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还原染料轧染色光稳定性因素分析及解决方案

 无论是还原染料轧染还是活性染料轧染,都普遍存在色光稳定性差的问题。在实际生产中,常常因为色光与客户来样不符,而需返工回修,使染色一次成功率大大降低。造成还原染料染色光不稳定的因素很多,笔者根据多年来的生产经验,提出以下几点值得注意的问题。

1染料质量问题

迄今,染料尚无一个严格的统一标准,尤其是国产染料。同一只染料,不同生产厂家的产品,甚至是同一生产厂家不同批次的产品,其力分、色光都会有差异与出厂标准相差较大。有些供应商在染料商品化处理过程中,只能依靠外加染料大幅度“调色”,以使染料成品的强度、色光接近或达到出厂标准。

对于“调色”用的外加染料,应尽量符合以下要求:(1)调色用的外加染料,在染色性能方面应与主体染料必须具有良好的配伍性,特别是上染同步性和色牢度一致性,以及深度加合性等。然而,一些染料生产厂家,对“调色”用外加染料缺乏严格的选择,常常只顾“调色”,不顾性能。(2)通常要求调色用外加染料的用量控制在2%以内。因为这个用量范围对主体染料的整体性能影响较小。然而,有些染料供应商调色外加染料用量远超过2%,甚至高达5%~10%,使调色后的染料成品实际上变成了“拼混染料”,而且其拼混组分间往往又缺乏良好的染色配伍性。(3)有些染料企业的烘干造粒技术落后,商品化处理水平不高,使得染料成品中的各种组分比重相差很大,在运输、贮藏和使用过程中,易产生分层现象,导致同一包装的上、中、下层染料力分强度不同,甚至染色性能也存在差异。因此,对进厂的染料必须进行以下强化检测。

(1)进厂染料必须100%检测,不能只做抽检工作。

(2)检测染料的力分,不能只从染料包装的表层取样,应采用专用工具从染料的各层取样并同时检测。

(3)染料色光的稳定性,也要采取改变工艺条件的方法来检测。

2丝光效果问题

众所周知,丝光处理对棉纤维染色性能的影响较大,其原因有两方面:

(1)近年来,许多印染企业在棉织物前处理中,都采用了碱氧或酶氧一浴冷堆、(短蒸)、水洗工艺。但是,短流程工艺在发挥节能优势的同时,一般都存在着毛效欠佳的问题。

织物毛效低(尤其是毛效不匀)会明显影响棉纤维的丝光度,产生半丝光或表面丝光,这不仅会明显降低得色量,也会降低匀染性和染色牢度。

(2)不少印染企业,为了节约能源降低成本,片面降低丝光碱浓度,采用220 g/L以下的丝光碱浓。事实上,采用220 g/L以上的碱液进行张力丝光,才会产生稳定的“全丝光”效果(由于碱浓度高,棉纤维丝光充分,即使碱浓度存在一定差异,对染色结果的影响也很小)。采用220 g/L以下的烧碱丝光,严格讲只是“半丝光”,根本达不到“全丝光”的稳定效果。因而,碱浓度一旦产生波动,棉纤维的吸色能力便会发生变化。所以,“半丝光”处理的染色半制品,很容易产生深度与色光的波动,如表1所示。

应对措施:

(1)采用碱氧或酶氧一浴处理后,最好经一道汽蒸氧复漂处理。实践证明,这可显著提高棉织物的毛效及均匀性,确保丝光效果更透彻一致。

(2)以220 g/L以上烧碱用量进行张力全丝光,使染色半制品的吸色能力更强、更稳定,从而消除半制品的质量差异,提高染色重现性。

3轧染工艺问题

还原染料在使用性能上,存在三大缺陷,即不同结构染料的还原和氧化难易程度,以及皂洗的色变性能相差很大。在连续轧染中,这些缺陷更加突出,是影响还原染料色光稳定性的关键因素。

3.1染料的正常还原问题

众所周知,还原染料必须还原成可溶性的隐色体才能上染,而不同结构的还原染料,其隐色体的还原负电位相差很大。例如,还原黄G的还原负电位最低(-64 mV),最容易还原;还原橄榄R的还原负电位最高(-927 mV),最难还原。

传统还原剂保险粉用量在20 g/L和60℃时的还原负电位(实测值)为-1 080 mV,因而它能将所有的还原染料还原成隐色体。在连续轧染中,汽蒸温度高(100~102℃),20 g/L保险粉的还原负电位(实测值)在短时间内可达-1 135 mV左右,比还原染料正常还原所需的还原电位负值高很多。轧染时,一旦烧碱-保险粉用量过高,一些易“过还原”的黄蒽酮蒽醌染料(如还原黄G)和蓝蒽酮蒽醌染料(如还原蓝RSN、还原蓝BC等)易发生还原过度;一些含酰胺基结构的还原染料(如还原棕R、还原橄榄R等)在烧碱-保险粉用量过高时,还可能发生水解,生成色泽较深的氨基化合物。

当前,市场上推出了一些保险粉替代品,具有用量少、耐热性好和成本低等优点,但必须注意这类还原剂均为复配物,其中含有二氧化硫脲(简称TD,学名甲脒亚磺酸)。二氧化硫脲的还原性比保险粉强,其用量为5 g/L和烧碱(100%)15 g/L时,在温度100℃条件下,其还原负电位可达-1 220mV(实测值)。因此,若还原黄蒽酮与蓝蒽酮类的蒽醌染料,更容易产生“过还原”现象。

染料还原过度,色光会显著异变,同时上染率与色牢度也会降低。例如,还原蓝RSN经过还原后的色光明显萎暗,明亮的蓝光甚至完全消失。还原蓝BC过还原(脱卤)后,会由蓝光漂蓝变为红光宝蓝(实际变成蓝RSN)。特别需要注意的是,这种“过还原”引起的色光变化基本上是不可逆的,即使经氧化也无法恢复。

因此,还原染料轧染配制还原液时,一定要注意:(1)烧碱-保险粉用量一定要适当,“用量越高,色光稳定性越好”是不可行的。

(2)在使用保险粉替代品时,如黄蒽酮与蓝蒽酮类的蒽醌染料最好不用,其它类染料也应在试验的基础上慎用。

3.2染料的正常氧化问题

不同结构的还原染料,其氧化速度不同。有些还原染料的隐色体氧化速度很快,汽蒸后只需水洗、透风就可完成氧化。这类染料包括:蓝蒽酮蒽醌染料中的还原蓝RSN,还原漂蓝BC,还原艳蓝3G和还原蓝GCDN等;紫蒽酮蒽醌染料中的还原艳绿FFB,还原艳绿2G和还原深蓝BO等;咔唑蒽醌染料中的还原橄榄绿B和还原卡其2G等。其中,有些染料在氧化条件较强的情况下,甚至会发生“过氧化”,色光显著变暗、失真;有些还原染料的隐色体氧化速度则很慢,例如,蒽醌染料中的还原艳橙RK,硫靛染料中的还原桃红R,还原红青莲RH,黄蒽酮染料中的还原黄G等。这些隐色体氧化速度特别慢的染料,必须采用氧化剂氧化。

 

由于不同结构还原染料的隐色体氧化速度差别很大,在实际生产中,氧化工艺往往顾此失彼,造成色光稳定性差。如还原黄G是还原染料拼色轧染中不可缺少的黄色染料,但其氧化速度特别慢,常常因氧化条件与其氧化性能不适应(如汽蒸后水洗去碱太净、氧化剂浓度不足、氧化温度过低和染色车速过快等),表现出氧化迟钝和氧化不足的问题,在水洗、皂洗过程中,落色较多(常常被误认为色牢度不好),从而导致拼色色光波动性大。

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为此,还原染料连续轧染要注意三点:

(1)隐色体氧化速度特别快且易“过氧化”的染料,尽量不与隐色体氧化速度特别慢的染料拼染,以免氧化时顾此失彼。

(2)要根据染料的隐色体氧化性能调节汽蒸后冷水冲洗的去碱程度。因为染料隐色体比隐色酸氧化速度更快,所以对氧化速度慢的染料,织物上带适当的碱更容易实现充分氧化;对氧化速度快的染料,织物带碱不宜过多,否则易发生“过氧化”。

(3)为使不同染料隐色体均能正常氧化,确保色光艳丽、纯正,连续轧染时不宜采用水洗、透风氧化法,而适合采用双氧水氧化法。因为双氧水在弱碱性条件下氧化温和,不致引起染料的“过氧化”。

经验氧化条件为:

100%H2O21~1.5 g/L,氧化温度(50±2)℃,氧化时间25~30 s(相当于一格平洗槽+透风氧化或两格平洗槽串联氧化)。

3.3染料的皂洗变色问题

还原染料与活性染料有一个最大的不同点,就是还原染料具有突出的“皂洗效应”,即染着在纤维上的还原染料经高温湿热处理(皂洗、水洗、烘干等)后,色深、色光会发生变化。实践表明,大多数还原染料“皂洗效应”明显(见表2)。

因此,还原染料经还原汽蒸、水洗、氧化后,纤维上的染料并非是稳定态,而是亚稳态。试验表明,要使染着在纤维上的染料从亚稳态变为稳定态,充分发色,保持色光稳定,只能通过高温皂洗来实现。但不同品种的还原染料“充分发色”所需的时间不同,有的发色快,有的发色慢(表3)。

由表3知,大部分染料达到基本发色所需的皂洗时间,至少需要1 min以上,而充分发色至少需4~5 min以上。在连续轧染生产中,由于轧染设备的限制,皂洗时间通常只有60~70 s(60 m大皂洗箱,车速50~60 m/min)。对于容易发色的染料,如灰BG,黄G,紫2R,蓝GCDN,漂蓝BC,艳绿FFB和棕R等,可以“基本发色”,但不能“充分发色”。对于发色慢的品种,如深蓝BO,深蓝VB,桃红R,棕G和棕GG等,则连“基本发色”也难以保证。因此,还原染料(尤其是发色慢的染料)连续轧染织物,由于在湿热后整理(柔软热拉、预缩)过程中纤维上的染料会继续发色(直到实现稳定状态),色深、色光会发生一定程度的改变;还原染料轧染的色布,在耐洗色牢度[GB/T 3921.4—1997,(95±2)℃×30 min]测试过程中,原样变色一般较大,甚至达不到外销要求。可见,还原染料轧染织物的皂洗,不仅是为了去除浮色,提高鲜艳度和色牢度,还具有使染料发色、稳定色光的作用。因此,要特别重视还原染料轧染中的皂煮工序。

需要强调的是,皂洗温度必须在95℃以上,不能边开车边升温。皂洗时间要保证在60 s以上。确定轧染车速时,不仅要考虑所染色泽的深浅、织物的厚薄、染料还原速度和隐色体氧化速度,还必须保证皂洗时间,使染料基本发色。

试验表明,采用皂洗剂不仅可提高染色牢度,还可促进还原染料的发色。含螯合分散剂的复合型阴/非离子皂洗剂,具有较强的分散、乳化、携污和净洗能力,综合效果良好。



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