羊毛铬媒染料染色助剂的研究.doc

羊毛铬媒染料染色助剂的研究
隋淑英　王培政　王金泉　李凌云
　　目前应用于羊毛染色的染料主要有酸性染料、酸性媒介染料、金属络合染料及活性染料等，其中酸性染料和媒介染料使用较多。羊毛及其织物的常规染色在沸腾或接近于沸腾的温度下进行，以利于染料的上染和在纤维中的扩散。同时，由于羊毛纤维之间染色性能有差异，同一根纤维不同部分的染色性能也有差异，在染色的初期阶段容易造成上染不匀。为了获得均匀的染色产品，必须经过相当长的沸染时间，特别是酸性媒介染料。
　　酸性媒介染料的用量占羊毛用染料总量的30%，具有价廉、优异的湿牢度和高得色量的优点，但也有以下缺点：染色过程复杂、染色时间长(5～7h)、能耗大设备利用率低、羊毛损伤严重。多年来，世界各国的研究者竞相研究酸性染料和媒介染料的低温、快速染色助剂和工艺，取得了令人满意的进展。国内也对羊毛的低温染色工艺做过大量研究，在低温染色方面取得了一定的进展，但缩短时间方面尚没有令人满意的结果。
　　我们通过大量试验研究开发了快速低温多功能羊毛染色助剂SFR-502，及其相应的应用工艺，主要思路是围绕快速、低温来考虑，取得了满意的效果。
1　铬媒染料染色基本原理
　　染料从染液上染到纤维上并染着于纤维，共有4个过程，即染料自染液向纤维表面扩散、染料吸附于纤维表面、染料自纤维表面向纤维内部扩散及染料固着于纤维，而影响上染速率的关键是染料在纤维内部的扩散速率。染料在纤维内的扩散可近似地用Fick公式表示：
　　ds/dt=-D.dc/dx…(1)，式中：
　　ds/dt——扩散速率；
　　dc/dx——染料的浓度梯度；
　　D　　——扩散系数。
　　染料扩散要克服阻力，所需要的能量称扩散活化能，其与温度的关系为：
　　LnD=A-E/RT……(2)，式中：
　　E——扩散活化能；T——绝对温度；
　　R——气体常数；A——常数。
　　由于羊毛纤维角朊中含有12%左右的胱氨酸，其结构为：

　　在羊毛纤维表面形成交联程度很高的二硫键，阻碍了染液对纤维的渗透和扩散，使其上染速率下降。从式(2)中可知，提高温度，降低扩散活化能均有利于提高扩散速率，多采用长时间沸煮的方法来提高上染速率和匀染性。但是羊毛纤维在高于80℃的湿热条件下，即开始受到损伤，特别是在沸点下长时间处理，分子链会发生断裂，纤维分子间的交链(包括氢键、二硫键等)部分地拆散，纤维强力下降，同时生成部分硫氨酸，硫氨酸导致羊毛泛黄。要使之低温可以染色，必须降低染色活化能，提高染料在纤维中的扩散系数。
　　SFR-502的作用是在不影响染色色光、牢度的前提下，尽量缩短高温染色时间，降低染色温度，提高鲜艳度，从而节约能源，减少纤维损伤。
2　染色工艺试验
2.1　试验材料
　　媒介染料：媒介蓝SE、媒介棕RH、媒介黄2G。
　　染色试样：散毛毛条、纯毛华达呢。
2.2　染色工艺条件
　　(1)常规染色工艺条件见图1。
　　(2)SFR-502染色工艺条件见图2。

图1　常规染色升温曲线
注：A-元明粉5%(owf，下同)；D-硫酸(98%)0.2%；B-醋酸(98%)2%；E-红矾1%；C-染料2%。

图2　SFR-502染色升温曲线
注：A-冰醋酸(98%)3%，SFR-502 2%(owf，下同)；D-甲酸1%，红矾0.9%；B-染料2%；E-SFR-502 1.7×0.9%；C-甲酸1.7%。
2.3　试验结果
　　不同工艺染色试验结果见表1、表2。
表1　常规染色试验结果

表2　SFR-502染色工艺试验结果

3　结果与分析
　　SFR-502在羊毛染色过程中具有以下作用：
　　(1)SFR-502对染料有解聚作用，提高上染百分率。SFR-502中的酰胺基极易和染料分子发生氢键结合，也能和水分子发生氢键缔合，从而减少染料分子间本身的聚集，增加了染液中的染料分子的有效浓度，也就增加了染液中和吸附在纤维上的染料浓度梯度，使吸附在纤维上的染料浓度增加，这就增大了纤维表面和纤维内部的染料浓度梯度，由(1)式可知，扩散速率将加快。在染料向纤维内部扩散的同时，分散在染液中的染料迅速补充吸附到纤维表面，从而提高染料的上染百分率。
　　(2)降低染色温度。SFR-502可以在低温下对羊毛进行染色，该助剂为2个组份，添加到染浴中后可以形成自由基，该自由基可以使染料和纤维的氨基和氢基的位置上形成自由基，这样就增加了纤维表面的吸附活性，其吸附能力比通常纤维表面要大得多。其次，该助剂在染浴中可以形成能逐渐促使纤维膨润的酸类，促使吸附的染料扩散入纤维内部来提高染色速率。
(3)缩短染色的时间。SFR-502可以大幅度缩短染色时间，并仍能达到较高的上染速率。该助剂为无机盐类，在水溶液中电离出的阳离子可以与染料的阴离子结合生成不溶于水的染料悬浮体，羊毛纤维对这种染料悬浮体的吸附速度比原来溶于水的染料分子或离子要快得多，当高温时，不溶性的染料悬浮体转化为可溶性，能够很快扩散入纤维内部，提前完成染色过程，达到快速染色的目的。
　　(4)匀染、增艳作用。SFR-502使染料具有一定的迁移性，即使在低温时也能均匀快速上染，且能使染色色泽鲜艳，染色深度增加，可节约染料。
　　(5)降低染色废水中铬离子。酸性媒介染料的一个主要缺点是废水中含有铬离子，六价铬毒性很高，三价铬次之，增加了环境污染。我们对比了常规染色工艺和SFR-502染色工艺废水中铬含量。
表3　染色废水中铬含量

4　结束语
　　SFR-502羊毛染色助剂对羊毛的媒介染料染色具有高效多功能的效果，降低染色温度(染色温度由100℃降至85℃，固色温度由100℃降至90℃；缩短染色时间(由360min降至150min)；增艳效果明显；大大降低废水中铬离子含量；增加了纤维强度，节约能源，降低产品成本。自1995年以来已在部分厂家推广应用，取得了良好的经济效益。