超细涤纶针织物ＳＥ型分散染料染色工艺研究
1 前言
超细纤维在赋予织物优异服用性能的同时,其在染整加工技术方面面临着合成纤维所未遇到的新问题,突出表现为匀染性差、色泽浅和色牢度低等。本文针对超细涤纶针织物所用染料在染色性能方面进行研究,通过筛选提出了适合于超细纤维染色的染料及其染整加工的最佳工艺,对生产实践具有指导意义。
2 超细涤纶针织物的染色特征
超细涤纶的染色性能既与一般涤纶的染色性能有共同性,又有其特殊性。一般涤纶或是超细涤纶,结构都很紧密,都缺乏极性基团,而且染色困难。在用分散染料染色时,两者的染色机理都是:分散染料在染浴中分散;染料溶解;吸附到纤维表面上;染料扩散进入纤维内部。
2.1 超细涤纶织物的染色特殊性表现
2.1.1 表观深度
超细纤维和普通纤维相比,不易染深,要获得相同颜色深度,超细纤维染色所需染料浓度要高得多。这是因为随着纤维旦数的减少,其表面积大大增加,且截面为不规则状,从而增加了纤维表面不规则的漫反射,降低了染色品的表观深度。不同纤度纤维染色要获得相同颜色深度,纤维旦数与使用染料浓度之间的关系为:
式中
Ｃ1—Ｄ1旦数的染料用量
Ｃ2—Ｄ2旦数的染料用量
2.1.2 上染速率
超细纤维的表面积大,吸附染料的速度就很快,且纤维细度越细,上染速度越快,纤维半径与上染速率的关系,在初始染色阶段符合克兰克(Ｃｒａｎｋ)关系式:
式中
Ｃｔ—ｔ时间时的上染量
Ｃ∞—染色平衡时的上染量
Ｄ—扩散系数
ｒ—纤维半径
Ｃｔ/Ｃ∞—上染速率
ｔ—染色时间
2.1.3 匀染性
纤维的表面积大,表现为与染料接触机会多、初染率高、上染速率快,这是超细纤维比普通纤维匀染性差的主要原因。超细旦和新合纤染色,应选用在染色初期就有良好移染性的染料和匀染剂,严格按特定要求控制温度、延长染色时间,就可获得良好的匀染性和染色重现性。
2.1.4 染色牢度
由于超细纤维的表面积大,上染的染料量多,加之它本身表面不够光滑,未固着的染料和染料沾色难以洗净,且在后整理热处理时,上染到纤维内部的部分染料易泳移到纤维表面,从而造成湿处理牢度和磨擦牢度降低。超细纤维纤度细将使光线易于透入,受热面大,故其日晒和升华牢度比普通纤维要低。根据上述特性,故染色要注意下列几点:
ａ.使用上染率高的染料(特别是深色染色);
ｂ.使用各种坚牢度高的染料(特别是深色染色);
ｃ.注意匀染性(特别在染浅色时);
ｄ.注意热定型色相变化;
ｅ.染色后充分洗净附着的染料(特别在染深色后)。
2.2 超细涤纶针织物用分散染料的筛选
超细涤纶纤维通常具有显色性低,染色牢度差,提升性较高和上染速率快等特点,因此应对分散染料进行筛选,这是保证织物染整效果的重要环节。由于分散染料结构不同,其染料的提升性、匀染性、上染速率等,都会有不同的效果,因此在选择时必须符合以下特点。
2.2.1 所用分散染料应具备的特点
·具有高的颜色强度;
·具有高的染色牢度;
·具有较好的移染性;
·具有较稳定的高温分散性;
·具有良好的提升性、匀染性和相容性。
2.2.2 分散染料的筛选
分散染料上染涤纶时,符合物质在两种溶剂之间的分配定律,即在染色介质中的染料和进入纤维的染料之间存在着平衡关系,而且,不同结构染料混合染色时的染色行为和单独染色时相似,将两种或两种以上结构不同的染料混合形成多组分混合染料,对涤纶上染有一定的加和性,即将它们混合在一起进行染色可使上染的染料总量增加,从而,可得到较深的色泽,提高染料的得色率和提升性。这类染料叫快速分散染料,它可在短时间内达到匀染效果。
从结构上来说,偶氮分散染料的混合增效作用较为显著,近来也出现了蒽醌型与偶氮型分散染料的混合增效染料。从应用类别来说,ＳＥ型分散染料中多组分混合染料居多,ＳＥ型染料具有色泽鲜艳,发色强度高,提升性和最终上染率高,染料用量少、利用率高,且匀染性、移染性、牢度等都较好的特点,为此,我们选择ＳＥ型分散染料。
例1:分散蓝ＳＥ-ＢＲ是由下列两只结构不同的蓝色染料拼混而成。
例2:分散黄ＳＥ-ＮＧＬ是由两只结构不同的黄色染料拼混而成:
例3:分散红玉ＳＥ-ＧＦＬ是由三种结构不同的染料拼混而成:
这种由两个或两个以上的化学结构不同的组分混合在一起合成制得的多组分混合染料,混合后牢度得到改善,颜色增深,上染率增加,提升性提高,产生了混合增效作用,使染色性能得到改善。
2.3 染色条件对织物染色性能的影响
染色工艺条件是影响织物染色效果的一个重要因素,为此,我们将经过预定型后的超细涤纶纤维仿丝绸针织物用ＳＥ型分散染料进行染色,并通过染色条件(ｐＨ值、浴比、时间)对织物染色性能的正交试验及极差值计算分析,得出最佳工艺条件。染色条件(ｐＨ值、时间、浴比)对染色性能的正交实验如表1所示:
由表1来看,设定试样1的结果为标样,比较Ｋ/Ｓ值,试样3、5、6的红色效果较好;试样5、6、9的黄色效果较好;试样2、5、6的蓝色效果较好。综合三原色效果,试样5、6可以作为所选工艺。极差是在同一因素不同水平条件下最大值与最小值之差,一般来讲,极差大者影响因素较大,反之较小。正交试验后的极值分析表(见表2),表2数据可直接判断染色条件对织物染色性能影响大小。
极差大者影响因素较大。从表2可看出:ｐＨ为5时,极差值最大,时间为40ｍｉｎ,极差值最大;浴比为1∶40时,极差值最大。综合表1、表2以及实际生产因素,最后确定最佳工艺条件为:
ｐＨ为5、时间40ｍｉｎ、浴比1∶40。分析:合理制定和控制染色工艺,可以在一定程度上改善染色性,大大提高织物的匀染效果。ａ. 当ｐＨ为5时,染料在染浴中比较稳定。碱性强了,除了影响染料以外,还会引起涤纶的水解。酸性强了,染料也容易被水解。通常用醋酸、磷酸二氢铵调节ｐＨ值。在此条件染色,超细纤维织物可以获得较好的染色深度和均匀性。
ｂ.当染色保温时间为40ｍｉｎ时,可获得较好的移染和匀染效果。当染色温度高于纤维玻璃化温度后,特别是当上染百分率已达很高时,染料在向内部扩散(染透)的同时,较多的染料也会从内扩散出来,可见,染料移染主要发生在高温区。并且,利用停留时间的移染性能,可消除吸附过程中发生的染色不匀。所以当达到最高染色温度后,适当保温一定时间,可大大提高透染和匀染效果[4]。温度高,时间长效果明显。但时间过长,匀染程度不会进一步提高反而会因染料水解或还原,降低上染率,甚至变色。
ｃ.当浴比为1∶40时,可获得较好的染色效果。当浴比小时,相对染料浓度大,上染速率快,染色初期易引起吸附不匀,故要注意控制浴比。此外,在染色过程中,还要合理控制升温和保温的温度、时间以及升温和降温的速度,使染料在不同温区能充分移染。
3 大样实例
3.1 工艺流程
配锅→接头→前处理→染色→水洗→脱水→理布→缝头→烘干、定型→检验→打卷、包装→入库。
3.2 染色处方
染色处方:消泡剂0.25%
匀染剂ＳＳ-972.5%
防皱剂1%ＮＮＯ0.5%
ＨＡｃ适量(调节ｐＨ值至5)
分散红ＳＥ-ＧＦＬ0.04%
还原清洗处方:
氢氧化钠2～3ｇ/Ｌ
保险粉4ｇ/Ｌ工艺升温曲线见图1。
以超细纤维染色在低温区就应该严格控制升温速率和温差,始染温度应比常规纤维低10～20℃,经实验,我们将始染温度控制在40～60℃。
ｃ.合理控制升温、保温的温度和时间,使染料在不同温区能充分移染。实验证明,采用二段式升温和保温方法,超细涤纶织物在96～98℃之间上染速度很快,为防止上染速度增加过快,以利于纤维界面移染,提高匀染效果和上染率,故在96℃左右时应保温20ｍｉｎ;涤纶在125～130℃时上染率最高,故以0.5℃/ｍｉｎ的升温速度升温至125～130℃,并保温40ｍｉｎ,使染料充分扩散到纤维内部,有利于提高染色牢度。
ｄ.减慢升温速度。移染的方式有两种,一种是恒温移染,另一种是在升温的过程中达到移染。延长升温时间,就可以使染料在上染的同时,也进行移染。
3.3 工艺措施
3.3.1 控制匀染性
ａ.采用了多组分混合分散染料ＳＥ型,它对涤纶的上染具有加和性,混合后牢度得到改善,颜色增深,上染率增加,提升性提高,对超细纤维具有较好的相容性和匀染性。
ｂ.降低始染温度。超细纤维因比表面积大等原因,上染率从40℃开始就有较快的增加,所因此减慢升温速率,一方面可达到均匀吸附,另一方面也加强了移染。最终我们选择升温速度为0.5℃/ｍｉｎ。
ｅ.加入匀染剂ＳＳ-97。高温分散匀染剂ＳＳ-97对分散染料有较好的增容和匀染能力,具有较好的高温分散性,移染性强,在细旦涤纶织物上具有良好的匀染效果,并有较高的上染率和满意的染色牢度。
ｆ.调节染液ｐＨ值为5,在此条件下,染料在染浴中比较稳定。
ｇ.高温保温一段时间后,以1℃/ｍｉｎ的降温速度降温至70℃,然后开盖对色样,排液水洗,还原清洗,以保证染色的均匀性和染色牢度。
3.3.2 防止折痕疵点
超细涤纶仿丝绸针织面料,纤维单丝纤度细,织物较柔软,染色中极易出现折痕,因此,必须采取相应措施,以保证产品质量。采取的工艺措施如下:
ａ.降温出机冲洗阶段,降温不能太快,以1℃/ｍｉｎ的速度降温。
ｂ.加入防皱剂。
3.3.3 染色后还原清洗
在染色后要进行还原清洗,以提高超细涤纶纤维仿丝绸针织物的摩擦牢度和染色牢度。
3.3.4 脱水设备
脱水设备采用真空脱水机,可防止织物擦伤。
3.3.5 设备
根据织物特点,染色设备采用溢流染色机。在溢流染色时,要求张力低,速度由低到高,运行稳定,布在机中要均匀停留。要加一些消泡剂以减少空气作用,防止气泡形成和染物漂浮于液面。