家紡面料活性染料濕蒸低鹽染色工藝與實(shí)踐

逄志強(qiáng)，姚國(guó)琦，武豐才

（1.山東昌邑富潤(rùn)紡織科技有限公司，山東濰坊 261061；2.無錫德冠生物科技有限公司，江蘇無錫 214192）

活性染料因具有色譜齊全、色澤鮮艷、色牢度高、應(yīng)用工藝簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，成為棉纖維染料中產(chǎn)量和產(chǎn)值最大的原料，但染色過程中為提高染料上染率及固色率需使用大量無機(jī)鹽，軋干軋蒸工藝中鹽的使用量高達(dá)200～250 g/L。因此，開發(fā)低鹽染色工藝對(duì)推動(dòng)印染產(chǎn)業(yè)綠色、生態(tài)和清潔化生產(chǎn)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 家紡面料無鹽染色的重要意義

目前，全球纖維素纖維用活性染料年產(chǎn)量達(dá)到25萬t，約占世界染料總年產(chǎn)量的20%。另外，活性染料新品種的開發(fā)速度在各類染料中名列前茅。但活性染料最突出的問題是上染率和固色率低，染料的利用率不高[2]，在傳統(tǒng)的染色工藝中，為了提高活性染料的上染率和固色率，需要加入大量無機(jī)鹽（中性鹽）促染，使印染廢水產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。從生態(tài)角度講，高含鹽量的廢水排放直接改變了江湖的水質(zhì)，破壞了生態(tài)環(huán)境；鹽分的高滲透性將導(dǎo)致江湖周圍土質(zhì)鹽堿化，降低了農(nóng)作物的產(chǎn)量；造成了鹽資源的浪費(fèi)，增加了成本。

活性染料染色廢水主要有2大來源：（1）活性染料與纖維反應(yīng)的同時(shí)，還能發(fā)生水解反應(yīng)，水解產(chǎn)物一般不能再與纖維發(fā)生反應(yīng)，從而降低了染料的利用率，染色后水洗液中有較多的染料，造成水資源的污染。（2）從生態(tài)角度來講，大量無機(jī)鹽的加入，不能通過簡(jiǎn)單的物理、化學(xué)及生化方法加以處理，高含鹽量的印染廢水排放對(duì)水質(zhì)和土壤的負(fù)面影響極大，超濾技術(shù)雖能很好地去除回用水中的無機(jī)鹽，但成本太高，很多企業(yè)還無法承受。為此，近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者大力研究如何減少鹽用量，開展低鹽甚至無鹽染色研究。

2 國(guó)內(nèi)外低鹽、無鹽染色的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)外低鹽或無鹽染色研究主要集中在低鹽活性染料、纖維素陽離子改性、無鹽染色助劑等方面。低鹽活性染料的研究是從染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)入手，通過減少活性染料的離子基數(shù)目或者增加活性染料與纖維素纖維的反應(yīng)性來實(shí)現(xiàn)。近年來已開發(fā)直接性高和對(duì)鹽依存性低的低鹽染色用活性染料，這些染料在結(jié)構(gòu)上都具有高空間位阻效應(yīng)，且大多有較高的直接性；在保證染料溶解性和勻染性的前提下，磺酸基的數(shù)目較少，而且很少處于染料分子的中央，有些則含有陽離子基團(tuán)。日本住友公司推出的Sumifix Supra 系列染料，就是由一氯均三嗪和乙基砜硫酸酯結(jié)合在一起的異雙活性基陽離子型活性染料，直接性和固色率高，用于低鹽染色顯示了優(yōu)異的性能。亨斯邁開發(fā)的Novacron LS 染料是由2 個(gè)一氟均三嗪結(jié)構(gòu)的活性染料對(duì)接而成，直接性很高，可以實(shí)現(xiàn)低鹽染色，但這些都僅僅限于浸染染色領(lǐng)域。對(duì)于軋染領(lǐng)域，這些染料在低鹽或無鹽染色方面發(fā)揮不了作用。

棉纖維陽離子化是一種解決活性染料染色問題比較直接且有效的途徑之一，通過化學(xué)結(jié)合或物理吸附使陽離子化合物固著在纖維上以提高染料的竭染率和固色率，在染色過程中可以減少甚至不使用無機(jī)鹽。實(shí)現(xiàn)方法有2種：（1）通過在纖維素纖維上接枝具有反應(yīng)性的胺類化合物[3]；（2）用季銨鹽在堿性條件下對(duì)棉織物進(jìn)行預(yù)處理。陽離子化試劑的典型代表為胺或季銨的環(huán)氧化合物，開發(fā)較早并一直沿用至今。由于很多陽離子化試劑本身對(duì)環(huán)境不利，比如，一些胺類物質(zhì)對(duì)自然界的毒性很大，對(duì)眼睛、皮膚、呼吸道等有刺激作用，開發(fā)環(huán)境友好的生物質(zhì)陽離子化試劑得到越來越多的關(guān)注。殼聚糖衍生物是一種多糖類高分子，其生物相容性好、無毒、無抗原性，并且年產(chǎn)量?jī)H次于纖維素，近年來受到普遍關(guān)注。改性淀粉也可作為陽離子化試劑，用它處理棉織物后，染色織物的K/S值、耐日曬色牢度及折皺回復(fù)角都有所提高，但前處理整理方法工藝復(fù)雜，還需價(jià)格較高的催化劑，應(yīng)用受到限制。

無鹽染色助劑的開發(fā)與應(yīng)用也是降低無機(jī)鹽使用量的有效措施。目前研發(fā)的無鹽染色助劑大部分是多種組分的復(fù)合物，其中含有高分子聚合物、交聯(lián)組分，在染色過程中高分子聚合物有助于提高纖維對(duì)染料的吸附，交聯(lián)組分可以與纖維素纖維反應(yīng)，提高染料上染，因此染色時(shí)無需加入無機(jī)鹽就能達(dá)到理想的染色效果，實(shí)現(xiàn)無鹽染色。殼聚糖衍生物（NMAHTCC）也可作為無鹽染色助劑使用，提高纖維上染率等性能，同時(shí)還可賦予織物抗菌性、防皺性、改善織物吸濕透濕性等。研究結(jié)果表明，使用1%的NMAHTCC 對(duì)棉纖維進(jìn)行處理，可在無鹽條件下獲得高于常規(guī)活性染料有鹽染色的染色效果，主要是由于殼聚糖衍生物陽離子基團(tuán)與染料陰離子基團(tuán)之間有離子鍵形成。因?yàn)榉N種原因，棉纖維陽離子化和無鹽染色助劑產(chǎn)業(yè)化的道路還很漫長(zhǎng)。

眾所周知，軋干軋蒸工藝因?yàn)橹虚g的烘干過程，染料泳移比較嚴(yán)重，因此是表面染色，得色量最高；但透染性差；工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定；嚴(yán)重的泳移有時(shí)會(huì)影響布面的均勻效果或引起邊中差、陰陽面等問題。

冷軋堆工藝因?yàn)槿玖纤馍伲躺首罡?；但透染性好，因此得色量一般，且沒有嚴(yán)重的泳移問題。

因此本實(shí)驗(yàn)決定開發(fā)低鹽濕蒸染色工藝，將軋干軋蒸工藝中高達(dá)200～250 g/L 的鹽降為10～30 g/L，實(shí)現(xiàn)低鹽染色。

3 新型家紡面料無鹽染色工藝

低鹽濕蒸工藝是將染料和堿劑加在一浴，浸軋染液后進(jìn)行濕蒸固色。與軋干軋蒸工藝相比，低鹽濕蒸工藝簡(jiǎn)單而可靠，不需中間烘干和高濃度的鹽。特別是一些毛圈織物，燈芯絨，毛絨和其他厚重織物，沒有泳移問題，有很好的滲透性。該工藝適合中淺色，存在深色提升力較低、頭尾差、中等的死棉覆蓋性等問題。通過篩選最佳的染料組合，這些問題可被克服與改善。

3.1 低鹽濕蒸工藝的頭尾差測(cè)試

低鹽濕蒸工藝流程：室溫浸軋染液（軋余率70%）→透風(fēng)（30 s）→汽蒸（飽和蒸汽蒸90 s）→第一槽70 ℃溫水淋洗→第二槽90 ℃熱水淋洗→第三槽90 ℃熱水淋洗→第四槽2 g/L 依維潔R liq.95 ℃皂洗→第五槽90 ℃熱水淋洗→淋洗→烘干。

3.1.1 淺色、特淺色組合

運(yùn)用非對(duì)比色的原理選擇淺色組合1（軋液配方為：Novacron Yellow NC 0.40 g/L，Novacron Brown NC 0.40 g/L，Novacron Olive NC 0.20 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽20 g/L，純堿10 g/L）和特淺色組合2（軋液配方為：Novacron Brown NC 2.00 g/L，Novacron Olive NC 1.50 g/L，Novacron Grey NC 1.50 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽30 g/L，純堿10 g/L）進(jìn)行低鹽濕蒸染色織物頭尾差實(shí)驗(yàn)，即3只染料的色域面積越小，顏色的重現(xiàn)性、頭尾差和邊中色差越小。從表1 可以看出：Novacron NC 淺色、特淺色組合在低鹽濕蒸染色工藝中，頭尾差均很??；淺米棕色頭尾差dE=0.48，淺棕色頭尾差dE=0.41。

表1 淺色、特淺色組合低鹽濕蒸染色工藝的頭尾差

3.1.2 淺色、中色組合

選擇淺色組合3（軋液配方為：Novacron Yellow NP 2.00 g/L，Novacron Red C-2BL 0.70 g/L，Novacron Blue C-R 2.30 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽30 g/L，純堿10 g/L）和中色組合4（軋液配方為：Novacron Yellow C-RG 1.60 g/L，Novacron Red C-2BL 2.40 g/L，Novacron Blue C-D 1.00 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽20 g/L，純堿10 g/L）進(jìn)行低鹽濕蒸染色，并測(cè)試織物頭尾差，結(jié)果如表2所示。

表2 淺色、中色組合低鹽濕蒸染色工藝的頭尾差

從表2 可以看出：Novacron 2 個(gè)淺色、中色組合低鹽濕蒸染色工藝的頭尾差均較小，灰色頭尾差dE=0.86；紅棕色頭尾差dE=0.73。

3.2 低鹽濕蒸工藝與軋干軋蒸工藝對(duì)比

軋干軋蒸工藝（軋液配方為：Novacron Yellow NP 1.40 g/L，Novacron Red C-2BL 1.30 g/L，Novacron Blue C-R 2.30 g/L，Albaflow PAD 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，Thermacol PT 10.00 g/L）和低鹽濕蒸工藝（軋液配方為：Novacron Yellow NP 1.40 g/L，Novacron Red C-2BL 1.30 g/L，Novacron Blue C-R 2.30 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽30 g/L，純堿10 g/L）進(jìn)行顏色對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

表3 低鹽濕蒸工藝與軋干軋蒸工藝對(duì)比

從表3 可以看出：Novacron 組合在低鹽濕蒸工藝和軋干軋蒸工藝中的顏色差異較小，低鹽濕蒸工藝與軋干軋蒸工藝的相對(duì)深度為99%，dE=1.78。

3.3 汽蒸時(shí)間對(duì)低鹽濕蒸工藝的影響

考察汽蒸時(shí)間對(duì)低鹽濕蒸工藝的影響，其中軋液配方為：Novacron Brown NC 2.00 g/L，Novacron Olive NC 1.50 g/L，Novacron Grey NC 1.50 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽30 g/L，純堿10 g/L，結(jié)果如表4所示。

表4 汽蒸時(shí)間對(duì)低鹽濕蒸工藝的影響

從表4 可以看出：汽蒸時(shí)間對(duì)低鹽濕蒸工藝染色效果的影響較小，特別是汽蒸90～120 s 時(shí)，相對(duì)深度99%，色差為0.16，相差較小。

4 家紡面料無鹽染色工藝的實(shí)踐

染色織物：純棉40s×40s，120×60，共10 000 m。

工藝流程：前處理→絲光→定型→磨毛→家紡面料無鹽染色（車速40 m/min，蒸箱汽封口）→水洗→柔軟定型→軋光→預(yù)縮→機(jī)械柔軟→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

軋液配方：Novacron Yellow NP 1.40 g/L，Novacron Deep Red C-D 0.70 g/L，Novacron Blue C-R 2.90 g/L，Albaflow FFW 1.00 g/L，Lyoprint RG 3.00 g/L，Albatex DBC 2.00 g/L，鹽30 g/L，純堿10 g/L。

大貨頭尾差dE 小于0.5，邊中色差dE 小于0.3。實(shí)踐證明低鹽濕蒸染色工藝具有頭尾差小，各項(xiàng)色牢度高；敏感色也不敏感；中淺色得色量高；汽蒸固色時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定；染色流程短，減少了特寬幅家紡面料在長(zhǎng)流程軋干軋蒸工藝中的起皺問題。低鹽濕蒸染色工藝是真正的環(huán)保短流程工藝，值得大力推廣。