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节能减排棉用环保型染料的新发展和应用(二)

来源:印染在线 发布时间:2009年12月12日

章杰 iii采用高效分散剂制成耐碱性活性染料 活性染料是一种阴离子染料,在水溶液中通常不是以单分子状态存在,而是形成含有一定数量分子的聚集和溶合体,不仅降低了其在水中的溶介主,而且影响到其耐碱性。采用特殊的高效分散剂既可以提高其水中溶介度,还可达到耐碱的目的,Clariant公司的Drimarene CL—C系列染料就是采用这种技术制成,它适用于棉的冷轧堆染色,具有优异的各种牢度、高固着率和很好的可洗涤性。 ②适用于高固着染色的新型活性染料 作为节流减排型活性染料的重要途径之一就是提高活性染料的固着率,可以说迄今活性染料的发展史就是不断提高其固着率的历史,它们不仅能减少染色排水负荷、削减原材料,而且能提高生产效率。为了提高活性染料的固着率,近年各国研究最多或说最有效的手段是在染料分子中引入两个异种或同种的活性基,从应用时节能减排的角度考虑,特别是引入一卤均三嗪基和乙烯砜基等两个异种活性基,这是因为这种活性染料具有各个组成活性基的特性如低的酸性水介质、高的酸性水介断键稳定性、优良的可洗涤性、好的各项牢度和较小的吸尽率与固着率之差外,还具有两个不同活性基之间的加和增效作用而产生的新特性如列好的耐酸性水介和过氧化物洗涤的能力、更高的固着率、更宽的染色温度范围及更好的染色重现性,因此世界主要染料公司都开发出这种新型活性染料供应市场,例如Dystar公司开发的含有两个活性基的新型活性染料Levafix CA具有约90%的固着率、日本住友公司推向市场的Sumifix HF型染料具有85%以上的固着率等。 在活性染料分子中引入三个及其以上的活性基虽然从理论上分析应与获得更高的固着率,但由于含多个活性基的染料的移染性和扩散能力较差,不仅影响了染料的固着,而且染料的提升性也会聊低,不过近年的研究证明只要活性染料分子结构设计得合理,含有3个活性基的染料也能具有高的固着率和优异的提升

性,例如Novacrom S型染料是由2~3个发色体和2~3个活性基(其中含有l~2个乙烯砜基或p一羟乙基砜硫酸酯基)组成,与传统的含有3个活性基的线型排列的染料不同,它们呈平面排列,分子紧密有弹性,具有中等亲和力、良好分散性、优异水洗性,改进了移染性,使得该种活性染料具有90%以上的固着率。 研究和开发新活性基也是提高活性染料固着率的重要途径,近年研究了10多种新活性基,其中固着率可达到90%的新活性基是一氰胺基均三嗪基,已形成为商品,其特点是受氰胺基中的强吸电子基氰基的影响以及氰胺基较小的空间位阻作用,提高了均三嗪环上的卤素原子活泼性和反应速度,而且氰胺基中的亚胺基在碱液中被离子化形成富电子的阴负性氮增加了在水中的溶介度,有利于浮色清除,提高了洗涤性,而且含有这种新活性基的染料对染色工艺参数的波动的敏感性很小,能获得良好的重现性。 除外,采用活性染料的加和增效作用也能获得更高的固着率,例如Sumifix Supra Red 2BF用于吸尽染色的织物表面浓度为85%,其间羟乙基砜硫酸酯苯胺上的N-乙基化物用于吸尽染色的织物表面浓度仅20%,当把它们以335:66.5的比例组成染料混合物用于吸尽染色,织物表面浓度可达到100%。 ③适于一次成功染色的新型活性染料 织物和纤维的一次染色技术是节能减排最有效的方法之一,它不仅能节约染色时间,大大地提高染色能力和生产率,降低能耗,而且还显著地减轻染色废水负荷和对环境的污染。为了实现一次成功染色,织物和纤维的因素是最重要的,但染化料的稳定和高效也是确保织物一次成功染色的重要条件。对于棉织物及其混纺织物来说,用于一次成功染色的新型活性染料必须具有下列特点:i,极佳的RCM要素;ii,优异的永染性的重现性;iii,对染色工艺参数变化的低敏感性;iV,优异的可洗涤性:V,高色牢度。目前市场上适合这种要求的新型活性染料有Procion H&
mdash;EXL染料、Pricion XL+染料、Levafix CA染料、Intracron CDX染料、Remazol RGB染料、Sumifix—HF染料和Drimarene HF—CD染料等,其中Procion H—EXL染料效果最好,但它属于高温型活性染料,其他高温型的染料还有Procion XL+染料和sumifix HF染料等,其余适于织物一次成功染色的新型活性染料都是中温型活性染料,从节能的角度考虑,中温型活性染料更有利。除了新型活性染料外,相配套的新助剂色包括前处理剂、染色助剂和后整理剂等对保证一次成功染色是很重要的,如高效乳化剂Depicol PC9、高效润湿/精练剂Sultafon D、聚合物络合剂SolopolZF、碱性缓冲剂Egasol SF、新发型皂洗剂Cyclanon CX-W等,特别是前处理剂对保证织物的质量稳定很关键,Stockhausen公司采有上述助剂和活性染料对棉织物进行处理和染色开发成功棉织物的一些前处理和染色技术取得了显著的经济效果,不仅减少加工费用和加工时问60%以上、增加加工能力25~30%,而且显著地减少排放的污水量,也不影响染色物的色牢度。 ④适于湿短蒸连续轧染的新型活性染料 活性染料短蒸连续轧染工艺是将织物经浸轧染液后不干燥,在带有温湿度监控装置的反应箱内湿态汽蒸固色。该工艺简便、高效、节能、固着率高,并具有充分渗透、色泽均均与鲜艳、对环境友好等优点,它与Dystar公司和Monforts公司共同开发的E—cortrol染色工艺基本相同,它们与我国开发的湿短蒸轧染工艺相比虽稍有区别(我国增加了红外线加热装置和高温加热装置),但原理相同,与我国近年发展的无盐轧蒸连续染色工艺相比基本一致。以我国的无盐轧蒸连续染色工艺为例,与常规的轧烘轧蒸工艺相比可综合节基本一致。以我国的无盐
轧蒸连续染色工艺为例,与常规的轧烘轧蒸工艺相比可综合节能30~50%,织物染透性好并防止了染料泳移,而且染色不需用盐,减少了染色化学品用量90%,从报本上消除了印染污水中的盐难以去除的难题,别外浮色不易回沾,改善了染色布的洗涤性,减少排放污水30%以上,提高了染色牢度;再者,固着率的提高也减少了染料的用量,而且使废水色度下降和用水量减少,有利于降低排放废水负荷。由于这种工艺中活性染料固着在70~90秒的完成,因此可以使用反应性中等的活性染料,为了减少染料的水介,染料必须有很好的耐碱性和较大的溶介度,别外染料的直接性要适当、不能太高。一般地说,用于湿短蒸连续轧染工艺的活性染料要求与冷轧堆工艺的要求相似,因此适用于冷轧堆染色工艺的活性染料都能用于湿短蒸连续轧染工艺。 ⑤适于水浴比吸尽染色的新型活性染料 在吸尽染色工艺中浴比对节能减排有着重要的作用,浴比太大会影响染液的吸尽和固着率,浴比太小会影响匀染效果。围绕着如何减少染色时的浴比,近年国内开展了大量工作,目前喷射液流染色已能在确保织物匀染的前提下把浴比降低到1:(4~10),而喷射氮流染色的浴比可降低到1:(2—4)。这种水浴比吸心染色工艺最大能缩短30%染色时间,最大能削减50%水,最大能送减少40%的化学品,不仅能节约30%能量,而且提高固着率,减少了排放废水负荷。当然用于这种工艺的活性染料有一定要求,首先要求直按性要小,否则难以匀染和洗涤,其次溶介度要大,在碱及中性盐存在下的溶介度应在于100克/升,否则难以溶介,再次活性基的及应性要在中等以上,最后染料的固着率要高。近年开发的新活性染料中Novacrm FN型染料能满足上述要求,适用于小浴比吸尽染色,目前已有13个品种,它是一种含有一氟均三嗪基与β-羟乙砜硫酸酯基的比活性基染料,两个活性基用脂肪族桥基连结,母体染料分子较小,具有低到中等的亲和力、很
好的移染性和易洗涤性,因此这种结构的活性染料有高固着率,减少了因洗除浮色所耗用的水,有利于减轻对环境的污染。另外,RemazolUltra RGB染料也能用于棉织物的小浴比吸尽染色。 ⑥适用于低盐染色的新型活性染料 为了减少活性染料染色后排放的放心水负荷,开发适于低盐染色的活性染料成了近年发展节能减排型活性染料的又一热点,关键是要提高活性染料对纤维的亲和性,但又不能太高,否则会影响匀染性和易洗涤性,大致有下列几条途径: i,合理配置活性染料分子中磺酸基的数目和位置 活性染料分子中磺酸基的数目和位置对其亲和性有较大的关系,如表一所示:表一 vS/MCT活性染料结构中磺酸基数和亲和性、固着率的关系 由表一可见染料#2比染料#1的结构少了1个磺酸基,在染色时芒硝用量减少一半,其亲和力反应增加了12%,而固着率差不多,若染色时芒硝用量不变,则亲和力要增加近60%,固着率则增加了12%,而固着率不多,若染色时芒硝用量不变,则亲和力要增加近60%,固着率则提高4.5%;若使染料#2与染料#1的亲和力相等或相近,则用染料#2染色时芒硝的用量只要用染料#1染色时芒硝用量的三分之一左右。Sumifix supra E—XF染料就是基于这种三研究开发的低盐染色用新型活性染料,基染色时用盐量一般为常规用盐量的一半。 ii,开发对染色时用盐量敏感性小的新型活性染料 对上述染料#2深入研究后发现新染料的活性基处于各个变化体时其相对亲和力变化不大,而且染色时用盐量对染色亲和力与固着率的影响也不明显,如表二所示:表2染料#2活性基的变化与其相对亲和力及固着率的关系 显然染料#2对盐的用量不敏感,由于它的亲和力还比较大,因此它适用于低盐染色。基于这种研究,若把一氯均三嗪活性基用于分子更小、反应小与乙烯砜活性基相近的一氟均三嗪活性基来取代,使活性染料分子结构的平面性更好,这样染色时对盐的敏感性就
更/J、,而且固着率更高,Novacron FN染料和Novacrom C型染料就地其代表。 iii,提高染料分子结构的平面性 活性染料分子的直接性与其结构平面性和空间效应有关,降低其空问效应,使分子结构的平面不被破坏,活性染料对纤维的直接性或亲和性就会提高,可以适用于低盐染色。例如用脂肪直链烃基作为架桥连结二个一氟均三嗪均三嗪活性基制或如下所示的双活性基染料: L一脂肪直链烃基 它的空间效应比含氯的活性染料小,平面性较好,亲和力也大,适用于低盐染色,如Novacrom LS型染料在染色时的用盐量一般为常规活性染料的二分之一到三分之一,染着率和固着率对用盐量等染色参数变化的敏感性很小,最终固着率可达到80%-90%。


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