活性翠蘭M-G電化學(xué)無鹽染色工藝

潘 婕,樊增祿,蔡信彬,李 慶

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

活性染料染色時要加入大量的中性電解質(zhì)提高其染料利用率,但電解質(zhì)使淡水鹽化,破壞生態(tài)環(huán)境.為此,近年來國內(nèi)外研究如何無鹽或低鹽染色已成為一個重要課題[1-2].

目前活性染料的無鹽染色常用方法有開發(fā)新型活性染料、纖維素纖維改性,使用“代用鹽”等[3].其中纖維陽離子化能夠直接有效的提高染料的利用率,但是會造成染色不勻現(xiàn)象.“代用鹽”方法中助劑影響較大,不可循環(huán)利用,不利于環(huán)境保護(hù)[4].活性染料電化學(xué)無鹽染色在電場的作用下,一方面，陽極區(qū)釋放的正離子起電荷屏蔽作用,減少了染料陰離子與纖維負(fù)電荷的斥力,起促染作用;另一方面，陽極區(qū)釋放的正電荷對染料陰離子有吸引作用,使染料陰離子在電場作用下向陽極區(qū)靠攏,使得纖維附近染料濃度提高,從而提高染料的上染百分率,代替鹽的使用,減少了環(huán)境污染[5-6].

本文探討活性翠蘭M-G在電化學(xué)無鹽染色條件下,外加電壓、染色溫度、染色時間、固色時間等參數(shù)對活性翠蘭M-G電化學(xué)無鹽染色的影響,確定電化學(xué)無鹽染色的最佳染色工藝.

1 實 驗

1.1 材料及儀器

(1) 織物 漂白棉織物(29.5tex×29.5tex,236根/10cm×236根/10cm,市售).

(2) 試劑 無水碳酸鈉(分析純,鄭州派尼化學(xué)試劑廠),氯化鈉(分析純,浙江億得化工有限公司).

(3) 儀器 213型鉑電極(上海羅素科技有限公司),218型銀/氯化銀參比電極(上海羅素科技有限公司),DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司),Color i7測色儀(美國X-Rite公司),HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司),SW-12A型耐洗色牢度試驗儀(無錫紡織儀器制造廠),Y571B型摩擦色牢度儀(寧波紡織儀器廠).

1.2 實驗裝置

本中采用的實驗裝置如圖1所示.

圖1 實驗裝置圖1—樣布;2—陽極;3—直流穩(wěn)壓電源;4—陰極;5—染液;6—磁轉(zhuǎn)子

1.3 實驗方法

1.3.1 染色處方 (1) 傳統(tǒng)染色處方:活性翠蘭M-G 4%(o.w.f);氯化鈉40g/L;無水碳酸鈉10g/L;浴比 100∶1.

(2) 電化學(xué)無鹽及低鹽染色處方:活性翠蘭M-G 4%(o.w.f);氯化鈉0g/L;無水碳酸鈉10g/L;浴比 100∶1.

1.3.2 染色工藝曲線 以上染色方法的染色工藝曲線如圖2所示.

圖2 染色工藝曲線

1.4 性能測試

1.4.1K/S值測試 在X-Rite Colori7測試儀上測定待測織物的K/S值,正反兩面各測3次,然后取平均值.

1.4.2 染色牢度的測試 摩擦牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定,用GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》評定.皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 電化學(xué)無鹽染色工藝

2.1.1 外加電壓 實驗使用鉑-銀/氯化銀電極,在染色溫度為40℃,染色時間15min,染色階段不加鹽的情況下,探討外加電壓對染色后棉織物K/S值的影響,結(jié)果如圖3所示.

圖3 電壓對電化學(xué)無鹽染色的影響 圖4 溫度對電化學(xué)無鹽染色的影響

從圖3可以看出,當(dāng)電壓在1～10V變化時,活性翠蘭M-G染色后K/S值呈先上升后下降趨勢；在電壓為6V時,其染色后K/S值最大.這可能因為當(dāng)電壓過小時,電解槽中產(chǎn)生的電場強(qiáng)度小,對染料陰離子的牽引力也小,染料附著織物的量也少,所以染色后織物的K/S值低;隨著電壓的增大,電場的牽引力增大,織物周圍的染料濃度提高,促進(jìn)了染料對纖維的吸附,從而染料與纖維發(fā)生共價結(jié)合的幾率增加,染料上染纖維增多,所以染色后織物的K/S值提高;當(dāng)電壓過大時,電場對染料陰離子的牽引力過大,染料分子之間的疏水部分由于氫鍵和范德華力的作用而使染料發(fā)生不同程度的聚集,染料會聚集,分子量變大影響了染料的吸附速率和在纖維上的擴(kuò)散速率,染料與纖維發(fā)生共價結(jié)合的幾率變小,所以電壓過大,染色后織物的K/S值反而會降低.故最佳電壓為6V.

2.1.2 染色溫度 確定外加電壓6V,染色時間15min時用恒溫水浴鍋控制染色溫度,變量為25～55℃,在染色階段不加鹽的情況下探討染色溫度對染色后棉織物K/S的影響,其結(jié)果如圖4所示.

從圖4可以看出，染色溫度在常溫至55℃變化時,染色后織物的染色K/S值隨著染色溫度的升高先上升后緩緩下降;當(dāng)染色溫度達(dá)到45℃時,染色后織物的染色K/S值最大.活性翠蘭M-G為雙活性基染料,含有均三嗪和乙烯砜活性基,屬于中溫染色染料.溫度低時,均三嗪活性基未能達(dá)到其反應(yīng)的活化能,且染料擴(kuò)散速度慢,影響織物上染.溫度過高時,乙烯砜活性基由于高溫而失去活性,與纖維的反應(yīng)性下降,綜合考慮選擇最佳染色溫度為45℃.

2.1.3 染色時間 在外加電壓6V和染色溫度45℃條件下，以染色時間為變量，染色階段不加鹽的情況下探討染色時間對染后棉織物K/S值的影響，其結(jié)果如圖5所示.

從圖5可以得出,染后織物的K/S值隨染色時間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;在染色時間為30min時,染后織物的染色K/S值具有最大值.這可能是因為染色時間過短時,大量活性染料未與纖維發(fā)生吸附,上染織物的染料較少,所以染色后織物的K/S值較低.染色時間過長織物的K/S降低,這可能是因為一方面隨著染色時間的增長,活性染料容易形成聚集,不易向纖維內(nèi)部擴(kuò)散,所以活性染料與纖維的反應(yīng)量減少,染色后織物的K/S值降低;另一方面染料在纖維上達(dá)到染色平衡后隨著染色時間的延長,染料解析速率大于上染速率,所以染料上染量降低,織物的K/S值降低.實驗所選該染料的最佳電化學(xué)無鹽染色時間為30min.

圖5 染色時間對電化學(xué)無鹽染色的影響 圖6 固色時間對電化學(xué)無鹽染色的影響

2.1.4 固色時間 以上實驗結(jié)果表明，電化學(xué)無鹽染色技術(shù)對活性翠蘭M-G的的染色階段作用明顯.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了在最佳染色工藝條件下，即外加電壓為6V、染色溫度45℃、染色時間30min的染色條件下，在固色時一組加入電極，一組不加電極進(jìn)行對比實驗，探討固色時間對電化學(xué)無鹽染色技術(shù)染色效果對的影響，結(jié)果如圖6所示.從圖6可以看出,活性翠蘭M-G傳統(tǒng)染色和電化學(xué)無鹽染色后棉織物K/S隨著固色時間的延長均增加,在固色23min時,電化學(xué)無鹽染色K/S值高于傳統(tǒng)染色K/S值.固色階段加電極進(jìn)行電化學(xué)無鹽染色大大提高了織物的K/S值.染色后織物的K/S值隨固色時間的延長而增加，一方面是因為堿劑的加入提高了染液的pH,使纖維素的羥基更易離解成陰離子,同時打破了染料與纖維的吸附平衡,纖維上解吸速率變慢,因而又有部分染料能夠上染纖維,與纖維分子發(fā)生共價結(jié)合,提高了染色后織物的K/S值[5-6];另一方面在電化學(xué)作用下,堿劑碳酸鈉作為強(qiáng)電解質(zhì),提高了電場的強(qiáng)度,電場對陰離子染料的牽引力有所提高,使得更多的染料在電場的牽引下發(fā)生定向移動,織物周圍染料濃度提高,增加了染料與纖維吸附的幾率,從而提高織物的染色量,染色后織物的K/S值得以提高.

在固色時間為30min時織物染色深度為3.985,已超過傳統(tǒng)染色織物深度3.478.但考慮到工藝的時間周期,在不影響織物深度的前提下確定固色時間為30min.綜上所述,針對活性翠蘭M-G的電化學(xué)無鹽染色,其在外加電壓為6V,染色溫度為45℃,染色時間為30min，固色時間30min的條件下，織物染色深度已超過傳統(tǒng)染色織物的K/S值.

2.2 染色效果

2.2.1 織物染色K/S值對比 電化學(xué)無鹽染色、傳統(tǒng)染色、傳統(tǒng)無鹽染色3種工藝K/S值分別為3.985，3.478，0.96.比較3種不同工藝下染色后棉織物的染色深度,電化學(xué)無鹽染色工藝在不加鹽的情況下織物染色深度都高于二者.

表1 不同工藝條件下染色后的色牢度

2.2.2 染色牢度 對電化學(xué)無鹽最佳染色工藝和傳統(tǒng)染色工藝的織物進(jìn)行染色牢度的測試,測試結(jié)果見表1.

從表1可以看出，電化學(xué)無鹽染色與傳統(tǒng)染色的染色效果不相上下,說明在電化學(xué)無鹽染色條件下,染色后棉織物的色牢度與傳統(tǒng)染色的色牢度基本相當(dāng),減少了染色廢液中的含鹽量,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境.

3 結(jié) 論

(1) 活性翠蘭M-G的電化學(xué)無鹽染色最佳工藝為:外加電壓6V,染色溫度45℃,染色時間30min,固色時間30min.在此工藝條件下棉織物染色K/S值為3.478,比傳統(tǒng)染色的棉織物K/S值高0.507,且織物染色效果與傳統(tǒng)染色效果相當(dāng).

(2) 在活性染料電化學(xué)無鹽染色條件下,電化學(xué)作用對染色階段和固色階段都有提高染色后織物K/S值的作用.

參考文獻(xiàn)：

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