摘 要：活性染料在低帶液量條件下具有較高的固色率，為進一步了解低帶液量時影響活性染料固色率的因素，試驗探討了棉織物帶液量、Na2CO3質量濃度、固色溫度、固色時間、Na2SO4加入量和加入方式、染料上染量、 染料直接性對固色率的影響。
結果表明：棉織物在帶液量為25%—35%時，染料的固色率最高；堿劑量、固色時間、固色溫度、上染量對染料水解影響較小。在低帶液量下，染料在纖維上的分布狀態與染料結構是影響固色率的主要因素，進入纖維內部的染料可實現內部擴散和固色，較難發生水解。染料直接性越大，活性基團活性越高且數量越多，染料固色率就越高。
前言
活性染料具有色譜齊全、色澤鮮艷、性能優異、適用性強等特點，被廣泛用于纖維素纖維的染色。染色時染料上的活性基團在堿性條件下可與纖維素負離子發生親核取代或親核加成反應，形成染料-纖維共價鍵，確保良好的色牢度，但同時由于大量水和堿劑的存在，染料也會發生水解副反應。這不僅造成染料浪費，也引起較大的環境負擔。因此，降低活性染料在染色過程中的水解， 提高固色率，已成為困擾廣大印染工作者的難題。
近年來，針對提高活性染料固色率的研究主要集中在以下幾種途徑：非水介質染色、纖維陽離子改性、小浴比染色、微波處理、泡沫染色等。非水介質染色可提高活性染料的利用率，但是溶劑本身的毒性和回收問題仍需解決，規?；茝V應用尚需繼續研究；而纖維的陽離子改性則極易引起染色不勻的問題；小浴比染色對活性染料固色率提升幅度有限。在泡沫染色技術研究中發現，當棉織物上的水分基本為結合水時，活性染料具有較高的固色率，固色時染料較難發生水解，這為高固色率技術的開發提供了新的方向。但在低帶液量下，棉織物上染料的耐水解性以及影響固色率的因素尚未有研究。
本項目選用浸染方法，以60℃染浴加鹽促染， 50℃加堿達到染色平衡控制染料上染，通過離心控制織物上的帶液量，分別研究了織物上的帶液量、Na2C04質量濃度、固色溫度和時間、Na2S04質量濃度和加入方式、染料染用量，以及染料直接性對纖維上染料固色率的影響。
1 試驗部分
1.織物、試劑與儀器
織物 平紋液氨棉織物(14.76 tex/2×14.76 tex/2，200.7 g/m2，江蘇聯發紡織股份有限公司)
試劑 無水硫酸鈉、無水碳酸鈉（國藥集團化學試劑有限公司），C.I.活性紅198、C.I.活性黃107、 C.I.活性紅120(浙江龍盛集團股份有限公司)
染料結構如下：
C.I.活性黃107
C.I.活性紅120
儀器 H1850臺式高速離心機，AL104電子分析天平，PCL-1000A振蕩染色機，UV-1800紫外可見分光光度儀
2. 染色工藝
稱取l g棉織物于染杯中，染色浴比1:10，室溫入染。以1℃/min的速率升溫至60℃，分批加鹽促染60min，再降溫至50℃，加入Na2C03保溫30 min 后取出，放人離心機中以800～8000 r/min的速度離心1—5 min，稱取布重，計算織物的帶液量。將一定帶液量的棉織物密封，在特定溫度下固色一定時間。固色完成后經水洗、皂洗、水洗、烘干，完成染色。
3 .性能測試
3.1上染率的測定
上染結束后，將棉織物離心后的殘液倒入染色殘液中。將染色殘液與標準染液稀釋相同的倍數，采用紫外分光光度計測試吸光度，根據式(1)計算上染率E。
式中：A0一—染料原液稀釋后的吸光度
A1——染色殘液稀釋后的吸光度
3.2 纖維上染料固色率的測定
收集固色后織物水洗、皂洗殘液，與染色殘液和標準原液稀釋同樣的倍數，根據式(2)計算纖維上染料固色率F。
式中：A2——皂洗殘液稀釋后的吸光度
2 結果與討論
1. 帶液量對纖維上染料固色率的影響
為確保不同帶液量下織物上固色堿劑含量相同，采取自然陰干的方式控制棉織物帶液量。即棉織物先離心(800 r/min，1 min)至帶液量為90%，再于25℃下陰干至不同帶液量，隨后密封固色。帶液量對纖維上染料固色率的影響如圖1所示。
帶液量／%
圖1棉織物帶液量對纖維上染料固色率的影響
由圖1可以看出，隨著帶液量的增加，纖維上染料的固色率先增加后降低。當棉織物帶液量為25%～35%時，纖維上染料固色率最高。此時織物上的大部分水為束縛水，即與纖維素羥基形成氫鍵結合或吸附于纖維孔道壁上，游離水的含量很少。同時，在該帶液量下，棉纖維也可充分溶脹?；钚匀玖显诶w維內可自由擴散。當帶液量大于35%時，纖維上游離水含量增加，水分子將以自由水的形式存在于纖維和紗線間隙，染料在固色時水解量增加。而棉織物帶液量低于25%時，纖維孔道內含水較少，不利于染料的擴散，同時纖維內的染料也可能以多分子聚集體形式存在，使染料與纖維的反應性變差。
2. Na2C03質量濃度對染料固色率的影響
活性染料固色時，堿劑在促進染料固色的同時，也會引起染料的水解。上染過程中，通過改變染浴中Na2C03質量濃度，可調節離心后織物上Na2C03的含量。
圖2為Na2C03質量濃度對纖維上染料固色率的影響。
圖2 Na2C03質量濃度對纖維上染料固色率的影響
由圖2可以看出：對于C.I.活性黃107，染浴中Na2CO3，質量濃度為5g/L時，纖維上染料固色率最高；而C.I.活性紅120在堿質量濃度為15 g/L時固色率達到最高值。C.I.活性紅120固色所需染浴堿質量濃度高于C.I.活性黃107，這是因為對于乙烯砜型染料，其β-羥乙基砜硫酸酯基在加堿保溫30min 條件下已經轉化成較活潑的乙烯砜基團，此時棉纖維上也已經電離產生了大量的纖維素負離子，當達到固色需要的溫度時，兩者可以直接發生反應，織物上Na2C03并不參與固色反應。而對于雙一氯均三嗪型染料C.I.活性紅120，固色時仍需要堿劑中和染料與纖維反應生成的酸。繼續增加堿質量濃度，三種不同活性基活性染料均未出現固色率的明顯下降。
這也表明，織物低帶液量時，容易引起染料水解的自由水含量較低，染料與纖維素羥基負離子的反應活性遠大于水解副反應，表現出染料的水解率受堿質量濃度的影響較小。
3. 固色溫度對纖維上染料固色率的影響
圖3為棉織物帶液量( 30+2)%時，固色溫度對纖維上染料固色率的影響。其中，C.I.活性黃107 與C.I.活性紅198的固色時間為40 min，C.I.活性紅120的固色時間為60 min。
圖3 固色溫度對于纖維上染料固色率的影響
由圖3可以看出：固色溫度為80℃時，C.I.活性黃107和C.I.活性紅198固色率最高；之后固色率隨著固色溫度的升高而稍有降低。對于C.I.活性紅120，隨著固色溫度的升高，固色率呈逐漸升高的趨勢，在90℃時達到最大值，繼續升高固色溫度，固色率基本不變。在常規染色中，固色溫度的升高在提高染料對纖維反應性的同時，也會加劇染料水解。而在低帶液量條件下染色，染料水解較困難， 適當升高固色溫度可提升染料對纖維的反應性，且不會加劇染料水解。即使固色溫度較高時，含乙烯砜活性基的染料固色率也只是小幅降低，而較穩定的一氯均三嗪活性基染料固色率基本不變，表明染料的水解率受固色溫度的影響較小。
4. 固色時間對纖維上染料固色率的影響
圖4為棉織物帶液量( 30+2) %時，固色時間對纖維上染料固色率的影響。其中，C.I.活性黃107 與C.I.活性紅198的固色溫度為80℃、C.I.活性紅120的固色溫度為90℃。
圖4 固色時間對纖維上染料固色率的影響
由圖4可知，對于C.I.活性黃107，固色時間在5 min時纖維上染料固色率為81.4%，40 min時達到最大值86.7%，繼續延長固色時間，固色率會小幅降低。含有乙烯砜活性基的染料與纖維反應性較高，反應速率較快，在較短時間內就可與纖維充分反應，但乙烯砜活性基與纖維素形成的醚鍵耐堿穩定性差，在長時間高溫、堿性環境下較易發生斷裂。對于C.I.活性紅120，固色時間在5 min時固色率較低，隨著固色時間的延長固色率大幅提高，在60 min時固色率達最大值，繼續增加固色時間，固色率基本不變。一氯均三嗪活性基反應性較低，即要更長的固色時間才能充分與纖維發生共價反應。
在傳統的軋染工藝中，5—10min的汽蒸時間可達到最佳的染色效果，延長汽蒸時間，固色率會迅速降低。而低帶液量情況下，雖然5min時有較好的染色效果，但繼續延長固色時間，染料固色率仍會提升。這也表明在低帶液量下，適當延長固色時間同樣不會引起染料水解副反應顯著增加，而對固色反應更為有利。
5. Na2S04用量及加入方式對染料固色率的影響
不同質量濃度Na2SO4。與加入方式可控制纖維上染料的吸附狀態。Na2SO4質量濃度及加入方式對纖維上C.I.活性紅198固色率的影響如圖5所示。
圖5 Na2SO4質量濃度及加入方式對染料固色率的影響
由圖5可看出，在染浴中一次加入Na2SO4。對染料進行促染，纖維上C.I.活性紅198的固色率比在染浴中分批加入Na2SO4的固色率低，并且一次加入Na2SO4的量越大，固色率越低。這是因為一次性加人大量Na2SO。，會導致染料聚集，瞬間團聚吸附在纖維表面，阻礙染料向纖維相內部的擴散。加入Na2SO4的量越大，染料聚集程度越高，染料向纖維相內部擴散越難。而纖維表面能夠與活性染料發生反應的羥基數量有限，因此固色率較低。而對于分批加鹽吸附，染料可均勻地向纖維相內部擴散，保證固色反應時具有足夠多的活性位點，從而有較高的固色率。因此，低帶液量下，染料在纖維相內的充分擴散和透染性對其固色性能有顯著的影響。
6.染色深度對纖維上染料固色率的影響
通過改變上染浴中染料質量濃度，可控制上染纖維上染料總量。C.I.活性紅198質量分數為1% (omf)、2% (omf)、4% (omf)、5% (omf)時，對應的纖維上染料固色率如圖6所示。
纖維上染料質量分數／(mg.g1)
圖6纖維上染料量對固色率的影響
由圖6可知，當織物上的染料量從9.8 mg/g增加到40 mg/g時，纖維上染料的固色率基本不變。這表明進入纖維內部的染料可發生高效的擴散和反應。低帶液量時，染料在較高的染色深度下，水解副反應同樣受到遏制，獲得較常規染色高得多的固色率。
7. 活性染料直接性對纖維上染料固色率的影響
低帶液量時，不同染料對應的纖維上染料固色率如表1所示。
表1 染料直接性對纖維上染料固色率的影響
從表1可以看出，相同活性基的活性染料上染率越高，對應纖維上染料的固色率越高。吸附加堿時較低的溫度并不會引起染料的固色，此時的上染率可反應染料對纖維的直接性。即活性基相同的染料直接性越大，纖維上染料的固色率越高。這是因為低帶液量條件下，纖維上的染料仍有部分溶解于結合水中，染料直接性增大，吸附于纖維上的染料量增大，而吸附于纖維上的染料較難水解，故總體固色率提升。
3 結論
試驗通過吸附離心的方法控制固色時織物上的帶液量，分析了不同影響因素對低帶液量下纖維上染料固色率的影響，通過研究得出以下結論：
1、棉織物帶液量為25%～35%時，纖維上染料的水解副反應受到遏制；堿劑用量、固色時間和溫度對染料水解量影響較??；對于C.I.活性黃107、C.I.活性紅198、C.I.活性紅120，在優化的固色條件下，固色率分別達到86.7%、97.3%和96.4%。
2、在低帶液量固色條件下，染料在纖維相內的擴散和透染性對染料的高固色率至關重要。由于染料水解副反應的降低，在高染色深度下的固色率與低染色深度下相差不大，但遠大于浸染。
3、在低帶液量固色條件下，染料的直接性、活性基的數量與反應性的增大均可增加染料固色率。
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來源：印染學習與交流
公安備案號：11010502039965??? 
