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棉织物低温活性染色与皂洗新技术

2018-05-07上海市色织印染科学技术研究所 谈仲亨

时时彩平台源码出租 www.kt0.com.cn 摘要:L型活性染科是近年来问世的新品种,不仅具有节能减排的优势,而且具有优质高效的优点,很值得推广应用。另外,CBM型活性染料具有染色温度低,得色量高,而且耐摩擦牢度和耐皂洗牢度均有所提高。另外,印染厂为了去除纺织品上所沾污物及纺纱所施加的油剂,常用洗涤剂进行洗涤,尤其是在染色或印花后为了去除浮色,也必须进行皂洗,以确保染色牢度,传统的皂洗都在95100℃进行。而低温皂洗剂的研发和应用,就可以达到节能减排的效果。

关键词:低温染色? 低温皂洗? 节能减排

?? ?染色工艺的能源消耗约占染整工程的20%,因此,如何对染色工艺进行节能减排意义重大,本文对于低温染色及皂洗工艺的新技术,作以下述评。

1 低温型活性染料的性能与利用

??? 低温活性染料不同于其他活性染料的特殊母体,使其产生两大独特性能一是在碱性浴中反应能力,固着反应对温度的依懒性小;二是在碱性固色浴中,活性基消去反应和缓,耐盐、碱溶解稳定性也好。近年来,节能减排是染整行业的重要课题,因为这不仅涉及国家的节能环保大计,且关系着企业的生存与发展。为此,一些性能优良、节能减排优势实出的染料新品种相继涌现出来,浙江龙盛集团的科华素型活性染料、上海安诺其纺织化工集团公司的安诺素L型活性染料便是代表。它们均是低温型活性染料,其最大亮点有二一是适合低温40染色;二是耐盐、耐碱溶解稳定性好,匀染性特佳。

1.1 低温活性染料的性能

??? 1.1.1 染料的凝聚性

??? 所谓凝聚性,是指染料在染液中因溶解稳定性差而发生聚集的现象。在常用中温型活性染料中,不少品种(如艳兰、翠兰、嫩黄等)在染液中(主要是在盐、碱共存的固色液中)的凝聚现象显著甚至严重。染料的凝聚性大,会造成匀染性不良,鲜艳度不佳,色牢度低下,对染色效果危害极?;钚匀玖显谌疽褐心坌缘拇笮?span style="letter-spacing: -.05pt">,主要取决于染液中盐、碱浓度的高低。电解质含有大量钠离(Na+),而钠离子的水合能力很强,能以直接或间接水化层形式,将大量极性水分子吸附在周围,从而对水中染料产生盐析作用。因此,电解质的存在会使亲水性的D-羟乙基砜硫酸酯基的稳定性下降,硫酸酯基会逐渐脱落,变为疏水性的乙烯砜基,致使染科的溶解度明显变小。

D-S02CH2CH20S03NaD-SO2CH=CH2

(亲水性)??? (疏水性)

?? ?因而固色碱剂的添加,对染料溶解稳定性下降,也会产生举足轻重的促进作用。经检测,温型活性染料在染液中的溶解稳定性优良。以安诺素三原色(L-4G、红L-4B、蓝L-R)检测结果显示,在染料浓度l5g/L,食盐60 g/L,4045℃染液中,添加粉状纯碱5 g/L,固体烧碱1 g/L(复合碱pH=12.21,这组三原色的溶解稳定性都很好,没有察觉有凝聚现象。这表明,低温型活性染料在常规、碱混合液浓度(≤70 g/L)下染色,不会因染料凝聚而产生染色质量问题。

??? 1.1.2 染料的聚染性

??? 所谓聚染性是指染科在染色过程中(主要在加碱固色阶段)发生的瞬染现象。在中温型活性染料中,有不少染料品种,在加碱固色初期,聚染现象严重。比如,在加碱固色10min内,活性嫩黄6GLN可提高吸色量55.39%、活性艳兰KN-R可净提高55.96%、活性KN-B可净提高68.95%。染色吸色过快,无疑会给匀染效果与染色牢度造成严重危害。常用中温型活性染料,之所以存在不匀染问题,其症结就在这里。

染料在加碱固色初期,会产生不同程度的聚染现象,其原因是加碱后染液由中性变为碱。染料中的?-羟乙基砜硫酯活性基会迅速发生消去反应,变为带双键的乙烯砜基,一来染料的直接性当即提高,二来染料的反应性立即强化,染料-纤维间的固着反应迅即发生,从而使染料原有色平衡被打破,促使染料快速二次上染。当然碱剂的加入,使染液中电解质混合浓度陡然提高,促染作用加大,对染料的骤染也起着一定的促进作用。检测结果说明,低温型活性染料与中温型活染料不同,在加碱固色初期,几乎没有明显的骤染现象。低温型活性染料,由于骤染现象不明显,所以可以有效克服中温型活性染料的“不匀染”问题,其染色质量更稳定。

??? 1.1.3 低温型活性染料染纤维素纤维,适宜的染色配方如下:

??? L型活性染料??? ????????????X g/L

??? 软水剂(六偏磷酸钠)??? ???12 g/L

??? 电解质(食盐或元明粉)??? ?2060 g/L

??? 纯碱(粉状)?? ????????????5 g/L

??? 烧碱(100%)? ???????????????11.5 g/L

???

1.1.4 L型黑色染料染色法:

染制深黑色产品,如用中温型活性染料:常规活性黑WNN+活性红+活性黄,合计约11%,助剂:元明粉l10 g/L,纯碱20 g/L,浴比l10,染色温度60℃。因此,对水质的污染较重,耗能较多,必须寻找出对水质污染较小和耗能较少的染料和工艺。而L型活性染料及染色工艺就是较好的工艺。节能减排且低成本的L型深黑色活性染料工艺如下:可根据实际情况,不用纯碱,只用丝光废碱,既降低成本,又解决了排污问题。利用L型特黑的优势,减少水洗次数,缩短染色时间,处方:安诺素超级黑L-N+安诺素黄棕L-T+安诺素红L-S,合计约8.2%。助剂:元明粉90 g/L, 20 g/L的丝光废碱液30 g/L,浴比110,染色温度40℃。工艺:进布→加六偏磷酸钠等助剂,运行10 分钟加染料,运行20分钟加元明粉,运行20分钟1/3废碱液,运行8分钟2/3废碱液运行5分钟,升温至染色温度保温60分钟取样对色排液冷水洗中和90皂洗热水洗→柔软整理。

结语:

1)低温型活性染料,在盐、碱共存的固色液中,溶解稳定性好,凝聚性不明显;上色和缓,骤染性不显著。和中温型活性染料相比,其染色质量稳定,染色一次成功率高,因而优质、高效的特点突出。

2)低温型活性染料,适合以复合碱低温40℃染色。和中温型活性染料相比,染温足足下降了20℃,盐、碱混合浓度也大大降低,因而节能减排的优势显著。

可以预料,低温型活性染料逐渐成为中温型活性染料升级换代的替代品,将是必然的。

2 棉针织物用雅格素系列活性染料的低温染色

活性染料低温染色能耗少,染色时间短,染料水解率低,且水解染料不易二次沾污,浮色少,易清洗。本试验选用复合碱剂,通过正交试验对雅格素CBM系列活性染料低温染色工艺进行优化,对雅格素红CBM、雅格素黄CBM、雅格素藏青CBM活性染料(上海雅运纺织化工公司)的最佳工艺条件下,以复合碱剂,对织物低温染色后,以及以纯碱为碱剂常规染色,测定染色织物的K/ S值以及摩擦牢度、皂洗牢度。试验结果表明,低温染色织物的K/S值比常规染色织物高,而各项染色牢度保持不变或略有提高。这是因为低温染色时采用复合碱剂,提高了染料与纤维的反应性能,提高了得色量和染色牢度。通过正交设计试验后,雅格素CBM系列活性染料低温染色的优化工艺不尽相同。在染料用量为2%(o.w.f)、元明粉质量浓度为40 g/L条件下,红CBM的优化工艺为:染色温度45℃,NaC03 10g/L、NaOH 0.8g/L,固色时间60min;CBM的优化工艺为:染色温度45,NaC03 3g/L、NaOH l.5g/L,固色时间60min;藏青CBM的优化工艺为染色温度35,NaC03 Sg/L, NaOH l.5g/L,固色时间50min。拼色时要根据染料用量合理选择工艺。雅格素CBM列活性染料采用复合碱剂进行低温染色,与采用纯碱为碱剂的常规染色相比,低温染色织物的色深值有所提高,摩擦牢度、皂洗牢度不变或略有提高,并取得了节能减排的效果。

? ?3 低温皂洗剂化学结构分析

??? 印染厂为了去除纺织品所沾污物及纺丝纺纱时所施加的油剂,常用洗涤剂洗涤,尤其是在染色或印花后为了去除浮色,也必须进行皂洗,以保证染物达到一定的染色牢度。过去的皂洗都在95100℃进行,温度低染色牢度不合格。为了节能,工厂提出最好用低温皂洗,而且要求快速。

??? 研究低温洗涤剂从几个方面着手一是选用溶解度大、临界胶束浓度小和分散能力强的表面活性剂;二是加入能提高溶解度的溶剂;三是加入能降低临界胶束浓度的助剂;四是在净洗剂中加入能使洗涤容易从织物上洗除的化合物,从而可经少量水洗涤即能去除的洗剂,以节约用水;五是把普通洗剂改成高分子表面活性剂,能够包埋洗下来的污物,不使其再沾到纺织品上。经过研究现在己初见端仉??砂言硐次露冉档?span lang="EN-US">7080℃。

??? 首先找可以低温皂洗的表面活性剂,南京金陵石化公司化工二厂曾合成了双烷基联苯醚二磺酸钠。

?? ?是由联苯醚二丁苯环上分别接C8C12的直链或支链烷基,最好是叔丁基,然后磺化,分别接上一个磺酸基而成。从分子结构上看,类似于两个烷基苯磺酸钠,由一丁氧原子连接的双子型(gemmi type)表面活性剂,其所以能降低皂洗温度至7080℃的原因主要是c.m.c较低,后来发现凡双子型表面活性剂或多或少都能降低皂洗温度,所以应该从双子型表面活性剂中寻找合适的产品。有人把苯基苯酚作为骨架,接上烷基后进行硫酸酯化,或与环氧乙烷、环氧丙烷缩合制成皂洗剂,其皂洗温度也可以降低。

? ??在阴离子皂洗剂中加入阳离子型表面活性剂也能降低cmc,可以降低皂洗温度,有文献报道,在十二烷基苯磺酸钠液中加入哌啶类化合物,特别是季铵化以后,cmc降低,表面活性增大,去污力提高,可在较低温度下皂洗。接有季氨基的葡萄糖苷加入到阴离子洗涤剂中也同样能降低皂洗温度。

??? 在洗涤剂中加入助溶剂也能降低皂洗温度,例如加入N-乙基吡咯烷酮作溶剂,使洗涤剂溶解度提高,就能在70℃左右皂洗。

4 新型低温皂洗剂A在棉针织色布上的应用

??? 皂洗是织物染色后处理的关键工序,皂洗效果直接影响染色成品的质量。高效的皂洗剂或皂洗工艺,不但能显著地提高洗涤效率和染色牢度,而且对降低废水和污染以及节能降耗也具有重要作用。传统皂洗剂一般在90100℃的高温条件下进行皂洗,存在着耗能大和洗液色度高的缺点。

??? 低温皂洗剂A系由纳米材料组成的混合物,在低温条件下对纯棉针织物染色布皂洗时,可通过物理和化学的协同作用,提升染色织物的皂洗牢度,获得优异的皂洗效果。与传统工艺相比,它不仅可以减少水洗次数和污水排放,而且可使废水排放COD减少8090%,皂洗后的溶液澄清透明。

我们对低温皂洗剂A做了实验研究,现介绍如下:

?? 1)低温皂洗剂A质量浓度的影响

① 实验结果表明,随着低温皂洗剂A质量浓度的增大,不同染料染色的织物色牢度均有所提高,但提高程度不同。当低温皂洗剂A质量浓度达到3g/L时,染色织物的皂洗牢度和耐摩擦牢度均可达到3级以上。

??? ② 低温凭洗剂A质量浓度对皂洗液脱色率的影响。实验结果表明,低温皂洗剂A质量浓度对不同活性染料皂洗残液脱色率的影响基本一致,低温皂洗剂A质量浓度增大,皂洗残液脱色率也随之提高。对于高温型活性红KE-3B染色织物的皂洗残液,低温皂洗剂A的质量浓度达到3g/L时,脱色率达到99.5%以上,对于活性翠蓝KN-G和活性黄3RS,当低温皂洗剂A质量浓度达到2g/L时,皂洗残液脱色率达到99%以上。综合脱色率和色牢度性能,选取低温皂洗剂A质量浓度3g/L为宜。

??? (2) 皂洗温度的影响

??? ① 当皂洗温度达到60℃时,染色织物的耐皂洗牢度和摩擦牢度均能达到34级或以上;之后再提高温度,棉织物的沾色牢度和湿摩擦牢度有所降低。这可能是因为高温条件下,低温皂洗剂A捕捉染料的能力下降,或染料发生水解的概率增大。

??? ② 实验可知,随着皂洗温度的升高,皂洗残液的脱色率显著提高;当皂洗温度达到600C,皂洗残液的脱色率可达99.99%以上。综合考虑染色牢度和皂洗液脱色率,皂洗温度确定为60℃。

??? (3) 皂洗时间的影响

??? 由实验可知,皂洗时间为20min时,耐皂洗牢度和摩擦牢度达到34级以上,延长皂洗时间对牢度无明显提升,染色织物的脱色率达到99.5%以上。综合考虑生产效率和成本,选取皂洗时间以20min为宜。

??? (4) pH值的影响

??? 由实验可知,工作液pH值对染色织物的皂洗牢度和摩擦牢度影响不明显??悸堑椒奖悴僮骱妥钪粘善凡济娴?span lang="EN-US">pH值,工作液的pH值以中性为宜。低温皂洗剂ApH值为6.57.0,一般已满足要求,皂洗时无需再调节。

??? (5) 低温皂洗工艺与常规皂洗工艺效果比较

??? 分别采用常规皂洗工艺和低温皂洗工艺,对活性红KE-3R、活性黄3RS和活性黑KN-B染色纯棉纤织物进行皂洗,测试不同工艺的皂洗效果,详见表l。测试色差△E时,以皂洗前织物为标样。

??? 由表l可知,不同染色织物采用低温皂洗,皂洗残液的脱色率均能接近100%,且COD含量较常规工艺低8090%,皂洗残液无色透明,洗水可循环利用,对活性红KE-3B染色织物,采用低温皂洗剂A工艺时,其皂洗牢度和湿摩擦牢度较常规皂洗工艺低半级;对于活性黄3RS和活性黑KN-B染色织物,低温皂洗和常规皂洗所获得的各项色牢度相当。三只染料染色织物经低温皂洗剂A皂洗后,K/S值明显比常规工艺高,且色光变化较小。据此推测,在固着程度相当的前提下,低温洗涤过程造成染料水解的程度显著小于常规洗涤过程。因此,应用低温皂洗剂A既可提高染料的利用率,又能降低污水排放,且具有显著的节能减排效果。

l 低温皂洗与常规皂洗工艺的皂洗效果

?

脱色率

COD

mg.L-1

皂洗牢度(级)

摩擦牢度(级)

日晒

K/S

E

?

(%)

变色

棉沾色

于摩

湿摩

牢度

E-3B

?

低温

99.96

1251

4-5

3-4

4-5

3-4

3-4

21.71

1.44

常规

-

9630

4-5

4

4-5

4

4

17.78

2.35

活性黄

3RS

低温

99.82

789

4-5

4

4

3-4

4-5

19.49

1.56

常规

-

3180

4-5

4

4

3-4

4-5

18.24

2.59

活性黑

KN-B

低温

99.92

726

4-5

4

4-5

3-4

4-5

32.63

0.26

常规

-

6358

4-5

4

4-5

3-4

4-5

30.35

0.92

?

(6) 结语

??? ① 采用低温皂洗剂A对染色棉针物进行皂洗,皂洗残液基本澄清透明,脱色率能达到99.5% 以上,染色织物的皂洗牢度和摩擦牢度能达到3级以上。

??? ② 与常规皂洗工艺相比,染色棉针织物采用低温皂洗剂A 1工皂洗,色牢度略有下降或相当,但皂洗前后色差变化小,且COD含量较常规工艺低8090%,皂洗后水洗次数减少,工艺流程缩短,生产成本降低。

5 总结

? ?1采用低温型活性染料及其染色工艺,它不仅具有节能减排的作用,而且还有提高产品质量的优点,值得推广应用。

?? 2采用低温皂洗剂A及其工艺,代替传统的95100℃的皂洗工艺,它可以提高得色量和达到节能减排的效果。

参考文献:

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[4] 叶峰.纺织学会通讯.2016年第3期,P26

?[5]陈立秋.低温皂洗剂.染整工业节能减排技术指南,化学工业出版社,20091月.

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?

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