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提高还原染料染色牢度的实践

要认真选择染料

1.1一定要采用超细粉染料染色。

用于轧染的染料,80%以上的染料颗粒、直径要小于2 微米 ,且无大颗粒存在。

这是因为,染料的颗粒越大,单位重量的染料表面积越小,与还原液接触的反应面积越小,汽蒸还原时,还原速率越低还原溶解程度越差。在连续轧染中,染料的还原溶解、以及向纤维内部的扩散、染着,是在短时间内完成任务的(一般是60-90s ),因此,染料还原速率的快慢,还原溶解状态的好坏,对染料的匀染透染影响很大。

染料的透染性差,势必要造成“浮色”增加,染色牢度下降。尤其是磨擦牢度。

生产实践证明,染料颗粒细小,轧染悬浮液稳定,不容易沉淀,匀染透染性也好,得色量相对也高。

颗粒细度的测定方法:

最简便实用的方法是采用滤纸渗圈法。即配5g/L的染液,吸取0.2ml,滴在滤纸中央,晾干后,观察染料的扩散情况。当扩散形成的圆圈有3-5(直径),圆内无水印,圆心无色点色圈,扩散均匀,外圈有一圈深色时为好。

当今,市售的还原染料,应该是超细粉的防尘颗粒,具有较好的水中扩散性和良好的悬浮体抗凝聚性(染料中含有大量的分散剂),无需砂磨,直接打浆即可轧染。然而,实际测试表明,不同生产厂家,不同品种的染料,其水中扩散性和悬浮体抗凝聚性良莠不齐,因此,应用前的细度测定,是必要的。

对颗粒粗、扩散性能差的品种,尽量不用。必须使用时,一定要加入效果好的分散剂,进行砂磨。

1.2要选用皂洗效应小的染料

所谓皂洗效应,是指染着在纤维上的染料,经皂洗处理,色光深浅会发生改变。

实验表明,多数还原染料“皂洗效应”明显。即浸轧在织物上的染料,经还原、氧化,在皂洗前后色光变化显著。

表1常用还原染料皂洗前后色光的变化

染料名称

皂洗前后色光变化

染料名称

皂洗前后色光变化

橄榄绿B

黄棕光消失、明显变兰光

艳绿FFB

兰光加重

灰BG

明显转红光、有浅色效应

卡其2G

显著转绿

深兰BO

兰光消退、变红莲色

棕G

转灰绿光

兰RSN

兰青光消退、变红光亮兰

棕GG

转灰绿光

深兰VB

兰灰光消失、变红光暗兰

棕RRD

显著变红

灰BM

红光消退、转青灰光

棕BR

黄光加重

黄G

红光加重、较艳亮

棕R

变艳亮

桃红R

显著转黄光

艳紫2R

转红光

兰GCDN

显著转红光

漂兰BC

红光加重

皂洗色变的原因:

这是因为浸轧在纤维上的染料,经汽蒸→氧化处理后,在纤维上的存在状态是亚稳定态而不是稳定态。即,染着在纤维上的染料,皂洗中在湿热条件下,会发生以下三方面的改变:

⑴氧化后,染料隐色体转为不溶性染料,对纤维亲和力下降,在皂洗过程中,这些处于高度分散状态的染料分子会发生移动,形成聚集,甚至形成晶体---结晶状态改变。

⑵染料分子的取向,在皂洗过程中,也会从与纤维分子链的平行状态,变为与纤维分子链垂直状态---取向度改变。

⑶在皂洗过程中,染料分子还会异构化(顺式←→反式)------ 结构构型改变。

正因为纤维上的染料,在皂洗过程中,在结晶、取向、构型等方面发生了改变,而导致染料的吸光性变化、纤维的染色色光改变。实验表明,要使染着在纤维上的染料,从亚稳态变为稳定态,即充分发色,色光稳定。不同品种的还原染料所需要的皂洗时间是不同的,而且差距很大。

表2    常用还原染料所需皂洗时间

染料名称

基本发色

充分发色

沸温皂洗(分)

沸温皂洗(分)

80℃皂洗(分)

橄榄绿B

灰BG

深兰BO

兰RSN

深兰VB

灰BM

黄G

桃红R

艳紫2R

兰GCDN

漂兰BC

艳绿FFB

卡其2G

棕G

棕GG

棕RRD

棕BR

棕R

2

1

6

2

4

3

1

5

1

1

1

1

2

4

4

5

0.5

1

8

3

8

6

8

7

3

20

6

4

3

2

7

15

15

10

1

3

25

15

15

10

20

15

10

40

20

15

10

10

20

30

30

20

5

10

从表2可看出:要达到基本发色程度需的皂洗时间,快者要1分钟以上,慢者要4分钟以上,要达到充分发色程序,起码要4-5分钟以上。

而在现实的连续轧染生产中,由于轧染设备的限制,当车速为45-50m/min时,其皂洗时间一般只有40-30秒,不要说达不到“充分发色”程度,就是“基本发色”程度也达不到。

显然,纤维上的染料发色不充分,织物色光处于亚稳态,在以后的皂洗牢度测试时,势必要产生显著的色光异变,造成皂洗牢度原样褪变色达不到4级外销要求(一般只能达到3级左右)。

因此,染色时应尽量选择皂洗色变性小的,皂洗发色容易的染料使用。这样,不仅可以显著改善皂洗褪变色牢度,而且还可以明显减小落布色差。

比如:染深蓝色或藏青色时,

如果采用深兰VB、深兰BO来拼色,其皂洗原样褪变色一般很差。这是因为深兰BO的皂洗色变性很大的缘故。

注:VB深兰组成   蓝RSN   46.7%

                 深蓝 BO  39.6%

                 橄榄绿B  13.7%

如果采用兰RSN为主体拼色,不仅高温皂洗褪变色牢度明显提高,湿摩擦牢度也会得到明显改善。

要合理制订工艺

2.1 预烘

浸轧染液后的预烘,一定要温和。因为浸轧在纤维上的染料,此时呈不溶性的分散状态,对纤维的亲和力很低,高温急烘会使染料微粒从内向外泳移,造成纤维表层染料聚集,这不仅会影响布面的匀染效果,而且会给染料的还原、溶解、扩散造成困难,使染色结果得色量降低,摩擦牢度下降。

为此,(1)红外线不要与织物靠得太近,只要能烘掉总带液量20%左右的自由水分即可。(2)第一组烘箱温度要控制在80℃以内,不宜过高;第二组烘箱温度可控制在100℃左右,将织物烘至7~8成干即可上烘筒烘燥。

2.2 汽蒸

汽蒸前,纤维上的染料为不溶性氧化态的微粒,并未染着在纤维上,要在70~90秒汽蒸时间内,完成还原、溶解、扩散、染着的全过程,对汽蒸条件的要求,显然是很高的。

倘若汽蒸条件不当,染料还原溶解扩散不良,不但布面匀染性差,得色量低,对染色牢度的影响也很大。所以,汽蒸条件一定要合理。

2.2.1 烧碱保险粉用量

纤维上不溶性的染料微粒,在烧碱和保险粉的存在下,经高温汽蒸,才能转变为可溶性的隐色体钠盐,进而与纤维发生染着作用。因此,烧碱和保险粉必须保持足量,但要适当。用量过多或过少都会给染色质量造成危害。

例一, 烧碱、保险粉用量过高,在车速较慢、汽蒸时间过长的情况下,一些蓝蒽酮类染料(如RSN蓝),会发生“过还原”。使色泽鲜艳度显著下降,而且由于亲和力降低,使染色牢度也受到明显的影响。

例二, 分子中含有卤素基的染料如还原漂蓝BC等。

在烧碱、保险粉浓度过高,高温汽蒸时间稍长时,会发生脱卤现象,分子结构中二个氯原子脱落,变成蓝蒽酮的隐色体即RSN兰。也可以加入10~20g/l的尿素,保持还原液的稳定性。

氧化后,其色光严重变红,耐氯牢度显著下降。

例三, 一些含有酰胺结构(-C-N-)的染料品种,烧碱浓度过高,在高温下,有可能水解,会生成色泽较深的氨基化合物,使色光改变,染色牢度下降。

如:还原棕R、金橙3G、橄榄绿R等。

例四, 烧碱用量不足时,隐色体不能稳定地溶解在水中,会产生染料分子异构化(重排)

如还原蓝RSN,分子重排后会变成紫色难溶的蒽酚酮化合物

蓝蒽酮类染料最容易发生(如兰RSN、GCDN、BC等)这种异构现象。咔唑类蒽醌染料也会发生(如金橙3G、卡其2G、橄榄绿B、橄榄R、棕R、灰M等)

发生“异构现象”的结果,染料失去水溶性,无法向纤维内部扩散染着,即影响得色量,又会使浮色增加,降低染色牢度。

生产实践表明:100%烧碱与100%保险粉,以1:1为宜。

烧碱用量过多,会使染料隐色体溶解度增大,得色浅。

烧碱用量过少,不利于染料还原溶解上染,不仅得色浅,而且染色鲜艳度和色牢度显著下降。

烧碱、保险粉的实际用量,视染料浓度、设备条件而定。

干布还原时补充液浓度

          经验用量为(g/L)        浅色          中色             深色

          100%烧碱                15-20         20-25            25以上

          100%H/S                 15-20         20-25            25以上

还原液糟中的浓度,约为补充液的70-80%。

初开车时,由于蒸箱内有空气残留,会消耗保险粉。所以,在开车前,水封口内要追加保险粉5g/L左右,以确保染料能充分还原溶解。

2.2.2汽蒸温度和时间

不同结构的还原染料,其还原的难易程度和还原速度的快慢不同。

染料还原的难易程度以其隐色体的还原负电位值来表示的。

还原染料隐色体的还原负电位都在1000mV以下,保险粉的还原负电位在1000mV以上,足以还原所有的还原染料,只要H/S足量,染料还原的难易程度不必考虑。

值得注意的是还原反应速度的快慢,即还原速率的高低。因为不同结构的还原染料,其还原速率相差很大。

如还原黄G和还原橙RF在NaOH 20g/L、H/S 20g/L、40℃条件下测试,其还原时间为:黄G10秒;橙RF100分钟。

一般来说,靛系还原染料,特别是硫靛类还原染料,如桃红R等,其隐色体的还原负电位低,还原容易。

而大多数蒽醌类还原染料,其隐色体的还原电位高,还原困难但还原速率较快。

在实际生产中由于还原汽蒸箱的限制,染料的还原溶解必须在70~90秒之内完成。这就必须从二个方面来保证。

第一, 烧碱、保险粉必须有足够高的浓度

第二, 汽蒸要有足够高的温度。 

生产实践表明,汽蒸湿度必须保持饱和蒸汽102~103℃。蒸箱内压水柱保持10。汽蒸还原时间保持70~90秒。(蒸箱容布量一般为60~80米)。

以上条件,足以保证纤维上的染料,完成还原、溶解、扩散、染着全过程。还原时间过长,尤其是在烧碱、保险粉足量的情况下,除正常的还原反应外,还可能发生副反应,如:染料过还原、染料脱卤、染料水解等,反而会给染色鲜艳度和染色坚牢度造成影响。

实践证明,还原汽蒸时间适当短些,不容易发生副反应。

2.2 氧化

经汽蒸还原,扩散进入纤维并发生染着的染料隐色体,经水洗、氧化便成不溶性的还原染料,呈高度分散状态存在于纤维上。

多数还原染料容易氧化,其氧化速率较快,甚至通过水洗、透风就可氧化,如还原兰RSN、还原艳绿FFB等。

但有些染料则较维氧化,氧化速率较慢,如还原桃红R,还原黄G等。也就是说,不同结构的染料,其氧化性能不同。

在实际的连续轧染中,车速较快(40~50m/min),氧化时间较短(一格平洗槽的氧化时间约为10~12秒)。为了将不同结构、氧化维易程度不同的染料,都能实现充分氧化,

必须采用氧化剂氧化。

用量:100%  H2O2  1~1.5g/L

温度:40~50℃

时间:单槽氧化+透风氧化或双槽氧化。氧化时间约20~25秒。

实践证明,以上氧化工艺是可行的。常用还原染料无论染浅、中、深色均能实现充分氧化。

纤维上的染料,只有在充分氧化的基础上,经皂洗,才能获得浓艳、纯正的色泽和良好的色牢度。

这里要注意:

双氧水用量不宜过多,氧化温度不宜过高。这是因为在氧化条件剧烈的条件下,一些容易氧化的染料,会发生“过氧化”。使色光变呆滞、变灰暗。

如还原兰RSN、漂兰BC、橄榄绿B等均会发生。

对于容易过氧化的染料,氧化前应尽量用流动冷水冲洗,以去除织物上的烧碱,避免在带碱的情况下氧化。因为染料隐色体比染料隐色酸的氧化速率快,带碱氧化容易氧化过关,使色光失去真实性,造成色偏,与标样不符。

2.4皂洗

皂洗的目的有二个:

第一, 去除纤维表面的“浮色”,提高磨擦牢度。

第二, 促使纤维内呈高度分散的染料,改变结晶状态、取向状态和构型状态,使染色色光由亚稳态转变为稳定态。即,皂洗可以消除“皂洗效应”对染色物色光、深浅的影响,使下机色光与深浅,更稳定更真实。

可见,适当的皂洗处理,不仅对染色物的鲜艳度、皂洗原样褪变色牢度、摩擦牢度有直接影响,而且对稳定色光、减少色差也至关重要。

然而,不同结构的还原染料,实现“基本发色”所需要的皂洗时间不同。

有些染料要1分钟以上,如:还原兰GCDN、还原黄G、还原灰BG、还原棕BR 、还原FFB、还原棕R 、还原艳紫2R

有些染料则要4分钟以上,如:还原棕G、GG、棕RRD、深兰VB、深兰BO等。

现实问题是:

连续轧染机的皂洗蒸箱,容布量只有25~35m,因为容易布量多,在沸温条件下容易起绉。

而轧染车速考虑至生产效率,一般要在40~50m/min。

所以,皂洗箱的皂洗时间,只有30s~50s

显然,皂洗时间是不充分的。为此,必须采取以下措施:

第一, 由于温度越高,染料发色所需的皂洗时间越短,所以,务必要在95~98℃高温条件下皂洗,杜绝边开车边升温的做法。否则,会因初开车阶段皂洗温度不够,发色不良,造成前后色差以及牢度下降。

第二, 将皂洗蒸箱和后一格平洗槽做串联皂洗。这样可以使皂洗时间,维持在60秒左右。同时,分二槽皂洗,由于后槽皂液清爽,其皂洗效果比一个大槽皂洗,效果更好。

第三, 皂洗时,要加入1~2g/L螯合分散剂。

螯合分散剂具有优异的分散、悬浮、携污、阴垢功能,可防止设备和织物第二次沾污,可明显提高皂洗效果。

皂洗剂尽量选用阴/非离子复合型的产品。因为这类表面活性剂,具有较强的分散乳化功能、携污防沾功能。实践表明,其皂洗净效果,比单位一阴离子型皂洗剂更好。

综合上述,还原染料连续轧染,只有恰恰当选择拼色染料与正确制订生产工艺相结合,才会明显改善色泽鲜艳度、染色坚牢度和色光稳定性,其染品才能真正达到外销质量标准。

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