第25卷第1期 印染助剂 Vo1.25 No.1 2008年1月 TEXTⅡ E AUXILIARIES Jan.2008 影响活性染料染色物皂洗效果因素的探讨 唐人成,常新亮,蒋珠红,廖霞 (苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021) 摘 要:采用浮色洗除率评价活性染料染色物的皂洗效果,研究和分析了染后洗涤方式、电解质残留量、水硬度、皂洗液pH 值、皂洗温度和时间、染料亲和力和聚集程度对浮色洗除率的影响.聚集程度大的染料,其浮色洗除率低,且受皂洗前水洗温度、皂洗温 度和时间的影响大,但亲和力高的染料的浮色洗除率受残留元明粉的影响小;水硬度增加、pH值降低对洗除浮色不利.c.I.活性红120 和c.I.活性蓝2l是典型的聚集程度大的染料,其浮色的洗除对影响皂洗效果的各因素十分敏感,特别适用于研究皂洗条件和皂洗剂 对皂洗效果的影响. 关键词:活性染料;皂洗;染色;水解染料 中图分类号:TS193.7 1 文献标识码:A 文章编号:1004—0439(2008)01—0016—04 Investigation on the factors affecting the soaping results of the fabrics dyed with reactive dyes TANG Ren—chert9,CHANG Xin—liang,JIANG Zhu—hon9,LIAO Xia (Coil.Mater.Eng.,Suzhou Univ.,Suzhou 2 1502 1,China) Abstract:The removal percentage of the loose colors(%RLC)was used to evaluate the soaping efficiency of the fabrics dyed with reactive dyes.The affecting factors on the RLC were studied and analyzed,such as post—dyeing soaping means,electrolyte residual quantity,water hardness,soaping liquor pH value,soaping tem— perature and time,dye affinity and aggregation degree.The RLC was low and was also affected greatly by the pre—soaping water washing temperature,soaping temperature and time when the dyes had high aggregation de- gree.The sodium sulfate residue influenced slightly on the RLC of high affinity dyes,and the water hardness in- crease and pH value decrease were not favorable.The RLC of C.I.reactive red 1 20 and blue 21(typical high agg- regation tendency dyes)was sensitively affected by the different factors,they are pa rticularly useful in the re- searches for soaping conditions and soaping results of the soaping agents. Key words:reactive dyes;soaping;dyeing;hydrolyzed dyes 活性染料已成为纤维素纤维染色使用量最大的 牢度.另外,据报道,活性染料染色加工的1/2能耗、1/3 染料,但因染色中染料水解而导致的利用率不高仍是 COD、主要的耗水与染后洗涤有关.口1因此,采取措施 其缺点之一.染色时活性染料的水解还带来了一个严 提高染后洗涤效果和效率、降低废水排放和污染、节 重问题,即水解染料在纤维上发生吸附,水解染料构 能降耗,不仅有利于提高染色物的牢度,而且有利于 成了染色物浮色的主要组成部分.染色后,必须采用 环保.文献中报道的主要相关措施有:开发固着率高 染后洗涤的方式去除纤维上的水解染料和少量未反 和可洗性好的活性染料13I、开发特别有助于水解染料 应的染料,或采用阳离子固色剂固色的方法使之牢固 解吸和防止其再吸附的高效皂洗剂llI2]、采用生物酶皂 地固着在纤维上『】1,否则会严重影响耐洗和耐湿摩擦 洗 、采用智能高效水洗设备控制单元I 一、优化水洗和 收稿日期:2007—04—30 作者简介:唐人成(1966-),男,江苏泰兴人,教授,工学博士,主要研究方向:染料/助剂/纤维之间的相互作用、染色物理化学、新纤维结构和性能与染 整加工、新型纺织化学品的制备与应用. 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 唐人成等:影响活性染料染色物皂洗效果因素的探讨 l7 皂洗工艺【71、应用废水回用系统 1.影响活性染料皂洗 效果的主要因素有:染料的直接性和扩散性能、染料 的聚集度、水的硬度、残留电解质数量、洗涤液pH、皂 洗温度和时间、皂洗剂类型和用量、浴比、皂洗前的 水洗方式等.I1,2,51为了评价活性染料的皂洗效果,研究 人员根据不同的研究目的采用了不同的方法,例如,白 布沾色法、皂洗物剥色液比色法、洗涤液比色法、洗 涤前后染色物表观颜色质量浓度比较法、耐洗和耐湿 摩擦牢度测定法等.本实验采用浮色洗除率评价活性 染料染色物的皂洗效果,对影响皂洗效果的主要因素 进行了探讨. 1 实验 1.1材料及仪器 织物:染色牢度测试用标准棉布贴衬. 活性染料(台湾永光化学工业股份有限公司)的主 要结构特性见表1. 表1实验所用活性染料 名 刚插胜活性基 助剂:平平加Of浙江上虞浙东化工厂)、活性染料 专用皂洗剂(广东金瑞鹰化工有限公司). 化学试剂:硫酸钠、柠檬酸、磷酸氢二钠、碳酸氢 钠、碳酸钠、氢氧化钠、氯化钙、N,N一二甲基甲酰胺 (DMF)等均为化学纯或分析纯. 仪器:Unieo 2802 PC型紫外可见分光光度计f上海 尤尼柯仪器有限公司1. 1.2染色和皂洗方法 染色配方:染料5%(ow0、平平加O 0.5 g/L、元明 粉90 g/L、纯碱20 g/L,浴比1:35.染色工艺流程:30℃ 始染,升温至保温温度染色10 min后加入1/2纯碱,续 染10 min后再加入剩余的1/2纯碱,再续染60 min,最 后冷水充分冲洗.Evercion红H—E3B在80 Cc保温,Ev— erzol黑B、翠蓝G和橙3R在60 cc保温.染色后,进行 不同条件的皂洗实验,基本的皂洗条件:皂洗剂2 g/L, 浴比1:35,90℃洗涤20 min或30 min. 1_3皂洗过程中浮色洗除率的评价方法 采用50/50(体积 ̄L)DMF/水混合液对大致等质量 的皂洗样和染色样于80 cc进行剥色去除浮色,多次剥 色,直至剥色液无色.剥色液在最大吸收波长下的吸 光度在紫外可见分光光度计上测定,按照公式计算皂 洗过程中的浮色洗除率(RLC):RLC=(A。 旷 M ̄)/A。Mox 100%.式中 。为染色原样剥色液的吸光度;Mo为染色 原样绝干质量 为皂洗样剥色液的吸光度;Ms为皂 洗样绝干质量. 2结果和讨论 2.1皂洗时间 由图1可以看出,皂洗时间对不同染料的浮色洗 除率的影响不同,且红H—E3B和翠蓝G的浮色洗除率 低于黑B. 时I日1J/min 一一红H—E3B;▲一翠蓝G;●一黑B;皂洗温度90℃ 图1皂洗时间对浮色洗除率的影响 黑B含有2个磺酸基和2个乙烯砜硫酸酯基,即 4个水溶性基团,染料水解后,水解基团含有2个羟基, 故水解染料仍具有很好的水溶性,其染色物上的浮色 基本上是水解染料.该染料的浮色在短时间内很容易 被洗除,洗涤5 min时洗除率达到了85%,类似这种可 洗性好的染料,皂洗时间可短一些;红H—E3B为H酸 结构的双一氯均三嗪染料,分子质量大,直接性高,在 染液中易聚集[91,且易吸附于纤维上,在皂洗时不容易 被洗除.该染料在皂洗20 min时浮色洗除率才能达到 85%以上:翠蓝G为铜酞菁结构的乙烯砜硫酸酯染料, 尽管这类染料分子质量大、直接性不高,但在染液中 也很易发生聚集…。I,即使在低质量浓度的溶液中也存 在二聚体.其水解染料聚集体在纤维上易吸附,造成 浮色,且浮色很难被洗除.该染料浮色洗除率随着皂 洗时间的延长逐步增加,即使皂洗40 min,浮色洗除率 也只能达到60%. 实验结果及分析表明,降低活性染料聚集体在纤 维上的吸附将有助于皂洗,皂洗时问的确定应考虑到 染料结构和聚集程度等因素. 2.2皂洗温度 染料在纤维上的吸附是放热过程,从纤维上解吸 下来是吸热过程,故升高皂洗温度可降低染料对纤维 维普资讯 http://www.cqvip.com l8 印染助剂 25卷 的亲和力,从而有利于染料的解吸.该分析与图2的 实验结果是一致的.图2中,3只染料的浮色洗除率随 皂洗温度的升高而递增的程度是不同的.水溶性好、聚 集度低的黑B染料的水解物,其浮色洗除率随温度升 高而递增的程度较小,而聚集程度大的红H—E3B和翠 了不同程度的沉淀现象,这是从纤维上解吸下来的染 料与钙离子发生作用及作用产物聚集的结果.黑B染 色物皂洗液中沉淀最少,翠蓝G染色物皂洗液中沉淀 稍微多一些,红H—E3B染色物皂洗液中沉淀最多.如 果染料与钙离子作用物的聚集体在纤维上发生吸附, 蓝G的浮色洗除率随温度的升高而明显增加. U 一 皂洗韫度/℃ ■一红H—E3B;▲一翠蓝G;●一黑B;皂洗时问30 min 图2皂洗温度对浮色洗除率的影响 2_3 电解质残留量 在活性染料染色时加入大量的中性电解质和一 定量的无机碱剂,可提高染料的上染率和固着率.在染 色后的冷水洗和温水洗过程中,电解质往往难以被充 分洗净,有时会有电解质残留在纤维上而被带入皂洗 液.由于中性电解质本身是一种促染剂,因此,残留的 电解质将不利于浮色的洗除,同时还促进了皂洗时从 纤维上解吸下来的染料在纤维上发生再吸附. 由图3可知,在含有元明粉的皂洗液中洗涤时,红 H—E3B染色物的浮色洗除率较高,几乎不受电解质的 影响,而翠蓝G染色物的浮色洗除率随着电解质质量 浓度的增加而显著降低.红H—E3B是典型的亲和力高 的染料,是温度控制型染料,在染色时其上染率受元 明粉的影响比常规的乙烯砜硫酸酯染料小,在皂洗时 其浮色洗除率受残留元明粉影响情况与染色时上染 率受元明粉影响相近.因此,在皂洗前采取一定的措 施洗除残留在染色物上的中性电解质对保证良好的 皂洗效果是十分必要的. U 一 Na2SOd(g L ) ■一红H—E3B;▲一翠蓝G;皂洗时间20 min 图3元明粉浓度对浮色洗除率的影响 2.4皂洗液水硬度 为了研究水硬度对皂洗效果的影响,采用氯化钙 调节水的硬度,然后加入皂洗剂进行皂洗实验.在皂 洗实验中发现,皂洗液因染料和水硬度的不同而出现 则其浮色就不容易洗除,将会影响皂洗效果.另外,皂 洗液中的金属离子在皂洗过程中起一定的促染作用, 对浮色的洗除也是不利的.由图4可知,红H—E3B和 黑B的洗除率随着水硬度的增加而略有降低,而翠蓝 G的洗除率随着水硬度的增加而显著降低f增大的部 分属于实验误差). 100 8O 60 40 20 U IUU 2UU jUU 水的硬度/x 10 ■一红H—E3B;▲一翠蓝G;●一黑B;皂洗时间20 min 图4水的硬度对浮色洗除率的影响 由于水硬度的增加对皂洗效果有着不良的影响, 因此在皂洗液中加入分散螯合剂,促进染料与钙、镁离 子作用物的聚集体良好地分散于皂洗液中,将有助于 皂洗效果的提高. 2.5皂洗液pH值 活性染料一般是在碱性条件下固色,如果染色时 添加的碱剂在皂洗前洗涤不净,就会导致皂洗液呈碱 性.在皂洗前的水洗液中添加醋酸进行中和,如果醋 酸过量,则会导致皂洗液呈弱酸性.因此,有必要研究 皂洗液的pH值对皂洗效果的影响. 由图5可知,随着pH值的增加,浮色洗除率增加, 而且碱性条件下皂洗的浮色洗除率更高,尤其是对于 红H—E3B和翠蓝G而言.在碱性条件下皂洗,纤维与 纤维上染料之间的电荷排斥力较大,有利于染料从纤 维上解吸至皂洗液中.另外,在碱性条件下,皂洗液中 的水解染料与纤维表面之间的电荷排斥力大,再吸附 程度和沾色程度较小.因此,从浮色洗除率和沾色而 言,碱性条件下皂洗有利于提高皂洗的效果. 但碱性条件下皂洗也存在缺点.乙烯砜硫酸酯活 性基染料或含乙烯砜硫酸酯活性基的染料与纤维素 纤维的成键,在高温碱性条件下很容易水解断键,故最 终的表观颜色深度有所降低.如果染料断键产物亲和 力高,对皂洗也会有不良影响.因此,最适皂洗液pH值 应根据活性染料品种而定,皂洗一般宜在弱碱性或中 维普资讯 http://www.cqvip.com l期 唐人成等:影响活性染料染色物皂洗效果因素的探讨 l9 性条件下进行 pH值 I-- ̄1;H—E3B;▲一翠蓝G;●一黑B;皂洗时间20 arin 图5皂洗液pH值对浮色洗除率的影响 2.6染色后洗涤方式 通常在皂洗前先进行初步水洗,以除去部分表面 浮色,洗除残留的促染剂元明粉和固色碱剂,以提高皂 洗效果.本实验采用先在不同温度下进行清水洗,然后 再进行皂洗的方式,研究染后洗涤方式对浮色情况的 影响.测定洗涤液的吸光度,相对地比较浮色洗除情 况,洗涤液的吸光度高说明被洗涤下来的浮色多. 由图6可以看出,不同染料染色物的浮色洗除情 况受水洗方式的影响程度不尽相同.结构简单、直接 性低的橙3R染色物在60~90℃的清水中洗涤时,其 浮色洗除程度几乎相同,在随后的90℃皂洗中其浮色 洗除程度也几乎相同,且多数浮色在60℃清水洗时即 被洗除.因此,为了降低皂洗的能源消耗,这类染料的 染色物不一定非要采用高温水洗和高温皂洗. 橙3R 红H—E3B举蓝G l一6O℃清水;2—75℃清水;3—9O℃清水;4—6O℃清水-*90℃皂洗; 5—9O℃清水-*90℃皂洗 图6皂洗时吸光度与水洗方式关系图 对于亲和力高的红H—E3B染色物及直接性虽低 但易聚集且聚集体易在纤维上吸附的翠蓝G染色物, 皂洗前清水洗时的浮色洗除量随着水洗温度的升高 而增加;先后采用60℃清水和90℃皂洗两种方式洗 涤,红H—E3B染色物和翠蓝G染色物总洗涤液的吸光 度分别为1.255和1.715;先后采用90℃清水和90℃ 皂洗两种方式洗涤,红H—E3B染色物和翠蓝G染色 物总洗涤液的吸光度分别为1.413和1.748,这说明采 用高温清水洗后再进行皂洗,洗涤下来的染料量更多, 即残留在染色物上的浮色更少.由于这类染料的浮色 洗除不净容易导致耐洗牢度和耐湿摩擦牢度降低,故 采用高温清水洗后再进行皂洗,将会有利于提高耐洗 牢度和耐湿摩擦牢度. 3结论 (1)聚集程度大的染料,其浮色洗除率低,且受皂洗 温度和时间的影响大,但亲和力高的染料的浮色洗除 率受残留元明粉的影响小;水硬度增加和pH值降低 对洗除浮色不利,最适的皂洗液pH值应根据活性染料 品种而定,皂洗一般宜在弱碱性或中性条件下进行;染 后高温清水洗后再进行皂洗,有利于洗除浮色,但对 于亲和力低的染料,则可采用中温清水洗后再进行皂 洗的方式洗涤. (2)由于染料聚集体在纤维上的吸附对洗除浮色 有不良影响,因此,为了提高浮色洗除率、耐洗和湿摩 擦牢度,应采取有效的措施降低染料聚集体在纤维上 的吸附,或使其呈良好的分散状态分散于洗涤液中,并 促进其从纤维上解吸. f3)由于双一氯均三嗪活性基的C.I.活性红120是 典型的亲和力高、聚集程度大的染料,乙烯砜硫酸酯 基的c.I.活性蓝21是典型的亲和力低、聚集程度大 的铜酞菁染料,它们对影响皂洗效果的各因素十分敏 感,因此,这2只染料特别适合应用于研究皂洗条件 和皂洗剂对浮色洗除率的影响. 参考文献: [1l HEISSLER H,SIEMENSMEYER K,BASTIAN A,et .活性染料染色 及印花后的洗涤『J1.国际纺织导报,2005(1):58—61. [21 AKCAKOCA E P,OZGUNEY A T,ATAV R.The efifciency of washing agents in the post—dyeing lemoval of hydrolyzed reactive dye[J1.Dyes and Pigments,2007,72:23-27. [31 SUWANRUJI P.The design,synthesis and application of easy wash off reactive dyes[D].USA:North Carolina State University,2004. [4]李俊,董志炜.活性染料生物酶皂洗丁艺的应用探讨IJ1_染整科 技,2004(1):30—36. [51 BRADBURY M,COLLISHAW P,MOORHOUSE S.Smart rinsing-a st- ep change in reactive dye application technology[J].Journal of the So- ciety of Dyerists and Colorists.2000.1l6(5/6):144—147. [61 SHANG S.CHONG C.Bleaching and dyeing cotton with a shorter pro- eess[J].AATCC Review.2002(4):31—33. 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