CN109577035B - 一种纤维染色工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种纤维染色工艺，属于纤维或纺织品的染色技术领域。控制染液pH≥12.5，将待处理纤维加入到添加有复合渗透剂的染液中直接常温(本申请中，常温是指20‑30℃)染色，即可完成染色，所述复合渗透剂是由仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐和烷基磷酸酯盐复配而成。将本申请应用于纤维素等散纤维染色，不仅减少了前处理工序，缩短染色流程，还有效提高了染色上染率与色牢度。

Description

一种纤维染色工艺

技术领域

本申请涉及一种纤维染色工艺，属于纤维或纺织品的染色技术领域。

背景技术

棉纤维、粘胶纤维等天然纤维素为原料的纤维，其组分除纤维素等主要成分外，还含有一定比例的天然杂质，染色过程中，这些杂质会影响上述纤维的吸湿性，导致染色上染率低，上染均匀性差，因此，染色之前，需要进行精炼等工序，以除去上述杂质。棉纤维、黏胶纤维的杂质主要为果胶、蜡质等，果胶主要成分为果胶酸的衍生物，蜡质主要成分包括脂肪族高级一元醇、游离的脂肪酸、高级一元醇的酯以及固体和液体的碳氢化合物。果胶在适当温度的强碱溶液中，酯键水解变成羧酸钠盐，分子链断裂，在水中溶解度提高，即可被彻底去除，蜡质的脂肪酸类物质在碱液中皂化，脂肪酸生成钠盐，转化为乳化剂，能使不易皂化的蜡质乳化去除。

以棉纤维为例，传统采用碱精炼工艺进行杂质(包括棉籽壳)的去除，而在传统碱精炼工艺中，通常需要使用大量的碱和表面活性剂进行高温处理，如文献CN 106162400A，即便是在特殊干洗剂与碱液共同配合作用下，其精炼温度也需要在40℃以上的高温条件，来确保伴生物等杂质分解乳化去除，该方式精炼后，上述纤维变得比较洁净，吸水性获得显著提高。但精炼过程中不仅要消耗大量的水和能源，且产生的碱性废水使废水的COD(即化学需氧量)变高；因此，近年来新开发的酶精练技术备受关注，该技术利用酶的专一性、高效性与温和反应条件替代了高温强碱精炼处理。与碱精炼相比，酶精炼用水量少，处理液中污染物少，但精炼效果如织物吸水性相应也会差一些。

基于此，文献CN 105239420A提供了一种未前处理棉针织物的冷轧堆染色方法，该工艺借助于表面活性剂的添加，提高未经前处理棉针织物的润湿性和渗透性，从而实现了无前处理活性染料冷轧堆染色，无需退浆、煮练、漂白等前处理。但该工艺中并未披露相关未前处理就可直接冷堆染色的原理，且由于该工艺主要针对针织物，申请人按照该工艺染色效果并不理想，特别是针对散纤维时，染色均匀性和操作的连续性不佳，上染色牢度不佳；同时，虽然其避免了前处理，但染槽中配置了约占浸轧混合液1/5的碱剂(染液：碱液＝4:1)，堆置时间需要6-24h，上染周期长，染色后仍然需要水洗和皂洗，因此，仍然会存在大量的废水。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种无需前处理就能实现纤维快速润饰、实现直接染色的染色工艺。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种纤维染色工艺，控制染液pH≥12.5，将待处理纤维加入到添加有复合渗透剂的染液中直接常温(本申请中，常温是指20-25℃)染色，即可完成染色，所述复合渗透剂是由仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐和烷基磷酸酯盐复配而成。

在强碱条件下，有效强化了助剂的润湿、渗透和乳化功能，碱液快速渗透到纤维内部，使棉籽壳、蜡质、果胶等杂质溶胀、膨化、脱落，棉纤维等纤维素纤维可以快速润湿下沉，因而，无需借助于温度的提升，染液就可以快速渗透到纤维内部，并与纤维素反应达到上色目的。

同时，我们还对复合渗透剂的构成做了进一步的研究，结果表明：当复合渗透剂构成为仲烷基磺酸钠：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐(质量比)＝(1-4)：(1-2)：(1:3)，并优选为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐(质量比)＝(1-3)：(0.5-1)：(0.5:1.5)。单纯的渗透剂虽然可以在一定程度上改善染液的渗透性能，然而由于每种渗透剂都有其自身的局限性，单独的渗透剂存在下，无法适应染色的高效率与高牢度要求，申请人经过大量实验研究发现，复合型渗透剂可以很好的达到配伍效果，提高渗透程度，从而有效提高上染率与上染牢度，特别是采用本申请所提供的三种渗透剂的复配物时，该三种渗透剂通过反应机理和组分上的相互配合，确保染料能够快速与纤维结合，实现高效上染，在染料与纤维素的反应中，反应作用较强，皂洗牢度达到4级及以上。

在上述基础上，我们对pH进行了实验，结果表明：当染液pH为12.5-14时，特别是当染液pH为13-13.5时，纤维可以在5s内快速润湿并下沉，加快了纤维与染液的接触，有效提高染色效率。在pH≥12.5以上的强碱条件下，果胶等杂质快速溶解，避免因表面杂质存在所导致的纤维浮漂现象，该作用与助剂形成协同效果，因此，常温条件下，即可保证染液能够快速渗透到纤维内部，纤维与染液中的染色成分结合即完成上色。

作为优选，我们对染色过程进行实验，结果表明，染色适宜在动态下进行，该动态优选采用搅拌或流动方式。特别是当搅拌转速为5-30r/min或染液相对纤维流速为3-25m/min时，在该相对运动的机械力作用下，棉籽壳、蜡质、果胶等杂质的膨胀、膨化、脱落速度加快，可以进一步强化润湿效果，提高染剂与纤维的接触效率。

具体实施方式

本实施例的核心路线描述如下：

一种纤维染色工艺，强碱条件下(pH≥12.5)，将待处理纤维加入到添加有复合渗透剂的染液中，于常温(指20-25℃)下进行无需前处理的直接染色。

考虑到K/S值的稳定性(参见文献：纵瑞龙等，K/S值与Integ值差异的探讨，《印染》，2006No 24，p31-33)，以下案例中，染料浓度主要控制在10-50g/L，以方便上染率的比较。

以下分别就工艺路线中的各参数进行实验和对比分析。

实施例1：不同pH对上染效果的影响

在进行原理说明时，我们知道，基于棉纤维、粘胶纤维(包括但不限于天丝)之所以需要进行前处理，其根本原因就在于：纤维素纤维表面杂质的存在，这些杂质导致纤维直接置于染液中时，由于杂质成分的疏水性，导致其漂浮于染液上，且染液无法渗透到纤维素上，因而无法实现上染，故常规多以碱溶解处理或酶降解处理，达到去除杂质的目的，前者消耗大量的碱液且需要高温处理(如比较有代表性的CN 106162400A，借助于特殊清洗剂D5的辅助，其染缸温度基本要保持在60℃以上)，才能去除杂质、完成精炼，从而满足后期染色需求；而酶降解处理虽然方式温和，但上染效果和上染率并不理想。

本案例借助于强碱的作用，使棉纤维等纤维素表面杂质中的棉籽壳、蜡质等快速溶解，真正起纺织作用的纤维素则披露在外，纤维素作为亲水性成分，可以实现快速润湿和下沉，在下沉过程中，与染料接触并发生结合作用，因而待处理纤维从投入到染液中到完成上色，基本是个除杂与上色同时瞬间进行的过程，这也是该工艺之所以可以无需前处理和高温处理就实现上染的原因所在。

基于上述原理，我们对pH值进行了具体研究，以活性1#黑常温染色为例，不同pH条件下，活性染料40g/L、复合渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐＝1：0.5：0.5)浓度为1g/L，实验结果参见表1：pH低于12.5时，由于润湿性较差，纤维基本都漂浮在染液上，因此上染率很低，只有极少数被压在最底层的纤维会与染料接触，但上染多浮色，色牢度不高；在pH＞12.5的强碱条件下，不同的pH区间仍然会对染色造成影响：pH在12.5附近时，纤维开始有下沉现象；继续增大pH，特别是当pH在13-13.5区间时，我们发现，纤维会有快速下沉现象，上染率、均匀性和色牢度均得到明显提高，继续增大pH，则上染率、均匀性和色牢度增加不再显著，然而过高的pH一则会有影响纤维机械性能的风险，再者成本也会提高，故实际操作中并不推荐过高的pH。

表1不同pH对上染效果的影响

在实践过程中，我们对不同染料也进行了实验，发现普遍的规律是：当染液pH为12.5-14时，大多数染料如黑色、蓝色、红色等，均表现出普遍高的上染率和上染牢度，以黑色(如：特黑、深黑、1#黑)为例，当pH为13、复合渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐＝1：0.5：0.5)浓度为1g/L、染料浓度分别取20g/L、30g/L、40g/L条件下，常温上染，上染K/S值为43-46，皂洗牢度为4级。

而当pH调整至13-13.5时，即便是K/S值不显著(指最大吸收波长有差异或吸收波段不单一)的拼混染料、复合染料和棕色、灰色等暗色染料，纤维也可以实现5s内快速润湿并下沉。以棕色为例，当pH为13.5、复合渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐＝1：0.5：0.5)浓度为1g/L、染料浓度分别取10g/L、20g/L、30g/L条件下，常温上染，上染K/S值为43-44，皂洗牢度为4级。

对于其他组成的复合渗透剂以及其他染料浓度下的染色，我们做了相应的平行试验，也得到了相同的趋势和结论。

因此，综合上述实验结果表明：在复合渗透剂存在情况下，强碱条件下常温染色时，染液pH适宜控制在12.5-14，可满足绝大多数染料的上染需求，并优选在染液pH为13-13.5，可基本满足纤维染色需求。

实施例2：渗透剂对上染效果的影响

上染率和上染速率主要取决于染料与纤维的结合程度，而结合程度除与染色剂以及纤维自身有关外，很大程度上还来自于染色过程中助剂的作用，以文献CN 105239420A为例，其借助于阴离子或非离子的表面活性剂，来提高棉针织物的润湿性和渗透性，从而实现无前处理的活性染料染色，该方式结合了冷轧堆长时间堆置带来的上染率提高，但其上染过程的上染率K/S值提升率并不显著(基本都在2附近)。

我们对单一渗透剂的上染效果以及不同组合方式的复合渗透剂分别进行实验，以活性1#黑染料上染为例，活性1#黑染料40g/L，pH为13.5，浓度1g/L的不同组成渗透剂条件下，实验结果参见表2所示。

表2不同渗透剂组成对上染效果的影响

表2中，OE-35是指脂肪醇聚氧乙烯醚(非离子)，OEP-98是指脂肪醇硫酸酯(阴离子型)，JFC-1是指烷基酚聚氧乙烯醚，SF是指脂肪醇聚氧烷基醚，选自于江苏省海安石油化工厂；SAS60是指仲烷基磺酸钠，A指脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐，B指烷基磷酸酯盐。

本案例中，单一渗透剂的润湿效果和上染效果均不佳，而复合效果会改良一些，在常见的渗透剂中，又以仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐与烷基磷酸酯盐三者的复配为较佳，仲烷基磺酸钠在强碱、高温条件下具有极强渗透力，兼具乳化、脱油、洗涤功能，与阴、非离子表面活性剂配伍性好，既可显著提高任何体系之应用效果；脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐(如其磷酸酯钾盐、铵盐)兼具非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的特征，对酸、碱和电解质具有良好的稳定性及耐高温性能，且具有良好的水溶性和较低的表面张力、润湿性好以及乳化性能好；烷基磷酸酯盐(如：单烷基醚磷酸酯三乙醇胺盐、烷基磷酸酯二乙醇胺盐)吸湿性和乳化性能良好。三者复合时，可以有效提高了渗透程度，特别是当三者以仲烷基磺酸钠为主成分、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐与烷基磷酸酯盐为配伍成分时，三种渗透剂通过反应机理和组分上的相互配合，可以非常有效对抗强碱性条件对单一渗透剂造成的干扰，从而有效提高上染率与上染牢度，该确保染料能够快速与纤维结合，实现高效上染，在染料与纤维素的反应中，反应作用较强，皂洗牢度达到4级及以上。

实验过程中，我们发现：当复合渗透剂构成为仲烷基磺酸钠：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐(质量比)＝(1-4):(1-2):(1:3)时，可满足强碱条件下的常温染色。

实施例3：pH对渗透剂构成的影响

每种渗透剂都有其酸碱度，如仲烷基磺酸钠为例，其pH为7±1，因此在使用过程中，除考虑自身性质外，还要兼顾使用环境的影响。

在本申请中，染色采用常温，因而温度的影响较小，而强碱条件下则会对渗透剂造成一定干扰，本申请以复合渗透剂作为助剂进行上染，pH选择在12.5时，则由于碱解效果较弱，对助剂的润湿、渗透和乳化作用不强，因此上染效率会慢很多；而pH高于13.5时，则会因环境pH过于苛刻，影响了渗透剂的发挥，因此，综合上染效率与各组分间的配合作用，适宜将pH控制在13-13.5之间，而复合渗透剂则适宜控制为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐(质量比)＝(1-3):(0.5-1):(0.5-1.5)，上染效果稳定，上染均匀性也明显提升。

实施例4：反应氛围对上染效果的影响

我们对染色过程进行实验，染色适宜在动态下进行，该动态可采用搅拌或流动方式。特别是当搅拌转速为5-30r/min或染液相对纤维流速为3-25m/min时，在该相对运动的机械力作用下，棉籽壳、蜡质、果胶等杂质的膨胀、膨化、脱落速度加快，可以进一步强化润湿效果，提高染剂与纤维的接触效率。

综合上述实验，以特黑、深黑、1#黑作为染料，染料浓度分别取为30g/L、35g/L、40g/L，pH为13，复合渗透剂浓度分别为(复合配比可选为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐(质量比)＝1:0.5:1、1:0.5:0.5、1:0.5:0.8、1.5:0.5:1、1.5:0.8:1、2:0.5:1)1g/L、2g/L、3g/L、4g/L时，深黑染料、特黑染料、1#黑的平均K/S值可达到46.188、44.39、43.54，皂洗牢度均在4级以上。

Claims (6)

1.一种纤维染色工艺，其特征在于：控制染液pH为12.5-14，将待处理纤维素纤维加入到添加有复合渗透剂的染液中直接常温染色，控制搅拌速度为5-30 r/min或染液相对纤维的流速为3-25 m/min，在动态环境中即可完成染色，所述复合渗透剂构成为仲烷基磺酸钠：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐=1-4:0.3-2:0.4-3，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐为脂肪醇聚氧乙烯醚磷钾盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷铵盐中的任一种，烷基磷酸酯盐为单烷基醚磷酸酯三乙醇胺盐、烷基磷酸酯二乙醇胺盐中的任一种。

2.根据权利要求1所述的一种纤维染色工艺，其特征在于：染液中的染料为黑色、蓝色或红色。

3.根据权利要求2所述的一种纤维染色工艺，其特征在于，染色工艺条件为：染料为黑色，pH为13、复合渗透剂浓度为1g/L、染料浓度分别取20g/L、30 g/L、40 g/L条件下，常温上染，复合渗透剂的组成为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐=1:0.5:0.5。

4.根据权利要求1所述的一种纤维染色工艺，其特征在于：控制染液pH为13-13.5，所述复合渗透剂构成为仲烷基磺酸钠：脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐=1-3:0.5-1:0.5-1.5。

5.根据权利要求4所述的一种纤维染色工艺，其特征在于：染液中的染料为拼混染料、复合染料或暗色染料。

6.根据权利要求4或5所述的一种纤维染色工艺，其特征在于：染液中的染料为棕色，pH为13.5、复合渗透剂浓度为1g/L、染料浓度分别取10 g/L、20g/L、30 g/L条件下，常温上染，复合渗透剂的组成为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐：烷基磷酸酯盐=1:0.5:0.5。