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  纱线染色
一、纱线染色特点
在纺织品的生产过程中，染色在哪个阶段进行，受若干因素的影响。从经济角度来看，染色在织造生产工序的前道进行，其成本是最低的。在织造前道工序进行纱线染色，可选用坚牢度较好的染料，某些色花可以在后续织造工序中得到改善。纱线染色一般能获得良好坚牢的匀染效果，可与本色纱线按不同设计要求织造，从而获得较高经济价值，并可缩短交货周期，所以产品具有高的重现性。
通常认为，纱线染色所得产品与织物染色所得产品相比，更具有膨松和手感丰满等优点，这可能是因为当绞纱悬于染色机的杆上时，可以自由地充分松弛而不受任何限制，不仅可以让纱线完全膨松化，而且还可以让纱线自由退捻达到捻度均衡，从而消除纺纱时的张力。
纱线染色的另一种形式是筒子纱染色，从技术上讲，过去认为只有采用绞纱染色法进行染色才能生产出满意产品，但这种传统看法随着筒子纱染色法的出现正在逐渐改变。
一般说，纱线染色比织物染色成本要高。但由于它具有交货快的优点，因而更容易适应流行色的变化，同时适应小批量、多品种的需要。此外，纱线染色机械较为简单，从而在维修保养方面较为经济。
二、还原染料纱线染色
还原染料是当前色织物纯棉纱线染色的一个主要大类品种。染色后的纱线不仅色泽鲜艳，而且坚牢度十分优良，大多数日晒牢度均在6级以上，部分品种高达8级。因此凡需要整理如煮练、漂白、丝光和热定形的色织布，都可用还原染料染色。还原染料的品种很多，按其化学结构可分为靛类和蒽醌类，纱线染色所用的还原染料，多以蒽醌型为主。
(一)染色基本方法  蒽醌型结构的还原染料，它的隐色体钠盐易被棉纱所吸附，上染速率快，因此匀染性较差，染浴所需烧碱、保险粉量也较高。在纱线染色过程中，1g蒽醌型还原染料在染浴中常需消耗烧碱和保险粉5～6g，此外染浴中还需要骨胶、平平加0等缓染剂，以降低染料的上染速率，有利于染液向纤维内部扩散，并提高其匀染效果，用量以0.2～0.5g/L为好。在日常染色中染纱时间一般为15～2Omin，为改进色纱的匀染性和染色牢度，可适当延长染色时间至20～3Omin较为合理。对少量需在较低温度下染色的还原染料，其隐色体钠盐被纱线吸附后，在空气中不易氧化，可选择适当的氧化方法和氧化剂，促进染料隐色体的转化、发色，然后用水洗涤或稀酸液处理，以去除残余碱剂和杂质，最后进行皂洗和水洗，完成纱线染色。由于不同的还原染料具有不同的染色性能，故在纱线染色时，可根据其所需烧碱、保险粉、助剂的用量及染色温度、时间等条件的差别，选择适当的还原方式和染色方法。
（二）染色工艺和操作
1.手工纱线染色  白纱下缸后需连续提纱倒头7～9次(约5min)，但间隔要求均匀一致。
2.往复式染纱机染色  下缸时由两人依次抬纱，机器应处于只摆不转的状态，待白纱全部被染液浸透（相当于往复摆动3次的时间）才能使纱杆滚转。有些匀染性要求高的和丝光纱线，还需在白纱下缸时结合手工操作，将纱左右摆动，并使其连续倒顺滚转4～5min，然后停止运转，但摆动仍需继续进行，以后每隔1min掉向、倒头一次。染色1Omin后，每2～3min再转向倒头一次，倒头时必须使露出液面约1/3的色纱重新被浸没于染液内，防止产生深浅段头色花。
3.高温高压染纱机染色  筒子纱染色可按正反方向由循环泵推动染液，每隔规定时间变换流向一次，先由中心向四周喷液（即正循环），时间为0.5～1.5min，再由四周向中心喷液（即反循环)，时间为4.5～3.5min。若是绞纱染色，则可始终采用正向循环液流染色，不适宜于反向循环，染液如由周围向中心循环时，势必造成绞纱上层密度越来越小，而下层密度则越来越大，形成液流短路，从而出现纱芯染色不透生成白芯、白斑和浅斑。
表2-9  还原染料纱线染色工艺处方及条件
染色方法
乙法
染料名称
桃红R
染料用量（g）
25
干
缸
还
原
润湿剂
太古油
水量（L）
2
烧碱360Be（L）
0.1
保险粉（g）
50
温度（℃）
80～90
时间（min）
10
染

色
烧碱360Be（L）
0.8
保险粉（g）
170
无水元明粉（kg）
1～2
牛胶
适量
温度（℃）
45～50
浴比
1:40
氧化
透风（min）
30 以上
酸洗
    硫酸660Be（L）
    0.2～0.4
皂

煮
纯碱（kg）
0.2
工业皂（kg）
0.6
浴比
1:40
温度（℃）
95～100
时间（min）
10～15

在进行纱线染色前，应先对白纱质量进行检验，要求白纱外观洁净无斑渍，呈中性，堆放时间不得超过8h，并用湿布盖好。在纱线染色装机时，应根据不同染纱设备按要求装填，防止因纱线装填不当所产生的染色疵病。
三、硫化染料纱线染色
色织棉布深色品种如劳动布、元贡等所用的色纱，大都采用硫化染料染色。硫化染料价格便宜，染色后的色泽丰满，水洗牢度较好，是纱线染色的常用染料之一。
硫化染料因其分子结构中含有较多的硫元素不溶于水，染色时必须借硫化钠还原溶解。近年来又有水溶性硫化染料和防脆损硫化黑等出现，使硫化染料的应用又有了新的前景。
（一）染色工艺要点  纱线的染前处理是保证纱线染色质量的关键。硫化染料的染色有无光和丝光之分，个别染浅色的纱线还需经过漂白。如果煮练不良，纱线毛效就差，或者丝光碱液浓度高低不一，漂白纱含氯较多等均会直接影响到染色质量。因此染前必须对白纱进行认真检查，要求白度均匀，不能有黄斑、黑斑、碱斑、锈斑、污渍以及含氯等。脱水后的白纱必须用湿布遮盖，防止表面风干，对于堆放过久的白纱，染前必须再经一次水洗，否则染后会产生局部白条或浅条色疵。
对于不经碱煮而仅用清水煮练的无光纱，因棉脂、蜡脂尚未去尽，堆放时间切忌过长，尤其在高温季节容易变质，染前需重新用80～70℃热纯碱液处理，严重的尚需酸洗，否则染色纱线易出现色泽浅而发白的现象。
由于硫化染料上染缓慢，故适宜采用高温染色，既有利于染料颗粒不断溶化变细，快速向纤维内层渗透和扩散，又可使纤维纱线受热膨化疏松，获得较好的匀染效果。一般硫化染料的染色温度大致为75～80℃，手工染纱高温不便操作，温度控制在60～70℃。温度过低，会影响染料的上染，得色变浅，并且使残液内染料浓度渐次递升，产生缸与缸之间的色差。但也有部分染料适宜于低温染色，温度过高反而得色较浅，这主要是由于温度升高后使染料对纤维的直接性降低的缘故。一般浅色纱线多采用低温染色，如劳动布的纬线染硫化漂灰等可在室温染色。除此之外，染色温度与棉纱的丝光、无光，染纱机械等都有密切关系，一般无光纱染色温度高，而丝光纱较低。高温高压染纱有密闭装置，染色温度可提高到100℃以上，而往复式染纱机若温度过高，易使纱线上浮，造成乱纱、断纱，故染色温度大都在70～80℃。
当硫化染料染深色时，由于染浴内染料浓度高，氧化速率快，染色后，纱线上未固着的染料和空气接触产生色淀而被吸附在色纱表面，容易造成红条、金铜色等疵病，使染色牢度下降。为获得较好的匀染效果及染色牢度，一般的染色方法是将从染浴中取出的纱线立即再次浸入另一还原液中进行重新还原，逐步降低色纱本身的温度和被吸附的染液浓度，延缓氧化速率，达到色泽均匀、质量稳定，或通过还原液除去一部分色纱表面的浮色，这种工艺常称为闷缸。
用硫化染料染棉纱时，常用隐色体染色法，其中又以黑色和藏青色为最多，上染率一般为25%～30%，因此残留在染浴中的染料较多，故硫化染料染色后的残液通常被连续使用。头缸染料投入量与续缸染料的补充量两者之间的比例，常称为头缸染料的加成数，如果加成数不对，就会影响头缸与续缸的得色深浅。染浅色纱线时，头缸加成数可适当减少，而染深色纱线时应增加。当上染率为25.4%时，头缸染料的加成数约为续缸染料的组2.5～4倍。
影响硫化染料染色的因素较多，除染料与硫化碱用量外，纱线的配棉、煮练质量、水质硬度、硫化碱含量等都直接影响纱线的上染率。
表2-10  丝光纱染色硫化黑处方
工序
染化料
头缸(kg)
续缸(kg)
染缸
100％硫化黑BN
1.125
3.75
52％硫化钠
3.06
3
温缸
100％硫化黑BN
1.05
每次放掉50％
52％硫化钠
1.05
补加清水后使用

防脆缸

尿素
4
1
醋酸钠
2
0.5
浆纱膏
0.2
0.05

(二)硫化染料染色工艺举例  表2-10为在往复式染纱机上丝光纱染硫化黑色，纱重25kg，浴比1:40。
工艺流程：
清水煮练（1OO℃，3h）→丝光(烧碱280Be)→中和（98%硫酸2.5～3g/L）→温水(40～50℃)→脱水→绷纱（绷松、绷直)→串杆→染色（70～75℃，20min）→温缸(35～40℃，5min)→水洗(冷洗，流动)→沥干→防脆处理(25～30℃，1Omin)→出缸→包布→脱水→绷烘。
四、不溶性偶氮染料染色
不溶性偶氮染料是棉纱染色中常用的染料，多用于染制深浓色的大红、枣、酱、蓝、黄、棕、黑等色。它以价格便宜、成本低廉、色泽鲜艳著称，但是摩擦牢度差，气候牢度也不够理想。采用不溶性偶氮染料染棉纱时，首先将棉纱放在色酚类的钠盐溶液处理，使纤维吸收一定量的色酚钠盐，即打底。然后再与胺类的重氮化合物或稳定的重氮盐溶液偶合，即显色，显色时打底剂与重氮化的显色基通过偶合直接在纤维上生成不溶性的偶氮染料。这类染料染深色时日晒牢度好，染浅色时日晒牢度差，而且相差较大，故一般这类染料不宜染浅色。
(一)打底剂及其工艺  由于打底剂结构的差异，使它对纤维的结合能力不同，一般可用两种方法来表示打底剂对纤维结合能力的大小。一种是用吸收量表示，即每公斤棉纱于某一浓度的打底剂溶液中浸染时所吸收打底剂的克数；另一种是用吸收率表示，即被棉纱吸收的打底剂量与投入染浴的打底剂总量之比的百分数。一般认为，棉纱对打底剂的吸收率越高，打底后残浴的浓度就越低，棉纱线上的浮色也越少。因此，选用吸收率较高的打底剂，染后色纱上的浮色就少，摩擦和湿处理牢度也就较高。
影响棉纱对打底剂吸收率的因素很多，主要包括电解质含量、打底浴比、温度等。此外，棉纱的前处理性能和丝光效果均对吸收率有影响。值得注意的是棉纱线的品种、细度、捻度等对打底剂的吸收率也有一定的影响，在生产过程中应充分重视。
打底剂的溶解是在氢氧化钠存在下进行的，其溶解方法有热溶法和冷溶法两种，多以热溶法为主，所选用的色酚偶合能力应比较强。实际生产中，若用无光纱打底，多数选用热溶法溶解打底，深度是以每公斤棉纱吸收打底剂的量来表示，6g以下为浅色，6～12g为中色，12g以上为深色，可加入食盐促染。为提高打底液的稳定性，还可加入甲醛，续缸使用时也可加入食盐和甲醛，但打底液温度不能超过50℃，否则色酚的羟甲基化合物产生缩合而影晌其上染能力。
棉纱线的打底大都在往复式、喷射式染纱机上进行。打底后的纱线用离心机脱水，脱水纱线的含液率按染色深浅严格控制，染中色或深色宜在70%以下，浅色纱的含水率为100%～120%。在进行纱线打底时，所需时间控制在15～20min，以利于提高产量。打底温度一般采用30～40℃，未经煮练的棉纱，打底温度可适当提高。浴比以1：20为好，过小使打底操作不便，同时亦易造成打底不匀，浴比过大，造成打底剂浪费。打底后纱线经脱水应立即进行显色，并应注意避免接触水滴、水蒸气、汗滴、酸气、氯气以及风吹和日光照射，以免影响染色质量。
1.打底工艺流程（往复式染纱机）
白纱→串杆→打底→包布→脱水→绷纱、串杆。
2.打底工艺处方和条件
打底棉纱线（无光）           1小包（5kg）
打底液浓度                   3g/L（不加食盐）
脱水后含液率                 65%（脱水残液全部回收）
打底温度30℃，打底时间3Omin，打底浴比1：20（浴量100L）。
(二)显色剂及其偶合反应  显色剂包括色基和色盐两种，其中色盐可直接溶解于水而与纱线偶合显色，但色基的溶解性极差，并且本身与打底剂无偶合能力，需经重氮化反应后，在一定pH值下才能与打底剂偶合显色。由于色基的结构不同，它们的重氮化方式也各不相同。对碱性较强的色基，可采用顺法进行重氮化，对碱性较弱的色基，可采用逆法进行；对碱性介于两者之间的色基，可采用悬浮法。目前纱线的染色常用上述几种化料方法进行色基重氮化。
色基重氮化后，就可进行偶合显色。显色时溶液的pH值是使显色液在与色酚钠盐进行偶合时得到良好稳定度的重要原因。显色液大多数是处于酸性状态，它们的pH值一般都在4～6之间，少数几种显色液的pH值处于7～8的中性范围，低于或高于显色时的PH值，都会影响偶合反应的顺利进行。
在进行偶合反应时，显色浴中的显色剂浓度以g/L来表示，其实际用量都大于理论需用量。因为在实际显色过程中，经打底的棉纱进入显色液后，打底剂便可能大量脱落而进入显色液，使显色液pH值升高，造成重氮化合物不稳定而分解，使显色基损耗加大。所以，实际生产中，必须使显色剂过量。在纱线染色时，显色浴是连续使用的，为了使被染物的质量稳定，显色浴必须具有一定的稳定性，常用方法除加入抗碱剂外，还可选择酸式盐组成缓冲体系，使显色液的偶合pH值被控制在所需范围。根据色基的偶合pH值不同，可被选用的缓冲体系包括醋酸-醋酸钠、硫酸铝、硫酸铵、硫酸锌及氯化铵等。
(三)染色后处理
1.水洗  显色后的色纱附有色淀和显色浴残液，以及中和剂或抗碱后所形成的金属盐或氢氧化物。附着的色淀会降低色纱的摩擦和湿处理牢度，附着的显色裕残液，在色纱烘干时会释出盐酸，导致色纱强力下降，因此水洗的目的就是去除上述残留物质。水洗可采用70～80℃热水以淋洗或冲洗的方式洗涤。洗涤后取洗液少许，加入一滴打底液，若无沉淀产生，则表明色纱已洗清，即可进行皂煮。
2.皂煮  皂煮目的是使染料在棉纤维内部结晶或形成大的晶体，以提高色泽鲜艳度及日晒、摩擦和湿处理牢度。一般纱线的皂煮只需进行一次，如果纱线色泽特别深或浮色较多，则可皂煮两次。皂煮时应注意勿使直接蒸汽冲击纱线，也不宜沸腾过剧，以防棉纱线变松或乱纱。皂煮后宜先用50℃流动热水洗至水中无色，再用流动冷水洗，以免浮色在冷水洗时再次凝聚在色纱上。
(四)往复式染纱机染纱工艺  棉纱的打底和显色设备大多数是采用往复式染纱机，也有采用喷射式染纱机或手工染纱。采用往复式染纱机打底时，要求打底前的白纱外观白净，无斑渍，绷纱时必须挺直而疏松，套杆要平整，防止纱线重叠。打底浴中的游离碱浓度应根据色酚的染色性能进行控制，当纱线进入打底液后，必须将纱线完全浸没在打底液内，并来回摆动，时间以7～10min为宜。纱线打底后出缸，沥水2～3min，然后包上布用离心机脱水，打底纱的含水率控制在65%～70%。纱线经打底后，便可绷松、串杆进行显色。打底纱显色时，要调整好染浴pH值、浴比和温度，必须将打底纱完全浸没在显色液内，并不断前后回转和左右摆动，以均匀吸液。按显色基偶合快慢，显色时间可控制在5～1Omin内。显色完毕，对色纱进行充分水洗、脱水、成包、绷晾和烘干，即可得到染色成品。
五、涤纶及其混纺纱线染色
分散染料是一类结构简单、疏水性强的非离子型染料，主要用于涤纶及其混纺纱线的染色。按染色性能和升华牢度要求不同，可将染料分成一般型和高温型两种。一般型的分散染料匀染性好，色泽鲜艳，但升华牢度一般，适用于载体和高温高压法染色；高温型染料的升华牢度较高，匀染性较差，多适用于需要树脂整理和焙烘工艺的纱线染色。涤纶及其混纺纱线主要采用高温高压法染色。
（一）染前预定形处理  涤纶及其混纺纱线在松弛状态下于沸水中的收缩率约7%，当温度增至130℃时，收缩率可达10%～15%，故当采用130℃高温进行染色时，由于温度控制不一，将引起纤维剧烈收缩，影响纤维对染料的均匀吸收。因此，在高温高压染色工艺中，往往需要增加纱线染前预定形工艺，以对涤纶及其混纺纱线的收缩起稳定作用。预定形的温度一般为130℃，压力为2kgf/cm2（196kPa），相当于在高温高压染色条件下对纱线处理10～15min。经预定形处理的纱线即使在高温高压染色时，仍能具有不收缩或少收缩的性能，能获得匀染性较好的染色效果。对于筒子纱，若染前不经预定形处理，在染色时则会造成内、外层色差，这在涤粘中长纤维中更为显著，经预定形后，由于筒子纱在染色之前已预先收缩，在染色时不会再度收缩，使筒子纱的内、外层色差得到解决，从而提高了筒子纱的染色质量。
(二)高温高压染色工艺要点  用分散染料染涤纶时，由于涤纶的分子结构排列紧密，纤维孔隙极小，染料分子很难进入纤维芯层，故除用密闭式的高温高压染色机通过高温促使纤维膨化以利于染色外，还需要延长染色时间，以克服纤维对染料吸附的阻力，此外，还必须设法提高染料粒子的细度。目前，高温高压工艺被广泛用于涤纶及其混纺纱线的染色，通常是在密闭条件下，用蒸汽加热、加压至温度为130℃进行染色。染色时的pH值尤为重要，除此之外，染色的温度、时间以及水质等都对涤纶的染色质量有较大影响。通常高温高压染色的染浴内pH控制在5～6的弱酸性范围，同时在染浴内加入适量扩散剂。对于扩散性能较好的分散染料，可选择120℃染色；对扩散性能较差的分散染料，需要在125～130℃染色；对个别匀染性更差的染料，可提高温度至140℃染色1～1.5ｈ。
在高温高压染纱机中，染液在很厚的纱层中正反循环，无形中使纱线成了过滤层，如果水质不好，不仅造成色浅，而且会导致染料沉淀，过滤到纱线上，产生染斑。因此在高温高压染纱时，应采用软水，以保证染色质量的稳定性。
(三)高温高压筒子纱染色工艺举例  100%涤纶长丝，染浅灰色，卷绕密度0.33～0.35g/cm3，染物重量25kg（相当于5小包纱，用25 kg高温高压染缸)
处方：
分散棕S-2RL                 1.5g/包
分散红S-HBGL                  1g/包
分散黑D-2R                  5.4g/包
东邦盐                     200ml/缸
98%醋酸                    200ml/缸（调节染溶pH值）
105净洗剂                 200mL/缸（皂煮）
305羟基硅油（乳液）       3L/缸（防静电、润滑剂、消泡剂）
浴比                        1：11。
工艺过程：先用40℃温水化开分散染料，充分搅拌至完全分散后加入到盛有中性软水的缸内，并加入醋酸和东邦盐，然后开泵，使染料循环均匀。将温度升至80℃后，把装好的纱吊入缸内，使染液正向循环，并加盖升温至沸，然后排尽空气加压，使染液在4Omin内升温至130℃，保温染色30min，然后降温排压排汽至90℃以下，打开缸盖用软水洗涤两次，在85℃下皂煮10min，再软水洗涤两次，用硅油在35～40℃下处理2Omin（不水洗）。最后将纱吊出缸，经脱水后干燥，完成筒子纱的染色。
在高温高压染色时，应避免过高的温度和过快的升温，以防止分散染料出现絮状和凝聚的可能。在升温时，100℃以下可快一些，超过100℃尤其是在110～120℃时，染料的上染速率最快，需要严格控制，以防止上染过快产生色花。染色时为使染液完全渗透到纤维内，保温染色应控制在80～60min。
六、腈纶纱线染色
用于色织物的腈纶纱线都用阳离子染料染色。普通腈纶纱线的染色比较简单，而膨体腈纶纱的染色工艺就显得繁复，本节主要介绍腈纶膨体纱线用阳离子染料的染色工艺。
1.工艺流程
原纱→绷晾→汽蒸膨化→染色→处理→脱水→成包→检验→出厂。
2.染色处方
鹅黄色                        腈纶膨体纱5kg/每包
阳离子黄6G（250％）           22.5g/L
阳离子桃红FG（250%）          0.075g/L
醋酸（98%）                   2.4Iml/L
匀染剂1227                    0.8ml/L
柔软剂HC                      1ml/L
醋酸钠                        0.8g/L
防静电剂SN                    0.8g/L
扩散剂WA                     1.5ml/L
元明粉                          5g/L
3.操作和工艺条件
（1）汽蒸膨化：将腈纶纱按加工包数分挂在晾纱棒上，然后在染色机内加水、进纱，加盖并升温至100℃，保温汽蒸10min，使腈纶纱完全膨化，缩率控制在20%～25%。在汽蒸膨化处理时，必须注意防止水滴滴到膨体腈纶纱的表面，以免睛纶纱线膨化不匀而造成染色不匀和手感发硬等疵病。
（2）染色：将已经汽蒸膨化的腈纶纱线，在70℃的阳离子染料染浴中进行染色，染浴pH值控制在4～5，加盖后以1℃/min升温至90℃，然后再以1℃/2min升温至100℃，保温染色3O～4Omin，液流泵自始至终控制染液顺向循环。染色完毕后以1℃/min的速率降温，并逆向循环一次，然后开盖，排液，清水洗两次，最后出缸。
（3）脱水：将水洗后的膨体睛纶纱对称均匀叠放于脱水机内，急速运转脱水8min，然后取出腈纶纱，装袋，染色即告完成