棉活性染色低温皂洗剂的性能研究
彭志忠
［1．莱菲雅（广州）新材料科技有限企业 广东广州 510660；2．佛山市敬展纺织材料有限企业 广东佛山528223］
摘 要：本文针对活性染料染色采用传统皂洗工艺的弊病，分析了新型的低温皂洗剂取代传统皂洗工艺的试验结果及实践效果；低温皂洗剂在棉活性染色皂洗工艺的规模化生产应用推广，实践应用中取得了降低水、电、蒸汽消耗、降低废水中的色度和COD/BOD、减少废水的排放、高功效、增加产能、节约生产成本的效果。
关键词：低温防沾皂洗剂；棉等纤维素纤维；活性染料染色；节能减排；色牢度
前 言
活性染料具有色谱全、色泽鲜艳、价格适宜和简单易配色等优点，广泛应用于纤维素纤维的染色和印花等。在高温碱性染色浴和洗涤中，活性染料和纤维素纤维键合时不可避免的发生水解反应会造成浮色，影响染色织物色泽鲜艳度和色牢度，因而染色后需经过充分皂洗。常规采用较高温（95～100℃）下进行皂洗，从而去除织物上的浮色和污渍及盐碱电解质等成分，提高染色织物的色泽鲜艳度，达到所要求色牢度；但其皂洗工艺时间长，水、电、汽能耗均较高，且导致生产车间环境温度提高，对工作人员、染整设备和环保节能均不利。
纯棉织物经活性染料染色后，需要选择适当的皂洗剂进行皂洗，以提高产品质量并降低能耗。近年来，国内外新产品中有采用高分子复配技术以及添加含特殊物质或生物酶技术开发的新型皂洗剂，皂洗效果虽好，但由于皂洗温度和皂洗色光控制、起泡性及纤维强力上的危害等问题，所以在节能减排方面不理想。为此，开发不含APEO、不含磷和生物降解性良好的低温无泡高效皂洗剂是当前该领域的研发方向。
1．实验
1.1 材料、试剂及主要仪器
织物：纯棉针织染色（大红色、翠蓝色）布（未皂洗）。
试剂：乙烯基吡咯烷酮（AR，上海试剂总厂）；丙烯酸（AR，华东医药有限企业）；马来酸酐（CP，上海试剂总厂）；过硫酸铵（AR，华东医药总企业）；氢氧化钠（AR，上海试剂总厂）；常规皂洗剂WT，冰醋酸（市售）。
仪器：电子分析天平（BT 125D型，赛多利斯科学仪器），常温摇摆式小样染色机（AS-12型，鹤山精湛染整设备厂），电脑测色仪（Datacolor 600），DHG-924B5-Ⅲ型烘箱（上海新苗医疗器械有限企业），皂洗牢度测试仪（LM型）、Y（B）571型色牢度摩擦仪（温州大荣纺织标准仪器厂）。
1.2 低温皂洗剂的合成
马来酸酐、丙烯酸和适量的水经碱中和后，加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠（氧化还原型引发剂），滴加乙烯基吡咯烷酮和胶体保护剂等，逐渐升温至共聚反应温度，聚合反应一定时间，制得无色或浅黄色透明水溶性聚合物，即为低温皂洗剂RCP。
马来酸和丙烯酸有机高分子共聚物具有良好的胶体特性，能与染料形成络合物，防止洗下的染料返沾织物布面；聚乙烯吡咯烷酮（PVP）分子中的内酰胺结构使其与染料分子中的有机官能团（如羟基、氨基、羧基）有很强的结合能力，因此能有效地去除浮色，提高皂洗效果。基于各类高聚物的优良特性，本试验制备出新型低温无泡皂洗剂RCP，其主要组分为丙烯酸-乙烯基吡咯烷酮-马来酸酐三元共聚物，在使用过程中不会产生泡沫，螯合分散能力强，使皂洗后的清洗更加容易，不含APEO及含磷等，减少环境污染；在70～80℃温度具有极佳的皂洗效果，大大节约能耗和加工时间，提高生产效率，降低企业的综合成本。
1.3 棉活性染色皂洗后处理工艺
a．传统高温皂洗后处理：活性染色后排液→冷水洗→酸中和→冷水洗→皂洗（95℃×20min，皂洗剂WT 1.0～2.0g/L）→冷水洗→热水洗（70℃）→冷洗（2道）。
b．低温皂洗后处理：活性染色后排液→冷水洗→酸中和、水洗→皂洗（70℃～80℃×20min，低温皂洗剂RCP 0.5～1.0g/L）→冷水洗→热水洗（60℃，1～2道）。
1.4 测试方法
皂洗剂的起泡性能测试：按照GB/T 21885- 2008纺织印染助剂泡沫效果测试。
耐皂洗色牢度：按照ISO 105-C03皂洗牢度《纺织品色牢度试验 耐洗色牢度》测定。
防沾色性能测试：将染色织物5g和相同贴衬织物2.5g，在防沾皂洗剂2g/L，浴比1∶15g，皂洗20min；取出皂洗后的染色和沾色后的贴衬织物，用冷水漂洗，于60℃温度下烘干。
耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。
2．结果与讨论
2.1 皂洗剂起泡性能
室温下，配制一定浓度的皂洗剂WT和RCP，取配制的溶液加入比色管中，上下震摇荡20次，静置记录泡沫高度：a．马上泡高：表示泡沫力大小；b．1min后测泡高：表示泡沫消失快慢；皂洗剂的泡沫性测试结果见表1。
表1 皂洗剂起泡性对比数据
从上表1数据分析，皂洗剂RCP皂洗剂为极低泡型皂洗剂；低温皂洗剂的泡沫性较优异，有利于染色后处理清洗进行和皂洗产品品质保证。
2.2 皂洗剂RCP皂洗温度确定
皂洗剂在净洗、洗涤过程中受温度的影响很大，为测试皂洗温度对洗涤效果的影响，取RCP用量1g/L，皂洗时间20min，浴比1∶15，测试其不同温度下棉针织活性大红Scarlet 2G（5% o.w.f）染色布皂洗效果，实验见下表2。
表2 皂洗剂RCP不同温度下对皂洗牢度的影响
由上表2可知，皂洗剂RCP随皂洗温度提高，其皂洗效果有所提升；但在80℃皂洗就能达到较好皂洗的效果，甚至可以根据客户对色牢度的要求选择皂洗温度；皂洗剂RCP净洗、吸附和分散浮色染料的能力强，因而RCP的皂洗温度较低，可选择使用温度70～80℃进行皂洗。
2.3 皂洗剂RCP用量对皂洗牢度的影响
为保证染色织物的皂洗效果及牢度满足要求，皂洗剂用量的选择极为重要。现按1.3活性染色皂洗后处理工艺，取RCP不同用量，皂洗条件：80℃温度×时间20min，浴比1∶15；而皂洗剂WT按95℃温度×时间20min；测试其不同用量棉针织活性大红色布皂洗效果，实验结果见下表3。
表3 皂洗剂用量对皂洗牢度的影响
从上表3各种牢度的测试结果看，尽管低温环保皂洗剂采用80℃温度皂洗，但该产品中复配的辅助用剂具有良好洗涤、分散能力，可将浮色尽可能的洗下来，低温皂洗剂RCP在80℃皂洗完全能达到95℃高温常规皂洗后处理工艺的效果；因此，RCP的使用温度较常规高温皂洗剂可降低20～30℃温度，从而减少蒸汽用量和提高生产效率，降低皂洗工艺成本。
2.4 皂洗剂防沾色性能测试
现按1.3活性染色皂洗后处理工艺，取不同皂洗剂对（大红、翠蓝色）棉针织染色织物按以下操作：a．皂洗剂WT按95℃温度×时间20min，浴比1∶15；b．皂洗剂RCP按照80℃温度×时间20min，浴比1∶15，分别测试皂洗剂的防沾色性能，实验结果见下表4。
表4 皂洗剂的防沾色性能
从上表4实验结果可知，皂洗剂RCP防沾色效果较高温皂洗剂WT好，由于皂洗剂RCP卓越的螯合分散能力和较强的染料结合力，使皂洗液中的浮色和水解染料清洗更加容易，更具有优异的防返沾色效果。
2.5 皂洗剂对染色织物摩擦牢度的影响
现按1.3活性染色皂洗后处理工艺，取不同皂洗剂对（大红、翠蓝色）棉针织染色织物按以下操作：a．皂洗剂WT按照95℃温度×时间20min，浴比1∶15；b．皂洗剂RCP按照80℃温度×时间20min，浴比1∶15，分别测试皂洗后的染色织物湿摩擦牢度，实验结果见下表5。
表5 皂洗剂对织物湿摩擦牢度影响
从上表5实验结果，皂洗剂RCP皂洗后织物湿摩擦牢度提升较好，由于皂洗剂RCP较优的净洗、分散螯合能力，更加容易清洗浮色和水解的染料，具有优越的色牢度提升效果。
2.6 皂洗剂RCP在不同水质条件下的皂洗效果
按1.3活性染色皂洗后处理b工艺，以低温皂洗剂1.0g/L RCP在不同硬度水质中80℃温度皂洗处理过翠蓝色棉针织物，测试不同硬度中的皂洗效果，其测试结果如下表6。
表6 水质对皂洗剂RCP的皂洗牢度影响
从表6各种牢度的测试结果看，水硬度对RCP的皂洗效果影响较少，由于皂洗剂RCP具有一定的螯合分散能力，但当水硬度高于200mg/KG对皂洗效果稍有不良影响，水中的Ca2+、Mg2+易使浮色染料的水溶性基团形成沉淀，而影响浮色染料的去除与分散。因此，在皂洗时应注意水质的变化，一般染厂自来水硬度在100～150mg/KG，对皂洗效果不会产生影响。
2.7 低温皂洗剂对染色织物色光的影响
按1.3活性染色皂洗后处理b工艺，用低温皂洗剂1.0g/L RCP皂洗处理过的翠蓝色为样品，以传统高温后处理工艺的翠蓝色布样作为标准板，在D65灯为光源情况下，用测色仪测试样品与标准板的色差，其结果如下表7。
表7 低温皂洗剂RCP对织物色差影响测试
从上表7数据可以发现，翠蓝色棉针织布样，经过低温皂洗剂RCP低温皂洗后布样的色光与传统高温皂洗布样的色光差别不大，均在允许范围内，所以低温皂洗剂中没有含能破坏未固着染料及水解染料分子中的发色基团的特种材料，其在用量适当情况下，皂洗时对布样的颜色（色泽）影响极甚微。
3．RCP皂洗剂的印染生产实践
某企业常压溢流染色机棉针织布染色应用实践，染色车间对染色全棉针织物进行低温皂洗试验：棉活性染料染色→冷水洗→热水洗→酸中和→皂洗（70～80℃）→热水洗→冷水洗→固色、柔软处理→出缸。
按照工厂实际生产工艺情况进行成本对比分析，以生产1吨棉针织大红染色布、浴比1∶10来计算，低温皂洗工艺与传统高温皂洗工艺能源助剂成本对比见表8。
表8 低温皂洗工艺与传统皂洗工艺能源成本对比
由于采用低温皂洗剂RCP的低温皂洗工艺，在保持相同色牢度甚至有所提高的情况下，每吨布可节水约20吨，减少了污水处理负担，节省时间60min以上；另外，皂洗温度由传统的95℃左右降低至70～80℃左右，减少耗电及每吨布降低蒸汽用量，节省能耗和提高工作效率。实际生产表明，各种颜色和深度的棉针织活性染色物皂洗剂RCP皂洗后，色牢度均好于传统高温皂洗工艺。
4．结论
（1）棉针织物活性染色后皂洗采用低温皂洗剂RCP工艺，在实践印染生产中，取得了降低水、电、蒸汽消耗，节省时间，减少废污水排放量，以及降低综合成本的效果，有效避免了传统的高温皂洗工艺弊端，具有显著的经济效益，符合节能减排、清洁生产。
（2）低温皂洗剂RCP建议应用工艺：皂洗剂用量0.5～1.0g/L，皂洗温度70～80℃，时间20min；低温皂洗剂RCP能够使传统的皂洗温度降低20～30℃，产品的色光、色牢度等指标均好于常规皂洗剂效果。
（3）采用低温皂洗剂RCP，可避免棉/氨纶拉架织物、粘胶及莫代尔等染色织物高温皂洗时容易产生的折痕和皱褶，降低了皂洗温度，能够提高产品质量。
编辑概况：
彭志忠，江西新余人，印染高级工程师，从事染整技术近三十年，致力于纺织染整、印花新技术研究及技术应用推广服务等工作。
手 机：13922372675（微信同号）
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