活性翠兰M-G电化学无盐染色工艺

潘 婕,樊增禄,蔡信彬,李 庆

(西安工程大学 纺织与材料学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

活性染料染色时要加入大量的中性电解质提高其染料利用率,但电解质使淡水盐化,破坏生态环境.为此,近年来国内外研究如何无盐或低盐染色已成为一个重要课题[1-2].

目前活性染料的无盐染色常用方法有开发新型活性染料、纤维素纤维改性,使用“代用盐”等[3].其中纤维阳离子化能够直接有效的提高染料的利用率,但是会造成染色不匀现象.“代用盐”方法中助剂影响较大,不可循环利用,不利于环境保护[4].活性染料电化学无盐染色在电场的作用下,一方面，阳极区释放的正离子起电荷屏蔽作用,减少了染料阴离子与纤维负电荷的斥力,起促染作用;另一方面，阳极区释放的正电荷对染料阴离子有吸引作用,使染料阴离子在电场作用下向阳极区靠拢,使得纤维附近染料浓度提高,从而提高染料的上染百分率,代替盐的使用,减少了环境污染[5-6].

本文探讨活性翠兰M-G在电化学无盐染色条件下,外加电压、染色温度、染色时间、固色时间等参数对活性翠兰M-G电化学无盐染色的影响,确定电化学无盐染色的最佳染色工艺.

1 实 验

1.1 材料及仪器

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

(2) 试剂 无水碳酸钠(分析纯,郑州派尼化学试剂厂),氯化钠(分析纯,浙江亿得化工有限公司).

(3) 仪器 213型铂电极(上海罗素科技有限公司),218型银/氯化银参比电极(上海罗素科技有限公司),DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司),Color i7测色仪(美国X-Rite公司),HH-S4型数显恒温水浴锅(国华电器有限公司),SW-12A型耐洗色牢度试验仪(无锡纺织仪器制造厂),Y571B型摩擦色牢度仪(宁波纺织仪器厂).

1.2 实验装置

本中采用的实验装置如图1所示.

图1 实验装置图1—样布;2—阳极;3—直流稳压电源;4—阴极;5—染液;6—磁转子

1.3 实验方法

1.3.1 染色处方 (1) 传统染色处方:活性翠兰M-G 4%(o.w.f);氯化钠40g/L;无水碳酸钠10g/L;浴比 100∶1.

(2) 电化学无盐及低盐染色处方:活性翠兰M-G 4%(o.w.f);氯化钠0g/L;无水碳酸钠10g/L;浴比 100∶1.

1.3.2 染色工艺曲线 以上染色方法的染色工艺曲线如图2所示.

图2 染色工艺曲线

1.4 性能测试

1.4.1K/S值测试 在X-Rite Colori7测试仪上测定待测织物的K/S值,正反两面各测3次,然后取平均值.

1.4.2 染色牢度的测试 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,用GB/T 251—2008《纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡》评定.皂洗色牢度参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》测定.

2 结果与讨论

2.1 电化学无盐染色工艺

2.1.1 外加电压 实验使用铂-银/氯化银电极,在染色温度为40℃,染色时间15min,染色阶段不加盐的情况下,探讨外加电压对染色后棉织物K/S值的影响,结果如图3所示.

图3 电压对电化学无盐染色的影响 图4 温度对电化学无盐染色的影响

从图3可以看出,当电压在1～10V变化时,活性翠兰M-G染色后K/S值呈先上升后下降趋势；在电压为6V时,其染色后K/S值最大.这可能因为当电压过小时,电解槽中产生的电场强度小,对染料阴离子的牵引力也小,染料附着织物的量也少,所以染色后织物的K/S值低;随着电压的增大,电场的牵引力增大,织物周围的染料浓度提高,促进了染料对纤维的吸附,从而染料与纤维发生共价结合的几率增加,染料上染纤维增多,所以染色后织物的K/S值提高;当电压过大时,电场对染料阴离子的牵引力过大,染料分子之间的疏水部分由于氢键和范德华力的作用而使染料发生不同程度的聚集,染料会聚集,分子量变大影响了染料的吸附速率和在纤维上的扩散速率,染料与纤维发生共价结合的几率变小,所以电压过大,染色后织物的K/S值反而会降低.故最佳电压为6V.

2.1.2 染色温度 确定外加电压6V,染色时间15min时用恒温水浴锅控制染色温度,变量为25～55℃,在染色阶段不加盐的情况下探讨染色温度对染色后棉织物K/S的影响,其结果如图4所示.

从图4可以看出，染色温度在常温至55℃变化时,染色后织物的染色K/S值随着染色温度的升高先上升后缓缓下降;当染色温度达到45℃时,染色后织物的染色K/S值最大.活性翠兰M-G为双活性基染料,含有均三嗪和乙烯砜活性基,属于中温染色染料.温度低时,均三嗪活性基未能达到其反应的活化能,且染料扩散速度慢,影响织物上染.温度过高时,乙烯砜活性基由于高温而失去活性,与纤维的反应性下降,综合考虑选择最佳染色温度为45℃.

2.1.3 染色时间 在外加电压6V和染色温度45℃条件下，以染色时间为变量，染色阶段不加盐的情况下探讨染色时间对染后棉织物K/S值的影响，其结果如图5所示.

从图5可以得出,染后织物的K/S值随染色时间的增加呈现先上升后下降的趋势;在染色时间为30min时,染后织物的染色K/S值具有最大值.这可能是因为染色时间过短时,大量活性染料未与纤维发生吸附,上染织物的染料较少,所以染色后织物的K/S值较低.染色时间过长织物的K/S降低,这可能是因为一方面随着染色时间的增长,活性染料容易形成聚集,不易向纤维内部扩散,所以活性染料与纤维的反应量减少,染色后织物的K/S值降低;另一方面染料在纤维上达到染色平衡后随着染色时间的延长,染料解析速率大于上染速率,所以染料上染量降低,织物的K/S值降低.实验所选该染料的最佳电化学无盐染色时间为30min.

图5 染色时间对电化学无盐染色的影响 图6 固色时间对电化学无盐染色的影响

2.1.4 固色时间 以上实验结果表明，电化学无盐染色技术对活性翠兰M-G的的染色阶段作用明显.在此基础上，进一步研究了在最佳染色工艺条件下，即外加电压为6V、染色温度45℃、染色时间30min的染色条件下，在固色时一组加入电极，一组不加电极进行对比实验，探讨固色时间对电化学无盐染色技术染色效果对的影响，结果如图6所示.从图6可以看出,活性翠兰M-G传统染色和电化学无盐染色后棉织物K/S随着固色时间的延长均增加,在固色23min时,电化学无盐染色K/S值高于传统染色K/S值.固色阶段加电极进行电化学无盐染色大大提高了织物的K/S值.染色后织物的K/S值随固色时间的延长而增加，一方面是因为碱剂的加入提高了染液的pH,使纤维素的羟基更易离解成阴离子,同时打破了染料与纤维的吸附平衡,纤维上解吸速率变慢,因而又有部分染料能够上染纤维,与纤维分子发生共价结合,提高了染色后织物的K/S值[5-6];另一方面在电化学作用下,碱剂碳酸钠作为强电解质,提高了电场的强度,电场对阴离子染料的牵引力有所提高,使得更多的染料在电场的牵引下发生定向移动,织物周围染料浓度提高,增加了染料与纤维吸附的几率,从而提高织物的染色量,染色后织物的K/S值得以提高.

在固色时间为30min时织物染色深度为3.985,已超过传统染色织物深度3.478.但考虑到工艺的时间周期,在不影响织物深度的前提下确定固色时间为30min.综上所述,针对活性翠兰M-G的电化学无盐染色,其在外加电压为6V,染色温度为45℃,染色时间为30min，固色时间30min的条件下，织物染色深度已超过传统染色织物的K/S值.

2.2 染色效果

2.2.1 织物染色K/S值对比 电化学无盐染色、传统染色、传统无盐染色3种工艺K/S值分别为3.985，3.478，0.96.比较3种不同工艺下染色后棉织物的染色深度,电化学无盐染色工艺在不加盐的情况下织物染色深度都高于二者.

表1 不同工艺条件下染色后的色牢度

2.2.2 染色牢度 对电化学无盐最佳染色工艺和传统染色工艺的织物进行染色牢度的测试,测试结果见表1.

从表1可以看出，电化学无盐染色与传统染色的染色效果不相上下,说明在电化学无盐染色条件下,染色后棉织物的色牢度与传统染色的色牢度基本相当,减少了染色废液中的含盐量,保护了生态环境.

3 结 论

(1) 活性翠兰M-G的电化学无盐染色最佳工艺为:外加电压6V,染色温度45℃,染色时间30min,固色时间30min.在此工艺条件下棉织物染色K/S值为3.478,比传统染色的棉织物K/S值高0.507,且织物染色效果与传统染色效果相当.

(2) 在活性染料电化学无盐染色条件下,电化学作用对染色阶段和固色阶段都有提高染色后织物K/S值的作用.

参考文献：

[1] 宋心远.活性染料低盐和无盐染色[J].印染助剂,2006,23(12):1-4.

[2] 吴祖望,王专,张志达.深色活性染料的近期进展[J].化工进展,2009,28(5):874-881.

[3] 谢孔良,孙燕.活性染料无盐染色技术研究进展[J].纺织导报,2005(7):62-85.

[4] 王海英,袁寅瑕,石敏,等.活性染料电化学无盐染色[J].纺织学报,2008,29(8):75-77.

[5] 车映红,译.电化学染色工艺进展及其商业化应用[J].印染,2007,33(22):50-52.

[6] 蔡信彬,樊增禄,李庆,等.活性艳蓝B-RV的电化学无盐染色[J].印染.2012(3):13-16.

[7] 陈英.染整工艺原理实验教程[M].北京:纺织工业出版社,1984:185-202.