液体代用碱在活性染料浸染中的应用

摘要：用自制配方配制了液体碱，测试了不同碱剂包括自制碱、市售某液体碱产品A和纯碱的pH值、对比了不同碱剂对染料的扩散性、匀染性、得色深度等性能的影响及其自制碱浓度对染色的影响，探讨了自制碱在活性染料浸染中的应用。结果表明，自制液体碱用量少、化料方便、对染料的扩散性和匀染性好，固色效果与传统碱剂相当，可取代传统的纯碱固色工艺。

活性染料是纤维素纤维染色用的主要染料，活性染料染色由上染和固色两个阶段所组成。在上染阶段，要求染浴中有足够的钠离子以促进染料在纤维上的吸附；而在固色阶段，则要求染浴的pH值维持在一定的碱度，并具有良好的缓冲性能，以保证染料与纤维问的共价反应。目前，一般企业常用的固色碱剂是纯碱。但是，纯碱在实际生产中存在着诸多问题。纯碱用量大、易产生粉尘、操作麻烦。纯碱化料不方便，在染浴中容易形成“石碱”硬块或是晶体粒子，轻者造成织物擦伤，重者则堵塞管道，甚至导致循环泵损坏(采用喷色溢流染色机染色时尤为突出)。对于一些对碱敏感的染料，纯碱必须分批加料，否则易导致色花问题。

针对纯碱存在的诸多问题和活性染料低碱染色的发展趋势，在实际生产中要求有一种能代替纯碱的固色碱剂。液体碱由于具有用量少，一般仅是纯碱用量的10～2O；色泽鲜艳，易于泵抽可一次加料，不易造成色花及碱斑，应用方便，水洗容易而且节约水等优点，其开发和研制倍受关注。美国Sybron公司(现为拜耳公司)开发的液体混合碱剂，商品名Alka{loRMT。JamesC．Moran[在其专利中给出了配制此体系代用碱的具体配方。1997年美国伯明翰公司的Moore在液体混合碱方面获得突破]，使得伯明翰公司出现商品名为BurcoNP—QS alt 的商业化液体混合碱剂。国内也出现了多种代用碱，例如：上海市纺织科学研究院研制开发的活性染料多功能液体固色碱DA；上海瑞鹰化工有限公司的代碱剂；广州金瑞鹰生物化学有限公司研制的新型碱剂S；亨斯迈纺织染化上海技术服务中心研制的代用碱TSj以及杭州美高华颐化工有限公司研发了代用碱M等。本文用自制配方配制了液体碱，测试了自制碱、市售液体碱产品A和纯碱的pH值，对比了不同碱剂对染料的扩散性、匀染性、得色深度等性能的影响及其自制碱浓度对染色的影响，探讨了自制碱在活性染料浸染中的应用，研究了自制碱作为纯碱代用品的可行性。

1试验

1．1试验材料和仪器

织物：棉针织布138．8dtex全棉精梳汗布，无锡市长丰漂染有限公司。

染料：活性黄M一3RE、活性红M一3BE、活性蓝M一2GE、活性黑KN—B，蓝B—BGFN，艳蓝B—RV(江苏新天虹染料化工有限公司)；Evercion红H—E3B、Everzol翠蓝G(中国台湾永光化学工业股份有限公司)。

其它化学品：Rotta氧漂特效助剂l97(Rotta公司)、50双氧水(工业品)、平平加o(工业品)、皂洗剂CibaponR(亨兹曼公司)、聚丙烯酸钠(工业品)；醋酸、碳酸钠、硫酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、硼砂，均为分析纯；某代用碱产品A(市售)。

设备与仪器：立信高温溢流染色机ECO一6一SR1T25、HHS型恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司)、UV一280PC／PCS型紫外可见光分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司)、UltraScanXE测色仪(美国HunterLab公司)、PHS-3精密显酸度计(上海天达仪器有限公司)。

1．2试验方法

1．2．1代用碱的制备

自制液体代用碱的配方(wt)：氢氧化钠8～12、氢氧化钾5～1O、碳酸钾28～40、硼砂2、低聚合度聚丙烯酸钠2。按上述配方将各组分按一定比例混合，在室温下搅拌1h，静置，无晶体析出即得自制液体碱。此自制代用碱的外观为透明液体，比重为1．38，pH13．19(2%)。

1．2．2棉针织物前处理

在立信高温溢流染色机ECO一6一SR一1T25(布速180～200m／min)中采用煮练漂白一浴法前处理。前处理处方为Rotta氧漂特效助剂197l_5，509／6双氧水3，浴比1：5．5(染机水量：1273L)，在ll0℃下处理20min。煮漂后加适量醋酸水洗，调节pH值到7。

1．2．3棉针织物染色

染液组成：染料29／6owf、匀染剂0．5g／L、元明粉60g／L、碱Xg／L，浴比1：50。皂煮：CibaponR2g／L，浴比1：50。染色工艺流程见图1。

1．3测试方法

1．3．1染料扩散性的测定

在100mL染料浓度为15g／L的染料水溶液中，加入规定用量的元明粉和碱剂，放入HHS型恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司)中在6O℃下保温40min，取染液滴在双圈牌中速定量滤纸(州新华造纸厂)上，待自然晾干后测量其扩散直径并观察渗圈效果。

1．3．2上染百分率、固着百分率和固着效率的测定

采用残液比色法测定上染百分率(E)、固着百分率(T％)和固着效率(F)，待测液的吸光度在uv一280PC／PCS型紫外可见光分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司)测定，用以下公式计算上染百分率、固着百分率和固着效率，式中Ao、A1和A2分别为染色原液、残液和皂煮液的吸光度。

1．3．3织物表观得色深度的测定

染色试样表观色深K／S值等颜色参数在U1一traScanXE测色仪(美国HunterLab公司)上测定，采用D65光源和1O。视角，试样折番四层.

2结果和讨论

2．1液体碱的缓冲性能

液体混合碱配方设计的首要原则为选择合适的碱合成物，以获得足够高的总碱度，以保证特定的固色反应和充分的缓冲能力，以避免染料水解。因此，优良的液体代用碱最好可以模拟纯碱的碱度和缓冲曲线。表1列出了不同浓度的纯碱、自制碱和市售某产品A在溶液中的酸碱度。

表1显示，在较宽的使用浓度范围内(6～21g／L)，纯碱的pH值稳定在11．70～11．95范围内。在活性染料染色时加入纯碱，染液的pH值波动较小，因此对染色的重现性非常有利。自制碱在较宽的使用浓度范围内(1．5～4．0ml／L)，溶液的pH值在l2．O5～12．53范围内波动，且随着自制碱用量的增加，pH值增大，变化幅度要大于纯碱。市售某产品A的pH变化趋势与自制碱相同，变化幅度略大于自制碱(12．12～12．67g／L)，并且碱性比自制碱强。故自制碱的性能要优于市售某产品A而略差于纯碱。这主要是因为由于代用碱的碱性比纯碱强可能影响活性染料的上染率，同时，碱剂浓度的波动导致的染液pH值变化可能影响染色的重现性。

2．2液体碱对染料扩散性能的影响

活性染料染色时，电解质和碱剂的加入都会影响染料的扩散性能。图2中的三只染料在不同助剂存在下的扩散直径表明，染液中加入盐后，染料的扩散直径减小；继续加人碱后，扩散直径进一步缩小，特别是艳蓝13一RV，这是因为盐和碱的存在影响了染料在溶液中的聚集状态。值得注意的是，加自制碱后染料的扩散直径比加纯碱时略小，可以认为自制碱对染料的扩散性与纯碱相当。

从渗透效果来看，染液中加入碱剂后，翠蓝G和艳蓝B—RV都出现了分层，自制碱引起的分层现象稍重于纯碱，这是由于染料发生了严重的聚集。这可能是由于自制碱的碱性比纯碱稍强，促进了染料的水解，从而使染料的聚集程度加大；同时也有可能是聚丙烯酸钠的加入对个别染料有影响，增大了染料的聚集程度。因此，在使用自制碱时，可在用量上进行适当调整，以达到良好的使用效果。

2．3液体碱对染料匀染性的影响

活性染料浸染时，影响匀染效果的关键，主要是碱剂加入后，染料二次吸色速率的快慢。二次吸色速率越快、其匀染性越差。染料的相对上染百分率越高，说明加碱后染料上染织物的速度越快，越不利于染料的匀染，在染色中就容易出现“色花”和“染色不匀”等现象。为了测试自制碱对活性染料的匀染性，分别计算了不同活性染料加碱固色后5、10、15、20、30min时的相对上染百分率(以固色30min的上染率为标准)，结果如图3所示。

从图3b、图3c和图3e可以看出，对红M一3BE、蓝M2GE和翠蓝G来说，分别采用纯碱、自制碱和市售某产品A固色时的相对上染速率曲线比较接近，碱剂的匀染性相差不大。使用自制碱固色时黄M3RE、黑KN—B和红H～E3B的相对上染百分率接近或稍低于使用纯碱时的效果，但明显低于使用市售某产品A时的情况(图3a、图3d和图3f)，这表明自制碱的匀染性要好于纯碱和市售某产品A。可见，自制碱的匀染性已全面达到甚至优于纯碱的匀染性。

2．4液体碱对颜色深度的影响

分别用纯碱、自制碱和市售产品A作为固色碱剂，对各种活性染料染色后织物的表观颜色深度进行比较，结果见图4。除蓝M一2GE外，自制碱对其余五只染料的固色效果都比市售某产品A更接近纯碱固色的结果，特别是采用黄M一3RE、翠蓝G、黑KN一13染色时，用自制碱固色的K／S值非常接近用纯碱作为固色剂的结果。但值得注意的是自制碱对蓝M一2GE的固色效果较差，自制碱固色时最终织物的K／s值明显低于纯碱和市售某产品A固色的结果。这说明自制碱对蓝M一2GE的适应性较差。由以上结果可知，应用自制碱作为固色碱剂，在绝大多数活性染料染色时，染色织物的表观得色深度都好于用市售某产品A，且更加接近使用纯碱固色的K／S。但对个别染料而言，由于液体碱对染料具有一定的选择性，应用自制液体碱会导致与常规纯碱固色有较大的颜色差别，在使用时要特别注意。

2．5液体碱用量对染色的影响

在工厂中常常不能精确的控制染色中加碱的量，而pH值的变化对活性染料的染色有着十分重要的作用。选择在工厂中较为常用的中温型活性染料黄M3RE、红M一3BE和蓝M2GE作为实验对象，使用不同浓度的自制碱作为固色剂，并与常规纯碱固色的上染百分率、固着百分率、固着效率和表观得色深度相比较，结果见表2。

由表2可知，总体来说，自制碱的浓度对染料的上染百分率、固着率和固着效率影响不大，且与纯碱相比比较接近。这说明自制碱的应用性能比较稳定，加碱量对碱剂性能的影响比较小，自制碱在pH值大小和变化幅度上与纯碱的差异并没有影响自制碱的使用性能。值得注意的是，使用自制碱时染料的固着效率均高于使用纯碱的情况，可以看出，自制碱的使用促进了吸附于纤维上的染料与纤维的反应。

从表2中的K／S值数据可知，在自制碱的使用浓度范围内，活性黄M一3RE和活性蓝M一2GE的K／S值接近或超过纯碱常规用量固色的K／S值；活性红M一3BE用自制碱固色的K／S值略低于纯碱常规用量的固色结果，且K／S值随着自制碱浓度的增加而减小。大体而言，液体固色碱用量为碳酸钠用量的1／10～1／5时的K／S值可达到碳酸钠常规用量固色时的K／S值。但是，对于不同染料要达到纯碱常规用量的固色效果所需的自制碱用量可能会有所不同，因此，在实际生产中要调整自制碱的用量以达到需要的固色效果。

3结论

(1)自制碱和市售产品A的pH值都比纯碱高，波动范围比纯碱大，自制碱的pH与纯碱更接近，因此就pH而言自制碱的操作工艺范围更广。

(2)在自制碱为碱剂的染浴中，染料的的扩散性与纯碱作为碱剂时相当，但对于个别染料，特别是一些艳蓝色染料，要注意自制碱的用量。

(3)自制碱的匀染性达到或超过了纯碱的匀染性。

(4)在绝大多数活性染料染色时，自制碱固色时织物的表观色深接近纯碱固色的结果，而且效果比市售产品A好。

(5)活性染料浸染时，用自制碱固色时染料的固着效率高于使用纯碱。

(6)自制碱用量为碳酸钠用量的10~20时的K／s值可达到碳酸钠常规用量固色时的K／S值。

但是，对于不同染料，达到纯碱常规用量的固色效果所需的自制碱用量可能会有所不同。