代用碱JT的制备与应用性能研究

涂 超，姜会钰



代用碱JT的制备与应用性能研究

涂 超1，2，姜会钰2

（1 苏州大学 纺织与服装学院，江苏 苏州 215123；2 武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073）

通过测定不同碱剂的缓冲容量，筛选并制备染色代用碱JT,并将其用于棉织物活性染料固色中。研究染浴中代用碱JT的组分对染色效果的影响,确定代用碱JT的组分为碳酸钾35%、硅酸钠50%、氢氧化钾10%和三乙醇胺5%。研究结果表明：代用碱替代纯碱用于活性染料固色,操作简单,染液pH值变化较小,且可提高染色牢度,节约用水,节约染色时间,降低综合成本。

染色；活性染料；固色；代用碱

活性染料是含有活性基团的水溶性染料，在碱性条件下能与纤维素上的羟基发生共价交联而固色。传统工艺中常使用的固色碱剂主要有纯碱、烧碱、磷酸三钠、硅酸钠等，其中尤以纯碱在工厂中使用最多。但在实际生产中，纯碱的用量很大，水溶性却很差，很易结块填塞设备滤网，给染色操作带来不便，若化料不彻底会造成局部碱度过高而使布面产生色花疵病。染后清洗耗水量很大，且常常因染浴中含有钙、镁等金属离子而影响染色效果[1]。为此，人们不断研究开发新型染色代用碱剂。代用碱由于具有用量少，一般仅是纯碱用量的10～20%，色泽鲜艳，易于加料，不易造成色花及碱斑，应用方便，水洗容易而且节约水[2]等优点，其开发和研制倍受关注。

本实验制备了活性染料固色代用碱JT，缓冲能力强，易控制，成本低，完全能够取代传统的固色碱。

1 实验

1.1 材料

漂白丝光棉（40s×40s，武汉市江南集团），硅酸钠、柠檬酸钾、乙酸钠、碳酸钠、碳酸钾、三乙醇胺、氢氧化钾、食盐、纯碱均为分析纯，皂粉（市售）、FD型活性染料（市售）。

1.2 仪器

测色配色仪（i7，美国爱色丽）,常温振荡染色机（AS-12,厦门瑞比精密机械有限公司），烘箱（DHG-9030A，上海精宏实验设备有限公司），酸度计（PHS-3C，上海雷磁仪器厂），摩擦牢度仪（LFY-304，山东省纺织科学研究院仪器研究所）

1.3 棉织物活性染料染色及固色工艺

1.3.1 采用恒温法进行染色，工艺曲线如图1。

图1 染色工艺曲线

1.3.2 染色处方

染液浓度 0.5%（浅色）、1.5%（中色）、3%（深色）

盐用量 20 g/L（浅色）、40 g/L（中色）、60 g/L（深色）

代用碱 x g/L；染色温度 55℃；浴比 50：1

1.4 测试方法

1.4.1 pH测试

pH值测试依据AATCC 81-2006，利用雷磁PHS-3C型pH计进行测试。

1.4.2 溶液pH值缓冲容量

配制浓度为梯度的各种碱液和0.01mol/L的标准盐酸溶液。分别取0.5、1、1.5、2、2.5、3ml标准盐酸溶液滴入10ml各种碱液，测定滴定前后的pH差值。

1.4.3 染色性能

k/s值：将待测织物折4～8层，用i7测试织物不同位置，取平均值；

摩擦牢度：参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

2 结果与讨论

2.1 碱剂溶液的pH

测定常温下，浓度为20g/L的各种碱剂的pH如下：

表1 碱剂溶液的pH值

由表1可知，氢氧化钾的碱性最高，其次是硅酸钠和碳酸钾。这说明三种碱剂在固色时可以提供足量的碱度, 使固色效果充分,但也可能影响染色的重现性和活性染料的上染率, 因此在实际应用时, 对用量的多少有一定的要求。

2.2 碱剂溶液缓冲容量

测定七种碱剂20g/L的缓冲容量，结果如图2所示。

图2 碱剂溶液缓冲容量

由图2可知，氢氧化钾的缓冲宽容量最好，其次是硅酸钠、碳酸钠、碳酸钾、三乙醇胺、乙酸钠、柠檬酸钾。考虑到代用碱和碳酸钠固色处理效果比较，故代用碱的供碱部分选用氢氧化钾和碳酸钾。缓冲部分用硅酸钠，有机碱三乙醇胺分子质量大，具有一定的表面活性和 pH值缓冲容量，易吸附在织物上，有利于染料的上染和固着，可作为代用碱的添加剂组分。故代用碱的成分为：氢氧化钾、碳酸钾、硅酸钠、三乙醇胺。

综合考虑以上因素，设计6组代用碱配方，如表2：

表2 各种代用碱剂的组成（%）

2.3 代用碱的pH

为了比较常温情况下，纯碱及代用碱的pH差距，测定浓度为20g/L的6组代用碱的pH如表3。

表3 常温情况代用碱与纯碱pH比较

由表3可知，在同浓度时固色碱JT的pH值均比碳酸钠的pH值要高，但是相差不大，可见，固色碱JT本身的碱性比碳酸钠要强，在实际生产中完全可以满足需求。

2.4 代用碱的缓冲容量

测定代用碱溶液分别在20g/L，30g/L，60g/L时的缓冲容量，结果如图3、图4、图5。

图3 浓度为20g/L时的△pH

图4 浓度为30g/L时的△pH

图5 浓度为60g/L时的△pH

由图3，图4，图5可知，随着标准盐酸溶液浓度的提高，代用碱的缓冲容量逐渐增大，但是代用碱2提升的速率最低，故选其为实验最优的方案。

2.5 织物的染色性能

分别以纯碱和代碱剂2为碱剂，进行活性染料染色，测试织物的染色性能，结果如表4。

由表4中的K/S值数据可知, 在自制代用碱的使用浓度范围内，活性蓝FD-B和活性红FD-3B的K/S值接近或超过纯碱常规用量固色的K/S值。大体而言，浅色实验中代用碱2的用量为1/7～3/10，中色实验中代用碱2的用量为1/10～1/6，深色实验中代用碱2的用量为1/10～1/7的K/S值可达到碳酸钠常规用量固色时的K/S值。但是，对于不同染料要达到纯碱常规用量的固色效果所需的自制碱用量可能会有所不同，因此，在实际生产中要调整自制碱的用量以达到需要的固色效果。

表4 碱剂用量对织物染色性能的影响

2.6 染色牢度的比较

对经二种固色碱染色工艺的染色织物测试其染色牢度, 结果如表5所示。

由表5可知, 代用碱2和纯碱的固色牢度相近，并且可以看出代用碱固色的织物的湿摩擦牢度比碳酸钠固色的湿摩擦牢度略高，可见代用碱的应用有利于织物湿摩擦牢度的提高。

2.7 洗涤残液的pH值

染液pH值不仅影响到活性染料的固色处理，还影响成品织物表面碱剂的残留量。表6、表7为60℃下纯碱与代用碱2溶液pH值的变化。

从表6可以看出，碳酸钠在较宽的实用质量范围内(10-30g/L)，其溶液pH值稳定在11～11.33范围内。因此在活性染料浸染中使用，染液pH值波动小，这对提高浸染的重现性，非常有利。代用碱JT在实用质量浓度范围内(1-6g/L)，溶液的pH值分别在10.6～11。同是也可以看出，随着用量浓度的增加，溶液pH值渐渐走高，其变化幅度比碳酸钠大，也就是说代用碱很少的用量就能达到碳酸钠固色所需的pH值。

表5 染色牢度的比较

表6 60℃下不同浓度碱剂pH值

染色保温60min后对染色织物进行水洗，每次水洗时间为10min，对纯碱固色织物和代用碱2中固含量最高的固色织物进行水洗四次后测试水洗液的pH，结果如表7。

表7 水洗液的pH

从表7中可以看出：代用碱水洗四次后最接近中性，因此，以代碱剂2作为固色剂可减少水的用量，有利于节水环保。

2.8 成本核算

（1）代用碱使用简便，且用量约为纯碱的十分之一，可节省储存空间，降低运输成本。

（2）环保型产品，纯碱在染色过程中，只起到促染作用，自身不消耗，这就无形中增加了后续工作，污水处理强度增大。

（3）节约成本，代用碱的染固同步染色工艺相对于常规染色工艺，工艺可以简化，用量可以减少，光在化学品消耗上，就可以节约1/3。代用碱固色之后可以比常规工艺染色至少可以减少一道水洗。假设每缸染色织物减少一次水洗可节约用水，可节省时间30 min以上，若以每天可节约时间2 h以上，每两天就可多染一缸布。若每缸织物以800 m计，每米织物染色加工费以2元计，则每月可增加产值2. 4万元。如果每只染缸每天可节约2 h，则每月可节约60 h。每只染缸以30 kWh计，每度电以0. 8元计，则每个月可节约用电60度，即节约48元。

（4）目前纯碱的价格为2300元/t，代用碱的价格为6500元/t。在中深色染色时，以20 g/L用量计算纯碱加入量，实际生产中若织物质量为300 kg，染色浴比为1∶10，则染液体积为3 000 L，需加入60 kg纯碱，合计138元。以代用碱用量2 g/L，则每缸织物染色时加入的代用碱总量为6 kg，合计39元，则每缸织物碱剂可节约100元。

3 结论

（1）代用碱可以代替纯碱作为活性染料染色的固色碱剂，优化的代用碱剂组分为碳酸钾 35%、硅酸钠 50%、氢氧化钾 10%和三乙醇胺 5%。

（2）代用碱替代纯碱用于活性染料固色，操作简单，染液pH值变化较小，且可提高染色牢度，节约用水，节约染色时间，提高染色重现性和后处理效果，降低综合成本。

[1] 李颖君，张庆，冯继红. 代用碱DA的应用研究[J].针织工业，2006，12（12）：39.

[2] 张利英，连华，李中京，等. 新型碱剂E与活性染料的同步染色研究[J].染料与染色，2005，42(5):23-25.

[3] 王飞，孙莎莎，振宇，等. 液体代用碱在活性染料浸染中的应用[J].现代丝绸科学与技术，2011，1：5-8.

[4] 崔浩然. 活性染料固色代用碱的实用性研究[J].染整技术，2005，27(9):21-25.

[5] 禚子瑜，张建波，朱平. 代用碱的配制及应用性能[J].印染助剂，2011，27(1):1-3.

[6] 陈英.染整工艺实验教程[M]. 北京：中国纺织工业出版社，2009.

Preparation and Study on the Applied Properties of the Alternative Alkali JT

TU Chao1,2, JIANG Hui-yu2

(1 School of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Soochow JiangSu 215123, China;2 School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

By measuring the buffering capacity of different alkali solutions，alternative alkali is selected and prepared，and is applied to reactive dyeing of cotton fabric. On the impact of alternative alkali JT component in the dye bath for dyeing effect, weconcluded that alternative alkali JT was constituted of 35% potassium carbonate, 50% sodium silicate, 10% potassium hydroxide and 5% triethanolamine. The results showed that the cost of water and dyeing time were reduced. And the dyeings feature higher color fastness.

Dyeing; Reactive Dye; Fixation; Alternative Alkali

TS193.632

A

1009－5160(2012)03－0021－05

涂超（1983－），男，实验师，研究方向：染色及印染助剂.