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羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色

来源:印染在线 发布时间:2015年03月30日

羊毛/锦纶/睛纶多种纤维的染色具有一定特殊性。由于羊毛和锦纶用的是同一类阴离子染料,两种纤维的上染率不同,浅色锦纶上色快,得色量高,深色锦纶得色浅,羊毛得色量高;睛纶用的是阳离子染料,进行同浴染色,既要解决好电荷异性的染料离子相互作用造成难溶性沉淀,又要解决好阴离子染料对毛锦同步上色要求。这就是羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色的关键所在。必须对染料、助剂、水和PH值控制等工艺条件进行试验和优化,来确定生产工艺。本文通过试验和生产实践,改善了以往羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色同色效果不理想的老大难问题,并取得了一定的经济效益和环境效益。

1.同浴染色基本理论概述

1.1酸性染料对羊毛的染色机理:

羊毛的染色一般可用的染料有活性、酸性、中性等,但常用的一般为弱酸性染料。羊毛属于蛋白质纤维,纤维分子端的氨基含量比较高,故羊毛有很好的耐酸性。在染色过程中,染浴中的酸先被羊毛吸收,染浴中的氢离子越多,羊毛吸收氢离子越多,因此羊毛在酸性染浴中随PH值变化而发生不同情况的离子化。

1.2酸性染料对锦纶的染色机理:

锦纶在染色中最常用染料有直接、酸性以及金属络合染料等,其中弱酸性染料是染锦纶的主要染料,其上染锦纶的机理与羊毛基本相似。由于锦纶末端氨基比羊毛低的多,在使用两个或两个以上染料拼色时往往会发生竟染的现象,因此在拼色时,必须注意选择配伍性较好的染料。

1.3阳离子染料对睛纶的染色机理:

睛纶纤维所以能用阳离子染料染色是因为睛纶纤维大多含有约1%左右的带酸性基团的共聚单体,由此构成了能与阳离子染料相结合的染色座位。

染色开始时,由于睛纶的表面具有很多的负电荷(强酸型的电荷更负),因此染料色素的阳离子被睛纶吸附,使电荷得到中和,随着染浴温度提高,当达到睛纶的玻璃化温度(Tg)后,因分子链段运动的产生和加剧,使分子链间的微隙加大增多,这时染料就开始向纤维内部扩散,但阳离子染料在睛纶中扩散需要较高能量,

移染比较困难,因此温度对扩散速率的影响较大,为克服上色太快而产生染色不均的现象,严格控制(Tg)温度后的升温速度,适当延长阳离子染料吸尽时间,并在染浴中加入适量的缓染剂是实现均染的重要手段。

2.同浴染色工艺设计

羊毛/睛纶/锦纶多种纤维的染色具有一定特殊性,在制定羊毛/锦纶/睛纶多种纤维的染色具有一定特殊性。由于羊毛和锦纶用的是同一类阴离子染料,两种纤维的上染率不同,浅色锦纶上色快,得色量高,深色锦纶得色浅,羊毛得色量高;睛纶用的是阳离子染料,进行同浴染色,既要解决好电荷异性的染料离子相互作用造成难溶性沉淀,又要解决好阴离子染料对毛锦同步上色要求。这就是羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色的关键所在。必须对染料、助剂、水和PH值控制等工艺条件进行试验和优化,来确定生产工艺。本文通过试验和生产实践,改善了以往羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色同色效果不理想的老大难问题,并取得了一定的经济效益和环境效益。

1.同浴染色基本理论概述

1.1酸性染料对羊毛的染色机理:羊毛的染色一般可用的染料有活性、酸性、中性等,但常用的一般为弱酸性染料。羊毛属于蛋白质纤维,纤维分子端的氨基含量比较高,故羊毛有很好的耐酸性。在染色过程中,染浴中的酸先被羊毛吸收,染浴中的氢离子越多,羊毛吸收氢离子越多,因此羊毛在酸性染浴中随PH值变化而发生不同情况的离子化。

1.2酸性染料对锦纶的染色机理:

锦纶在染色中最常用染料有直接、酸性以及金属络合染料等,其中弱酸性染料是染锦纶的主要染料,其上染锦纶的机理与羊毛基本相似。由于锦纶末端氨基比羊毛低的多,在使用两个或两个以上染料拼色时往往会发生竟染的现象,因此在拼色时,必须注意选择配伍性较好的染料。

1.3阳离子染料对睛纶的染色机理:

睛纶纤维所以能用阳离子染料染色是因为睛纶纤维大多含有约1%左右的带酸性基团的共聚单体,由此构成了能与阳离子染料相结合的染色座位。

染色开始时,由于睛纶的表

面具有很多的负电荷(强酸型的电荷更负),因此染料色素的阳离子被睛纶吸附,使电荷得到中和,随着染浴温度提高,当达到睛纶的玻璃化温度(Tg)后,因分子链段运动的产生和加剧,使分子链间的微隙加大增多,这时染料就开始向纤维内部扩散,但阳离子染料在睛纶中扩散需要较高能量,移染比较困难,因此温度对扩散速率的影响较大,为克服上色太快而产生染色不均的现象,严格控制(Tg)温度后的升温速度,适当延长阳离子染料吸尽时间,并在染浴中加入适量的缓染剂是实现均染的重要手段。

2.同浴染色工艺设计

羊毛/睛纶/锦纶多种纤维的染色具有一定特殊性,在制定同浴染色工艺时对染料、助剂必须很好选择,染色工艺条件、包括染浴PH值的控制等必须合理确定,以利于得到较好的同色效果。

2.1染料选择

羊毛/睛纶/锦纶在染色中,弱酸性染料是染羊毛和锦纶的主要染料。由于锦纶的分子为线型分子,分子链上没有支链和大的侧基,但有许多可以形成氢键的基团,染料分子容易和纤维分子靠拢,具有较大的范德华力,染料与纤维之间易生成氢键,因此酸性染料对锦纶的亲和力要比羊毛高。酸性染料染锦纶的饱和值为2.3%,弱酸性染料为5-5.2%,所以锦纶常用弱酸性染料,借助于氢键和范德华力提高染料上染率。同时还必须要求染浴中弱酸性染料对睛纶纤维沾色少,其染料分子结构中,除了含有磺酸基团(-SO3H)外,最好还有氨基(-NH2),亚氨基(-NH),羟基(-OH)等亲水基团。在羊毛/锦纶/睛纶同浴染色时,当染浴中的酸性染料阴离子磺酸基与阳离子染料发生结合,彼此都失去了离子性,但由于氨基、羟基等亲水基团的存在,使染料的络合物仍能保持一定的亲水性和分散性,防止了难溶性沉淀物的产生。

阳离子染料是睛纶染色的主要染料,用于羊毛/锦纶/睛纶同浴染色的阳离子染料,要求有较好的水溶性,阳离子量不宜太大(M≦400),对羊毛的沾染应比较少或者虽有沾染但在高温阶段可以基本上移染到睛纶上去

,因此通常选用M型和X型阳离子染料。

2.2染色温度与上染率关系

在用弱酸性染料染锦纶和羊毛时,染色温度对上染率有较大影响,一般说温度高上染速度快,但是由于锦纶的玻璃化温度较低Tg=45℃左右,随着染浴温度提高,链段开始运动,染料开始扩散上染,在温度接近60℃时,染料开始解聚,链段运动也加强,染料上染加速,出现上染临界温度区域,而羊毛上染的临界区域在90℃-110℃,基本与睛纶相同。要控制好染色温度以及上染率是实现锦纶和羊毛同色性的关键。为防止染色不均,一般起始温度选定以40℃为好。

2.3助剂选择

采用阳离子染料和酸性染料对羊毛/锦纶/睛纶同浴染色时,除了合理选择染料之外,还应防止阴、阳离子结合产生的沉淀,所以选择适当的表面活性剂作为分散、均染、防沉极为重要,一般选用非离子和阴离子助剂。考虑酸性染料对羊毛/锦纶两种纤维上色率的不同,必须选择一种锦纶封闭剂或者叫锦纶阻染剂,使其在染浴起始温度时,将锦纶上的离子化氨基(-NH3+)暂时封闭起来,阻止酸性染料对锦纶染色占有染色座位。此时羊毛就有充分机会吸附酸性染料。当染色温度达到85℃以上接近羊毛临界温度的时候,随着温度的逐步升高,锦纶封闭剂逐渐被亲和力大的染料阴离子取代,从而使羊毛/锦纶两种纤维达到同色效果。

2.4染浴的PH值控制

在羊毛/锦纶/睛纶多种纤维采用阳离子和酸性染料同染色时,染浴PH值变化往往会影响羊毛和锦纶纤维的沾色情况和上染率变化,特别是锦纶在PH值<3时纤维会发生脆损,染料吸附量会剧烈增加,影响对羊毛的同色性;阳离子染料在PH值高于或低于4.5时会发生不同程度水解,色光会发生变化,所以为了兼顾三种纤维在同浴中的染色稳定性,一般PH值控制在4-5之间,此时阳离子染料对羊毛/锦纶沾色情况不太明显。


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3.结果与讨论

3.1工艺条件

以浴比为1:20,染色PH值控制在4.5,每次加入染料和助剂都要充分稀释溶解,

后道水洗和皂洗按照常规工艺。

3.2阳离子染料对羊毛的沾色影响试验

选择阳离子黄7GL、深黄GL、黄2RL;阳离子艳红5GN、红2BL、红2GL、红2-GRL;阳离子翠蓝GB等国产染料以及进口有阿斯曲拉阳离子染料,如崇黄7GLL、黄3GL、黄GRL、橙G、橙R、金黄RR、金黄GLD、紫F3RL、蓝2RLH、蓝GLH、蓝5GH等。分别进行阳离子染料对羊毛的沾色试验,见表1。

从表中得出,所选择的上述染料在腈纶染色过程中,对羊毛沾色比较小。沾色牢度在4级以上,而本身的各项染色牢度良好。

表1阳离子染料在羊毛/锦纶/睛纶纤维上的各项染色牢度

染料名称

皂洗牢度

摩擦牢度

原样变色

汗渍牢度

羊毛沾色

湿

黄7GL

4

4

3-4

4-5

3-4

黄GRL

4

4

4

4-5

3-4

深黄GL

4

4-5

4

4-5

3-4

黄2RL

4

4

4

4-5

3-4

艳红5GN

4

4-5

3-4

4

3-4

红2BL

4

4

4

4

3-4

红2GL

4

4-5

3-4

4-5

3-4

红2-GRL

4

4

3-4

4-5

3-4

翠蓝GB

4

4

3-4

4-5

3-4

崇黄7GLL

4-5

4

4

4-5

3-4

黄3GL

4-5

4

4

4-5

4

橙G

4-5

4

4-5

4-5

4

橙R

4-5

4-5

4

4-5

4

金黄RR

4-5

4-5

4-5

4

4

金黄GLD

4-5

4-5

4

4

3-4

紫F3RL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

蓝2RLH

4-5

4-5

4

4-5

4

蓝GLH

4-5

4-5

4

4-5

4

蓝5GH

4-5

4-5

4

4-5

4

3.3酸性染料、中性染料在羊毛和锦纶上的同色性影响试验

选择下列适合羊毛和锦纶染色的染料,如酸性嫩黄2G、酸性黄G、酸性红B、酸性红3B、酸性大红G、酸性品红6B、酸性湖蓝A、酸性绿V、酸性深棕R;弱酸性黄G、弱酸性黄5G、弱酸性艳蓝RAWL、弱酸性艳蓝R、弱酸性大红G、弱酸性艳红B;中性深黄GL、中性橙RL、中性桃红BL、中性枣红GRL、中性紫BL、中性蓝BNL、中性灰2BL。进行两种(羊毛和锦纶)纤维的同色性观察以及相关染色牢度的测试,见表2。

从表中得出,所选择的上述染料本的各项染色牢度良好,其次部分酸性染料对锦纶上染性有一定的影响,使羊毛和锦纶纤维的同色性有不同程度的差异,可以通过加入一定量的锦纶阻染剂来改善

3.4锦纶阻染剂对羊毛和锦纶上的同色性影响试验

常用的锦纶防染剂阴离子化合物,选择一锦纶防染剂A,试验用量分别是1%、2%、3%,来比较羊毛和锦纶上的同色性效果,见表3。

从表中得出,阻染剂不同的用量对酸性染料在羊毛和锦纶纤维上的分配起到一定的作用,通常弱酸性染料的防染剂用量在2%左右,其效果比较明显;而酸性染料和中性染料的防染剂用量在3%左右。


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3.5大样生产

在小样试验取得较好效果的前提下,以此工艺进行了批量生产,大样生产工艺具体如下。

3.5.1生产工艺

(1)原料:65%睛纶30%羊毛5%锦纶混纺纱

(2)生产设备:MY-800、每缸300Kg、浴比1:20

(3)前处理:80℃×20分钟洗净

(4)工艺流程:坯纱准备→膨化→装缸→前处理→染色→降温→出缸→烘干→打包

表2羊毛用染料在羊毛/锦纶/睛纶纤维上的各项染色牢度

染料名称

皂洗牢度

摩擦牢度

同色性

原样变色

汗渍牢度

尼龙沾色

湿

酸性嫩黄2G

4

4

4

4-5

3-4

一般

酸性黄G

4

4

4

4-5

3-4

酸性红B

4

4-5

4

4-5

3-4

酸性红3B

4

4

4

4-5

3-4

酸性大红G

4

4-5

4

4

3-4

酸性品红6B

4

4

4

4

3-4

酸性湖蓝A

4

4-5

4

4-5

3-4

酸性绿V

4

4

4

4-5

3-4

酸性深棕R

4

4

4

4-5

3-4

一般

弱酸性黄G

4-5

4

4

4-5

3-4

一般

弱酸性黄5G

4-5

4

4

4-5

4

一般

弱酸性艳蓝RAWL

4-5

4

4-5

4-5

4

一般

弱酸性艳蓝R

4-5

4-5

4-5

4-5

4

一般

弱酸性大红G

4-5

4-5

4-5

4

4

一般

弱酸性艳红B

4-5

4-5

4-5

4

3-4

一般

中性深黄GL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

中性橙RL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

中性桃红BL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

差<

性枣红GRL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

中性紫BL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

一般

中性蓝BNL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

一般

中性灰2BL

4-5

4-5

4-5

4-5

4

一般


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表3锦纶阻染剂对羊毛和锦纶上的同色性对比

染料名称

染料用量

未加阻染剂

加阻染剂

1%

2%

3%

酸性嫩黄2G

1%

一般

改善

明显改善

酸性红3B

1%

一般

改善

明显改善

酸性大红G

1%

一般

改善

明显改善

弱酸性艳蓝R

1%

一般

改善

明显改善

明显改善

弱酸性大红G

1%

一般

改善

明显改善

明显改善

弱酸性艳红B

1%

一般

改善

明显改善

明显改善

中性枣红GRL

1%

一般

一般

明显改善

中性紫BL

1%

一般

一般

明显改善

中性蓝BNL

1%

一般

一般

明显改善

中性灰2BL

1%

一般

一般

明显改善

3.5.2工艺处方:(o.w.f)

染化料助剂

米色

粉红

棕色

灰色

末绿

咖啡

红色

阳离子染料

×

×

×

×

×

×

×

酸性染料

×

×

×

×

×

×

×

渗透剂

1

1

1

1

1

1

1

酸性匀染剂

3

3

3

2

1.2

1

0.5

沉淀防止剂

2

2

2.5

2.5

3

3

3

睛纶均染剂

1.5

2

1.5

0.5

0.2

0.2

0.1

元明粉

10

10

10

5

5

5

5

硫酸铵

2

2.5

2.5

5

5

5

5

锦纶阻染剂

4

5

4

2

2

2

2

PH值

4.5

4.5

4.5

4

4

4

4


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3.5.3染色牢度试验

根据客户提供的米色、粉色、棕色、末绿、咖啡、红色等分别作了批样试染,通过多次批样试验,以及染料助剂筛选,确定了染色工艺配方和染色升温曲线,同色效果以及其它品质指标得到了外贸公司的确认,且下达了批量生产任务。

色泽

染色牢度

皂洗

汗渍

干磨

湿磨

米色

4

4-5

4-5

4

粉红

4

4-5

4-5

4

棕色

4

4-5

4-5

4

灰色

4

4-5

4-5

3-4

末绿

3-4

4

4

3-4

红色

3-4

3-4

4

3-4

3.6经济效益和环境效益分析:

羊毛/锦纶/睛纶通过同浴染色生产工艺的成功投产,摒弃了以往传统的羊毛/睛纶纱和锦纶多浴染色,再后拼线的工艺,缩短了整个生产循环的周期,避开在拼线时由于管理疏忽产生不必要损失,以及

适应市场小批量快交货的需求。由于同浴染色大大降低了水、电、汽以及染化料助剂的消耗,节约了工时减少了污水排放量,更加符合清洁生产和节能降耗的要求。取得了经济效益和环境效益的双丰收。

4.结论

4.1羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色中,由于羊毛和锦纶丝的物理和化学结构不同,对酸性染料上染性能有较大差别。锦纶上染速度快,羊毛初染速度较慢,要使两者获得同色效果,必须进行染料、助剂筛选和染色工艺调整。

4.2锦纶阻染剂用量必须经过小样多次试验,然后进行批量生产。

4.3羊毛/锦纶/睛纶多种纤维同浴染色,必须严格选择拼色工艺中阳离子染料的K值在3以上以及酸性染料配伍值相近,防止因上染速率不同产生色花与色差,提高染色重现性。

4.4以上实践证明,对羊毛/睛纶/锦纶同浴染色的同色性效果是是基本满意的,既提高了生产工效又降低了能源消耗、缩短了整个生产工序,但必须加强工艺试验,严格筛选染料、助剂制定染色工艺,同时必须加强管理,严格工艺操作,确保染色质量,便于顺利生产。



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