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黏胶织物活性染料低尿素印花技术研究(一)


彭志忠

(广东佛山市敬展纺织材料有限企业  广东佛山  528216)


摘  要:针对常规黏胶织物活性印花工艺中大量使用尿素,导致印染企业污水氨氮、总氮超标,不符合绿色清洁生产的要求;通过对尿素在活性染料印花中作用机理的分析,综合应用尿素依赖性小的染料、蒸化前给湿等环节控制、尿素替代品、低尿素糊料等宏观研究,较完善地拓展活性染料低尿素印花工艺以及配套装置和助剂;新工艺的生产实践证明,尿素总用量可较常规工艺下降70%以上,且各项指标符合预期要求,新工艺实施具有良好的环境效益和经济效益。

关键词:活性染料印花;低尿素;氨氮值;新型活性染料;蒸化给湿;尿素替代品,新型印花糊料


1.前言

活性染料具有色谱齐全,色泽鲜艳,能与纤维素纤维以共价键结合,具有较高的湿处理色牢度,印花织物手感柔软,是纤维素纤维印花用的主要染料;活性染料在印花色浆中的溶解度要低于水中的溶解度;同时印染行业为获得高的得色量和固色率,在印花色浆中要添加入一定量的尿素,以提高染料的溶解度,尿素的存在有利于对纤维的膨化,增加纤维素纤维的溶胀程度,有利于染料向纤维内部扩散并发生共价键结合。

在纤维素纤维织物的印花中,粘胶织物的活性染料印花难度较棉织物要高,由于粘胶纤维有的皮芯层结构,活性染料与粘胶纤维接触后难以渗透进入内部,只有部分染料参与反应,印花后的织物色泽萎暗、得色量低。为了帮助织物在蒸化过程中,吸取蒸汽中更多的水分使纤维充分溶胀,促进染料与纤维的反应并固着,为此在活性染料印花色浆中会加大尿素用量来改善染料的发色程度,以提高其得色深度和色泽鲜艳度。

尿素并不参与染料与纤维的化学反应,最终被洗除被排放到印染废水中,导致印花废水中的含氨氮量增加,尿素在高温条件下会发生一定的分解,生成对环境有污染的氨氮化合物,加速藻类生成,造成水质的富营养化,污染生态环境。

随着国家环境保护要求的日益提高和人们对环保意识的增强,氨氮污染物排放量的限制,对印染废水中的氨氮排放指标越来越严格;如何降低印染废水中氨氮化合物的含量,已经成为印染行业亟待解决问题。

因此,开发低尿素或无尿素活性印花工艺技术倍受印染企业的关注,国内外相关科研机构已进行过广泛探讨,通过使用尿素替代品、无尿素糊料、生产各环节控制、两相法印花、使用尿素依赖性小的染料等方法全面有了开拓性进展;但尚未见企业能真正大规模的使用低尿素或无尿素工艺技术。

在生产实践中,无论是从染料方面,还是尿素替代品使用方面,单一地使用某项低尿素技术应用,并不足以解决实际的问题,活性染料的低尿素或无尿素印花工艺不能仅在某局部范围内,应通过对活性印花低尿素印花工艺关键技术的宏观研究拓展,真正实现低尿素或无尿素活性染料印花工艺的广泛使用。

2.试验部分

2.1试验材料与仪器

织物:黏胶95%/氨纶5% 40S+40D 178g/m2黏胶弹力针织物。

染料:活性嫩黄P-6GS、活性黄P-2RN、活性红P-BN、活性艳蓝P-3R、活性翠蓝P-GR、活性深蓝P-5R、活性棕P-2R、活性灰P-SG、活性藏青P-2R、活性黑P-GR;活性黑P-SG、活性嫩黄PX-G、活性深蓝PX-R、活性湖蓝PX-BG、活性黑PX-GR(莱菲雅化工)、活性红P-BS、活性洋红RGB、活性宝蓝P-DN、活性橙K-GN(市售品)。

试剂:海藻酸钠糊料(山东洁晶),活性印花增稠剂PTF-RT、Alcoprint SA-RT复合糊料、防沾皂洗剂PW(广东佛山敬展纺织材料),碳酸氢钠、防染盐S、尿素(工业品);尿素替代品(工业品),尿素替代品UD-N88(自制),标准皂液、滤纸、标准贴衬布。

仪器与设备:FA2104电子天平,RC-MP3000磁棒印花机、RC-CSD试样蒸化机(上海一派印染有限企业)、Datacolor SF650测色仪(美国Datacolor企业)、SW-12M耐洗色牢度试验机(温州方圆仪器有限企业)、Y751A摩擦牢度测试仪(温州百恩仪器有限企业)、NDJ-8S数字式黏度计(上海精天电子仪器),强力电动搅拌机JB90-D(上海标本设备厂)、拉幅定形机MINI9198(厦门瑞比)、电热鼓风干燥箱。

2.2 试验方法

2.2.1 活性染料印花

(1)基本糊/g

海藻酸钠糊               8

防染盐S                    2

加软化水至               100

加入一定量水,在不断搅拌下慢慢加入海藻酸钠糊粉,充分搅拌至均匀透明状,静置12h以上使糊料充分膨化溶胀,制得原糊浆。

(2)印花色浆配方/g

活性染料                   x

小苏打                      2~3

尿素替代品/尿素       y

原糊浆                      50

加软化水至               100

用少量软化水溶解染料,调成浆状(可适当稍加热使其溶解),再将溶解好的尿素(或尿素替代品)加入原糊中搅匀,临用前加入溶解的碳酸氢钠,充分搅拌均匀。

(3)印花工艺流程

印花色浆调制→筛网磁棒印花→烘干(110℃,3min)→汽蒸(102~103℃,8~12min)→冷水洗2道→80℃热水洗2道→皂洗(防沾皂洗剂2g/L,95℃*2~3min)→80℃热水洗2道)→冷水洗2道→烘干→测试。

2.3 测试方法

2.3.1 印花织物颜色色深及特征值

采用Datacolor SF650测色仪测试印花后织物的表观色深(Integ值),测试光源为D65、视场角为10°视角,测定印花后织物的色光CIE DH、表面色深度力度、色差CMC DE及颜色级数,以全尿素活性印花织物作参比样;试样测4次,取平均值。

2.3.2 印花色牢度

根据GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》方法测定耐摩擦色牢度;

根据GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》方法测定耐皂洗色牢度。

3.印花用活性染料对尿素的依存性

在活性染料印花中,尿素是帮助染料溶解、吸湿及促进染料固色的常用助剂;要降低或减少尿素用量,需要替代工艺或助剂能够达到尿素所发挥的助溶、吸湿、溶胀及提高印花得色量等关键作用;从助溶性来看,近年来活性染料工业得到了长足发展,染料自身的溶解性能得到了大幅提升;在染料的商品化过程中,除了染料的复配外,同时添加的各类分散剂、助溶剂等均可提高染料的溶解性。

目前市场染料厂家提供的商品活性染料,溶解度均可达到180g/kg以上,个别品种如P-3R艳蓝等染料因染料结构中嫁接了更多的磺酸基,染料溶解度可达300g/kg,这些高溶解度活性染料的广泛应用,使企业在调制印花色浆时,可无需过多地添加尿素作为助溶剂。低尿素工艺的关键是要实现尿素的吸湿和溶胀纤维两大关键作用,在蒸化固色过程中,能够为活性染料提供充分的湿热环境和促进织物纤维的膨胀,有利于染料和纤维的充分键合,提高染料上染率。

纤维素纤维织物活性染料印花中,对尿素依存性最大的是粘胶织物或粘胶混纺织物,这是由于粘胶纤维特殊的皮芯结构,皮层紧密、芯层疏松,只有纤维充分吸取水分,才利于皮层完全打开,染料分子才能进入芯层发生化学反应而固着,因此低尿素依赖性的活性染料印花开发主要针对粘胶织物;按上2.2.1活性染料印花工艺,以目前市场上主要印花用的P型活性染料配制色浆印花,测定印花织物的相对得色深度,考核其染料对尿素的依存性,结果如表1所示。

图片.png

从表1可以看出,除活性棕P-2R外,其他染料印花织物的得色深度随着尿素质量分数的增加而不断提升,特别是活性嫩黄P-6GS(C.I.活性黄95)、活性艳蓝P-3R(C.I.活性蓝49)、活性翠蓝P-GR(C.I.活性蓝72)、活性深蓝P-5R(C.I.活性蓝13)等,尿素质量分数要达到12~15%以上,染料在纤维上才能达到最大得色量,此时印花颜色稳定;这表明活性嫩黄P-6GS、艳蓝P-3R、翠蓝P-GR、深蓝P-5R印花染料在粘胶织物印花时对尿素依存性较高,主要原因有:

(1)染料相对分子质量大,进入芯层困难,如活性深蓝P-5R(络合物类)等;

(2)染料大分子空间结构非线性,不易穿透皮层,如活性翠蓝P-GR;

(3)染料反应能力弱,进入芯层的染料键合几率小,如活性嫩黄P-6GS、活性翠蓝P-GR等。

3.1 活性低尿素印花工艺技术关键

传统活性染料印花工艺中,尿素的用量并非越多越好:

其一,尿素虽然提高了活性染料的固色反应速率,加快了染料和纤维键合的速率;然而不同活性染料因其结构、反应性能不同,和纤维发生反应的速率、最终的固色率等指标也是不同的;传统的工艺处方中,尿素用量已占到印花色浆总量的8%~15%,实际上超出了大部分活性染料对尿素的正常需求量。

其二,在印花生产实践中,过多的尿素用量,反而造成部分活性染料得色浅、颜色色相改变等,例如P-3R艳蓝、P-GR翠蓝等蓝色染料,尿素用量超过15%以后,尿素在一定高温条件时开始熔融,并逐步产生热分解,析出酸性物质,该酸性物质与碱剂反应生成氰酸钠,消耗印花色浆中的部分碱剂,改变了活性染料的固色用碱剂量,而降低印花织物表面给色量,可能出现明显的色浅问题。

因此,要实现低尿素工艺,首先需要对活性染料进行全面筛查试验,以确定了解染料最佳(最少)的尿素用量,按上2.2.1活性染料印花工艺,测试不同结构染料对尿素的依存性,结果见表2。

图片.png

由表2可知,随着尿素用量的变化,活性染料的色光和得色均发生不同程度变化,多数活性染料尿素用量在60%~80%(与染料用量的比值)比较合适。实践表明,反应性较低的染料如K型(P-BN红、K-GR翠蓝、K-2BP红等)一氯均三嗪结构活性染料,需要较高的尿素用量(80%~100%),翠蓝K-GR尿素用量为染料的100%时得色与色光较好;反应性较高的染料如乙烯砜型及双活性基结构染料(P-BS红、P-DN宝蓝、P-GS黄等),仅需较少量尿素即可,建议尿素用量50~60%左右。

(未完待续,精彩内容请关注下期杂志)

 

编辑概况:

彭志忠,江西新余人,印染高级工程师,从事染整技术三十多年;致力于纺织染整、印花新技术研究及染化料应用技术管理等。

手  机:13922372675(微信同号)

E-mail:pengzhong7798@126.com

 



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