活性翠蘭M-G電化學無鹽染色工藝

潘 婕,樊增祿,蔡信彬,李 慶

(西安工程大學 紡織與材料學院,陜西 西安 710048)

0 引 言

活性染料染色時要加入大量的中性電解質提高其染料利用率,但電解質使淡水鹽化,破壞生態環境.為此,近年來國內外研究如何無鹽或低鹽染色已成為一個重要課題[1-2].

目前活性染料的無鹽染色常用方法有開發新型活性染料、纖維素纖維改性,使用“代用鹽”等[3].其中纖維陽離子化能夠直接有效的提高染料的利用率,但是會造成染色不勻現象.“代用鹽”方法中助劑影響較大,不可循環利用,不利于環境保護[4].活性染料電化學無鹽染色在電場的作用下,一方面，陽極區釋放的正離子起電荷屏蔽作用,減少了染料陰離子與纖維負電荷的斥力,起促染作用;另一方面，陽極區釋放的正電荷對染料陰離子有吸引作用,使染料陰離子在電場作用下向陽極區靠攏,使得纖維附近染料濃度提高,從而提高染料的上染百分率,代替鹽的使用,減少了環境污染[5-6].

本文探討活性翠蘭M-G在電化學無鹽染色條件下,外加電壓、染色溫度、染色時間、固色時間等參數對活性翠蘭M-G電化學無鹽染色的影響,確定電化學無鹽染色的最佳染色工藝.

1 實 驗

1.1 材料及儀器

(1) 織物 漂白棉織物(29.5tex×29.5tex,236根/10cm×236根/10cm,市售).

(2) 試劑 無水碳酸鈉(分析純,鄭州派尼化學試劑廠),氯化鈉(分析純,浙江億得化工有限公司).

(3) 儀器 213型鉑電極(上海羅素科技有限公司),218型銀/氯化銀參比電極(上海羅素科技有限公司),DHG-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司),Color i7測色儀(美國X-Rite公司),HH-S4型數顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司),SW-12A型耐洗色牢度試驗儀(無錫紡織儀器制造廠),Y571B型摩擦色牢度儀(寧波紡織儀器廠).

1.2 實驗裝置

本中采用的實驗裝置如圖1所示.

圖1 實驗裝置圖1—樣布;2—陽極;3—直流穩壓電源;4—陰極;5—染液;6—磁轉子

1.3 實驗方法

1.3.1 染色處方 (1) 傳統染色處方:活性翠蘭M-G 4%(o.w.f);氯化鈉40g/L;無水碳酸鈉10g/L;浴比 100∶1.

(2) 電化學無鹽及低鹽染色處方:活性翠蘭M-G 4%(o.w.f);氯化鈉0g/L;無水碳酸鈉10g/L;浴比 100∶1.

1.3.2 染色工藝曲線 以上染色方法的染色工藝曲線如圖2所示.

圖2 染色工藝曲線

1.4 性能測試

1.4.1K/S值測試 在X-Rite Colori7測試儀上測定待測織物的K/S值,正反兩面各測3次,然后取平均值.

1.4.2 染色牢度的測試 摩擦牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定,用GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》評定.皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定.

2 結果與討論

2.1 電化學無鹽染色工藝

2.1.1 外加電壓 實驗使用鉑-銀/氯化銀電極,在染色溫度為40℃,染色時間15min,染色階段不加鹽的情況下,探討外加電壓對染色后棉織物K/S值的影響,結果如圖3所示.

圖3 電壓對電化學無鹽染色的影響 圖4 溫度對電化學無鹽染色的影響

從圖3可以看出,當電壓在1～10V變化時,活性翠蘭M-G染色后K/S值呈先上升后下降趨勢；在電壓為6V時,其染色后K/S值最大.這可能因為當電壓過小時,電解槽中產生的電場強度小,對染料陰離子的牽引力也小,染料附著織物的量也少,所以染色后織物的K/S值低;隨著電壓的增大,電場的牽引力增大,織物周圍的染料濃度提高,促進了染料對纖維的吸附,從而染料與纖維發生共價結合的幾率增加,染料上染纖維增多,所以染色后織物的K/S值提高;當電壓過大時,電場對染料陰離子的牽引力過大,染料分子之間的疏水部分由于氫鍵和范德華力的作用而使染料發生不同程度的聚集,染料會聚集,分子量變大影響了染料的吸附速率和在纖維上的擴散速率,染料與纖維發生共價結合的幾率變小,所以電壓過大,染色后織物的K/S值反而會降低.故最佳電壓為6V.

2.1.2 染色溫度 確定外加電壓6V,染色時間15min時用恒溫水浴鍋控制染色溫度,變量為25～55℃,在染色階段不加鹽的情況下探討染色溫度對染色后棉織物K/S的影響,其結果如圖4所示.

從圖4可以看出，染色溫度在常溫至55℃變化時,染色后織物的染色K/S值隨著染色溫度的升高先上升后緩緩下降;當染色溫度達到45℃時,染色后織物的染色K/S值最大.活性翠蘭M-G為雙活性基染料,含有均三嗪和乙烯砜活性基,屬于中溫染色染料.溫度低時,均三嗪活性基未能達到其反應的活化能,且染料擴散速度慢,影響織物上染.溫度過高時,乙烯砜活性基由于高溫而失去活性,與纖維的反應性下降,綜合考慮選擇最佳染色溫度為45℃.

2.1.3 染色時間 在外加電壓6V和染色溫度45℃條件下，以染色時間為變量，染色階段不加鹽的情況下探討染色時間對染后棉織物K/S值的影響，其結果如圖5所示.

從圖5可以得出,染后織物的K/S值隨染色時間的增加呈現先上升后下降的趨勢;在染色時間為30min時,染后織物的染色K/S值具有最大值.這可能是因為染色時間過短時,大量活性染料未與纖維發生吸附,上染織物的染料較少,所以染色后織物的K/S值較低.染色時間過長織物的K/S降低,這可能是因為一方面隨著染色時間的增長,活性染料容易形成聚集,不易向纖維內部擴散,所以活性染料與纖維的反應量減少,染色后織物的K/S值降低;另一方面染料在纖維上達到染色平衡后隨著染色時間的延長,染料解析速率大于上染速率,所以染料上染量降低,織物的K/S值降低.實驗所選該染料的最佳電化學無鹽染色時間為30min.

圖5 染色時間對電化學無鹽染色的影響 圖6 固色時間對電化學無鹽染色的影響

2.1.4 固色時間 以上實驗結果表明，電化學無鹽染色技術對活性翠蘭M-G的的染色階段作用明顯.在此基礎上，進一步研究了在最佳染色工藝條件下，即外加電壓為6V、染色溫度45℃、染色時間30min的染色條件下，在固色時一組加入電極，一組不加電極進行對比實驗，探討固色時間對電化學無鹽染色技術染色效果對的影響，結果如圖6所示.從圖6可以看出,活性翠蘭M-G傳統染色和電化學無鹽染色后棉織物K/S隨著固色時間的延長均增加,在固色23min時,電化學無鹽染色K/S值高于傳統染色K/S值.固色階段加電極進行電化學無鹽染色大大提高了織物的K/S值.染色后織物的K/S值隨固色時間的延長而增加，一方面是因為堿劑的加入提高了染液的pH,使纖維素的羥基更易離解成陰離子,同時打破了染料與纖維的吸附平衡,纖維上解吸速率變慢,因而又有部分染料能夠上染纖維,與纖維分子發生共價結合,提高了染色后織物的K/S值[5-6];另一方面在電化學作用下,堿劑碳酸鈉作為強電解質,提高了電場的強度,電場對陰離子染料的牽引力有所提高,使得更多的染料在電場的牽引下發生定向移動,織物周圍染料濃度提高,增加了染料與纖維吸附的幾率,從而提高織物的染色量,染色后織物的K/S值得以提高.

在固色時間為30min時織物染色深度為3.985,已超過傳統染色織物深度3.478.但考慮到工藝的時間周期,在不影響織物深度的前提下確定固色時間為30min.綜上所述,針對活性翠蘭M-G的電化學無鹽染色,其在外加電壓為6V,染色溫度為45℃,染色時間為30min，固色時間30min的條件下，織物染色深度已超過傳統染色織物的K/S值.

2.2 染色效果

2.2.1 織物染色K/S值對比 電化學無鹽染色、傳統染色、傳統無鹽染色3種工藝K/S值分別為3.985，3.478，0.96.比較3種不同工藝下染色后棉織物的染色深度,電化學無鹽染色工藝在不加鹽的情況下織物染色深度都高于二者.

表1 不同工藝條件下染色后的色牢度

2.2.2 染色牢度 對電化學無鹽最佳染色工藝和傳統染色工藝的織物進行染色牢度的測試,測試結果見表1.

從表1可以看出，電化學無鹽染色與傳統染色的染色效果不相上下,說明在電化學無鹽染色條件下,染色后棉織物的色牢度與傳統染色的色牢度基本相當,減少了染色廢液中的含鹽量,保護了生態環境.

3 結 論

(1) 活性翠蘭M-G的電化學無鹽染色最佳工藝為:外加電壓6V,染色溫度45℃,染色時間30min,固色時間30min.在此工藝條件下棉織物染色K/S值為3.478,比傳統染色的棉織物K/S值高0.507,且織物染色效果與傳統染色效果相當.

(2) 在活性染料電化學無鹽染色條件下,電化學作用對染色階段和固色階段都有提高染色后織物K/S值的作用.

參考文獻：

[1] 宋心遠.活性染料低鹽和無鹽染色[J].印染助劑,2006,23(12):1-4.

[2] 吳祖望,王專,張志達.深色活性染料的近期進展[J].化工進展,2009,28(5):874-881.

[3] 謝孔良,孫燕.活性染料無鹽染色技術研究進展[J].紡織導報,2005(7):62-85.

[4] 王海英,袁寅瑕,石敏,等.活性染料電化學無鹽染色[J].紡織學報,2008,29(8):75-77.

[5] 車映紅,譯.電化學染色工藝進展及其商業化應用[J].印染,2007,33(22):50-52.

[6] 蔡信彬,樊增祿,李慶,等.活性艷藍B-RV的電化學無鹽染色[J].印染.2012(3):13-16.

[7] 陳英.染整工藝原理實驗教程[M].北京:紡織工業出版社,1984:185-202.