活性染料-D5懸浮體系全程非水染色技術(shù)研究.pdf

1、活性染料水浴染色存在中性電解質(zhì)用量高、染料利用率低、廢水排放量大且難處理等問題。隨著全球水資源的匱乏和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，改革傳統(tǒng)染整工藝，選擇新型染色介質(zhì)，開發(fā)節(jié)水、無水染色技術(shù)，已成為紡織染整的一個重要研究領(lǐng)域。
　　本文以生態(tài)環(huán)保的十甲基環(huán)五硅氧烷(D5)作為染色介質(zhì)，采用活性染料/D5懸浮體系這一全新的染色工藝，實(shí)現(xiàn)了活性染料非水介質(zhì)無鹽染色，且上染率與固色率均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水浴染色，能大幅度減少染色污染物的排放，同時染色后的D

2、5介質(zhì)可以回收利用，利于控制成本。
　　該項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)，為活性染料的生態(tài)染色開辟了一條新的途徑，但仍然存在一系列有待完善和需要深入研究探索的問題。本文針對其中幾個最重要的基本問題和技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，不僅試圖從原理上對有關(guān)問題進(jìn)行較深層次的闡述，也進(jìn)一步優(yōu)化完善了這些重要技術(shù)環(huán)節(jié)，為提高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化可行性提供幫助。這些重要問題和技術(shù)環(huán)節(jié)包括:
　　1.活性染料/D5懸浮體系的制備及穩(wěn)定性研究
　　制備活性染料/D

3、5懸浮體是該法染色的前提，通過對親水性染料在非水介質(zhì)中懸浮及穩(wěn)定機(jī)理的分析和研究，確定了采用特種懸浮劑加球磨的懸浮體系制備方法，并進(jìn)行了球磨工藝參數(shù)的優(yōu)化，篩選了不同種類的懸浮劑，制得了較為穩(wěn)定的且能滿足應(yīng)用需要的染料/D5懸浮液。
　　(1)根據(jù)相似相溶的原理，研究中選用了具備-Si-O-結(jié)構(gòu)的化合物HPIS、BCS-4和BCS-6作為懸浮分散劑，采用單一分散懸浮荊時，當(dāng)HPIS的用量為8％，所制得的懸浮液的穩(wěn)定性最好。

4、　　(2)由于復(fù)配后的表面活性劑具有比單一表面活性劑更為良好應(yīng)用效果，選擇分散效果相對較好的HPIS與本課題組之前使用的油酸進(jìn)行復(fù)配。當(dāng)油酸和HPIS以5∶5復(fù)配時，懸浮液的穩(wěn)定性最佳，理想的懸浮分散劑濃度為4％。
　　(3)提高懸浮體系穩(wěn)定性的另一條途徑是提高體系的粘度，本文用單硬脂酸甘油酯對D5進(jìn)行增稠后，在濃度為3％時，懸浮液能靜置存放10天或以上。在這種情況下，體系中不需要添加懸浮分散劑HPIS，以免發(fā)生奧氏熟化現(xiàn)象而導(dǎo)致

5、體系穩(wěn)定性下降。
　　(4)考察了染料/D5懸浮分散體系的穩(wěn)定性與染料上染率之間的關(guān)系，確定了以有機(jī)硅表面活性劑為懸浮分散劑的活性染料/D5懸浮分散體系為最佳穩(wěn)定性體系。應(yīng)用該體系，其穩(wěn)定性既能滿足染色過程的需要，又不影響染料上染率。
　　2.染色工藝的研究及相關(guān)機(jī)理的探索
　　根據(jù)活性染料對棉纖維的染色原理，結(jié)合染料/D5懸浮體系的基本特性，設(shè)計了纖維/織物預(yù)軋堿液的特殊染色方法，當(dāng)分別選用HPIS和BCS-4作為體

6、系的懸浮分散劑，以染色K/S值和勻染性為主要考核指標(biāo)，對預(yù)軋堿液的堿劑種類和濃度、試樣軋液率、染色溫度及時間、固色溫度及時間、試樣對D5浴比等主要染色工藝參數(shù)進(jìn)行研究和評價。試驗(yàn)結(jié)果表明:以HPIS為分散劑的活性染料/D5懸浮體的勻染性較好，且能達(dá)到很高的上染率和固色率。C.I.活性紅195在D5懸浮體系對棉織物的最佳染色工藝為:堿液中碳酸鈉用量40 g·L-1，試樣預(yù)軋堿液的帶液率160％，染色溫度20℃，染色時間40 min，固色溫

7、度60℃，固色時間40 min，試樣對D5浴比1∶20，在染料用量為1％(o.w.f)時，染色后試樣的K/S值能達(dá)到7.691（同樣染料用量的水浴染色試樣的K/S值為5.436）。這表明:活性染料/D5懸浮體系染色具有明顯的優(yōu)越性，在無鹽促染條件下上染率接近100％，染色總固著率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水浴染色，同時各項(xiàng)牢度優(yōu)良。
　　課題對上述染色方法能獲得極高上染率和固著率的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了探索和分析。
　　通過對懸浮體系中活性染料上染

8、過程的模擬和研究分析，可以確定，該上染機(jī)理類似于水在D5體系中對活性染料的萃取，由于萃取過程因染料與水和D5之間的強(qiáng)烈親憎關(guān)系而表現(xiàn)出染料轉(zhuǎn)移的單向特點(diǎn)，因此，可以得到極高的上染率，同時確認(rèn)，染色時纖維上帶水量及其穩(wěn)定性是決定染料上染率的最重要因素。
　　在確立了上述染色機(jī)理的基礎(chǔ)上，對棉纖維上帶水量以及其穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析實(shí)驗(yàn)研究，確立了在上述染色體系中纖維的最佳帶液率，在最佳帶液率的條件下，活性染料的上染率可以接近100％。

9、
　　為了探明除了高上染率有利于染色固著率外，上述染色體系是否還有其他有利于獲得高固著率的影響因素，著重考察了活性染料在該體系中的水解特性，通過模擬水浴和D5介質(zhì)的染色環(huán)境，用HPLC法分別研究了活性紅195在pH=11、60～80℃時在水浴和染料/D5懸浮體系中的水解情況。結(jié)果表明:活性染料/D5懸浮體染色過程中極少水量的染色環(huán)境顯著抑制了染料水解，pH=11條件下水解90 min，D5介質(zhì)中雙水解染料量相對傳統(tǒng)水浴60℃染色減

10、小28.1％，70℃染色減小57.8％，80℃染色減少52.6％。水解動力學(xué)研究揭示:在相同溫度下，染料在水浴中的水解速率是在D5介質(zhì)中的1.8倍左右?？椢锎嬖诘沫h(huán)境下，染料的水解也會受到一定程度的抑制，能進(jìn)一步降低D5介質(zhì)染色模擬水解條件下雙水解染料的量，使染料的水解速率有所降低。因此，染料/D5懸浮體系染色能夠大幅度提高染料的利用率。
　　3.與染料/D5懸浮體系染色工藝配套的D5介質(zhì)低水皂洗技術(shù)研究
　　活性染料染色后

11、必須進(jìn)行徹底的皂煮水洗，以去除未與纖維反應(yīng)的染料浮色，獲得足夠的色牢度。這一過程耗用的水常常是染色用水的十?dāng)?shù)倍乃至數(shù)十倍。如前所述，活性染料/D5懸浮體系染色具有接近100％的上染率和很高的固著率，與水浴染色相比，染色完成后纖維上殘留的水解染料和未固著染料大幅度減少，這就使得染色后皂煮水洗的強(qiáng)度可以大幅度減輕，為進(jìn)一步減少染色用水和排污揭示了新的可能性。從實(shí)際應(yīng)用的可行性和新工藝技術(shù)的完整性出發(fā)，也為了更好地凸顯活性染料/D5懸浮體染色

12、的節(jié)水環(huán)保意義，研究了與染料/D5懸浮體系染色工藝配套的D5介質(zhì)中低水皂洗技術(shù)的可行性。
　　研究中，利用D5中的游離水和水/D5界面上反膠束對織物上殘留染料的協(xié)同移除功能，設(shè)計了少量水加特種表面活性劑的皂洗方法，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):以D5為介質(zhì)對濃度為1％(o.w.f)的活性染料/D5懸浮體染色織物進(jìn)行皂洗，以皂洗后的殘液吸光度為主要評價指標(biāo)對特種表面活性劑種類與用量、水的用量、皂洗溫度及時間進(jìn)行優(yōu)選，最終確定使用D5為介質(zhì)皂洗活性

13、染料染色織物的最佳工藝為:以十六烷基三甲基溴化銨為皂洗劑，用量2.2g·L-1，D5浴比1∶30，體系中添加織物質(zhì)量3.5倍的清水，時間10 min，溫度95℃，一次皂洗就可以獲得良好的皂洗效果。處理后織物的干濕摩擦牢度指標(biāo)能達(dá)到一般紡織品牢度要求，但皂洗效果略低于傳統(tǒng)水浴皂洗。為了進(jìn)一步提高皂洗效果，可以用相同的工藝對織物進(jìn)行二次皂洗。二次皂洗殘液濃度以及織物干濕摩擦牢度測試結(jié)果表明:織物經(jīng)過兩次皂洗后，皂洗效果與傳統(tǒng)水浴皂洗已基本相

14、同。這證實(shí)D5介質(zhì)中低水皂洗技術(shù)對懸浮體系染色的高固著率試樣的后處理具有可行性。這為懸浮體系染色技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)一步提供了有益而更全面的思路，有重要意義。
　　4.研究了D5對染料和棉纖維性能的影響
　　為了探明D5作為染色介質(zhì)與染料和纖維之間是否發(fā)生作用而影響染色質(zhì)量，對此進(jìn)行了通過測定經(jīng)D5染色和皂洗后試樣的最大吸收波長，結(jié)果表明D5介質(zhì)對活性染料染色棉織物的色光沒有影響。利用IR、TG、SEM、X射線衍射儀及織物強(qiáng)力儀對