活性染料染色新技術(shù)：活性染料濕短蒸染色

   軋染是活性染料重要的染色方式之一，但通常在軋染工藝中，織物經(jīng)過浸軋染液后都需要進(jìn)行中間烘干，以利于后續(xù)汽蒸或焙烘固色時提高加工速度和減少染料水解，獲得高的固色率和色牢度。但是中間烘干也帶來許多問題：首先是消耗能源，濕織物烘干時蒸發(fā)水分要消耗大量熱能；其次在烘干時染料容易發(fā)生泳移，產(chǎn)生色差和降低色牢度，染色重現(xiàn)性也變差；此外，浸軋染液后進(jìn)行烘干，不但增加了一道加工工序，不便于管理，而且干態(tài)織物進(jìn)行汽蒸時，染料和化學(xué)品重新要吸水溶解，干態(tài)織物吸濕都會放熱產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，對染料上染和固色均不利。因此，進(jìn)行濕蒸是長期追求的目標(biāo)。
　
　　染色織物濕蒸難度很大。首先濕織物直接汽蒸，由于水分吸熱蒸發(fā)，使織物升溫速度大為減慢，延長了汽蒸固色時間；其次在織物上含有大量水分(通常浸軋后的帶液率為60%～70%)時，汽蒸升溫過程中，織物上的活性染料會發(fā)生大量水解，降低固色率和色牢度。織物上的水分有多種狀態(tài)，大致可分為纖維吸收水和織物上的自由水兩大類。吸收水又可分為化學(xué)結(jié)合水(主要通過氫鍵結(jié)合在纖維分子鏈上)或稱不凍水(其冰點(diǎn)遠(yuǎn)低于0℃)和束縛水兩類?；瘜W(xué)結(jié)合水含量不多，與染料反應(yīng)機(jī)率也較少，因為它不能自由運(yùn)動；吸收水相當(dāng)多的一部分處于纖維孔道中，纖維孔道很細(xì)，這部分水也不易自由流動，與染料的反應(yīng)速度也較低，稱為束縛水。纖維外的自由水一般容易運(yùn)動，一小部分處在織物纖維間的毛細(xì)管中，雖然由于毛細(xì)管效應(yīng)而不易流動，但它的本性和溶液中的水基本相同，而大部分是可以自由流動的自由水，它們因自身的重力也可以流動。纖維外的這兩種狀態(tài)的水都容易與染料發(fā)生反應(yīng)，是染料發(fā)生水解的主要因素，由于通常濕態(tài)汽蒸(或焙烘)時織物含纖維外的自由水分量大，故染料水解速率高。

　　濕短蒸工藝就是在選用適當(dāng)?shù)娜玖虾凸躺珘A劑的前提下，采用專用汽蒸設(shè)備，使織物盡快升溫，織物上的水分從60%～70%很快降到適當(dāng)水平后，進(jìn)行濕態(tài)汽蒸或蒸焙，使染料快速固色，棉織物的含水率快速降到30%左右，粘膠織物降到35%左右，此時織物上的水分基本上為束縛水和化學(xué)結(jié)合水，自由水很少，故此時既可以保證纖維內(nèi)孔道中充滿水，有利于染料在孔道中溶解、擴(kuò)散和對纖維吸附和固著，又可以減少被水解的染料。

　　為了能使織物上的水分快速蒸發(fā)和維持在合適的水平，濕短蒸的蒸箱除了供給常壓飽和蒸汽外，還需要具備使蒸汽迅速升溫的附加設(shè)備。它往往用蒸汽/空氣混合氣體或高溫過熱蒸汽作為加熱介質(zhì)，前者蒸焙溫度在120～130℃，時間在2～3 min；后者汽蒸溫度在180℃左右，時間僅為20～75 s，在這種條件下固色率較高。

　　適于濕短蒸工藝的活性染料有多種。較低溫度蒸焙適合反應(yīng)性強(qiáng)的染料，如二氯均三嗪和氟氯嘧啶類等；高溫蒸焙適合反應(yīng)性稍低的染料，包括常用的雙活性基染料。不論是哪類染料，都要求在濕織物汽蒸過程中水分含量較高時，染料不會發(fā)生大量水解，在達(dá)到足夠高的溫度后才發(fā)生快速固色反應(yīng)。因此，應(yīng)使用堿性較弱的堿劑固色，或者在織物含水率較高時堿性不能強(qiáng)，這包括小蘇打或純堿與一些堿劑的混合堿，如果進(jìn)行低堿或中性固色效果會更好。研究發(fā)現(xiàn)，用中性固色劑固色，不論在120～130℃，或者在180℃左右都有很好效果?？傊?，濕短蒸染色工藝具有許多優(yōu)點(diǎn)，今后在染料、助劑、設(shè)備和工藝的研究和開發(fā)方面都應(yīng)該加強(qiáng)。

　　活性染料小浴比染色

　　染色浴比直接關(guān)系到染液中染料和化學(xué)品濃度，對染料的上染率和固色率、染液穩(wěn)定性、勻染性和重現(xiàn)性都有影響。染料的上染率和固色率在一定范圍內(nèi)均隨著浴比的減少而增加，不同染料增加的速率是不同的，而且固色率與上染率增加的速率也是不同的，一般上染率比固色率增加要迅速。

　　由此可知，小浴比染色不僅可以加快上染速率，還可以在一定程度上提高固色率，因此可以大大減少鹽用量，進(jìn)行低鹽染色，并可以提高染料和堿劑的利用率。例如，當(dāng)染料濃度為6%(o.w.f)時，如果染色浴比為40∶1，則食鹽濃度高達(dá)540%(o.w.f)左右；當(dāng)浴比降到3.5∶1時，食鹽濃度可降到6%(o.w.f)左右，就可獲得相同的染色深度。

　　同理，浴比減小后，染得相同深度顏色所需的染料量也可降低，例如Levafix翠藍(lán)E-BA在浴比為40∶1時，染料相對濃度為1.25，而當(dāng)浴比降到3∶1后，相對濃度只需0.84，約為前者的2/3。

　　一般來說小浴比染色至少有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

　　·減少能源和水的消耗；

　　·降低鹽和堿劑用量；

　　·減少染料用量；

　　·有利于改善染色重現(xiàn)性。

　　進(jìn)行小浴比染色雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但實現(xiàn)小浴比染色也存在許多困難，首先要求染料的溶解性和穩(wěn)定性好，特別是染深色品種和多只染料拼混應(yīng)用時，不同染料對浴比的依存性是不同的。染料溶解性和穩(wěn)定性的矛盾主要反映在配液槽中，因為配液槽中的染料濃度大高于染槽中的濃度。

　　小浴比染色另一個難點(diǎn)是勻染性，要求浸染設(shè)備的染液循環(huán)和施設(shè)備良好，織物運(yùn)行平穩(wěn)，不易擦傷和變形，所以對設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)要求很高。近年來為了適應(yīng)小浴比染色推出了不少先進(jìn)的設(shè)備，在一些噴射染色機(jī)中，織物染色實際上是在無殘余染液的可旋轉(zhuǎn)盛布裝置中進(jìn)行的，實際浴比可大大低于常規(guī)的小浴比(約5∶1)，甚至低于2∶1。例如100～180 kg織物，含染液量可低至200～360 L。為了適應(yīng)活性染料小浴比染色，今后在染料品種、設(shè)備、堿劑或?qū)Ｓ弥鷦┥隙紤?yīng)加強(qiáng)研究和開發(fā)。

　　活性染料短流程和一浴法染色

　　縮短活性染料染色流程，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以節(jié)能、節(jié)水、減少污水排放，前述濕短蒸染色就是軋染的一種短流程染色工藝。浸染短流程染色工藝也是近年來研究的重點(diǎn)，一方面通過改進(jìn)設(shè)備，可以縮短染色時間，更為重要的是合理控制染色過程，縮短上染、固色和水洗的時間。

　　近年來不少染料生產(chǎn)公司為推銷產(chǎn)品開發(fā)了所謂活性染料快速染色工藝。快速染色工藝的基礎(chǔ)是根據(jù)染料的特性，合理選用染料并在保證良好的勻染性和重現(xiàn)性的前提下，縮短整個染色時間。按照染料的直接性、反應(yīng)性、提升或深染性、勻染或移染性，以及洗滌性等(這些染色特性通常用染色特征值表示，詳細(xì)見本文受控染色部分介紹)，可以求得快的升溫速率、短的控溫時間、合理的添加中性鹽和固色堿劑的數(shù)量和加料方式。例如可以采取受控計量連續(xù)添加，不僅可以縮短時間，還可以大大節(jié)約染料、堿劑和鹽，減少污水排放；有的工藝對染后的水洗也進(jìn)行自動控制，可以進(jìn)一步節(jié)約用水和減少污水量；此外，還有專用的受控染色軟件供選用。

　　活性染料也經(jīng)常用于混紡等多種纖維組分紡織品染色，它可以和其它一些類別的染料一浴法染這些紡織品，典型的是活性/分散染料、活性/酸性染料一浴法染纖維素/聚酯纖維織物或纖維素/蛋白質(zhì)纖維織物。由于兩種染料染色性能不同，進(jìn)行一浴法染色時困難不少，所以不少印染廠還是采用二浴法染色，但工藝很長。

　　進(jìn)行活性/分散染料一浴法染色，主要存在pH值、溫度、電解質(zhì)以及兩種染料相互反應(yīng)等矛盾。為此近年來開發(fā)了低堿或中性固色活性染料和低鹽染色活性染料，并配套選用低溫、耐電解質(zhì)或分散穩(wěn)定性良好的分散染料；開發(fā)了pH值滑動，低堿或中性固色以及所謂堿性染色的多種一浴法染色工藝；開發(fā)pH值滑動劑或pH值調(diào)節(jié)劑、中性固色劑，以及“代用堿”和“代用鹽”等染色助劑?？傊?，活性染料/分散染料一浴法染色愈來愈受到重視。目前纖維素纖維/滌綸混紡織物多半還采用一浴兩步法，而纖維素纖維/PLA纖維混紡織物一浴法染色應(yīng)用較多，因為PLA纖維用分散染料染色溫度較低，在110℃左右，它和活性染料一浴法染色較容易。

　　進(jìn)行活性/酸性染料一浴法染纖維素/蛋白質(zhì)纖維混紡織物的主要矛盾是pH值，隨著pH值滑動劑或調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用，此種工藝迅速得到了推廣應(yīng)用，大大縮短了時間，節(jié)能節(jié)水和減少了污水。

　　活性染料“一次正確”和受控染色

　　近年來對活性染料染色效率要求愈來愈來高，這樣不僅可以降低成本，還可以節(jié)能節(jié)水，減少廢水，并且可以縮短生產(chǎn)周期。因此要求從小樣到大樣生產(chǎn)都盡可能地減少試驗次數(shù)，進(jìn)行所謂“一次正確”加工。進(jìn)行“一次正確”加工不僅要求嚴(yán)格選用染料，應(yīng)用配伍性好的染料拼色，而且要合理制定染色工藝，達(dá)到快速、均勻和重現(xiàn)性好的效果。為了達(dá)到上述目的，要求從對染料選用到上染，固色及染后水洗都進(jìn)行全過程嚴(yán)格控制，并配合科學(xué)管理，進(jìn)行所謂受控染色。

　　“一次正確”和受控染色首先要合理選用染料，根據(jù)不同的染料，制定不同的染色工藝，并嚴(yán)格控制，多半通過電腦進(jìn)行自動全過程控制。為了能夠精確控制染色過程，需要了解染料的染色熱力學(xué)和動力力學(xué)以及反應(yīng)動力學(xué)特性。這些特性如果按常規(guī)染色熱力學(xué)和動力學(xué)，以及反應(yīng)動力學(xué)的有關(guān)方程計算，既不方便，也難快速指導(dǎo)生產(chǎn)，因此，一些染料公司采用了在特定條件下測定求得染色特征值的方法，以這些染色特征值來表示染料的染色特性，作為選用和控制染色過程的基礎(chǔ)。主要染色特征值包括S、E、R或T50、F和MI、LDF等，分別用來表示染料的直接性、反應(yīng)性、固色程度、移染性和勻染性等特性。根據(jù)染料的染色特征值，可以設(shè)計染色的加料(染料、鹽和堿劑等)工作曲線，并進(jìn)行自動計量添加；設(shè)計出合理的升溫、保溫的工作曲線，使染料的上染和固色始終處在合理速度下進(jìn)行，既快速又均勻染色；染后還可以快速高效水洗，節(jié)能節(jié)水，減少污水。

　　一些大的染料公司產(chǎn)的染料均附有染色特征值，可供應(yīng)用者參考選用。近年來生產(chǎn)的先進(jìn)染色設(shè)備，也都配備了受控裝置，不僅有自動計量加料系統(tǒng)，還有控制的電腦和軟件，因此活性染料染色的一次成功率很高?？梢灶A(yù)測，隨著清潔染色呼聲會不斷提高，以及染料和設(shè)備的發(fā)展，“一次正確”和受控染色技術(shù)將會得到更快的發(fā)展?！?AA

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