代用堿JT的制備與應(yīng)用性能研究

涂 超，姜會鈺

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代用堿JT的制備與應(yīng)用性能研究

涂 超1，2，姜會鈺2

（1 蘇州大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，江蘇 蘇州 215123；2 武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430073）

通過測定不同堿劑的緩沖容量，篩選并制備染色代用堿JT,并將其用于棉織物活性染料固色中。研究染浴中代用堿JT的組分對染色效果的影響,確定代用堿JT的組分為碳酸鉀35%、硅酸鈉50%、氫氧化鉀10%和三乙醇胺5%。研究結(jié)果表明：代用堿替代純堿用于活性染料固色,操作簡單,染液pH值變化較小,且可提高染色牢度,節(jié)約用水,節(jié)約染色時間,降低綜合成本。

染色；活性染料；固色；代用堿

活性染料是含有活性基團(tuán)的水溶性染料，在堿性條件下能與纖維素上的羥基發(fā)生共價交聯(lián)而固色。傳統(tǒng)工藝中常使用的固色堿劑主要有純堿、燒堿、磷酸三鈉、硅酸鈉等，其中尤以純堿在工廠中使用最多。但在實(shí)際生產(chǎn)中，純堿的用量很大，水溶性卻很差，很易結(jié)塊填塞設(shè)備濾網(wǎng)，給染色操作帶來不便，若化料不徹底會造成局部堿度過高而使布面產(chǎn)生色花疵病。染后清洗耗水量很大，且常常因染浴中含有鈣、鎂等金屬離子而影響染色效果[1]。為此，人們不斷研究開發(fā)新型染色代用堿劑。代用堿由于具有用量少，一般僅是純堿用量的10～20%，色澤鮮艷，易于加料，不易造成色花及堿斑，應(yīng)用方便，水洗容易而且節(jié)約水[2]等優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)和研制倍受關(guān)注。

本實(shí)驗(yàn)制備了活性染料固色代用堿JT，緩沖能力強(qiáng)，易控制，成本低，完全能夠取代傳統(tǒng)的固色堿。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

漂白絲光棉（40s×40s，武漢市江南集團(tuán)），硅酸鈉、檸檬酸鉀、乙酸鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、三乙醇胺、氫氧化鉀、食鹽、純堿均為分析純，皂粉（市售）、FD型活性染料（市售）。

1.2 儀器

測色配色儀（i7，美國愛色麗）,常溫振蕩染色機(jī)（AS-12,廈門瑞比精密機(jī)械有限公司），烘箱（DHG-9030A，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），酸度計(jì)（PHS-3C，上海雷磁儀器廠），摩擦牢度儀（LFY-304，山東省紡織科學(xué)研究院儀器研究所）

1.3 棉織物活性染料染色及固色工藝

1.3.1 采用恒溫法進(jìn)行染色，工藝曲線如圖1。

圖1 染色工藝曲線

1.3.2 染色處方

染液濃度 0.5%（淺色）、1.5%（中色）、3%（深色）

鹽用量 20 g/L（淺色）、40 g/L（中色）、60 g/L（深色）

代用堿 x g/L；染色溫度 55℃；浴比 50：1

1.4 測試方法

1.4.1 pH測試

pH值測試依據(jù)AATCC 81-2006，利用雷磁PHS-3C型pH計(jì)進(jìn)行測試。

1.4.2 溶液pH值緩沖容量

配制濃度為梯度的各種堿液和0.01mol/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液。分別取0.5、1、1.5、2、2.5、3ml標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴入10ml各種堿液，測定滴定前后的pH差值。

1.4.3 染色性能

k/s值：將待測織物折4～8層，用i7測試織物不同位置，取平均值；

摩擦牢度：參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y定。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿劑溶液的pH

測定常溫下，濃度為20g/L的各種堿劑的pH如下：

表1 堿劑溶液的pH值

由表1可知，氫氧化鉀的堿性最高，其次是硅酸鈉和碳酸鉀。這說明三種堿劑在固色時可以提供足量的堿度, 使固色效果充分,但也可能影響染色的重現(xiàn)性和活性染料的上染率, 因此在實(shí)際應(yīng)用時, 對用量的多少有一定的要求。

2.2 堿劑溶液緩沖容量

測定七種堿劑20g/L的緩沖容量，結(jié)果如圖2所示。

圖2 堿劑溶液緩沖容量

由圖2可知，氫氧化鉀的緩沖寬容量最好，其次是硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、三乙醇胺、乙酸鈉、檸檬酸鉀?？紤]到代用堿和碳酸鈉固色處理效果比較，故代用堿的供堿部分選用氫氧化鉀和碳酸鉀。緩沖部分用硅酸鈉，有機(jī)堿三乙醇胺分子質(zhì)量大，具有一定的表面活性和 pH值緩沖容量，易吸附在織物上，有利于染料的上染和固著，可作為代用堿的添加劑組分。故代用堿的成分為：氫氧化鉀、碳酸鉀、硅酸鈉、三乙醇胺。

綜合考慮以上因素，設(shè)計(jì)6組代用堿配方，如表2：

表2 各種代用堿劑的組成（%）

2.3 代用堿的pH

為了比較常溫情況下，純堿及代用堿的pH差距，測定濃度為20g/L的6組代用堿的pH如表3。

表3 常溫情況代用堿與純堿pH比較

由表3可知，在同濃度時固色堿JT的pH值均比碳酸鈉的pH值要高，但是相差不大，可見，固色堿JT本身的堿性比碳酸鈉要強(qiáng)，在實(shí)際生產(chǎn)中完全可以滿足需求。

2.4 代用堿的緩沖容量

測定代用堿溶液分別在20g/L，30g/L，60g/L時的緩沖容量，結(jié)果如圖3、圖4、圖5。

圖3 濃度為20g/L時的△pH

圖4 濃度為30g/L時的△pH

圖5 濃度為60g/L時的△pH

由圖3，圖4，圖5可知，隨著標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液濃度的提高，代用堿的緩沖容量逐漸增大，但是代用堿2提升的速率最低，故選其為實(shí)驗(yàn)最優(yōu)的方案。

2.5 織物的染色性能

分別以純堿和代堿劑2為堿劑，進(jìn)行活性染料染色，測試織物的染色性能，結(jié)果如表4。

由表4中的K/S值數(shù)據(jù)可知, 在自制代用堿的使用濃度范圍內(nèi)，活性藍(lán)FD-B和活性紅FD-3B的K/S值接近或超過純堿常規(guī)用量固色的K/S值。大體而言，淺色實(shí)驗(yàn)中代用堿2的用量為1/7～3/10，中色實(shí)驗(yàn)中代用堿2的用量為1/10～1/6，深色實(shí)驗(yàn)中代用堿2的用量為1/10～1/7的K/S值可達(dá)到碳酸鈉常規(guī)用量固色時的K/S值。但是，對于不同染料要達(dá)到純堿常規(guī)用量的固色效果所需的自制堿用量可能會有所不同，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中要調(diào)整自制堿的用量以達(dá)到需要的固色效果。

表4 堿劑用量對織物染色性能的影響

2.6 染色牢度的比較

對經(jīng)二種固色堿染色工藝的染色織物測試其染色牢度, 結(jié)果如表5所示。

由表5可知, 代用堿2和純堿的固色牢度相近，并且可以看出代用堿固色的織物的濕摩擦牢度比碳酸鈉固色的濕摩擦牢度略高，可見代用堿的應(yīng)用有利于織物濕摩擦牢度的提高。

2.7 洗滌殘液的pH值

染液pH值不僅影響到活性染料的固色處理，還影響成品織物表面堿劑的殘留量。表6、表7為60℃下純堿與代用堿2溶液pH值的變化。

從表6可以看出，碳酸鈉在較寬的實(shí)用質(zhì)量范圍內(nèi)(10-30g/L)，其溶液pH值穩(wěn)定在11～11.33范圍內(nèi)。因此在活性染料浸染中使用，染液pH值波動小，這對提高浸染的重現(xiàn)性，非常有利。代用堿JT在實(shí)用質(zhì)量濃度范圍內(nèi)(1-6g/L)，溶液的pH值分別在10.6～11。同是也可以看出，隨著用量濃度的增加，溶液pH值漸漸走高，其變化幅度比碳酸鈉大，也就是說代用堿很少的用量就能達(dá)到碳酸鈉固色所需的pH值。

表5 染色牢度的比較

表6 60℃下不同濃度堿劑pH值

染色保溫60min后對染色織物進(jìn)行水洗，每次水洗時間為10min，對純堿固色織物和代用堿2中固含量最高的固色織物進(jìn)行水洗四次后測試水洗液的pH，結(jié)果如表7。

表7 水洗液的pH

從表7中可以看出：代用堿水洗四次后最接近中性，因此，以代堿劑2作為固色劑可減少水的用量，有利于節(jié)水環(huán)保。

2.8 成本核算

（1）代用堿使用簡便，且用量約為純堿的十分之一，可節(jié)省儲存空間，降低運(yùn)輸成本。

（2）環(huán)保型產(chǎn)品，純堿在染色過程中，只起到促染作用，自身不消耗，這就無形中增加了后續(xù)工作，污水處理強(qiáng)度增大。

（3）節(jié)約成本，代用堿的染固同步染色工藝相對于常規(guī)染色工藝，工藝可以簡化，用量可以減少，光在化學(xué)品消耗上，就可以節(jié)約1/3。代用堿固色之后可以比常規(guī)工藝染色至少可以減少一道水洗。假設(shè)每缸染色織物減少一次水洗可節(jié)約用水，可節(jié)省時間30 min以上，若以每天可節(jié)約時間2 h以上，每兩天就可多染一缸布。若每缸織物以800 m計(jì)，每米織物染色加工費(fèi)以2元計(jì)，則每月可增加產(chǎn)值2. 4萬元。如果每只染缸每天可節(jié)約2 h，則每月可節(jié)約60 h。每只染缸以30 kWh計(jì)，每度電以0. 8元計(jì)，則每個月可節(jié)約用電60度，即節(jié)約48元。

（4）目前純堿的價格為2300元/t，代用堿的價格為6500元/t。在中深色染色時，以20 g/L用量計(jì)算純堿加入量，實(shí)際生產(chǎn)中若織物質(zhì)量為300 kg，染色浴比為1∶10，則染液體積為3 000 L，需加入60 kg純堿，合計(jì)138元。以代用堿用量2 g/L，則每缸織物染色時加入的代用堿總量為6 kg，合計(jì)39元，則每缸織物堿劑可節(jié)約100元。

3 結(jié)論

（1）代用堿可以代替純堿作為活性染料染色的固色堿劑，優(yōu)化的代用堿劑組分為碳酸鉀 35%、硅酸鈉 50%、氫氧化鉀 10%和三乙醇胺 5%。

（2）代用堿替代純堿用于活性染料固色，操作簡單，染液pH值變化較小，且可提高染色牢度，節(jié)約用水，節(jié)約染色時間，提高染色重現(xiàn)性和后處理效果，降低綜合成本。

[1] 李穎君，張慶，馮繼紅. 代用堿DA的應(yīng)用研究[J].針織工業(yè)，2006，12（12）：39.

[2] 張利英，連華，李中京，等. 新型堿劑E與活性染料的同步染色研究[J].染料與染色，2005，42(5):23-25.

[3] 王飛，孫莎莎，振宇，等. 液體代用堿在活性染料浸染中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)，2011，1：5-8.

[4] 崔浩然. 活性染料固色代用堿的實(shí)用性研究[J].染整技術(shù)，2005，27(9):21-25.

[5] 禚子瑜，張建波，朱平. 代用堿的配制及應(yīng)用性能[J].印染助劑，2011，27(1):1-3.

[6] 陳英.染整工藝實(shí)驗(yàn)教程[M]. 北京：中國紡織工業(yè)出版社，2009.

Preparation and Study on the Applied Properties of the Alternative Alkali JT

TU Chao1,2, JIANG Hui-yu2

(1 School of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Soochow JiangSu 215123, China;2 School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

By measuring the buffering capacity of different alkali solutions，alternative alkali is selected and prepared，and is applied to reactive dyeing of cotton fabric. On the impact of alternative alkali JT component in the dye bath for dyeing effect, weconcluded that alternative alkali JT was constituted of 35% potassium carbonate, 50% sodium silicate, 10% potassium hydroxide and 5% triethanolamine. The results showed that the cost of water and dyeing time were reduced. And the dyeings feature higher color fastness.

Dyeing; Reactive Dye; Fixation; Alternative Alkali

TS193.632

A

1009－5160(2012)03－0021－05

涂超（1983－），男，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：染色及印染助劑.