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染整企业数字化转型的基础构建(六)——染整工艺pH值的测控①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-22  作者:陈立秋  浏览次数:77
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1 染整工艺过程亟须pH值在线测控
若谈及染色工艺过程pH值是否需要在线测控时,染色工艺人员会说:“pH值是重要的,我们用试纸测定。”而设备人员则认为:“买进的设备没有pH值测控仪表。”一位从事流体染色的专家则说:“只注重染色温度、染色时间、染色浴比的控制,而忽视对染浴的pH值与染色助剂浓度的控制,要较好地解决染色的色疵,实难见效。”的确,纺织品品质要提升,染整工艺必须优化。工艺条件与设备也要更新。
1.1 pH值对锦纶喷射溢流染色的影响
锦纶染色时,其染色结果(深浅、色光)与染浴 pH值的依附性极大,其原因有两个方面:
1.1.1 一是锦纶的染色性能问题:
锦纶为两性纤维。纤维中含有氨基和羟基,等电点为5~6,当染浴pH<5时,纤维中的氨基含量超过羟基含量,纤维带正电荷,对染料阴离子的吸附速率和吸附量高;染浴pH>6时,纤维中的羟基含量超过氨基含量,纤维带负电荷。对染料阴离子的吸色速率和吸色量,会大幅度下降,说明锦纶在不同pH值的染浴中,具有不同的吸色能力。
1.1.2 二是染料的染色性问题:
酸性染料染锦纶,普拉黄GN、普拉蓝RAWL、普拉红B等,在pH=5时吸附速率和吸色量都很高,而当pH=6时,则变得很低,其深浅差距甚至在1倍以上,故而弱酸性染料染锦纶,pH值控制在5最合适。中性染料染锦纶,多数染料品种,在染浴pH值为5~6时,比pH=7时增深5%~10%少数染料品种对pH值的依附性大,如丽华素翠蓝3G,在pH=7时,几乎不上色pH=5~6时,得色可提高4倍以上,从得色深度和匀染效果考虑中性染料染锦纶的染浴pH值,控制在6~6.5为宜;活性染料染锦纶,对染浴pH值的依附性见表1。
表1实验条件:染色深度1%(o.w.f)锦匀染剂 P51(1g/L)醋酸调节pH值,以1.25℃/min升温至95℃,保温染色30min,以5%递减色卡肉眼评定。从表1可知:活性染料染锦纶,以pH=5±0.2得色最深艳pH值提高得色会严重变浅。活性艳蓝KR在pH=7时得色最深艳纯正,pH>7时得色变浅,pH<7时,色光会显著变暗,艳亮的宝蓝色光完全消失。
表1
分散染料在沸温条件下染锦纶,其染色结果(深度、色光):多数染料适合在pH=6~7的条件下染色,而部分染料如分散蓝E-4R等。在弱酸性条件下(pH=6)染色,有增深效应,增深幅度<10%,适宜在pH=6时染色;而分散大红S-R(S-BWFL)、分散红玉S-5BL(S-2GFL)等,在弱酸性条件下染色,得色色光会发生异变,红光消褪,严重转黄,只适合在pH=7~8的染浴中染色。
锦纶在不同染料中染浴的pH值各不相同,就是同一类染料而言,由于染色性相异,pH值也不相同,可知,人为控制难度很大,只能借助在线pH值的自动测控。
1.2 pH值对牛仔布靛蓝染色的影响
靛蓝属于还原染料,它具有还原染料的特征,即经碱性还原成隐色体上染纤维。由于靛蓝与纤维的亲和力只是一般染料的1/60~1/10,若达不到氧化-还原电位值(-760mV)。亲和力会更差,上色率会更低,因此,染色过程中对氧化-还原电位或pH值的控制,是能否染好牛仔布的一大关键。
单酚钠离子型靛蓝隐色体与双酚钠离子型靛蓝隐色体为棉纤维吸收的主要形式,但从得色量、色牢度、色泽等方面考虑,单酚钠离子型靛蓝隐色体更重要。
为使染槽中产生更多的单酚钠离子型靛蓝隐色体把染浴pH值缓中在10.8~11.2范围时,染料和纤维两者的电离降低到最小,在没有离子斥力存在的情况下染料对棉纤维的相对亲和力提高了,导致染料对棉纤维有较高的瞬染率,获得工艺所需要的牛仔布纱线环染,色力最高。
随着pH值的下降,摩擦牢度大体呈下降趋势。 pH值为7.5时基本上都是还原状态的非离子型酸,性隐色体,微溶于水,不能上色;随着pH值的增大,单酚钠离子型靛蓝隐色体不断增加,当pH值达11.0时,单酚钠离子型靛蓝隐色体最多,上染率最高,色牢度最好,色泽特别鲜艳;当pH值超过11.0时,开始出现双酚钠离子型靛蓝隐色体,pH值上升到13.5时,基本上都是双酚钠离子型靛蓝隐色体,这巧时上染率会下降,色牢度降低,色泽灰暗。
牛仔布如希望水洗褪色要求快,染浴pH值应缓冲在11.0~11.5;若水洗褪色不要求快,PH值提高到12.5~13.5,降低亲和力,提高渗进性。反射率最低在pH=11.0~11.4时,与染料最大吸收在H=9.5~10.5时不一致,这说明:当pH<10.0时,至少有一些靛蓝染料产生沉淀,而对增加色深无作用。
靛蓝染料染色过程随时会发生不易眼睛察觉的pH的变量漂移,而pH试纸测量值与pH计测量值对NaOH而言相差2~2.5,为保证染色质量的稳定、再现,亟需进行pH值在线自动测控。
1.3 pH值对两相法印花快速蒸化的影响
活性染料两相法印花工艺是先将活性染料印花于织物上为一相,然后用活化剂碱剂的浸轧作为第二相,使棉纤维与染料起活化作用,形成共价键结合,并通过高效快速蒸化加速此项化学反应的完成。在常法(一相法)工艺中,由于要考虑印浆稳定性诸因素,所用碱剂一般是弱碱剂,如:小苏打,因而在印花后蒸化固色时需要较长的蒸化时间,约8min。两相法中,漫轧碱剂可以选用强碱剂,如烧碱,这有利于纤维的离子化和染料的快速反应,从而缩短蒸化时间,仅需20~30s。
表2是pH值与纤维素离子浓度的关系。按染料与纤维的反应速率为KF[DF][Cello-]当将染料在纤维上的浓度(DF)固定,则纤维的反应速率主要与纤维的离子浓度(Cello-)有关。由表2可知,每增加一个单位pH值,反应速率大约可提高1O倍。按常法的碱剂为小苏打,汽蒸时转化为纯碱,其pH=11,两相法采用烧碱作碱剂,pH=13以上,按表2计算,反应速率值是纯碱的4O倍,常法蒸化8min,两相法只需汽蒸12S。这就是活性染料相印花后快速蒸化的主要依据。可知pH值稍有变化,反应速率变化颇大。
表2
两相法浸轧碱液以混合碱为好,烧碱与水玻璃(Na2SiO3)混拼,水玻璃作为吸附剂具有乳化性和胶体保护性,能保护织物不被空气中的酸气和二氧化碳侵蚀;在后续水洗中能水解为胶状硅酸或细粒子的碱土硅酸盐,具有较好的吸附水解活性染料,防止沾污织物的性能,水玻璃作为烧碱的缓冲剂,对碱液pH值起调节作用,可控制染料的水解反应,有利于提高固着率,轧液时极大地降低织物的,“吸碱”现象,使碱液pH值稳定。两相法侵轧碱槽中的碱液pH值还是必须设置在线测控。
1.4 PH值对活性染料染棉的影响
喷射溢流染色时,染浴pH值的波动,对染色结果的影响,不亚于染色温度。
例如:活性染料染棉时,固色染浴的pH值,只有保持在10~11范围内,才能获得最稳定,最高的得色量。pH值高于11时,虽可以提高纤维的离子化程度和棉的溶胀程度,使染料与棉纤维的键合反应加快,但染料的水解速率增加更快,尤其是乙烯砜型染料。由于染料的水解量增多,会使得色明显变浅;若固色浴的pH值过低,染料的水解量会明显减少,但因反应速率过慢;固色率也会降低,导致得色变浅。
因为纯碱溶液对pH的缓冲容量很大,其质量浓度在5~25g/L范围内,溶液的pH值可以稳定在11~11.2,最适合活性染料固色要求,即使纯碱浓度发生一些变化,不容易产生缸差。
欲获得较快的固色速率和较高的固色深度,必须准确掌握固色的最佳pH值平衡点(即最佳固色 pH值),以达到最高的最终固色率目的。
实验结果如图1所示(PH值以10.65为100%对比)。
由图1可知:
(1)同的中温型活性染料的最佳固色pH值并不相同。有的染料对固色pH值要求较低,如活性红 M-3BE;有的染料对固色pH值要求则较高,如活性翠蓝B-BGFN。显然,这是因为染料的结构不同,其反应性强弱不同的缘故。
(2)常用中温型活性染料固色时的最佳pH值其实并非是一个点,而是在一个较窄的pH值范围内。如活性红M-3BE最佳pH值为10.60~10.71,活性蓝M-2GE为10.71~11.08,活性翠蓝B-BGFN为11.08~12.05(这是指60℃中温染色,而不是指80℃高温染色)。也就是说,某一只染料在其最佳固色pH值范围内,其固色率相对最高,而水解率相对最低。固色pH值大于或小于这个范围,其固色率(得色深度)会显著下降。
(3)除少数染料外,大多数中温型活性染料浸染时的最佳固色pH值在10.5~11.0之间。然而,这并不意味着不同染料的固色pH值在此范围内,皆可获得最高固色率。这是因为,各活性染料的最佳固色pH值范围比较狭窄,一旦pH值超出其最佳范围(即使偏差较小),固色率就会下降。
(4)常用活性翠蓝,如活性翠蓝A(B)-BGFN浸染时的最佳pH值远远高于其它大多数染料,为11~12。这是因为活性翠蓝属于铜酞菁染料,相对分子质量大,缺乏线型结构,不仅扩散能力差,反应性也弱。
(5)常用活性黄,如活性嫩黄A(B)-6GLN,其最
佳固色pH值虽然也在常规范围(pH=10.71~11.08),却存在着异常表现,即固色pH值一旦超出最佳范围,其得色深度会急剧下降。这表明活性嫩黄A(B)-6GLN对固色pH值十分敏感,必须精确掌控。
以上说明,中温型活性染料因染料不同,其最佳固色pH值亦不同,且必须准确控制,而采用试纸测定是无法做到的。
 
 
 
 
 
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