CN112921675A - 一种活性染料电化学低盐低温染色方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性染料电化学低盐低温染色装置和方法，染色装置包括了至少一个阳极和阴极结构，所述阳极结构为片状或网状结构，阳极包括导电纤维，导线纤维结构外侧还包覆有一层棉纤维，同时本发明还提供了一种使用该装置的染色方法，染色时，在电场体系下阳极所产生的电荷，可有效抵消棉织物表面的负电荷对活性染料阴离子基团的排斥作用，该活性染料的电化学染色方法能有效减少活性染料上染过程中盐的用量，降低染色温度，并得到较好的染色效果。
Description
技术领域
本发明属于纺织化学领域，具体涉及一种活性染料电化学低盐低温染色方法和装置。
背景技术
棉及其混纺织物被广泛的应用于我们生活的中的各个领域中，因其良好的透气性、吸湿性深受人们的喜爱。活性染料作为棉及其混纺织物最主要的染料之一色谱广、色泽鲜艳、性能优异等优点，除此之外活性染料也易溶于水、操作简便。但是在染色过程中织物表面所产生的电荷会与活性染料中的阴离子基团产生排斥作用，在活性染料上染过程中往往需要加入大量的盐类电解质进行促染，以抵消织物与活性染料间的互斥作用。含有高浓度盐的染色废水的排放会对环境造成严重伤害，而处理废水的过程又十分的困难且经济成本过高。因此活性染料的低盐或无盐染色受到了越来越多的关注。
活性染料无盐或低盐染色的方法有很多，设计低盐活性染料、阳离子改性棉纤维、无盐染色助剂或通过改造工艺减少盐的用量。以往所采用的各种方法，往往都有色牢度低、匀染性差等缺点。而电化学无盐染色技术具有，易控制、对环境友好、降低助剂用量、操作简单等诸多优点。
现有技术中，申请号为200710147410.9的发明专利公开了一种棉纤维活性染料无盐染色工艺,包括对纤维素纤维的前处理、改性处理、染色、后处理等步骤。改性处理是将棉纤维用聚表氯醇与聚胺的共聚物经高温碱性条件下预处理洗净后,加入专用的匀染剂用活性染料染色,并可以在无盐、无碱或低碱条件下完成染色工序,提高染料上染与固着率。虽然其中采醇类溶剂对于棉纤维进行前处理，提高了棉纤维的可染性和润湿性，减少了棉纤维的煮炼和漂白的前处理工序，且可做到无盐上染；但此法引入了有机溶剂，带来了溶剂挥发废水处理等诸多问题。
申请号为2018116442005的发明专利公开了一种织物的活性染料无盐染色方法，包括：S1、将纤维素纤维织物半成品浸轧染液，使织物的带液率为60％～85％；所述染液包括活性染料、碱性固色剂和分散均染剂，所述碱性固色剂为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、偏硅酸钠和柠檬酸钠中的一种或几种，所述分散均染剂为分散剂NNO、匀染剂MF和马丙共聚物中的一种或几种；S2、将所述带液率为60％～85％的织物控制其含水率为30％～5％；S3、将所述含水率为30％～5％的织物进行汽蒸固色，经过水洗处理，得到染色织物成品。本发明染色工艺简单，连续生产，节约盐用量100％，节约能耗、水耗，织物的染色深度、均匀度较传统染色工艺更优。但是该工艺存在能耗高，色牢度差的技术问题。
由此可见，现有技术中，对于活性染料的染色而言，为了达到低温或低盐的染色时，其必然会以丧失色牢度等染色效果、或环境破坏等为代价，因此，急需一种新的，针对活性染料的低温、低盐环保的染色工艺。
活性染料电化学无盐染色原理主要是通过电场体系下的阳极区产生正电荷，消除棉织物表面的负电荷对活性染料阴离子基团的排斥作用，并促进染料阴离子在阳极区富集，有利于染料与处于阳极区的织物的充分接触，从而提高染料的上染百分率，摒弃盐的使用，减少环境污染。另一方面，将棉织物置于阴极则可以实现缓染的效果。电化学手段可有效且量化地控制染色过程及效果，降低染色温度和染浴中盐的用量。
发明内容
本发明旨在公开一种活性染料低温低盐环保染色工艺，该染色方法不同于传统的染色方法，该染色方法的能够显著的降低促染盐的用量，同时降低染色温，染液中的废弃化学物质也显著降低。
本发明的构思在于使用电化学方法对染色浴的体系进行调节，进而使得染色的效果发现生变。
更进一步的，本发明的构思在于活性染料电化学无盐染色是通过电场体系下的阳极区产生正电荷，消除棉织物表面的负电荷对活性染料阴离子基团的排斥作用，并促进染料阴离子在阳极区富集，有利于染料与处于阳极区的织物的充分接触，从而提高染料的上染百分率，摒弃或减少盐的使用，减少环境污染。
更进一步的，本发明提供的染色方法，还能提高染色的均匀性；
具体的，本发明将棉织物置于阴极侧，阴极侧的负电荷较为富集，可以实现缓染的效果。电化学手段可有效且量化地控制染色过程及效果，降低染色温度和染浴中盐的用量。
更进一步的，本发明的所提供的染色方法包括如下步骤：
步骤1：配置染液
所述的染液浓度为2-6(owf)％，所述的染料为活性染料；
所述的染液中还可以包括促染剂，所述的促染剂为硫酸钠；
所述的硫酸钠的用量为0-30g/L，优选为0-20g/L，优选为0-10g/L，更优选的为0-5g/L；
更进一步的，所述的染液中还可以包括促移剂；
所述的促移剂为稀土元素的可溶性无机盐或芳香羧酸；
所述的稀土元素的可溶性无机盐为稀土金属的硫酸盐、氯盐；
所述的稀土元素离子为La3+、Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+、Gd3+、Ho3+、Er3+中的一种或多种。
所述的芳香羧酸的羧酸基团为巯基乙酸。
本发明在染色浴中加入促移剂，能够改善染色浴中体系性能，在电流的通入过程中，能够进一步的、高效的减小染料和纤维之间的电荷阻力，进而能够有效的促进染料的上染率，同时，由于促移剂对染色体系的改变，本发明的能够使用更少的水进行染色，既能够将染液足够的、均匀的上染到织物上。
步骤2、染色
将染色棉织物放入到染浴中，并将电解装置打开，通电，染色温度为30-60℃；
进一步的，所述的织物包绕在染色装置的阳极；
更进一步的，所述的染色温度优选为20-50℃，更优选的，染色温度为30-50℃；
更进一步的，本发明的染色浴比为1:1-10，优选为1:5，优选为1：3，更优选为1:1；
进一步的，所述的染色时间为10-30min，优选为10-20min；
更进一步的，通电后，电源提供的电流为20-100mA
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺。
所述的固色剂为碳酸钠；
所述碳酸钠的添加量为0-25g/L；优选为5-20g/L；更优选为10-20g/L；
所述的固色时间为10-40min，更优选的10-20min；更优选的为10min；
步骤4、后处理
所述的后处理为洗去织物表面浮色。
本发明的染色方法相较于传统的染色工艺而言，将电化学的方法应用于传统的活性染料染棉工艺，电化学设备的应用能够从本质性上改变染浴体系，使得染浴中的离子体系更加有序，染料离子能够在较低的温度条件下上染到织物上，同时染色所需要的液体更少，染色所产生的废弃液也更少。
进一步的，本发明还公开了一种电化学环保染色设备；
所述的染色设备相较于传统的染色设备而言，加入了阳极和阴极结构；
所述的阳极和阴极结构在通电情况下，能够促进电子产生回路，进而使得染色体系中电子体系更加的复合染色上染需求，其中电子的单向流动过程中，能够使得活性染料离子带负电荷减少，同时，传统的染色体系中，纤维素类织物都是带负电荷的，将棉织物置于阳极附近时，阳极所带的正电荷能够使得织物的负电荷减少，整体性的，更加有利于染料上染织物。
更进一步的，为了提高染色效果；
所述的染色效果至少包括染色均匀性，减少染色的疵点；
本发明的阳极结构为片状或网状结构；
更进一步的，网状结构中的径向与轴向材料至少一种是导电材料；
更进一步的，所述的导电材料为导电纤维结构材料；
更进一步的，导线纤维结构材料中至少包括为金属纤维或金属丝；
所述的金属纤维或金属丝为镍合金、铁合金、铜及其合金、锌及其合金、银及其合金、镁及其合金；
所述金属纤维或金属丝适用于传送电子，进而使得染色体系中的电子发生有序性的转移。
更进一步的，所述导电纤维结构外侧还包覆有一层棉纤维；
本发明在导电纤维结构外层包覆有棉纤维，在染色浴体系中，棉纤维层的存在，可以将阳极与棉纤维发生隔离，而在阳极段，电子都是通过导电材料进行传到的，因此点在在电极的导电物质存在富集，更微观的体现出电子的分部不均匀，对于分部不均匀的电子，在染色过程中上染的速度和上染料即会发生变化，因此，在电化学的染色过程中，会因为电极的结构造成染色的不均匀或者产生疵点。本发明在导电材料外包覆有一层棉纤维，棉纤维能够使得被染色织物与电极避免发生直接接触，同时棉纤维也能被染料上染，在导电材料外包覆的面纤维上的染座上染完全后，染料无法进一步的吸附，因此，染料在导电材料外包覆的纤维表面附近存在动态平衡，也不会影响染料向待染织物的上染，同时使得染色的更加的均匀，减少疵点的产生。
更进一步的，所述的电化学环保染色设备还具有搅拌机构。
所述的搅拌机构能够将染液染液搅拌均匀，提高上染的均匀性；
更进一步的，所述的染色机构还包括加热组件。
所述的加热组件能够将染色浴提高到需要的染色温度。
更进一步的，所述的阳极和电机与外接电源电连接。
所述的电源能够提供直流电源。
本发明在染色的过程中，使用了特殊结构的电极，该电极在导电材料外包覆有一层棉纤维，该棉纤维至少起到三方面的作用个，其一，该棉纤维能够减小电极中导电材料附近电极的富集，使得上染的过程更加的缓和，染色更加均一；其二，电极导电材料包覆的棉纤维由于染色过程中激活所有染座都被染料上染，染料在棉纤维附近不会富集，使得染料在上染的过程中更加的均匀；其三，由于电极的设计，使得染浴中电荷和染料体系的性能发生变化，使得低浴比的染色边得可行，在能够保证上染效果的前提下，能够显著的降低染色的浴比。
相对于现有技术而言，本发明设计了一种活性染料环保电化学低盐染色的装置及使用该装置的染色方法，本发明可使活性染料的染色效果与传统工艺保持不变的同时，显著的降低染色所需的染料、促染剂、固色剂等用量，并同时降低浴比，使得染色过程增加环保。
通过后续对染得织物的K/S值测试，与传统染色工艺进行对比，本发明中所述的电化学活性染料染色工艺所得织物的染色效果，明显优于传统染色工艺。在保证染色效果不变的前提下，可减少染料用量、盐的用量、染色时间、染色温度。
本发明中所述的活性染料电化学染色工艺不见可以提高染料的利用率、减少盐的用量，且操作简便，适用于广泛运用。
附图说明
图1：实施例1中的活性染料电化学低盐低温染色装置示意图
图2：网状阳极结构示意图；
图3：导电纤维结构示意图
图4：实施例2中的活性染料电化学低盐低温染色装置示意图；
图5：不同电流的染色效果；
图6：实施例5染色后的K/S值；
其中：1、直流电源；2、电解池；3、阴极；4、染液；5、磁力搅拌转子；6、织物；7、阳极；8、加热组件；9、阴极液；10、阳极液体；11、离子交换膜；12金属纤维；13棉纤维。
具体实施例
以下将结合实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附实施例的目的是为了更具体的解释本发明的构思，而不能用于限定本发明的保护范围。
实施例1
参见图1-3，本发明所提供的活性染料电化学低盐低温染色装置，该装置包括了电解池2，在染色过程中，染液4会注入到电解池2中；
电解池2中包括有至少两个电极，其中至少一个电极为阴极3，至少一个电极为阳极7，阳极与阴极电连接到直流电源1上，并且具有一个开关来控制电源开关；
在阳极7附近的液体称为阳极液体10；在阴极3的液体称为阴极液体9；
阳极7和阴极3之间可以通过离子交换膜11隔开；
水解槽中还具有搅拌机构，搅拌机构主要是用于将电解槽中的染液4搅拌均匀，使得染液4中各物料均匀分散，提高染色效果；
染色装置还具有加热组件8，用于对水解槽中的染色液体加热；
实施例1中的搅拌装置为磁力搅拌转子5，在其他的一些实施例中可以通过机械搅拌方法进行搅拌。
对于阳极和阴极的形状，可以为条形，柱形，或片状，实施例1中选择的电极为片状。
对于阳极，为片状的网格状阳极，阳极结构中至少包括一种可导电的结构，作为电子传输的介质。
具体的，片状的网格状阳极的轴向和径向均为导电纱线；
其中导电纱线中间为金属纤维12，金属纤维12为银纤维；在银纤维外层是包覆了一层棉纤维13，进而防止了银纤维直接暴露在染色浴中。
实施例2
参见附图4、本发明的另一种形式的活性染料电化学低盐低温染色装置，该装置包括了一个阳极，和两个阴极，所述的磁力搅拌转子5在阳极的下方，织物6包覆在阳极板的外侧。
实施例3
利用实施例1提供的活性染料电化学低盐低温染色装置进行染色，染色方法包括如下步骤：
步骤1，配置染液
染液由4％owf的活性蓝染料或活性红染料和20g/L的Na2SO4，同时加入促移剂，促移剂为EuCl3，其用量为0.5％。
步骤2、染色
将步骤1配制的染液加入到U型点解槽中，染色棉织物或混纺织物放入到染浴中，染色织物围绕在阳极，并将电解装置打开，通电，染色温度为50℃；
染色浴比1:10；
染色时间20min；
通电后，控制电流分别为20mA、40mA、60mA、80mA、100mA。
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺。
固色剂为碳酸钠；添加量为20g/L；
固色时间为20min。
步骤4、后处理
后处理为洗去织物表面浮色，包括水洗、皂洗、水洗。
实施例4
利用实施例1提供的活性染料电化学低盐低温染色装置进行染色，染色方法包括如下步骤：
步骤1，配置染液
染液由4％owf的活性蓝染料和20g/L的Na2SO4，同时加入促移剂，促移剂为EuCl3，其用量为0.5％。
步骤2、染色
将步骤1配制的染液加入到U型点解槽中，染色棉织物放入到染浴中，染色织物围绕在阳极，并将电解装置打开，通电，染色温度为50℃；
染色浴比1:10；
染色时间20min；
通电后，通电过程中分别控制电压为20mV、40mV、60mV、80mV、100mV。
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺。
固色剂为碳酸钠；添加量为20g/L；
固色时间为20min。
步骤4、后处理
后处理为洗去织物表面浮色，包括水洗、皂洗、水洗。
从实施例4的电压变化对织物染色的性能影响来看，电流对染色的上然率和染色均匀性的影响较小。
实施例5
利用前述电化学染色装置进行染色，两份染液分别由2％owf的活性蓝染料或活性红染料和20g/L的Na2SO4共同配置，浴比为1:10。待染液升温至60℃时，将复合纤维放入染液中并与阳极相连，染色30min后加入20g/L的Na2CO3，继续通电30min。控制通电电流为80mA。经过后处理后进行K/S值测试，与传统染色工艺进行比较。
用前述电化学染色装置进行染色，两份染液由4％owf的活性蓝染料或活性红染料和10g/L的Na2SO4共同配置，浴比为1:1。待染液升温至60℃时，将复合纤维放入染液中并与阳极相连，染色30min后加入10g/L的Na2CO3，继续通电30min。控制通电电流为80mA。经过后处理后进行K/S值测试，与传统染色工艺进行比较。
利用前述电化学染色装置进行染色，两份染液分别由4％owf的活性蓝染料或活性红染料和20g/L的Na2SO4共同配置，浴比为1:1。待染液升温至60℃时，将复合纤维放入染液中并与阳极相连，染色15min后加入20g/L的Na2CO3，继续通电15min。控制通电电流为80mA。经过后处理后进行K/S值测试，与传统染色工艺进行比较。
利用前述电化学染色装置进行染色，两份染液分别由4％owf的活性蓝染料或活性红染料和20g/L的Na2SO4共同配置，浴比为1:1。待染液升温至40℃时，将复合纤维放入染液中并与阳极相连，染色30min后加入20g/L的Na2CO3，继续通电30min。控制通电电流为80mA。经过后处理后进行K/S值测试，与传统染色工艺进行比较。
由图5可看出减少染料后，电化学染色方法的染色效果依旧优于传统染色方法。
实施例6
利用实施例1提供的活性染料电化学低盐低温染色装置进行染色，染色方法包括如下步骤：
步骤1，配置染液
染液由4％owf的活性蓝染料和20g/L的Na2SO4，同时加入促移剂，促移剂为EuCl3，其用量为0.5％。
步骤2、染色
将步骤1配制的染液加入到U型点解槽中，染色棉织物放入到染浴中，染色织物围绕在阳极，并将电解装置打开，通电，染色温度为50℃；
设置染色浴比1:0.5，1:1，1:10，1:50，1:100。
染色时间20min；
通电后，控制电流分别为80mA。
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺。
固色剂为碳酸钠；添加量为20g/L；
固色时间为20min。
步骤4、后处理
后处理为洗去织物表面浮色，包括水洗、皂洗、水洗。
从实施例6中的染色结果来看，在与比为1:1时，染色的上染K/S值已然较大，并且染色均匀，在1:50、1:100的染色浴比对染色的上染率和均匀性影响较小，可见，本发明的方案能够显著的降低浴比，染色浴比可以达到1:10以下时，既能达到非常好的染色效果。
实施例7
利用实施例1提供的活性染料电化学低盐低温染色装置进行染色，染色方法包括如下步骤：
步骤1，配置染液
染液由4％owf的活性蓝染料和20g/L的Na2SO4，同时加入促移剂，促移剂为TbCl3，其用量为0.5％。
步骤2、染色
将步骤1配制的染液加入到U型点解槽中，染色棉织物放入到染浴中，染色织物围绕在阳极，并将电解装置打开，通电，染色温度为50℃；
设置染色浴比1:10。
染色时间20min；
通电后，控制电流分别为80mA。
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺。
固色剂为碳酸钠；添加量为20g/L；
固色时间为20min。
步骤4、后处理
后处理为洗去织物表面浮色，包括水洗、皂洗、水洗。
从本发明的实施例所验证的效果可以看出，本发明加入了促移剂后，染色后的K/S值得到了显著的提高，入实施例3和实施例4中的染色效果可以看出，实施例3中加入了稀土的促移剂而实施例4中的所有方案均未添加促移剂，实施例3中的K/S值是明显高于实施例4的，同时实施例4也能看出，相对于传统的染色方法，通过电化学的方法能够有效的提高上染率，同时，根据本发明的方案，染色的浴比也显著降低，这主要是因为电流和促染剂对染浴的影响，可以大幅度的降低水的用量而达到较好的上染效果。
本发明具体实施例中的示例，仅仅是为了对发明内容进行全面和具体的解释，并不代表本发明的技术构思的全部，更不代表本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种活性染料电化学低盐低温染色装置，其特征在于：所述的染色装置包括了至少一个阳极和阴极结构；所述阳极结构为片状或网状结构。
2.根据权利要求1所述的活性染料电化学低盐低温染色装置，其特征在于：网状结构中的径向与轴向材料至少一种是导电材料；所述的导电材料为导电纤维状结构材料。
3.根据权利要求2所述的活性染料电化学低盐低温染色装置，其特征在于：导线纤维状结构材料中至少包括为金属纤维或金属丝；所述的金属纤维或金属丝为镍合金、铁合金、铜及其合金、锌及其合金、银及其合金、镁及其合金；所述金属纤维或金属丝适用于传送电子，进而使得染色体系中的电子发生有序性的转移。
4.根据权利要求3所述的活性染料电化学低盐低温染色装置，其特征在于：所述导线纤维结构外侧还包覆有一层棉纤维。
5.根据权利要求3所述的活性染料电化学低盐低温染色装置，其特征在于：所述装置还具有搅拌机构、加热组件；所述的阳极和电机与外接电源电连接。
6.一种活性染料电化学低盐低温染色方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项的染色装置。
7.根据权利要求6所述的活性染料电化学低盐低温染色方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：配置染液
所述的染液浓度为2-6(owf)％；
所述的染液中包括促染剂，所述的促染剂为硫酸钠；
所述的硫酸钠的用量为0-30g/L，优选为0-20g/L，优选为0-10g/L，更优选的为0-5g/L；
步骤2、染色
将染色棉织物放入到染浴中，并将电解装置打开，通电，染色温度为30-60℃；
所述的棉织物包绕在染色装置的阳极；
所述的染色温度优选为20-50℃；
染色浴比为1:1-10；
步骤3、固色
染色完成后，保持染浴温度不变，加入固色剂，进行固色工艺；
步骤4、后处理
所述的后处理为洗去织物表面浮色。
8.根据权利要求7所述的活性染料电化学低盐低温染色方法，其特征在于，步骤1中染液中还包括促移剂；所述的促移剂为稀土元素的可溶性无机盐或芳香羧酸。
9.根据权利要求8所述的活性染料电化学低盐低温染色方法，其特征在于，所述的稀土元素的可溶性无机盐为稀土金属的硫酸盐、氯盐；所述的稀土元素离子为La3+、Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+、Gd3+、Ho3+、Er3+中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的活性染料电化学低盐低温染色方法，其特征在于，所述的芳香羧酸的羧酸基团为巯基乙酸。
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