100多年前人们就已知道在纺织物染色中应用硫化染料、靛蓝染料和还原染料,因为所有这三类染料都不溶于水,需要用还原剂使这些染料形成可溶和可染色的隐色体。还原染料和靛蓝染料最重要的还原剂至今仍是连二亚硫酸钠(保险粉)。其中特别是还原染料,仍然是目前要求高染色质量的各类纺织品染色中极其重要的染料品种。例如耐洗牢度要好的工作服、需要灭菌的医疗纺织品和需要有红外反射作用的军用纺织品等许多领域中要求好的耐氯牢度,都需要应用还原染料染色。
从生态学观点,还原染料也是目前纤维素纤维染色优先的选择。由于这些染料不溶于水,不会积聚在水中和生物体中。由Dystar公司生产的阴丹士林染料,生产过程优化,不会产生重金属等危险的副产物,因而本身是符合环保要求的,而对生态的影响主要是应用还原剂和其他各种染色助剂,在染色过程中使用后它们会最后留在废水中。
BASF和现在的Dystar公司致力于研究一种新方法来替代目前的还原染料染色法,以克服上述这些问题,从而增加对还原染料染色的吸引力。电化学染色法便是这样一种取代法。这种方法的主要原理是用电子代替还原剂,因而不会产生有害的副产物,成为一种无废水污染的染色方法。这种还原染色法还可以用测定液体中的氧化还原电势加以监控,从而有利于提高加工质量和降低成本。
1　电化学染色原理
染料的电化学还原可以分为直接和间接还原两种。对于硫化染料,电子能从阴极表面向染料直接载荷,而还原染料和靛蓝染料更具有颜料的特性和低的水溶性,对阴极表面的接触概率很低,因而电子从阴极转移到染料分子上需要由所谓的“介体”———一种在染浴中具有优良溶解性并对纤维亲和力低的铁络合物来帮助。这种铁络合物从阴极表面获得一个电子变成一个Fe2+络合物,接着在与染料分子接触时,它将这个获得的电子移交给染料分子,还原染料分子于是被还原成稳色体,成为可溶于水从而能向纤维移动。介体在向染料分子移交电子以后回复成氧化的Fe

在2001年末与第一家用户奥地利的Getzner纺织公司签订合同,2002年在这家纺织公司安装了第一台具有生产规模的电化学还原系统的卷装染色机。2003年在完成另外一些优化工作以

表示所谓的分批加料法的上染曲线。开始时,将水、碱、介体和必要的染色助剂装入染色机中,根据介体的类型和浓度,例如开始时氧化还原电势控制在约-200mV,则电流为45A。接通电源,此时介体变得完全还原并完全破坏溶于体中的氧。当溶液的氧化还原电势水平达到-920～-930mV时,体系便可进行染色,因为这个氧化还原电势低于所有阴丹士林染料隐色体电势。此时通过缓慢地加入还原染料悬浮体,使溶液的氧化还原势电保持在低于隐色体电势的给定范围内,所有的还原染料立即被还原并能上染到纤维素纤维上。在全部染料加入并还原以后,电流可以降至最低值(本例中降至9A),以保持染色平衡时染浴仍处于还原状态。其染色法类似常规方法进行。染色结束时,染浴收集于贮罐中,染色物按常规氧化。这种还原法的好处在于没有过量的还原剂需要破坏,批与批间的条件重现性好,避免常规染色法中通常出现的质量问题。

在实际应用时我们推荐全料法代替分批加料法,即在一开始就将全部染料和其他所有物料一起加入染浴。接通电源,电力开始作用时氧化还原电势降低较慢,因为在这种情况下,氧被破坏以后染料才逐步被还原。当所有染料被还原时溶液的氧化还原电势低于隐色体电势(-920～-930mV),电流又能在染色平衡时降至9A。
所有阴丹士林染料用上述两种加料法都能获得优良的染色效果,这些从3kg和8kg卷装染色机的实验室染色结果,能够转换到奥地利Getzner纺织公司的正规生产规模上。在这家公司进行的所需电流、介体浓度、染色助剂和过程各阶段所需时间的优化试验,将提供新工艺最现实的工业化评价。
4　电化学染色的优点
这个方法在工业上和生态上受益的一个重要的因素,是