提高中温型活性染料染色一次成功率

中温型活性染料色谱齐全、色泽鲜艳、色牢度较高、应用方便,是当今纤维素纤维染色的主体染料。然而,在浸轧染色中,容易产生色泽不匀(如卷染头尾色差、喷染云状色花等)、色点色渍、色差色花,以及色牢度差等诸多染色质量问题,致使染色织物的回修率居高不下,严重影响染色一次成功率。

1　中温型活性染料的性能缺陷

1.1　耐盐碱溶解稳定性差

中温型活性染料分子结构中一般含有1~2个强亲水性基团(—SO3Na)和亲水性的β-羟乙基砜硫酸酯活性基,因而溶解性良好。在50~60℃中性浴中,溶解度通常可达100 g/L以上。活性翠蓝BGFN和活性艳蓝KN-R在40℃中性浴中,溶解度可达100 g/L;在80℃中性浴中,可溶解150 g/L。但电解质存在下,溶解度会降低,甚至严重降低。如60℃时, 15 g/L活性翠蓝BGFN的染液能承受淮盐的能力只有80 g/L,若超过浓度80 g/L,染料便会产生明显凝聚,甚至絮聚(染料浓度越高,其耐盐能力越低)。然而,由于活性染料只有在电解质(30~80 g/L)存在下,才能获得较高的上染率,因此,耐盐溶解稳定性较差的活性染料可能产生凝聚的隐患。特别是加入

碱剂使染液呈碱性后,染料的凝聚倾向会更大,如常用的活性嫩黄6GL、活性艳蓝KN-R。

实例一

活性嫩黄6GL 10 g/L、淮盐50 g/L, 80℃时其染液清澈透明,溶解稳定性良好。而当加入纯碱5 g/L,染液便会立即因凝聚而混浊。放置片刻,又会因絮聚而沉淀。

实例二

活性翠蓝BGFN 15 g/L、淮盐70 g/L, 80℃时其染液溶解稳定性良好。当加入纯碱20 g/L,染液立即发生凝聚,进而转为絮聚、沉淀。

实例三

活性艳蓝KN-R 5 g/L、淮盐40 g/L, 60℃的染液中加入纯碱15 g/L后,染液的变化如下:

染液清澈稳定10 min显著凝聚10 min严重絮聚10 min与水分离,丧失上染能力

由上三例可见,中温型活性染料的耐盐碱溶解稳定性差,原因有三方面:

(1)活性染料在水中并非以单分子存在,而是以几个甚至几百个分子缔合体的形式存在。所以,其染液具有不同程度的胶体性状,稳定性良好。而电解质的加入,会使稳定的胶体系统遭破坏,导致溶解稳定性下降。

(2)中温型活性染料的分子中含有β-羟乙基砜硫酸酯活性基。该活性基中的乙烯砜基(—SO2CH2CH2)与硫酸酯基之间的化学结合不稳定,在使用条件(pH值10. 5~11. 0、温度60~65℃)下,两者会快速断裂,发生消除反应,使原本亲水性的β-羟乙基砜硫酸酯变

为疏水的乙烯砜基,染料自身溶解能力显著降低。

(3)电解质在水中会解离出大量的钠离子,其水化能力很强,能吸引大量的极性水分子而形成直接间接的水化层,从而使染料分子中亲水性基团的水化程度减弱,溶解能力下降。与此同时,大量钠离子产生的同离子效应也导致染料亲水性基团解离度降低,染料自身的溶解能力下降。

1.2　对碱剂敏感

许多常用中温型活性染料在加碱固色初期,其骤染现象严重。若织物在染料2% (owf)、淮盐50 g/L、60℃中性染液中吸色30 min后,加纯碱20 g/L, 60℃固色10 min内,其相对吸色量可提高30% ~70%。其中,活性深蓝M-2GE提高28. 32%,活性翠蓝BGFN提高32. 94%,活性嫩黄6GLN提高55. 39%,活性艳蓝KN-R提高59. 96%,活性黑KN-B提高68. 95%。骤染现象的主要原因是,染料中的β-羟乙基砜硫酸酯在碱性条件下,会迅速转变为化学活性很强的乙烯砜基。于是,一方面,染料对纤维的亲和力骤然提高,导致染料吸附上色迅猛;另一方面,染料与纤维快速发生键合固着反应,不断破坏染料的吸附平衡,这对染料的急速上色也起着显著的促进作用。生产实践证明,中温型活性染料存在上述两大性能缺陷,是染色过程中产生色点色渍、色花色差、鲜艳度下降和牢度差等诸多染色质量问题的根源。

2　染色质量问题的解决

2.1　染色工艺

常用中温型活性染料,其染色性能可分为三类。

(1)第一类　在中性盐浴(吸色浴)中亲和力较大,一次吸色量较高;对碱剂不敏感,加碱固色初期二次吸色较缓和,骤染现象不严重,如国产活性黄M-3RE、活性红M-3RE、活性蓝M-2GE和活性黄B-4RFN、活性红B-2BFN、活性蓝B-2GLN等三原色。这类染料适合常规升温法染色,因为在中性盐浴吸色阶段的吸色量高。由于染液浓度大幅下降,在加碱固色初期,染料的凝聚程度相对较小,染料的骤染现象也相对温和。

实践表明,这类染料采用升温法染色,染料自身的性能缺陷不足以给染色质量造成较大影响。

(2)第二类　在中性盐浴(吸色浴)中,一次吸色量低,但对碱敏感,加碱固色初期染料的凝聚现象与骤染现象十分严重,容易造成染色质量下降。这类染料不适合常规升温法染色,而适合预加碱法染色。如活性艳蓝KN-R、活性嫩黄B-6GLN和活性黑KN-B等。预加碱染色法可使织物在弱碱性(pH值=10)浴中吸色。由于活性染料在碱性条件下亲和力较大,故一次吸色量可显著提高。由于染液浓度在加碱前大幅下降,染料的凝聚与骤染现象在加碱后都得到了缓解,可有效消除染料性能缺陷造成的质量问题预加碱以1 g/L为宜,用量过多,会因pH值过高,影响吸色的均匀性,其对比试验数据见表1。

　　(3)第三类　以中温型和低温型为主拼混的染料,目前的活性染料中,大多数属于这一类,如活性黑ED、活性黑KN-G2RC、活性黑GFF和活性黑GR等。通常以60% ~80% C. I.活性黑5(KN-B黑)和20% ~10% C. I.活性橙82拼混而成。C. I.活性黑5结构为双偶氮母体、双乙烯砜活性基染料;而C. I.活性橙82为单偶氮母体、二氯均三嗪活性染料。两者结构显著不同,造成其使用性能的明显差异。其中,C. I.活性黑5耐热稳定性较好,适合60~65℃染色; C. I.活性橙82耐热稳定性较差,只适合30~40℃染色。这类活性黑若按中温型活性染料应用,则C. I.活性橙82染料组分的吸色与固色异常迅猛,极易造成上色不匀,产生色花。同时,由于染料的水解速率快,工艺稍有变化,就会造成上染率明显波动。

值得注意的是,由于C. I.活性黑5与C. I.活性橙82拼混后成为黑色,后者上色量的多少、匀染性的好坏,对最终的色光、乌黑度及均匀性,都起着举足轻重的作用。为了提高C. I.活性橙82的染色均匀性和稳定性,既不能采用升温染色法,也不能采用预加碱染色法,而应采用分段染色法。

分段染色工艺一:

分段染色法实为一浴二步法。低温(35~40℃)染色使C. I.活性橙82上色,中温(60~65℃)染色使C. I.活性黑5上色。由于此工艺符合该类染料染色性能的特定要求,所以色光稳定,匀染性良好。实践表明,此工艺可以从根本上克服色花、色差,有效提高染色一次成功率。

另外,活性黑ED-NN(浙江龙盛)的三个拼混组分皆为偶氮型乙烯砜染料,属于中温型染料。同类商品有:龙盛黑ED-Q、龙盛黑ED-H、雷马素黑NF、永光黑ED-R、京仁黑EX、理禾黑RW和汽巴黑W-NN等。由于这些活性黑的拼混组分不含低温橙(82),所以不必采用分段染色法染色。但由于拼混主色为C. I.活性黑5,亲和力较弱,对碱较敏感,所以适合预加碱染色法。

2.2　加料方法

2. 2. 1　电解质

(1)电解质的施加量

据检测,常用中温型活性染料染深色的电解质最高用量以<70 g/L为宜。若电解质用量>70 g/L,则得色深度提高不多,反而会加重加碱固色初期染料的凝聚程度,对染色质量产生负面影响。

(2)电解质的施加法

必须强调的是,绳状喷染(喷射溢流机染色或气流机染色)必须先加电解质,后加染料(加料顺序与卷染相反,与传统加料法相反)。若按传统方法先加染料,用含染料的回流水来溶解电解质,则染料会在电解质饱和溶液中凝聚析出,一旦入缸,容易造成色点、色渍。若先加电解质,用含电解质(<70 g/L)的回流水来溶解稀释预先调匀的染料,则不会发生絮聚或沉淀。

2. 2. 2　碱剂

(1)纯碱的施加量

经检测,常用中温型活性染料的最佳固色pH值为10. 5~11. 0(活性翠蓝例外, 60℃染色其最佳pH值为12; 80℃染色最佳pH值为11)。生产中,常采用粉状轻质纯碱5~25 g/L, pH值约为11,其pH值缓冲能力很大。根据所染色泽的深浅,纯碱用量5~20 g/L。用量过多,得色深度提高不明显,反而会降低染料在盐碱固色浴中的溶解稳定性,降低染品质量。

(2)纯碱的施加法

生产中发现,施加碱剂务必遵循两条原则。第一,碱剂的加入必须建立在“吸色平衡且吸色均匀”的基础上,即只有在中性浴中(吸色阶段)真正达到吸色平衡,且经移染实现吸色均匀后,方可加入碱剂。这是因为:①达到吸色平衡后,残留染液浓度最低。染液浓度越低,碱剂加入后,染料的凝聚倾向越小,二次吸色越温和,产生染疵的几率越小。②碱剂加入后,纤维上的染料会发生固着而丧失移染能力,使吸色阶段产生的不均匀性变为永久性疵点。第二,碱剂的施加必须“先少后多,分次加入”。因为固色浴的碱性越强,染料的凝聚与上色反应越激烈,越容易造成染色质量问题。实践证明,固色的碱性由弱渐强,染液浓度由浓渐淡,可有效缓解染料因碱剂的加入而产生的骤染现象,使染色质量稳定。

2.3　匀染剂的使用

实践表明,加入适量的助剂,可在一定程度上缓解染料的聚集现象。然而,常用阴离子型分散剂与染料阴离子之间存在电斥力,分散剂与染料难以结合,故使用效果不佳。市供的棉用匀染剂通常为多种表面活性剂的复配物,兼具分散性与助溶性。因此,染液中加入1~2 g/L匀染剂,可提高染料的耐盐碱溶解稳定性,从而提高染色一次成功率。需要注意的是:

(1)市供棉用匀染剂质量良莠不齐,故一定要加以筛选。经验认为,效果较好的棉匀染剂有M-230K(美高华颐)和L-800(上海康顿纺化)等。

(2)匀染剂一定要在盐碱用量适当、加料操作到位、染色工艺正确的基础上施加,否则难以达到匀染目的。

3　结论

中温型活性染料耐盐碱溶解稳定性差,对碱敏感,是染色产生色点色渍、色差色花、色牢度差等质量问题的根源。实践表明,采用与染料性能相适应的染色工艺和化料加料方法,再辅以适当的匀染剂,可使问题得到有效解决,而显著提高染色一次成功率。