K型活性染料电化学无盐染色

2016-06-29

  K型活性染料电化学无盐染色

  潘婕,樊增禄,刘倩倩,叶辉

  河南工程学院材料与化学工程学院,河南郑州450007)

    摘要:采用K 型活性染料进行棉织物电化学无盐染色,分析染色电压、染色温度、染色时间和固色时间对电化学无盐染色效果的影响。试验结果表明,优化的染色工艺参数为:电压5~7 V、染色温度45~50 ℃、染色时间25~30 min、固色时间50~60 min。在此工艺条件下,棉织物染色的K/S 值均超过传统染色工艺,且织物的匀染性与色牢度与传统染色效果相当。

    关键词:活性染料;无盐染色;电化学;棉织物

    中图分类号:TS193.632 文献标识码:A 文章编号:1000-4017(2014)17-0012-05 

    0 前言

    活性染料染色时要加入大量中性电解质以提高染料利用率,但电解质使淡水盐化,破坏生态环境,而且很难处理。为此,近年来国内外大力研究如何减少用盐量,进行无盐或低盐染色已成为一个重要课题[1-5]。

    目前,活性染料无盐染色常用方法有:开发新型活性染料,纤维素纤维改性,使用代用盐等[6-7]。其中,纤维阳离子化能够有效地提高染料的利用率,但是会造成染色不匀现象;代用盐方法中,助剂一般不可循环利用,不利于环境保护[8]。

    活性染料电化学无盐染色的原理是,在电场作用下,阳极区释放正离子,起到电荷屏蔽作用,减少了染料阴离子与纤维负电荷的斥力,起促染作用;另一方面,利用电极阳极区对染料阴离子的吸引作用,使得染料阴离子在电场作用下向阳极区靠拢,与处于阳极区的纤维充分接触,使得纤维附近染料浓度提高,从而提高染料的上染百分率,摒弃了盐的使用,减少环境污染[9-10]。

    本试验进一步探讨在电化学无盐染色条件下,具有一定结构特征的三只K型活性染料染色时的电压、染色温度、染色时间和固色时间对染色K/S 值的影响,确定K型活性染料电化学无盐染色的最佳染色工艺,并探讨染料结构与电化学无盐染色的关系。

    1· 试验部分

    1.1 织物、试剂与仪器

    织物 漂白棉织物(29.5 tex×29.5 tex,236 根/10 cm×236根/10 cm,市售)

    试剂 无水碳酸钠(分析纯,郑州派尼化学试剂厂),氯化钠(分析纯,天津河东区河岩试剂厂);活性艳蓝K-3R,活性紫K-3R,活性艳红K-2G(分析纯,浙江亿得化工有限公司)

    染料的结构式如下:

     

    仪器 213 型铂电极(上海罗素科技有限公司),218型银/氯化银参比电极(上海罗素科技有限公司),晶体管直流稳压电源(天津市无线电元件三厂),Color i7测色仪(美国爱色丽仪器有限公司),HH-S4 型数显恒温水浴锅(国华电器有限公司),SW-12A型耐洗色牢度试验仪(无锡纺织仪器制造厂),Y571B型摩擦色牢度仪(宁波纺织仪器厂)

    1.2 试验方法

    1.2.1 染色处方

    采用传统染色法、电化学染色法和无盐传统染色法进行染色,三种染色工艺的处方如表1所示[11]。

     

    1.2.2 电化学染色工艺曲线

    电化学染色工艺曲线如下:

     

    1.3 性能测试

    1.3.1 K/S 值

    采用Color i7测色仪测定染色织物的K/S 值,在织物正反面任取10个点,取其平均值。

    1.3.2 匀染性

    在每个布样上测10个点的K/S 值,按式(1)和式(2)计算标准偏差Sr [12],标准偏差越小,说明匀染性越好。

    

    1.3.3 染色牢度

    耐摩擦色牢度参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定,用GB/T 251—2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》评定。

    皂洗色牢度参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。

    2· 结果与讨论

    2.1 K 型活性染料电化学无盐染色工艺

    2.1.1 染色电压

    采用铂-银/氯化银电极,染色温度60 ℃、染色时间15 min,在染色阶段不加盐的条件下,探讨1~10 V电压对K型活性染料染色棉织物的K/S 值的影响,结果如图1所示。

     

    从图1可知,随着电化学无盐染色时电压的增大,三只活性染料染色织物的K/S 值均呈先上升后下降的趋势。这可能是因为当电压较低时,电场强度较弱,对离子染料的牵引能力也弱,故使染色织物的K/S 值减小;而当电压过高时,电场对离子染料的牵引力过大,聚集的染料分子间的疏水部分通过氢键和范德华力的作用,使染料发生不同程度的聚集,影响染料在纤维上的吸附速率和扩散速率,染料与纤维发生共价结合的几率变小[13]。所以电压过大,染色后织物的K/S 值反而会降低。最佳的染色电压参数分别是:活性艳蓝K-3R 5 V,活性紫K-3R 6 V,活性大红K-2G 7 V。

    三只染料的电化学无盐染色效果不同,是因为染料结构中阴离子基团(磺酸基)所占染料分子质量的百分比不同。电化学无盐染色主要是通过电极附近的电荷对染液中离子染料的吸引来提高织物周围染料浓度,从而提高上染率。活性艳蓝K-3R中的磺酸基占染料分子质量的28.10%,活性紫K-3R中的磺酸基占39.06%,活性大红K-2G中的磺酸基占47.03%。因此,活性大红K-2G 的染色K/S值最高,活性艳蓝K-3R的染色K/S 值最低。而且,染料中磺酸基所占的比例越高,其所需的电场牵引力越大,最佳的染色电压值也越高。

    2.1.2 染色温度

    在外加电压确定的条件下,染色时间为15 min,用恒温水浴锅控制染色温度在25~65 ℃,探讨无盐染色温度对K型染料染色棉织物K/S 值的影响,结果如图2所示。

    

    由图2可知,随着染色温度的提高,织物经这三只活性染料电化学无盐染色后,其K/S 值均呈先上升后下降的趋势。当温度过低时,均三嗪活性基未能达到其反应的活化能,且染料扩散速度慢,影响织物上染;温度过高时,活性基会失去活性而影响与纤维的反应性,故染色织物的K/S 值也降低。最佳染色温度为:活性艳蓝K-3R 50 ℃、活性紫K-3R 45 ℃、活性艳红K-2G 45 ℃。

    活性艳红K-2G染色织物的K/S 值最高,活性艳蓝K-3R最低。温度对三只活性染料电化学无盐染色的不同效果,可能是因为各染料对温度的敏感性不一样。活性艳蓝K-3R中阴离子较少,水溶性较差,故升高温度有利于染料的溶解,从而提高染料的上染量。

    2.1.3 染色时间

    在外加电压和染色温度确定的条件下,探讨无盐染色时间对K型活性染料染色棉织物的K/S 值的影响,其结果如图3所示。

     

    从图3可以看出,随着染色时间的延长,电化学无盐染色织物的K/S 值均先增加后下降。这可能是因为染色时间过短时,大量活性染料未与纤维发生吸附,上染织物的染料较少,所以染色织物的K/S值较低。染色时间过长,织物的K/S 值降低,这可能是因为,一方面随着染色时间的延长,活性染料容易形成聚集,不易向纤维内部扩散,使得染色织物的K/S 值降低;另一方面,染料在纤维上达到染色平衡后,继续延长染色时间,染料的解吸速率大于上染速率,因此使织物的K/S 值降低。最佳染色时间为:活性艳蓝K-3R 25 min、活性紫K-3R 30 min、活性艳红K-2G 30 min。

    2.1.4 固色时间

    在上述优化条件下,探讨固色时间对K型活性染料染色棉织物的K/S 值的影响,同时对比传统染色工艺(固色时间30 min)和无盐传统染色工艺(固色时间30 min)的结果,如表2所示。

    

    由表2可知,在电化学无盐染色条件下,随着固色时间的延长,每只活性染料染色后织物的K/S值均呈增大趋势,但增幅逐渐变小。电化学无盐染色织物的K/S 值均超过传统染色织物的K/S 值,且远超过传统无盐染色织物的K/S 值。染色织物的K/S 值随固色时间的延长而提高,

    一方面可能是碱剂的加入提高了染液的pH值,使纤维素的羟基更易离解成阴离子,同时打破了染料与纤维的吸附平衡,纤维上解吸速率变慢,使部分染料又能够上染纤维,提高了染色织物的K/S 值[9];另一方面,在电化学作用下,碱剂碳酸钠作为强电解质,大大提高了电场强度,电场对阴离子染料的牵引作用也大大提高了,使得更多染料在电场的牵引下发生定向移动,织物周围染料浓度提高,增加了染料与纤维吸附的几率,从而提高了染色织物的K/S 值。

    但是随着固色时间的延长,电化学无盐染色织物的K/S 值的增幅减少,这是因为染料与纤维逐渐形成吸附平衡,染料的上染速率与解吸速率相当,同时染料阴离子在电场牵引下会形成局部染料的聚集,影响了染料的吸附速率和在纤维上的扩散速率。所以,选择活性艳蓝K-3R和活性紫K-3R的固色时间为50 min,活性艳红K-2G 的固色时间为60 min。

    选取的这三只K型活性染料电化学无盐染色织物的K/S 值,比传统工艺染色织物K/S 值提高的百分比分别为:活性艳蓝K-3R 7.0%,活性紫K-3R13.9%,活性艳红K-2G 20.2%。这三只K型活性染料结构中磺酸基占染料分子质量的比例依次增大,电化学对提高其染色后织物K/S 值的作用也非常明显。在电化学无盐染色条件下,选取的这三只K型活性染料染色后织物的K/S 值都超过了传统染色后织物的K/S 值,达到了电化学无盐染色的效果。

    2.2 染色织物的匀染性和色牢度

    测试传统染色工艺、电化学无盐染色工艺和无盐传统染色工艺染色织物的匀染性和色牢度,结果如表3所示。

    

    由表3可以看出,三种工艺的干摩擦牢度、湿摩擦牢度、毛沾、棉沾牢度基本一致。电化学无盐染色过程中,染料会局部聚集,使其匀染性略低于传统染色工艺,但断裂强力略高于传统染色工艺,说明电化学染色未对纤维有损伤。

    3· 结论

    选取K型活性染料活性艳蓝K-3、活性紫K-3R和活性艳红K-2G对棉织物进行电化学无盐染色,优化工艺为:电压5~7 V、染色温度45~50 ℃、染色时间25~30 min、固色时间50~60 min。在此工艺条件下,棉织物染色K/S 值均超过传统染色工艺,且织物的匀染性和色牢度与传统染色效果相当。在电化学无盐染色条件下,活性染料中磺酸基所占的比例越大,织物染色后的K/S 值越高。

参考文献

[1]宋心远.活性染料低盐和无盐染色[J].印染助剂,2006,23(12):1-4.

[2]张伟,张艳,张丹丽.吡啶三嗪阳离子活性染料无盐无碱染色[J].印染,2013,39(24):10-12.

[3]王洪海,林明穗,钟建生.色媒体改性棉织物活性无盐轧蒸染色[J].印染,2013,39(24):19-22.

[4]杭彩云,何瑾馨.乙醇-水体系的HE型活性染料无盐染色[J].印染,2013,39(18):7-10.

[5]高兆昶,张伟,张艳.单烟酸三嗪活性染料无盐无碱湿短蒸工艺[J].印染,2013,39(11):11-13.

[6]谢孔良,孙燕.活性染料无盐染色技术研究进展[J].纺织导报,2005,(7):62-85.

[7]王海英,袁寅瑕,石敏,等.活性染料电化学无盐染色[J].纺织学报,2008,29(8):75-77.

[8]车映红译.电化学染色工艺进展及其商业化应用[J].印染,2007,33(22):50-52.

[9]蔡信彬,樊增禄,李庆,等.活性艳蓝B-RV的电化学无盐染色[J].印染,2012,38(3):13-16.

[10]蔡信彬,樊增禄,何耀耀,等.活性黄M-4GL电化学低温染色[J].印染,2013,39(5):14-16.

[11]陈英.染整工艺原理实验教程[M].北京:纺织工业出版社,1984:54-58,185-202.

[12]王琴,孙根行.电化学法处理废水研究进展[J].电镀与环保,2011,31(2):7-10.

[13]何瑾馨.染料化学[M].北京:中国纺织出版社,2004:142-148.    




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