活性染料染色新技術：活性染料濕短蒸染色

   軋染是活性染料重要的染色方式之一，但通常在軋染工藝中，織物經過浸軋染液后都需要進行中間烘干，以利于后續汽蒸或焙烘固色時提高加工速度和減少染料水解，獲得高的固色率和色牢度。但是中間烘干也帶來許多問題：首先是消耗能源，濕織物烘干時蒸發水分要消耗大量熱能；其次在烘干時染料容易發生泳移，產生色差和降低色牢度，染色重現性也變差；此外，浸軋染液后進行烘干，不但增加了一道加工工序，不便于管理，而且干態織物進行汽蒸時，染料和化學品重新要吸水溶解，干態織物吸濕都會放熱產生過熱現象，對染料上染和固色均不利。因此，進行濕蒸是長期追求的目標。
　
　　染色織物濕蒸難度很大。首先濕織物直接汽蒸，由于水分吸熱蒸發，使織物升溫速度大為減慢，延長了汽蒸固色時間；其次在織物上含有大量水分(通常浸軋后的帶液率為60%～70%)時，汽蒸升溫過程中，織物上的活性染料會發生大量水解，降低固色率和色牢度。織物上的水分有多種狀態，大致可分為纖維吸收水和織物上的自由水兩大類。吸收水又可分為化學結合水(主要通過氫鍵結合在纖維分子鏈上)或稱不凍水(其冰點遠低于0℃)和束縛水兩類。化學結合水含量不多，與染料反應機率也較少，因為它不能自由運動；吸收水相當多的一部分處于纖維孔道中，纖維孔道很細，這部分水也不易自由流動，與染料的反應速度也較低，稱為束縛水。纖維外的自由水一般容易運動，一小部分處在織物纖維間的毛細管中，雖然由于毛細管效應而不易流動，但它的本性和溶液中的水基本相同，而大部分是可以自由流動的自由水，它們因自身的重力也可以流動。纖維外的這兩種狀態的水都容易與染料發生反應，是染料發生水解的主要因素，由于通常濕態汽蒸(或焙烘)時織物含纖維外的自由水分量大，故染料水解速率高。

　　濕短蒸工藝就是在選用適當的染料和固色堿劑的前提下，采用專用汽蒸設備，使織物盡快升溫，織物上的水分從60%～70%很快降到適當水平后，進行濕態汽蒸或蒸焙，使染料快速固色，棉織物的含水率快速降到30%左右，粘膠織物降到35%左右，此時織物上的水分基本上為束縛水和化學結合水，自由水很少，故此時既可以保證纖維內孔道中充滿水，有利于染料在孔道中溶解、擴散和對纖維吸附和固著，又可以減少被水解的染料。

　　為了能使織物上的水分快速蒸發和維持在合適的水平，濕短蒸的蒸箱除了供給常壓飽和蒸汽外，還需要具備使蒸汽迅速升溫的附加設備。它往往用蒸汽/空氣混合氣體或高溫過熱蒸汽作為加熱介質，前者蒸焙溫度在120～130℃，時間在2～3 min；后者汽蒸溫度在180℃左右，時間僅為20～75 s，在這種條件下固色率較高。

　　適于濕短蒸工藝的活性染料有多種。較低溫度蒸焙適合反應性強的染料，如二氯均三嗪和氟氯嘧啶類等；高溫蒸焙適合反應性稍低的染料，包括常用的雙活性基染料。不論是哪類染料，都要求在濕織物汽蒸過程中水分含量較高時，染料不會發生大量水解，在達到足夠高的溫度后才發生快速固色反應。因此，應使用堿性較弱的堿劑固色，或者在織物含水率較高時堿性不能強，這包括小蘇打或純堿與一些堿劑的混合堿，如果進行低堿或中性固色效果會更好。研究發現，用中性固色劑固色，不論在120～130℃，或者在180℃左右都有很好效果。總之，濕短蒸染色工藝具有許多優點，今后在染料、助劑、設備和工藝的研究和開發方面都應該加強。

　　活性染料小浴比染色

　　染色浴比直接關系到染液中染料和化學品濃度，對染料的上染率和固色率、染液穩定性、勻染性和重現性都有影響。染料的上染率和固色率在一定范圍內均隨著浴比的減少而增加，不同染料增加的速率是不同的，而且固色率與上染率增加的速率也是不同的，一般上染率比固色率增加要迅速。

　　由此可知，小浴比染色不僅可以加快上染速率，還可以在一定程度上提高固色率，因此可以大大減少鹽用量，進行低鹽染色，并可以提高染料和堿劑的利用率。例如，當染料濃度為6%(o.w.f)時，如果染色浴比為40∶1，則食鹽濃度高達540%(o.w.f)左右；當浴比降到3.5∶1時，食鹽濃度可降到6%(o.w.f)左右，就可獲得相同的染色深度。

　　同理，浴比減小后，染得相同深度顏色所需的染料量也可降低，例如Levafix翠藍E-BA在浴比為40∶1時，染料相對濃度為1.25，而當浴比降到3∶1后，相對濃度只需0.84，約為前者的2/3。

　　一般來說小浴比染色至少有以下幾方面的優點：

　　·減少能源和水的消耗；

　　·降低鹽和堿劑用量；

　　·減少染料用量；

　　·有利于改善染色重現性。

　　進行小浴比染色雖然具有許多優點，但實現小浴比染色也存在許多困難，首先要求染料的溶解性和穩定性好，特別是染深色品種和多只染料拼混應用時，不同染料對浴比的依存性是不同的。染料溶解性和穩定性的矛盾主要反映在配液槽中，因為配液槽中的染料濃度大高于染槽中的濃度。

　　小浴比染色另一個難點是勻染性，要求浸染設備的染液循環和施設備良好，織物運行平穩，不易擦傷和變形，所以對設備結構和控制系統要求很高。近年來為了適應小浴比染色推出了不少先進的設備，在一些噴射染色機中，織物染色實際上是在無殘余染液的可旋轉盛布裝置中進行的，實際浴比可大大低于常規的小浴比(約5∶1)，甚至低于2∶1。例如100～180 kg織物，含染液量可低至200～360 L。為了適應活性染料小浴比染色，今后在染料品種、設備、堿劑或專用助劑上都應加強研究和開發。

　　活性染料短流程和一浴法染色

　　縮短活性染料染色流程，不僅可以提高生產效率，還可以節能、節水、減少污水排放，前述濕短蒸染色就是軋染的一種短流程染色工藝。浸染短流程染色工藝也是近年來研究的重點，一方面通過改進設備，可以縮短染色時間，更為重要的是合理控制染色過程，縮短上染、固色和水洗的時間。

　　近年來不少染料生產公司為推銷產品開發了所謂活性染料快速染色工藝。快速染色工藝的基礎是根據染料的特性，合理選用染料并在保證良好的勻染性和重現性的前提下，縮短整個染色時間。按照染料的直接性、反應性、提升或深染性、勻染或移染性，以及洗滌性等(這些染色特性通常用染色特征值表示，詳細見本文受控染色部分介紹)，可以求得快的升溫速率、短的控溫時間、合理的添加中性鹽和固色堿劑的數量和加料方式。例如可以采取受控計量連續添加，不僅可以縮短時間，還可以大大節約染料、堿劑和鹽，減少污水排放；有的工藝對染后的水洗也進行自動控制，可以進一步節約用水和減少污水量；此外，還有專用的受控染色軟件供選用。

　　活性染料也經常用于混紡等多種纖維組分紡織品染色，它可以和其它一些類別的染料一浴法染這些紡織品，典型的是活性/分散染料、活性/酸性染料一浴法染纖維素/聚酯纖維織物或纖維素/蛋白質纖維織物。由于兩種染料染色性能不同，進行一浴法染色時困難不少，所以不少印染廠還是采用二浴法染色，但工藝很長。

　　進行活性/分散染料一浴法染色，主要存在pH值、溫度、電解質以及兩種染料相互反應等矛盾。為此近年來開發了低堿或中性固色活性染料和低鹽染色活性染料，并配套選用低溫、耐電解質或分散穩定性良好的分散染料；開發了pH值滑動，低堿或中性固色以及所謂堿性染色的多種一浴法染色工藝；開發pH值滑動劑或pH值調節劑、中性固色劑，以及“代用堿”和“代用鹽”等染色助劑。總之，活性染料/分散染料一浴法染色愈來愈受到重視。目前纖維素纖維/滌綸混紡織物多半還采用一浴兩步法，而纖維素纖維/PLA纖維混紡織物一浴法染色應用較多，因為PLA纖維用分散染料染色溫度較低，在110℃左右，它和活性染料一浴法染色較容易。

　　進行活性/酸性染料一浴法染纖維素/蛋白質纖維混紡織物的主要矛盾是pH值，隨著pH值滑動劑或調節劑的應用，此種工藝迅速得到了推廣應用，大大縮短了時間，節能節水和減少了污水。

　　活性染料“一次正確”和受控染色

　　近年來對活性染料染色效率要求愈來愈來高，這樣不僅可以降低成本，還可以節能節水，減少廢水，并且可以縮短生產周期。因此要求從小樣到大樣生產都盡可能地減少試驗次數，進行所謂“一次正確”加工。進行“一次正確”加工不僅要求嚴格選用染料，應用配伍性好的染料拼色，而且要合理制定染色工藝，達到快速、均勻和重現性好的效果。為了達到上述目的，要求從對染料選用到上染，固色及染后水洗都進行全過程嚴格控制，并配合科學管理，進行所謂受控染色。

　　“一次正確”和受控染色首先要合理選用染料，根據不同的染料，制定不同的染色工藝，并嚴格控制，多半通過電腦進行自動全過程控制。為了能夠精確控制染色過程，需要了解染料的染色熱力學和動力力學以及反應動力學特性。這些特性如果按常規染色熱力學和動力學，以及反應動力學的有關方程計算，既不方便，也難快速指導生產，因此，一些染料公司采用了在特定條件下測定求得染色特征值的方法，以這些染色特征值來表示染料的染色特性，作為選用和控制染色過程的基礎。主要染色特征值包括S、E、R或T50、F和MI、LDF等，分別用來表示染料的直接性、反應性、固色程度、移染性和勻染性等特性。根據染料的染色特征值，可以設計染色的加料(染料、鹽和堿劑等)工作曲線，并進行自動計量添加；設計出合理的升溫、保溫的工作曲線，使染料的上染和固色始終處在合理速度下進行，既快速又均勻染色；染后還可以快速高效水洗，節能節水，減少污水。

　　一些大的染料公司產的染料均附有染色特征值，可供應用者參考選用。近年來生產的先進染色設備，也都配備了受控裝置，不僅有自動計量加料系統，還有控制的電腦和軟件，因此活性染料染色的一次成功率很高。可以預測，隨著清潔染色呼聲會不斷提高，以及染料和設備的發展，“一次正確”和受控染色技術將會得到更快的發展。　 AA

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