活性染料染色新技术：活性染料湿短蒸染色

　　轧染是活性染料重要的染色方式之一，但通常在轧染工艺中，织物经过浸轧染液后都需要进行中间烘干，以利于后续汽蒸或焙烘固色时提高加工速度和减少染料水解，获得高的固色率和色牢度。但是中间烘干也带来许多问题：首先是消耗能源，湿织物烘干时蒸发水分要消耗大量热能；其次在烘干时染料容易发生泳移，产生色差和降低色牢度，染色重现性也变差；此外，浸轧染液后进行烘干，不但增加了一道加工工序，不便于管理，而且干态织物进行汽蒸时，染料和化学品重新要吸水溶解，干态织物吸湿都会放热产生过热现象，对染料上染和固色均不利。因此，进行湿蒸是长期追求的目标。

　　染色织物湿蒸难度很大。首先湿织物直接汽蒸，由于水分吸热蒸发，使织物升温速度大为减慢，延长了汽蒸固色时间；其次在织物上含有大量水分(通常浸轧后的带液率为60%～70%)时，汽蒸升温过程中，织物上的活性染料会发生大量水解，降低固色率和色牢度。织物上的水分有多种状态，大致可分为纤维吸收水和织物上的自由水两大类。吸收水又可分为化学结合水(主要通过氢键结合在纤维分子链上)或称不冻水(其冰点远低于0℃)和束缚水两类。化学结合水含量不多，与染料反应机率也较少，因为它不能自由运动；吸收水相当多的一部分处于纤维孔道中，纤维孔道很细，这部分水也不易自由流动，与染料的反应速度也较低，称为束缚水。纤维外的自由水一般容易运动，一小部分处在织物纤维间的毛细管中，虽然由于毛细管效应而不易流动，但它的本性和溶液中的水基本相同，而大部分是可以自由流动的自由水，它们因自身的重力也可以流动。纤维外的这两种状态的水都容易与染料发生反应，是染料发生水解的主要因素，由于通常湿态汽蒸(或焙烘)时织物含纤维外的自由水分量大，故染料水解速率高。

　　湿短蒸工艺就是在选用适当的染料和固色碱剂的前提下，采用专用汽蒸设备，使织物尽快升温，织物上的水分从60%～70%很快降到适当水平后，进行湿态汽蒸或蒸焙，使染料快速固色，棉织物的含水率快速降到30%左右，粘胶织物降到35%左右，此时织物上的水分基本上为束缚水和化学结合水，自由水很少，故此时既可以保证纤维内孔道中充满水，有利于染料在孔道中溶解、扩散和对纤维吸附和固着，又可以减少被水解的染料。

　　为了能使织物上的水分快速蒸发和维持在合适的水平，湿短蒸的蒸箱除了供给常压饱和蒸汽外，还需要具备使蒸汽迅速升温的附加设备。它往往用蒸汽/空气混合气体或高温过热蒸汽作为加热介质，前者蒸焙温度在120～130℃，时间在2～3 min；后者汽蒸温度在180℃左右，时间仅为20～75 s，在这种条件下固色率较高。

　　适于湿短蒸工艺的活性染料有多种。较低温度蒸焙适合反应性强的染料，如二氯均三嗪和氟氯嘧啶类等；高温蒸焙适合反应性稍低的染料，包括常用的双活性基染料。不论是哪类染料，都要求在湿织物汽蒸过程中水分含量较高时，染料不会发生大量水解，在达到足够高的温度后才发生快速固色反应。因此，应使用碱性较弱的碱剂固色，或者在织物含水率较高时碱性不能强，这包括小苏打或纯碱与一些碱剂的混合碱，如果进行低碱或中性固色效果会更好。研究发现，用中性固色剂固色，不论在120～130℃，或者在180℃左右都有很好效果。总之，湿短蒸染色工艺具有许多优点，今后在染料、助剂、设备和工艺的研究和开发方面都应该加强。

　　活性染料小浴比染色

　　染色浴比直接关系到染液中染料和化学品浓度，对染料的上染率和固色率、染液稳定性、匀染性和重现性都有影响。染料的上染率和固色率在一定范围内均随着浴比的减少而增加，不同染料增加的速率是不同的，而且固色率与上染率增加的速率也是不同的，一般上染率比固色率增加要迅速。

　　由此可知，小浴比染色不仅可以加快上染速率，还可以在一定程度上提高固色率，因此可以大大减少盐用量，进行低盐染色，并可以提高染料和碱剂的利用率。例如，当染料浓度为6%(o.w.f)时，如果染色浴比为40∶1，则食盐浓度高达540%(o.w.f)左右；当浴比降到3.5∶1时，食盐浓度可降到6%(o.w.f)左右，就可获得相同的染色深度。

　　同理，浴比减小后，染得相同深度颜色所需的染料量也可降低，例如Levafix翠蓝E-BA在浴比为40∶1时，染料相对浓度为1.25，而当浴比降到3∶1后，相对浓度只需0.84，约为前者的2/3。

　　一般来说小浴比染色至少有以下几方面的优点：

　　·减少能源和水的消耗；

　　·降低盐和碱剂用量；

　　·减少染料用量；

　　·有利于改善染色重现性。

　　进行小浴比染色虽然具有许多优点，但实现小浴比染色也存在许多困难，首先要求染料的溶解性和稳定性好，特别是染深色品种和多只染料拼混应用时，不同染料对浴比的依存性是不同的。染料溶解性和稳定性的矛盾主要反映在配液槽中，因为配液槽中的染料浓度大高于染槽中的浓度。

　　小浴比染色另一个难点是匀染性，要求浸染设备的染液循环和施设备良好，织物运行平稳，不易擦伤和变形，所以对设备结构和控制系统要求很高。近年来为了适应小浴比染色推出了不少先进的设备，在一些喷射染色机中，织物染色实际上是在无残余染液的可旋转盛布装置中进行的，实际浴比可大大低于常规的小浴比(约5∶1)，甚至低于2∶1。例如100～180 kg织物，含染液量可低至200～360 L。为了适应活性染料小浴比染色，今后在染料品种、设备、碱剂或专用助剂上都应加强研究和开发。

　　活性染料短流程和一浴法染色

　　缩短活性染料染色流程，不仅可以提高生产效率，还可以节能、节水、减少污水排放，前述湿短蒸染色就是轧染的一种短流程染色工艺。浸染短流程染色工艺也是近年来研究的重点，一方面通过改进设备，可以缩短染色时间，更为重要的是合理控制染色过程，缩短上染、固色和水洗的时间。

　　近年来不少染料生产公司为推销产品开发了所谓活性染料快速染色工艺。快速染色工艺的基础是根据染料的特性，合理选用染料并在保证良好的匀染性和重现性的前提下，缩短整个染色时间。按照染料的直接性、反应性、提升或深染性、匀染或移染性，以及洗涤性等(这些染色特性通常用染色特征值表示，详细见本文受控染色部分介绍)，可以求得最快的升温速率、最短的控温时间、最合理的添加中性盐和固色碱剂的数量和加料方式。例如可以采取受控计量连续添加，不仅可以缩短时间，还可以大大节约染料、碱剂和盐，减少污水排放；有的工艺对染后的水洗也进行自动控制，可以进一步节约用水和减少污水量；此外，还有专用的受控染色软件供选用。

　　活性染料也经常用于混纺等多种纤维组分纺织品染色，它可以和其它一些类别的染料一浴法染这些纺织品，最典型的是活性/分散染料、活性/酸性染料一浴法染纤维素/聚酯纤维织物或纤维素/蛋白质纤维织物。由于两种染料染色性能不同，进行一浴法染色时困难不少，所以不少印染厂还是采用二浴法染色，但工艺很长。

　　进行活性/分散染料一浴法染色，主要存在pH值、温度、电解质以及两种染料相互反应等矛盾。为此近年来开发了低碱或中性固色活性染料和低盐染色活性染料，并配套选用低温、耐电解质或分散稳定性良好的分散染料；开发了pH值滑动，低碱或中性固色以及所谓碱性染色的多种一浴法染色工艺；开发pH值滑动剂或pH值调节剂、中性固色剂，以及“代用碱”和“代用盐”等染色助剂。总之，活性染料/分散染料一浴法染色愈来愈受到重视。目前纤维素纤维/涤纶混纺织物多半还采用一浴两步法，而纤维素纤维/PLA纤维混纺织物一浴法染色应用较多，因为PLA纤维用分散染料染色温度较低，在110℃左右，它和活性染料一浴法染色较容易。

　　进行活性/酸性染料一浴法染纤维素/蛋白质纤维混纺织物的主要矛盾是pH值，随着pH值滑动剂或调节剂的应用，此种工艺迅速得到了推广应用，大大缩短了时间，节能节水和减少了污水。

　　活性染料“一次正确”和受控染色

　　近年来对活性染料染色效率要求愈来愈来高，这样不仅可以降低成本，还可以节能节水，减少废水，并且可以缩短生产周期。因此要求从小样到大样生产都尽可能地减少试验次数，进行所谓“一次正确”加工。进行“一次正确”加工不仅要求严格选用染料，应用配伍性好的染料拼色，而且要合理制定染色工艺，达到快速、均匀和重现性好的效果。为了达到上述目的，要求从对染料选用到上染，固色及染后水洗都进行全过程严格控制，并配合科学管理，进行所谓受控染色。

　　“一次正确”和受控染色首先要合理选用染料，根据不同的染料，制定不同的染色工艺，并严格控制，多半通过电脑进行自动全过程控制。为了能够精确控制染色过程，需要了解染料的染色热力学和动力力学以及反应动力学特性。这些特性如果按常规染色热力学和动力学，以及反应动力学的有关方程计算，既不方便，也难快速指导生产，因此，一些染料公司采用了在特定条件下测定求得染色特征值的方法，以这些染色特征值来表示染料的染色特性，作为选用和控制染色过程的基础。主要染色特征值包括S、E、R或T50、F和MI、LDF等，分别用来表示染料的直接性、反应性、固色程度、移染性和匀染性等特性。根据染料的染色特征值，可以设计染色的加料(染料、盐和碱剂等)工作曲线，并进行自动计量添加；设计出合理的升温、保温的工作曲线，使染料的上染和固色始终处在最合理速度下进行，既快速又均匀染色；染后还可以快速高效水洗，节能节水，减少污水。

　　一些大的染料公司产的染料均附有染色特征值，可供应用者参考选用。近年来生产的先进染色设备，也都配备了受控装置，不仅有自动计量加料系统，还有控制的电脑和软件，因此活性染料染色的一次成功率很高。可以预测，随着清洁染色呼声会不断提高，以及染料和设备的发展，“一次正确”和受控染色技术将会得到更快的发展。