶藍等,其水浸、皂洗、濕燙、濕摩等色牢度往往不良。必要時需用固色劑或交鏈劑處理,這對提高濕牢度是有效的。

        但是,須注意一點:對棉錦織物而言,用弱酸性染料染錦綸,通常都是采用先活性染料染棉,后酸性染料染錦的工藝(因為弱酸性染料在錦綸上的色牢度較差,經不起后染棉時的堿性浴處理和高溫皂洗處理)。

        錦綸染色后,若做固色處理,固色劑必然是與酸性染料和活性染料同時交聯,其結果往往是:

        (1)不僅錦綸色光有所改變,棉纖的色光也會發生一些變化,甚至因此造成染品整體色光不符;

        (2)染色物的整體日曬牢度往往有下降趨勢;

        (3)染色物的色光一旦不符,染料修色困難。因此,用弱酸性染料染棉錦織物時,固色處理要慎重,特別是作外銷單時更需注意。

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