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发表于 2007-6-21 09:04:22
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来自: 中国浙江湖州
1.3.1.3交联染色 - @) Y% X) [: y$ c5 s$ i P. }! t7 s2 b
交联染色原主要针对一些不能和纤维发生共价键结合的染料,例如直接染料,应用交联剂,将它们交联结合在纤维上的染色工艺。
% P; \4 z8 c6 ^% x, p近年来,为了提高活性染料的固色程度和染色牢度,也研究了不少交联剂和交联染色工艺,我们对此也作了一些研究。交联染色实际上就是利用交联剂,在活性染料染色过程中,将水解染料交联固着在纤维上。活性染料的水解染料的数量有时可高达30-40%,不仅降低了染料利用率,还降低了染色牢度,也增加了污染,基于水解染料都含有水解后产生的羟基,而母体结构和活性染料完全一样,染色时也同时上染吸附在纤维上,所以用交联剂将它们固着在纤维上后,色光和活性染料完全一样,牢度也很好,活性染料染构用的交联剂实际上是一些不含发色体的“活性染料”,含有两个以上的活性基,性能和活性染料近似,应用工艺也完全一样。 " {& m) u5 a1 x$ Z! {3 B
应用交联剂后,可以将大部分水解染料固着在纤维上,湿摩擦牢度可提高1级左右,这是近年来研究的一种新的活性染料染色工艺,有关它的详细知识,我们将另有专文介绍。
. `5 U" h( U4 ?7 ^7 h5 l4 L% Y4 U1.3.2其它类染料染色
/ |7 y6 S* @( N' ], ?近年来,其它类染料染色也有进展,其中尤以电化学还原染色受到大家的注意,传统还原或硫化染料染色都是用化学还原剂对染料还原,例如用保险粉,工业生产会产生大量废水,生产成本也不断上升,很早以前人们就设想通过电化学使染料直接从电极获得电子,还原成隐色体后进行染色,而不用还原剂,这样无污染问题。在上世纪60年代初我们就曾在熔态金属机上,以熔态金属作为电极,使还原染料母体还原成可溶性的隐色体,并在熔态金属的轧压下,渗透进织物,防止空气氧化,上染纤维。实验证明可以染浅中色,不必用保险粉,只需用还原染料的悬浮体和NaOH,浸轧时间很短,只有几十秒名,由于不能染深色,当时未继续试验下去国外在1960年左右,澳大利亚发表了还原染料电化学还原染色的专利,后来BASF公司等又相继开发了染色工艺和设备,由于它的良好环保性,备受大家注意[7,13]。
2 v+ Q/ R5 m2 e& v电化学还原染色有直接法和间接法两种。直接法是使染料直接从阴极得到电子,变成隐色体,并溶于碱性溶液中,间接法则是通过媒体先与电极反应,生成还原态媒体再将染料还原成隐色体上染纤维。由于染料母体不溶于水,较难直接被电极还原,故通常用间接法效率极高。
/ B6 `9 p4 L, M0 }6 J- v9 r可作为媒体的化合物很多,有无机化合物和有机化合物两大类,无机化合物多为一些金属络合盐,特别是一些Fe2+的络合物,它有许多不同的配位体,特别是一些在碱性溶液中稳定的络合物,而且易于从Fe3+还原成Fe2+(在碱性溶液中氧化还原电拉至少低于-600mv,最好低于-1000 mv),这样可以使包括靛蓝等的还原染料还原成隐色体。此外,从阴极转移电子至氧化态媒体(Fe3+络合物)的速度应高,同理还原态媒体(Fe2+络合物)转移电子到染料母体的速度也应快,媒体可以重复循环使用。 , B% A" ?" L- `( @, h
间接法电化学还原机理如下(以Fe2+三乙醇胺络合物为例); 3 O5 ^% x, p0 ?; y9 ]
第一步还原是Fe3+络合物在阴极还原;
- ?4 g7 x% E! G, Z' ^Fe3+L+e= Fe2+L(L为三乙醇胺配体) + I; I7 ]$ h+ \
被还原后的络合物从电极扩散至染料母体,并将它还原
" a, v0 c1 R8 F, U0 d- m* r上染的染料隐体最后氧化成难溶性的染料母体固着在纤维上: 6 N3 e# ?3 B0 b/ Q( n# T: `
对复杂结构的还原染料,有多个羰基,还原反应较复杂,也和常规还原方法一样,会出现过还原等问题,所以对不同染料应选用不同的电化学还原条件,有关它们的具体工艺还需进一步研究,由于它可以不用或少用还原剂,也较容易控制,所以是值得开发的。当前特别适合用于单一染料染稳定的产品,例如靛蓝染牛仔布,据说国外已有应用。另外对我国生产的蜡染产品,也是适用的,因为这类产品,应用染料单一,对匀染要求较低。此外,为了稳定工艺,在常规染色时,应用电化学还原来降低保险粉用量也是可行的。
# g2 a+ i! ]- M/ e; k2 |3 q其它类染料染色新工艺还有不少,包括分散、酸性染料的染色新工艺,已有不少文章介绍,本文不再重复,它们的特点都是朝高效、坚牢、清洁环境友好方向发展,本文后面也将作一些介绍。 8 F- s& m7 r! R1 Q
1.4染后水洗技术 9 _& D5 K& U1 F1 [
活性染料固色后要充分水洗,特别是近年来深色产品,如果水洗不充分,不仅影响产品的色牢度,还会加速染色产品在应用时发生断键,使产品颜色不稳定。在染色湿牢度中,除了皂洗牢度外,湿摩擦牢度往往成为产品最重要的一个技术指标,而它又和染后水洗密切有关。
2 H2 E* P0 o& G近年来对染后水洗进行了大量研究,一方面是为了改善产品的牢度,另一方面是为了节水和减少污水,为了提高水洗效益,首先对水洗原理和评估标准作了深入研究,提出了间歇式和连续式换水的理论关系式。并根据水洗不同阶段去除物性质不同,设计了不同阶段的水洗技术参数,认为水洗主要由三个步骤组成,即: 5 G. m. N$ y6 s" x# v: a- \+ g
(1)稀释交换阶段,此时主要通过水的交换,冲稀一些对纤维无直接性的物质,例如盐类和浮色。
5 {- Y% S; x" N7 M! o(2)加速水解染料从纤维内扩散出来的阶段,为了加速扩散速度,必须提高温度至近沸(皂洗)。 % z. c- l9 N! ?9 V
(3)使已扩散出来的水解染料洗除,先用热水,后用冷水进行稀释交换。 5 Y) R' J: E7 l0 c
根据上述水洗过程,设计了声名狼藉种水洗工艺,改进了水洗设备,其中最重要的发展有以下几点: 8 G c3 x+ Y5 k, c Q* J
(1)将过去染后大流量冷水洗,改为热水洗(60-70℃),有的工艺还将间歇式换水改为连续式换水,但水流量精确控制,大大减少:
0 N9 g- f1 W. S& d5 ]- g! N) `(2)大浴比水洗不断改为小浴比或超小浴比水洗; 2 e3 q+ }# U9 Z! r: h
(3)缓流式水洗,不断改为快速液液水洗 ( y8 s2 i; q7 u J
(4)经验式控制水洗改为受控水洗;
! F0 h9 G1 H9 Y* B7 i! ~(5) 应用常规水洗助剂改用高效分散螯合剂帮助水洗。 $ R$ c: u0 r1 @2 x K
其中,特别是采用受控水洗后,流程大大缩短,用水量大大减少,污水也大大减少。加工成本也大大减少,而效率则大为提高。新式小浴比染色机均可进行受控水洗。 * l: h: m1 o; g {
1.5染色加工的环境压力 " z& W) g% l9 ?+ q5 A o& C
染色加工受到的最大压力还是环境压力,目前主要包括含致癌芳胺和重金属(六价铬等)禁用染料的替代,严格选用各类化学品,治理三废,节水节能,监测和控制产品的生态标准等,这些问题不解决,染色加工的生存也将有问题。 9 g. N0 c% f# x6 P- s
生态染色是一个系统工程,首先要合理选用原材料,包括纤维、染料、助剂和化学品。其次要建立生态生产,减少染料、助剂和化学品、水和能源的消耗,并对三废进行有效治理,污水达标排放。最后对产品要有严格的监测和控制其生态标准,生产安全健康的产品。
) [- q! d( x" g7 U生态纺织品应符合Eco-Tex Standard 100的环保标准,即具有“六不:不含致癌芳胺或不会裂解释放致癌芳胺,不含过敏性染料、助剂和化学品,不超标含重金属,不超标含甲醛,不含可吸收有机卤化物和不易产生污染环境或三废治理达标。 这些环保生态要求不断在提高,今后要求更加严格。 5 T& U: X9 z1 T d2 p5 \) L( @3 K
在纺织品染色加工过程中,目前面临的主要生态问题是节水、节能和减少污水排放问题。 ! s9 A1 s$ b5 M) Q" c% Y
染色加工用水量大、污水排放量也大,不仅因水价上涨而增加成本,更为严重的是世界各国包括我国在内水资源不足,同时污水处理后排放标准也愈来愈严格。采用短流程染色、小浴比染色,高效洗涤可大大节约水,也减少污水排放。另外,实现循环用水,重复用水和提高污水处理效率,水回收再利用。目前污水处理主要有以下三种途径:
. ~9 V. I& Y& [. M- _$ m- G) p+ u# q* d(1)薄膜过滤;
7 c/ h3 G5 v0 X) `(2)用吸附剂去除染料和化学品;
) h/ |0 x5 V% C" [) B% g- T(3)化学或高能射线(臭氧紫外线处理)脱色; ! Q7 \" _0 _. j# S1 {( k( V5 ?
这样处理的污水一般还难用于染色,还要经过一些处理才有可能利用。比较实际的是,经过处理后的水分别用在不同场合。 % ?8 _* R# J1 Y: Q3 F% J
染料回收利用也是重点研究的内容,回收的染料再利用来染色也遇到不少问题,据报导靛蓝回收后得到了再利用。 9 p9 D+ K" P& p' F4 B( @
生产过程和产品的生态标准检测和控制愈来愈受到重视,各国的要求也愈来愈高,是产品质量的重要指标。
) ^% o3 X' E$ P" O! O) E2.染色技术预测
/ L7 j/ i7 c+ z! e未来的染色加工,首先是清洁的加工,而且纺织品也不仅是要求有防寒保暖,美化人体的功能,而是具有高新性能和多种功能的产品。因此,未来染色特别在以下几方面将优先发展。 ! q& F2 q9 V( x3 v( w: T3 L4 ^
2.1生态染色 , B/ j/ ]& G$ E6 I2 S$ L5 b" g. z
未来染色加工将建立在更加安全完善的生产加工链上进行,纤维材料、染料和化学品是环境友好的,对人体和环境不产生有害影响;生产加工是安全、生态的,不会破坏资源和污染环境;是高效和高度自动化的;产品是安全、有益健康和多功能的,以及整个生产链是受到严格监控的。为了建立清洁染色加工链,需要从原料、产品设计、加工和应用整个过程共同努力,建立一个清洁染色生产体系。
) C" N R }3 u* p2 j0 l' C2.2新纤维和新组织结构纺织品染色 & E5 l" a8 ?* P2 w' M" Q8 O3 u
随着科学技术飞速发展,新的纤维,特别是多种纤维复合纺织材料会愈来愈多,纺织品的组织和结构会愈来愈复杂,要求的性能会愈来愈新和多,它们的加工,包括染色会愈来愈复杂,目前国外的纺织布料纤维种类已达5~6种,将来我国的纺织产品所含纤维种类也会愈来愈多。与此相适应的染料和化学品种类也会增多。因此,染色工艺和染色方法也将会迅速发展,与此同时对染色理论也会不断深入研究。 : N, _+ P# R8 R3 y
一些目前正在开发的染色新技术将逐步成熟和得到应用。例如高效短流程染色、电子束和紫外线等的射线固色、喷墨印染和电子成相印染等,更新的染色技术还将不断出现。
U. O$ B8 q; Q5 u2.3非水和节水染色 + K; l' I, C% p9 t0 ]& b) U
目前水仍是染色不可缺少的介质,而且用水多,排放的污水也多,节水染色,包括各种小浴比、低带液率的染色会继续不断发展,此外就是循环用水,加工后的水溶液通过净化,使水得到重复利用[10]。
) L( P7 o5 f. |( [- V开发非水染色将会更加重视,目前研究的超临界CO2流体染色,虽然希望它完全代替水作为染色介质是不现实的,但在一些特殊的染色体系有望应用。另一种非水染色介质,即离子液体也有可能开发作为一种染色介质,由于它无蒸汽压力,在常压下进行染色,染色设备简单,而且通过调节离子液体的疏水组成,可以作为多类染料的染色介质。我们试验证明,不仅直接、酸性、活性染料等离子染料有很好的溶解性和上染率,非离子染料,例如分散染料等也有好的上染率,因此它是一种较好的染色介质。 # h, @3 Y! G9 h% B, ^
非水介质染色的一个共同问题就是提高这些介质的循环利用率和降低成本。除此之外,一些新的非水染色介质还会被开发出来。
2 a2 M6 [! {; |. x2.4高信息网络和高自动化染色 5 [$ a# o+ M% _7 u5 V% O* J+ l5 s, l
未来是高度信息化网络时代,这也会反映到染色加工中来。
9 S) n" e5 I9 _2 n7 x5 ^. Z为了适应高效快速反映,将建立多种通讯方式,从市场需求,原料供应,产品设计,定货交接,技术信息分析到各道生产加工的连接和管理等方面都将建立在信息网络上进行。 5 f% Y# T, n) U/ w( ~8 H
未来的染色也是高度自动化的,为了减少劳动力和提高加工效率和质量,所有加工都在自动化设备控制下进行,这样将大大改善生产环境,无人生产车间将会愈来愈普遍。 3 P. n" s v) }
2.5仿生着色
4 n' Q1 d& ]7 v" U) W+ t1 F$ ~自然界各种物质的组成和结构是最合理的配置,它们的功能效率是最高的,包括各种物体所产生的颜色。 - d, D' s) b! ?5 w M
天然物体,特别是生物的颜色丰富多彩,色彩缤纷,产生颜色的途径多种多样,大致上可分色素生色和结构生色两大类。色素不仅结构各不相同,它们还有各自的特殊功能,例如叶绿素虽然是绿色的,它在植物中的功能主要是光合作用,将光能转化为电能、化学能和生物能。结构生色是通过对光的散射、干涉和衍射作用产生颜色的,一些动物,例如蝴蝶美丽的颜色和结构生色紧密有关,许多物体的颜色是色素生色和结构生色相互结合才显出的。目前已有结构生色的彩色纤维和薄膜,它是一种不需化学品,无污染的生色途径,许多结构生色的特种纺织品将会受到重视。另外,新的仿生着色产品会愈来愈多。仿生着色纺织品将是多功能性的,产品不仅有美丽的颜色,还有抗菌、保湿、抗紫外线和具有光-热、光-电等转换功能[11-12]。因此,所使用的染料既能生色,又具有其它功能性能。今后已有的一些功能染料应用会增多,还会开发新的功能染料和化学品。
( V' ]$ Z7 g. ^1 N未来染色技术发展会愈来愈快,不是目前完全能够预料的,上述仅是一些粗略的分析。
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& i9 J# ~ ^! A* G4 m结语:
% Q& F' w# ^/ {) f$ i+ p8 E1 \传统古老的染色,随着现代科技发展和人们生活质量的提高,将会永葆青春,并进一步成为人类不可缺少的加工技术。 % T3 F( Y% Z7 w; B' p: K9 f
目前已作为纺织染整加工生产大国的我国,应该紧跟时代的进步,加强科技开发,特别是原创性技术开发,使我国尽快成为世界纺织染整强国,使染色加工处在世界领先地位。 |
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