楊 賀

(中國紡織工業(yè)聯(lián)合會檢測中心，北京 100025)

純棉織物活性染料低鹽無鹽染色

楊 賀

(中國紡織工業(yè)聯(lián)合會檢測中心，北京 100025)

棉織物活性染料染色時存在染料利用率低，無機(jī)鹽用量大，染色廢水處理負(fù)擔(dān)重等一系列問題。因此棉織物活性染料低鹽無鹽染色是棉織物染整加工的發(fā)展趨勢。文章從棉織物改性、染料和合成粒子開發(fā)及染色助劑三個方面進(jìn)行對活性染料低鹽無鹽染色理論進(jìn)行探討，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

棉織物；活性染料；低鹽無鹽染色；合成粒子；染色助劑

1 前言

活性染料以分子結(jié)構(gòu)簡單、色澤鮮艷、色譜齊全、使用方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn)成為棉織物最主要的染料。由于活性染料含有水溶性基團(tuán)，在溶液中能夠電離為陰離子，與纖維產(chǎn)生斥力，導(dǎo)致染料竭染率和固色率低[1]，因此實(shí)際生產(chǎn)中需加入大量無機(jī)鹽，促進(jìn)染料在纖維上的吸附和擴(kuò)散。但這會導(dǎo)致印染廢水含鹽量高，危害生態(tài)環(huán)境。

目前，印染廢水中有機(jī)化合物的分離與處理已取得很大成就，但對印染廢水中高濃度無機(jī)鹽的回收和降解還尚未實(shí)現(xiàn)[2]?；诖?，纖維素類織物低鹽無鹽染色成為印染研究者攻關(guān)的難題之一。本文將對純棉織物低鹽無鹽染色的必要性和實(shí)現(xiàn)的途徑進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。

2 活性染料低鹽無鹽染色的必要性

活性染料在染色中與棉纖維發(fā)生共價結(jié)合，但是染料分子和纖維素大分子在水溶液中是帶有相同電性的粒子，且染料在與纖維鍵合的同時也能夠發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致單活性基的活性染料固色率僅50%～60%，雙活性基及多活性基活性染料固色率雖有很大提高，最高達(dá)90%，但實(shí)際應(yīng)用時大部分在80%左右[3]。為提高染料固色率，染色時需加入30～150 g/L氯化鈉或硫酸鈉，以起到抑制棉纖維表面負(fù)電荷聚集、促進(jìn)染料在纖維表面吸附和向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的作用。大量無機(jī)鹽的使用，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且背離“綠色清潔生產(chǎn)和低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的十三五規(guī)劃愿景。因此，活性染料低鹽無鹽染色研究的必要性不言而喻。

純棉織物要實(shí)現(xiàn)活性染料的低鹽無鹽染色，主要通過棉織物表面陰離子改性、改性染料與合成粒子及染色助劑三個途徑得以實(shí)現(xiàn)。

3 棉織物表面陽離子化改性

研究表明，棉織物經(jīng)過陽離子化改性之后，能夠顯著提高活性染料的固色率。

乙烯基吡啶對棉織物進(jìn)行表面接枝改性處理，使得棉織物表面含有烷基醇和烷基溴原子，促使部分直接染料和活性染料的上染率達(dá)到95%以上。M. Montazer等[4]采用環(huán)氧丙基氯化銨對棉織物進(jìn)行預(yù)處理，促使纖維素帶有更多的氨基正電荷基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)與染料中的磺酸基結(jié)合，提高活性染料的竭染。但最為常用的是采用氨基化合物進(jìn)行陽離子化改性，帶有正電荷的纖維和陰離子的染料將會以靜電引力結(jié)合，染色過程中不需要加入鹽或者加入很少量的鹽便能夠?qū)崿F(xiàn)對棉織物的著色與上染。其反應(yīng)過程見圖1。

圖1 環(huán)氧丙基氯化銨對棉織物改性反應(yīng)方程式

與之類似的是端氨基超支化聚合物對棉織物表面進(jìn)行改性，改性后的纖維采用酸性染料染色獲得較高的上染速率和各項(xiàng)色牢度指標(biāo)。其改性機(jī)理如圖2所示。

棉織物陽離子化改性是賦予織物表面更多陽離子基團(tuán)(染座)，具有磺酸基等陰離子基團(tuán)的活性染料能夠與陽離子染座直接進(jìn)行離子鍵結(jié)合。通過該途徑，消除了纖維素纖維離子與陰離子染料之間的靜電斥力，染色過程中不需要加入無機(jī)鹽，即可實(shí)現(xiàn)染料對纖維的上染與固著。棉織物表面經(jīng)陽離子化改性之后，能夠提高染料竭染率和固色率，但是生產(chǎn)加工能耗增大、生產(chǎn)效率降低、染色樣品勻染性問題隨之而來。為解決這些不利影響，棉織物表面陽離子化改性的方式尚待研究和完善。

圖2 氨基超支化聚合物陽離子化改性棉織物

4 改性染料及合成粒子

從染料的結(jié)構(gòu)而言，實(shí)現(xiàn)活性染料的低鹽無鹽染色，在滿足染色需求的情況之下，應(yīng)當(dāng)減少活性染料離子基數(shù)目；為提高染料與纖維的反應(yīng)性能，適用于低鹽無鹽染色的活性染料多為雙或多活性基的染料。如日本住友公司推出的LETS染色方法所對應(yīng)的Sumifix Supra系列染料(一氯均三嗪與β-乙基砜硫酸醋結(jié)合在一起的異雙活性基染料)，亨斯曼公司的Novacron LS系列[5](一類一氟均三嗪/乙烯砜雙活性基染料)，汽巴公司利用不同活性基組合的Cibacron LS系列，科萊恩公司推出的Drimarene HF系列活性染料，這些染料均含有較多的反應(yīng)性基團(tuán)，具有較高的直接性和固色率，雖無法實(shí)現(xiàn)無鹽染色，但能夠?qū)o機(jī)鹽用量降至原來的1/2以下。

如今，將染料與帶有特殊功能基團(tuán)的合成物結(jié)合，結(jié)合體表面的電荷分布會因功能基團(tuán)的種類和多少而各異，因此能夠?qū)崿F(xiàn)棉織物活性染料的無鹽染色。采用聚丙烯酸和含有胺基的共聚物和顏料等共聚物結(jié)合通過調(diào)控合成物和顏料的比例，使共聚物表面帶有一定的陽離子基團(tuán)，應(yīng)用于棉織物連續(xù)染色過程中實(shí)現(xiàn)牢固的結(jié)合。經(jīng)APS改性的活性染料粒子表面因胺基的存在，帶有較高的正電荷，在染色與染整加工過程中大大增加負(fù)電荷纖維表面和活性染料粒子結(jié)合機(jī)率，致使染色過程中不需要無機(jī)鹽，降低了污水處理的負(fù)擔(dān)。

雙或多反應(yīng)性的活性染料，能夠?qū)崿F(xiàn)棉織物等纖維素纖維的低鹽染色，現(xiàn)已廣泛使用；而合成粒子改性仍然處于理論研究階段，距離實(shí)際生產(chǎn)還有一定的距離。

5 染色助劑

綠色染色助劑的開發(fā)和使用是實(shí)現(xiàn)純棉織物活性染料無鹽染色的另一重要途徑。在活性染料染色過程中加入助劑，能夠促使染料和纖維進(jìn)行交聯(lián)和改性，這樣不僅能夠提高染料固色率還能夠改善染色樣品的染色牢度。采用甜菜堿作為活性染料染色助劑，能夠?qū)o機(jī)鹽用量減少60%；可降解的EDTA可作為活性染料的代用鹽，但該助劑能夠加速染料的水解，工藝不易控制；環(huán)保的檸檬酸三鈉能夠達(dá)到較好的促染效果，但因價格昂貴，無法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。采用聚丙烯酸鹽和聚馬來酸鹽替代元明粉，能夠適用于棉織物軋染染色，染色效果和各項(xiàng)牢度與氯化鈉的染色效果相當(dāng)[5]。綜上所述，采用有機(jī)鹽替代無機(jī)鹽，在染色效果和染色牢度上能夠?qū)崿F(xiàn)，但是有機(jī)鹽的成本遠(yuǎn)高于無機(jī)鹽，這也是有機(jī)鹽未應(yīng)用于純棉織物活性染料染色的原因。

6 結(jié)語

因綠色清潔生產(chǎn)，環(huán)境保護(hù)，節(jié)能減排的要求，純棉織物活性染料低鹽無鹽染色是紡織染整加工的大勢所趨，為實(shí)現(xiàn)該工藝，本文主要從棉織物表面陽離子化改性、改性染料及合成粒子和染色助劑三個方面進(jìn)行了探討。棉織物表面陽離子改性，雖能夠提高染料利用率，但需解決勻染性問題；低鹽染料現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而合成粒子雖能夠?qū)崿F(xiàn)無鹽染色，但尚未應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)之中；染色助劑能夠提高固色率，改善手感和色變問題；易降解的有機(jī)鹽替代無機(jī)鹽，價格昂貴，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)難度大。

目前關(guān)于純棉織物低鹽無鹽染色的理論研究已有很多，但轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)加工的寥寥無幾，如何根據(jù)生產(chǎn)要求，結(jié)合纖維和染料的性能，合理選擇染色助劑和工藝是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此，關(guān)于棉織物活性染料低鹽無鹽染色理論和實(shí)踐尚待進(jìn)一步深入探索。

[1] 劉影. 活性染料無鹽低鹽染色研究進(jìn)展 [J].印染助劑, 2014, 31(7): 8—11.

[2] 王東偉, 汪青, 劉元美. 活性染料無鹽和低鹽染色研究進(jìn)展[J].中原工學(xué)院學(xué)報,2007,18(4): 25—28.

[3] 鄭敏譯.活性染料的研究進(jìn)展:化學(xué)和應(yīng)用工藝[J].國外紡織技術(shù), 2002, (2):33—36.

[4] M.Montazer, R.M.A Malek and A.Rahimi. Salt free reactive dyeing of cationizedcotton[J]. Fibers and polymers,2007,8(6):608—612.

[5] 管宇,鄭慶康,羅麗容,等. 聚羧酸鹽在純棉織物活性染料軋染工藝中的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報,2007, 28(2): 67—71.

Low Salt or Salt-free Dyeing with Reactive Dyes on Cotton Fabrics

YangHe

(CNTAC Testing Center，Beijing 100025，China)

For cotton fibers dyed with reactive dyes，many problems are still existed，such as low fixation，large amounts of salts to be used，high salinity in wastewater.Thus，the research about low salt or salt-free dyeing has become a trend of cotton fabrics dyeing process. This specific method was discussed from three aspects：modification of cellulose fibers，development of dyes and particles and dyeing auxiliaries.Reasonable reference were provided for application of low salt or salt-free dyeing thchnology.

cotton fabrics; reactive dyes; low salt or salt-free dyeing；particles；dyeing auxiliaries

2016-02-25

楊 賀(1989—)，男，安徽蚌埠人，助理工程師。

TS193

B

1009-3028(2016)02-0025-03