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毛织物活性染料染色工艺及案例探析

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:毛用活性染料是活性染料中的一种,分子结构由染料母体(发色体)和活性基或桥基组成。目前,用于羊毛染色的活性染料按活性基的不同可分以下几类。该类双活性基毛用活性染料,在弱酸性染浴中对羊毛染色可以获得较高的上染率和固色率,且由于染料和羊毛纤维之间存在着交联作用,所以具有优良的各项牢度。但由于与含有乙烯砜和一氯均三嗪双活性基型染料相比这类染料具有更高的反应性,染色时会产生小色斑等病疵。

毛织物活性染料染色工艺及案例探析

作为一种优良的天然蛋白质纤维,羊毛具有许多合成纤维无法比拟的优良品质,其制品弹性好、手感丰满、吸湿性强,受到广大消费者的青睐。传统的羊毛染色主要是用酸性染料、酸性媒染染料及金属络合染料进行染色(见本章第一、第二节),其缺点表现在:酸性染料特别是匀染性酸性染料,染色湿牢度差,且相当一部分酸性染料属禁用染料;酸性媒染染料染色色光萎暗,对环境污染严重;金属络合染料对纤维的损伤大、匀染性差、色谱不全。这些问题严重影响了毛纺织业的进一步发展。毛用活性染料与其他毛用染料不同,它是在活性染料的基础上,根据羊毛纤维的结构和染色特点而开发的更适用于羊毛纤维染色和印花的一类带有活性基的染料。这些活性基团可以和蛋白质纤维上的羟基、氨基、亚氨基等发生共价键结合,因此具有优良的染色牢度,其色泽鲜艳、使用方便、匀染性好,尤适于防缩和超级耐洗羊毛的染色。进入21世纪,由于环境的恶化和人们环保意识的提高,一系列有关环境和生态保护法的法规和标准的颁布,明确规定了禁用络媒染料和限制使用的一些有害的金属络合染料,这些都给毛用活性染料的发展提供了良好的空间,现已成为取代络媒染料和金属络合染料的重要染料类别,使得活性染料在羊毛纤维上的染色更加受到重视。

毛用活性染料是活性染料中的一种,分子结构由染料母体(发色体)和活性基或桥基组成。染料母体对染料的颜色、亲和力、扩散性、耐日晒色牢度等有较大的影响;活性基决定染料的反应性及染料—纤维键的稳定性;桥基对染料的反应性和染料—纤维键的稳定性也有一定的影响。

目前,用于羊毛染色的活性染料按活性基的不同可分以下几类。

1.α-溴代丙烯酰胺型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类染料是羊毛的专用染料,商品化的代表是Lanasol染料。染料在制造的过程中首先生成α,β-二溴代丙烯酰胺型染料,然后在水中很容易脱去溴化氢生成α-溴代丙烯酰胺型染料:

染色时,活性基与羊毛上的氨基发生亲核加成、亲核取代反应而形成共价键,实质上是一种双活性基团染料:

乙烯基双键由于羰基和溴原子的影响,反应能力增强,使亲核试剂在β-碳原子上形成加成物;另外,α-碳原子由于溴的诱导效应也增强了亲核试剂对碳原子的亲核进攻性,最终形成乙烯亚胺与纤维的结合。同时这类染料水解速率低,色泽鲜艳,固色率高,染色重现性好,耐日晒色牢度、湿处理牢度均较高,即使染深色系,染色样品仍具有较好的湿牢度。基于这些优点,被广泛应用在蛋白质纤维及其混纺织物的染色中,该类染料也同样适用于丝绸的染色。需要注意的是,部分染料对还原剂较为敏感,染色时染浴中的羊毛保护剂若含有或释放甲醛,随着沸腾保温时间的延长,所染产品变色会越来越严重。另外,由于该类染料与羊毛纤维反应速率较高,匀染性会差一点,染色时需加入匀染剂以提高匀染性。

2.2,4-二氟-5-氯嘧啶型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

染色时活性基上含有的两个氟原子(离去基)都可以与羊毛纤维上的氨基发生亲核取代反应,并形成交联,其中4位上的氟原子比较活泼,首先参与反应。固着率可高达95%,染色样品的湿处理牢度也比较好。

3.丙烯酰胺或氯乙酰胺型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类活性染料的染料母体多为1:2型金属络合酸性染料,可在强酸性或中性染浴中对羊毛进行固着,固色率达到90%~95%,染料很少被水解,但反应速率较慢,染色时间较长,且这类染料的色泽不够鲜艳,因此发展受到限制。

4.N-甲基磺酸乙基砜型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类染料也是羊毛的专用染料,商品化代表是Hostalan染料。这类染料可使羊毛得到比较均匀的染色,原因是这类染料在染色初期类似于匀染性较好的酸性染料,在染色过程中,通过染浴pH、温度和时间等染色参数的控制,活性基会逐渐转变成反应性较强的乙烯砜基,乙烯砜基再与羊毛的氨基发生亲核加成反应,完全转变的时间约1h,使得这类染料有较长的时间进行移染,保证匀染效果。此类染料色泽相对暗一点,牢度较好,成本较低,是目前取代酸性媒染染料较好的选择之一。

活性基的转变反应如下:

5.乙烯砜型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

乙烯砜类活性染料以共价键与羊毛纤维上的氨基结合,该结合是一种亲核加成反应,具有较高的反应性、上染率、固色率及优良的重现性、较高的耐光色牢度和湿处理牢度,特别适合于染深色泽。

6.乙烯砜和一氯均三嗪双活性基型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类双活性基毛用活性染料,在弱酸性染浴中对羊毛染色可以获得较高的上染率和固色率,且由于染料和羊毛纤维之间存在着交联作用,所以具有优良的各项牢度。染色时需注意的是,该类染料与含单一活性基的染料相比具有很高的反应性,与纤维的反应速率较快,染色时会有小色斑等病疵产生。浸染时可以通过控制染浴的pH及温度使羊毛与染料之间反应不至过快,也可在染色时添加特定的匀染剂等。

7.乙烯砜和2,4-二氟-5-氯嘧啶双活性基型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类双活性基毛用活性染料在弱酸性染浴中对羊毛染色具有很好的相容性和很高的牢度,不含金属和可吸附有机卤化物,且能在温和的条件下染色,不损伤羊毛,是铬媒染染料的良好取代品。但由于与含有乙烯砜和一氯均三嗪双活性基型染料相比这类染料具有更高的反应性,染色时会产生小色斑等病疵。

8.乙烯砜和α-溴代丙烯酰胺双活性基型 染料分子结构通式为:

式中:D为染料母体。

该类染料是在Lanasol染料基础上发展起来的一类不含重金属、禁用芳香胺和可吸附有机卤化物的新型双活性基毛用活性染料,主要用于中深色系列染色,具有极高的上染率和固着率、优异的提升力和重现性、好的匀染性,满足各种色牢度的使用要求,不仅在染色中可降低无机盐用量,且具有保护羊毛纤维的作用。

9.毛用活性染料混合物 按一定的原理和比例,采用两种或两种以上不同结构的活性染料混合可组成毛用活性染料混合物,例如,用含有两个乙烯砜活性基的C.I.活性黑5和含二氟一氯嘧啶基的活性染料按一定比例混合组成的黑色毛用活性染料染羊毛能获得与用C.I.媒染黑9染羊毛一样的黑色色牢度。

毛用活性染料染羊毛主要采用浸染工艺,影响染色效果的因素有染浴的pH、温度、盐的用量、匀染剂的类别和用量等。

1.pH 染色时,pH是一个重要的因素。羊毛的等电点为4.2~4.8,当pH在等电点以下时纤维带正电荷,纤维中的含量较高,能与染料阴离子产生离子键力作用而使染料吸附上染;当溶液的pH在等电点时纤维不带电,此时纤维中的和—COO-含量相等,依靠染料与纤维间的范德瓦耳斯力作用吸附上染;当溶液的pH在等电点以上时纤维带负电荷,纤维中的—COO-含量较高,与染料阴离子间产生电荷斥力,尽管分子间范德瓦耳斯力作用能吸附染料,但吸附量降低。为了防止羊毛在染色过程中受到损伤,可在弱酸性或中性介质中染色与固着,染料被水解的程度也可降低,有利于提高固着率。(www.xing528.com)

2.温度 染色时,温度也是一个重要因素。羊毛纤维上存在鳞片层,阻碍染料向内部扩散,且羊毛纤维在50℃以下膨化度很小,表面角质膨化前,即使对分子结构很小的酸吸收和扩散都会有很大阻力,因此染色温度必须高于50℃。另外,提高染色温度,可使羊毛染色上染率和固色率上升。温度不同,染料与纤维之间的亲和力及染料分子的活化能不一样,染料的染色速率随之发生变化,但温度过高会造成染料上染过快,染色不匀。

3.电解质 电解质的用量对染色结果有很大的影响。在水溶液中,常用的电解质——盐的离解可以改变染浴的电离平衡,使纤维表面带电荷情况发生变化,在弱酸性条件下起到一定的缓染作用(见本章第一节);在中性条件下起一定的促染作用,因为pH高于等电点,纤维以—COO-形式存在,与染料阴离子间产生电荷斥力,电解质电离的Na+有利于削弱纤维和染料离子间电荷斥力,从而提高染料的吸附量,起促染作用。因此,应根据不同的染色工艺合理使用电解质。

4.匀染剂 羊毛染色时,由于羊毛本身的结构特征,很难获得均匀染色。为了防止染色不均匀,除了选择合适的工艺外,添加匀染剂来控制染色的吸附速率也很重要。羊毛染色中常用的匀染剂是Albegal B。Albegal B的主要成分为两性的磺酸季铵化合物,它可吸酸也可吸碱,在较强酸性条件下,分子带正电荷,可与活性染料阴离子结合。同时,匀染剂对纤维也有一定的亲和力,可以聚集在纤维表面,吸附较多染料,提高上染率,且在染色的后期,匀染剂还会促进染料的移染,提高匀染效果。

(一)羊毛染色(Lanasol系列)

1.染色对象 羊毛毛条或毛线。

2.染色配方

3.染色升温曲线

4.操作及注意事项

(1)染色操作流程。染色机中注入适量水,加热到50℃,加元明粉和匀染剂等助剂,运行5min后加染料,再运行5min开始升温,45min内升温至80℃,保温染色20min,在30min内升温到100℃,沸染40~60min。降温到80℃,加入一定量氨水中和酸,减少染料的水解,然后水洗、皂洗、水洗,出缸,脱水,烘干。

(2)染色设备。散纤维染色机或绞纱染色机。

(3)染色用染料。亨斯迈公司的毛用活性Lanasol系列染料。

(4)染色助剂。Albegal B是羊毛染色专用匀染剂,具有优良的匀染效果,用量1~3g/L。

(二)羊毛染色(Unisol系列)

1.染色对象 羊毛纱线。

2.染色配方

A 醋酸(80%)或甲酸(85%) x(owf)

匀染剂Innkol B 1%~2%(owf)

消泡渗透剂Inkkol FFA 0.3~0.8g/L

pH 3.5

B 尤纳素 (Unisol)y(owf)

C 氨水 a(owf)

小苏打 z(owf)

pH 8.0~8.5

D 氨水 b(owf)

皂洗剂Argacel SW 2~3g/L

浴比10:1

3.染色升温曲线

4.操作及注意事项

(1)染色操作流程。染色机中注入适量水,加醋酸、匀染剂等助剂,运行10min后加染料,再运用10min,以1℃/min速度升温到95~98℃,保温染色60min,排液,80~85℃碱中和处理15min,95~98℃皂洗15min,40℃水洗5min,30℃水洗5min,2次,然后出机,脱水,烘干。

(2)染色设备。筒子纱染色机或绞纱染色机。

(3)染色用染料。为尤纳素(Unisol)系列染料,该染料是上海雅运纺织化工有限公司推荐的毛用活性染料,Unisol黑VG和Unisol红VR是色光鲜艳的毛用活性染料,提升力高,湿牢度佳,对毛根、毛尖的覆盖性优良。

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