涤纶纤维与分散性染料在溶液中染色之一般程序。
在染浴中,微细的分散性染料颗粒(颗粒大小约 10-3 mm)形成了分子溶液(约10 mg/L)。染浴中溶解的部分染料,可渗透至涤纶纤维之外层,然后再渐渐地扩散至纤维内层。
其余的分散性染料颗粒则吸附在纤维表面,且以微细分散状态沉积在纤维上: 由此,染料颗粒可直接扩散至纤维上。
但是,在染色过程中,如果含有影响染料分散的不安定因素,那么,分散染料颗粒就会聚集形成染料凝聚物。当然,这些染料凝聚物的一部分会随着染色时间的推移在水中溶解后上染于纤维。当只有发生少量凝聚时,凝聚物在染色结束后基本消失。但是,冷却等使染料的溶解度降低,凝聚物在染浴中可能再一次发生凝聚。
通常粉状或浆状的分散性染料,在常温下粒度分布主要集中于1u m以下,而涤纶单纤直径为 15 um左右,单纤之间空隙为5 um左右,染料粒子在分散液中分散若呈原来大小(1次粒子)时,则可充分自由地通过纱与织物的内部。如果在易发生高温凝聚的条件下染色,染料凝聚物的大小超过5 u m 以上,这样就不能从纤维的空隙间穿过。当凝聚的染料停留在织物上,超过15~20 u m以上,在筒子纱染色、经轴染色与高温卷染染色中会发生网目堵塞般之粒子,超过100 u m长度时,就形成可见的色斑等染色异常。
在筒子纱染色机、经轴染色机和高温卷染机的染色中,染料因分散不良造成染料二次凝集等因素,尤其会衍生出网目堵塞、内外层色差、中稀、色点、机壁污染等染色异常。
下面从染料、被染物、分散液调制、助剂、工艺等方面对分散染料的分散安定性(特别是在高温下)影响较大的因素进行阐述。
2 染料方面
2.1染料的化学结构
(1)熔点:在化学构造上较小的分散染料,因熔点低,将因温度的上升而发生热软化,结晶趋于不安定。
(2)结晶型:分散染料, 特别是分散大红 GS(C.I.Di sperSe Red 1 53)、分散深蓝HGL (C.I.Di sperSe Blue 79)和分散黄棕S一2RL (C.I.Disperse Orange 30),在合成过程中,许多染料会结成亚稳态的变异晶体,这种晶体不稳定,具有向比较稳定状态的晶体变化的倾向。
一般来说,亚稳定的晶型上染速率较快,不易
发生高温凝聚;而稳定晶型,上染速率最慢,染色时易发生高温凝聚。分散染料若存在二种结晶,在染色过程中,在80℃ 时开始发生晶型变化, 由较不稳定的晶型转变成较稳定的晶型,这种晶型转变速度随温度升高而加快。变成稳定的晶型后,染料的上染速率和平衡上染量都会下降,易发生高温凝聚,产生染色异常。
由于各染料厂家的合成生产技术不同,因此产品的高温凝聚性也有很大的差别。即使同家产品,批间也存在差异。最有效的解决方法就是选用不易产生高温凝聚的染料进行染色加工。
l 前言
目前,鉴于市场中的国产分散染料精细度不够,副染料、盐分和重金属等杂质含量较高,而且商品化质量差,而在分散染料染色中,因分散染料分散不良的问题,在不均染染色异常事故的比例上占很大的部分,故在此针对分散染料之分散安定性之影响要因加以综合论述,以此提供分散染料涤纶染色技术上问题之解决, 问题发生再防止之研究及参考。
涤纶纤维与分散性染料在溶液中染色之一般程序。
在染浴中,微细的分散性染料颗粒(颗粒大小约 10-3 mm)形成了分子溶液(约10 mg/L)。染浴中溶解的部分染料,可渗透至涤纶纤维之外层,然后再渐渐地扩散至纤维内层。
其余的分散性染料颗粒则吸附在纤维表面,且以微细分散状态沉积在纤维上: 由此,染料颗粒可直接扩散至纤维上。
但是,在染色过程中,如果含有影响染料分散的不安定因素,那么,分散染料颗粒就会聚集形成染料凝聚物。当然,这些染料凝聚物的一部分会随着染色时间的推移在水中溶解后上染于纤维。当只有发生少量凝聚时,凝聚物在染色结束后基本消失。但是,冷却等使染料的溶解度降低,凝聚物在染浴中可能再一次发生凝聚。
通常粉状或浆状的分散性染料,在常温下粒度分布主要集中于1u m以下,而涤纶单纤直径为 15 um左右,单纤之间空隙为5 um左右,染料粒子在分散液中分散若呈原来大小(1次粒子)时,则可充分自由地通过纱与织物的内部。如果在易发生高温凝聚的条件下染色,染料凝聚物的大小超过5 u m 以上,这样就不能从纤维的空隙间穿过。当凝聚的染料停留在织物上,超过15~20 u m以上,在筒子纱染色、经轴染色与高温卷染染色中会发生网目堵塞般之粒子,超过100 u m长度时,就形成可见的色斑等染色异常。
在筒子纱染色机、经轴染色机和高温卷染机的染色中,染料因分散不良造成染料二次凝集等因素,尤其会衍生出网目堵塞、内外层色差、中稀、色点、机壁污染等染色异常。
下面从染料、被染物、分散液调制、助剂、工艺等方面对分散染料的分散安定性(特别是在高温下)影响较大的因素进行阐述。
2 染料方面
2.1染料的化学结构
(1)熔点:在化学构造上较小的分散染料,因熔点低,将因温度的上升而发生热软化,结晶趋于不安定。
(2)结晶型:分散染料, 特别是分散大红 GS(C.I.Di sperSe Red 1 53)、分散深蓝HGL (C.I.Di sperSe Blue 79)和分散黄棕S一2RL (C.I.Disperse Orange 30),在合成过程中,许多染料会结成亚稳态的变异晶体,这种晶体不稳定,具有向比较稳定状态的晶体变化的倾向。
一般来说,亚稳定的晶型上染速率较快,不易
发生高温凝聚;而稳定晶型,上染速率最慢,染色时易发生高温凝聚。分散染料若存在二种结晶,在染色过程中,在80℃ 时开始发生晶型变化, 由较不稳定的晶型转变成较稳定的晶型,这种晶型转变速度随温度升高而加快。变成稳定的晶型后,染料的上染速率和平衡上染量都会下降,易发生高温凝聚,产生染色异常。
由于各染料厂家的合成生产技术不同,因此产品的高温凝聚性也有很大的差别。即使同家产品,批间也存在差异。最有效的解决方法就是选用不易产生高温凝聚的染料进行染色加工。
2.2染料的溶解度
(1)分散染料的溶解度都很低, 但相互差别还很大,具有一0H基等极性基团的溶解度较高,分子量较大,含极性基少的染料溶解度很低。一般溶解度较低的染料,小结晶易继续成长为大的结晶,形成大小超过5 um以上的染料凝聚物。
(2)商品染料中含有大量分散剂,分散剂的存在,可大大提高染料的溶解度。
2.3染料分散颗粒的形状、大小
(1)染料制造工厂虽然设法使染料粒子大小均匀,但实际上很困难。当分散染料颗粒粒径大、分布不均匀、分布范围宽时,在溶解时,优先得到溶解的是颗粒较小的染料,而大颗粒的染料却吸附从过饱和溶液中结晶出来的染料,结果是晶体逐渐增加,形成大小超过5 um以上的染料凝聚物,沉积在染色机壁上或纤维上,形成色点。
(2)染料颗粒增长的情况往往会在配制染液时发生,因为颗粒小的染料溶解度高,颗粒大的溶解度低,如果染浴温度被降低,染液变成过饱和状态, 已溶解好的染料分子就有可能析出或通过晶粒生长而离开溶液。在染深色时,染液浓度高时更易发生。防止这种现象的发生,一般在配制染液时不要加热再冷却。
(3)当染色过程需周期性地升温和冷却时,如修色、液流机堵布、卷染机跑布头处理时,这种现象不仅加速而且更为剧烈。在染深色时,染浴中存在着相当数量的染料,如果染浴温度不是逐渐下降而是突然冷却, 那么在饱和染浴中已溶解的染料就会在少量尚未溶解的染料粒子周围结晶出来,形成大小超过5 um以上的染料凝聚物。
(4)染浴中的分散剂能起到稳定作用,并能抑制染料粒子的增长。
2.4染料中所含的分散剂的性能
(1)分散剂的品质对染料之影响:分散型染料的品质优劣主要取决于扩散性、分散性、高温分散稳定性、焦油含量和热迁移性等5个方面。这些性能的关键在于混合到分散染料中的分散剂的质量。如填充剂(扩散剂MF、木质素磺酸盐)的品质较差,特别是扩散剂中的焦油含量较高,造成分散性差。另外,扩散剂和木质素的配比不当,虽然前者也耐高温,但在高温条件下真正产生稳定作用的还是后者。遇到这种情况,染色时可添加适量的高效分散剂, 以防在染色过程中产生二次凝聚作用,促使焦油状物质乳化、分散,使其溶落到染液中不再沾污织物,最后洗涤去除。
(2)分散剂类型:在商品染料中都拼入大量阴离子型分散剂,这类助剂主要为带芳香核的磺酸甲醛缩合物,有萘系和酚系两大类,萘系分散匀染剂如分散剂NNO、MF等,它们价格低廉,满足一般分散染料的生产和染色工艺要求,应用广泛。酚系分散剂的芳香核中含有很多强极性酚羟基, 已商业化的品种有分散剂S、磺化木质素等。
(3)不同类型分散剂高温分散性能:
① 阴离子分散剂的作用:在染色过程中, 阴离子分散剂结构中疏水基能与染料粒子以范德华力结合, 而带酚基阴离子分散剂又能与染料分子中的羟基或氨基以氢键结合,在染料粒子周围形成一层强的负电荷层,使得染料粒子在水中相互排斥,形成分散状态。
② 阴离子分散剂的选用:在高温高压的染浴内,萘系如扩散剂NNO等易从分散染料的晶体颗粒表面解吸下来,染料颗粒进一步发生凝聚,可以沾附于织物表面,造成色斑。应选择热稳定性好的分散剂,如酚系分散剂的分散剂s、磺化木质素等。如有的染料中的分散剂全用木质素磺酸钠,也有的只加一小部分,再拼用其它分散剂。不同化学结构的分散染料对分散剂有不同的要求。虽然木质素磺酸钠能使染料有好的扩散性,又有辅助磨料的作用,即超细的染料含它的更多;但使分散染料高温分散稳定性并不理想。
③ 同类型分散剂性能比较:从分散效果来看,在相同结构类型的分散剂中,磺化度高的分散剂其高温分散性高,而中、低磺化度的分散剂比分子量低的分散剂高温分散性好。
2.5染料含杂情况
在染料厂的分散化工序中,分散染料是染料块与分散剂混合后,在反凝絮装置内使用玻璃珠将染料分散成1um以下的微粒子,此时,破损的玻璃珠的残骸或铁锈等混入染料。在这种情况下, 即使抽取几克样品在实验室进行检测,也很难鉴别,是易忽视的质量检测项目。检测方法是,用lkg左右的染料制成分散液,然后用细白布过滤残渣检测的方法最为有效。 其次是染料的分散性的问题。分散液调整时的分散性可通过与水的溶合性(操作时即可判断)及分散性(通过滤纸上的染料斑点的扩散程度来判断)来评定。
2.6染料所含防尘油性能
在商品染料中都拼入防尘油,有的防尘油不耐高温,在高温下会呈现出不适合之乳化安定性,有碍于染料的高温分散安定性。
2.7分散性试验法
染料的分散性试验,大致分别为如下之静态与动态二测定对象。
2.7.1静态与动态的分散性试验之比较
静态分散性测定,可使用机器非常精确地测定之方法,但在实际染色(特别是筒纱、经轴等染机)中,几乎都是动态分散性所形成的问题,此现象亦正如前述般;在含有许多要因中,欲以一种简单的试验来进行完整的核校是有困难的。但为了现象的把握可就如下几种实用的方法作参考。
2.7.2静态的分散性试验
(1)常温中分散率经时变化测定:染料分散液(标准液与压吸浴)之沉降安定性的测试,是复核分散染料的分散程度之最为简单的方法。
将试料0.2 g分散于50mL之水溶液中,将染料分散液置入如图l所示容器内静置2 h。然后采取上部位液5 mL,及下部位液10 mL,舍去中问部分,使劲搅拌下部l0 mL液后采取5 mL。分别加40 mL丙酮于上、下部使试料溶解,测定吸光度,再利用下式计算分散率:
(2)检测分散染料粒子的大小(粒度)与分布状态:
① 滤纸试验法:
先配制1%~3%染料溶液,吸取0.4 mL将染料分散液滴到图2所示夹在玻璃板之滤纸的中央部,使之在滤纸上扩展开来,然后由扩散的状态来观察粒子的大小与分布。
如图3所示,粒度小而均整者如左图,粗粒子多者如右图,染料堆积在中心。本试验很简单,所以经常被使用在获知分散化制造工程的进行状况上。
②量筒滴液法:取250 mL量筒,内盛蒸馏水,吸取染料溶液,滴入量筒内水面上,观察染料的均匀扩散的能力,以及最终是否有颗粒沉淀。
③热熔染色法:称取7.5 g分散染料于烧杯中,加2o0 mL蒸馏水,用搅拌机搅拌3 min,再加6oo mL 蒸馏水使体积到8oo mL。
将一块15X l5(cm)的纯涤纶纤维细密织物,平放在方口硬塑料漏斗底部(织物表面不起皱),随后把漏斗固定在抽滤瓶上。
把上述配好的染液倒入漏斗中抽滤,然后用 200mL蒸馏水洗涤烧杯,将洗液一瓶倒入漏斗中。待染液全部通过漏斗后,取下织物,在75℃的烘箱中烘干,将织物的二分之一作焙烘处理, 于 210℃热熔1 min。
评定:用目光观察织物表面的色点多少,液状分散染料不允许有小色点出现,用于染色的粉状染料允许有l0个以下小色点。
(3)分散稳定性的测试:
①滤纸法:配10 g/L滤纸染液,加醋酸调节pH 值,取500 mL用#2滤纸在瓷漏斗上抽滤,观察颗粒细度。另取400 mL于高温高压染色机内作空白试验,加热至130℃,持温l h后,降温冷却,再滤纸过滤,比较染料颗粒细度的变化。用高温加热后的染液经过滤,纸上无色点,表示分散稳定性良好。
(4)常温中粒度分布简宜测定法:
正确的染料粒度分布测定, 当然得使用专用粒度分布试验机,然为了可简单地大约估计粒度的分布,则如下所述之过滤法是便利且可获得较佳结果者。但,可测定可能范围约l u以上。
将少量的染料分散于水中, 以具有各种不同细孔之滤纸若干行分别过滤, 再对各滤纸上残渣量加以计量。
例:东洋滤纸
No.5 A 7 u
NO.3 5 u
No.6 3u
No.5 C 1 u可认为经滤过之滤纸的粒子为l u以下。
备注:滤过量较多时, 因滤纸上的孔隙易被堵塞,致实际孔径会变小而使试验条件转严苛,因此过滤量宜减少定量,此为获得良好实验再现之重要点。
(5)常温中粗大粒子之核校分散性试验在热熔染色中,粗大粒子的存在是形成染斑的主要原因,粒度达10 u以上粗大粒子的存在可藉本试验法判定,其核校方法:将试料2 g加入100 mL的水溶液中经30s的搅拌分散后,以直径7 cm之T/C混纺布行吸引过滤。将滤布以25 mL水洗4次,吸引过滤、100℃X 5 min干燥。然后以升华坚牢度要领挟在涤纶塔夫塔作 180℃X 1 min热处理,判定有无斑点。
2.7.3动态的分散性试验
(1)高温过滤法的分散性试验:
① 方法简介:在用不置入被染纤维的空白染浴, 经加热处理后急速冷却, 以定量滤纸行吸引滤过,用肉眼测定滤纸上残渣与其状态来判定其凝集的试验方法。
②过滤实验法适用范围:
a.高温处理后的分散性检测。
b. 染色助剂与pH对高温分散性的影响等试样多时之一次鉴定。
C.卷染染色等低浴比(高浓度浴)染色时斑点、机壁污染的相关性检讨。
③特征与问题点:
可以一次处理许多试样的简便法,可获知染料的高温分散性大概状态,但是在升温、保温中会凝集的染料与冷却时会再结晶凝集的染料均会以残渣残留在滤纸上,故很难进行解析,对于在染浴循环式浸染染色机、溢流染色机来说,染料即使过滤试验结果不佳,在实际生产时也会出现上述问题,过滤试验法的测定结果可作为判断染料高温凝聚性的参考资料。
④ 过滤实验方法:在染浴中添加约5 g/L染料分散液和染色助剂(根据实际情况),加热处理、迅速冷却后,滤纸过滤,用肉眼判定滤纸上的残渣。
⑤测定:
染色后,脱液、烘干。目测残留在涤纶针织布上的凝聚物附着程度。高浓度染色试验法的结果与实际染色加工时的高温凝聚情况很一致,是染料和助剂选用的有效试验方法。
3 被染物
3.1易染性
在染色过程中,优先得到溶解的是颗粒较小的染料,而大颗粒的染料却吸附从过饱和溶液中结晶出来的染料,结果是晶体逐渐增加,但实际上, 由于染浴中的染料不断为涤纶染着而减少,所以晶体增长情况并没有这样严重。但在被染物易染性差,上染速率很慢的情况下,这种晶体增长情况就比较严重,染色时较易发生高温凝聚。
3.2被染物的组织密度
织物的组织密度越高,即单纤之间空隙为比常规单纤间空隙5 um更小,染料凝聚物愈不易从纤维的空隙间穿过, 结果愈易形成色斑。
3.3被染物中低聚物的含量
在酸性染浴中所析出涤纶中所含的1.5%~2%左右之低聚物,在常温下,不溶于水,但在高温染色下(130℃)进行溶解之后,会在冷却时淀积出来。而且, 因为齐聚物是呈染料亲和性,所以,会诱发染料的凝集(二次凝集)。尤其是在染色用水中有金属离子(镁离子,钙离子等等)存在时,齐聚物会成为核心,在冷却时会助长和硬水中的大量ca++、Mg++ 离子结合形成不溶性的凝聚物,沾附于织物上引起染斑等现象。
3.4整理加工剂、纺丝油剂及糊料等的附着量
(1)纱之前处理剂及浆料,其中包含洗净或乳化作用,在高温下通常会呈现出不适合乳化安定性。为分离此类产品,分散染料易溶于高浓度中,且形成了染斑。
(2)纺丝油剂的使用,也有碍于染料的分散安定性,纵使其乳化安定性在高温中亦佳。故须在染前洗净时能完全洗除。
(3)酸的添加所造成的浆料凝聚, 会引起染色不匀、染斑等现象。
(4)综上所述,若前处理不良,净化不充分。织物上所含的油剂(纺丝或织造过程中,外加的润滑剂、乳化剂、防静电剂等)和油垢(加工过程中的粘污)处理不净被带入染浴中, 在高温条件下染色时,这些拒水的油污一旦与染料粒子接触,便相互吸附,越积越大,最后形成焦油状物。故前处理后必须对整理加工剂、纺丝油剂及糊料等的附着量进行管控。
3.5浊点低的非离子助剂之残留
当使用浊点低于染色温度的非离子型助剂或非离子与阴离子复合型助剂(如精练剂)做前处理时,如果洗涤不净,浊点低的非离子助剂精练后残留在织物上,就会大量带入染浴中, 随着染料温度的升高,非离子组分便逐渐失去水溶性,或者与阴离子组分脱离而成疏水性油粒析出。此时, 染浴中处于不稳定状态的染料粒子便与这些疏水性油粒相互吸附,形成黏厚的有色焦油状物,粘附在织物上,产生色渍。
4 分散液调制条件
4.1分散液调制之重要性
粉状染料的分散液调整的操作不妥,会引起染料结块或形成再生凝聚粒子。一般,通过分散液调制时的搅拌来分散粉状分散染料的原生颗粒。但是,调制操作不妥,原生颗粒就达不到分散化状态, 出现残存,成为染色时各种染色问题的原因。分散染料的常温分散性不佳,极易造成印染的质量问题。
4.2水质
一般调制用水需软水,以防止在调制时水中的金属离子一染料的结合或以非溶性悬浮物为中心的染料凝聚。若混入cu 2+、Fe2+ 、Fe3+ 等,会使染色物的色泽萎暗。水质硬度以1O0~150 mg/kg为宜,若水质硬度过高,即使事先溶解均匀,并经过滤后再加入染浴中也会再次发生聚集,从而产生色点。所以,化料的水质必须引起重视。
4.3调制浴比
在分散液调制时,一般调制水的重量是分散染料的7~l5倍。调制水过多或过少, 皆不利于原生颗粒达到分散化状态。
4.4调制温度
调制水温一般管控为30~40℃ 。水温过高时,在加热再冷却的过程中,染料会出现再结晶现象,导致分散染料在水中的分散状态不良,特别是在染料本身粒子大小不均匀, 因配制分散液时本身浓度就高,或分散染料填充之扩散剂浊点低时, 以及高力份染料,因染料内填充之扩散剂少时。
一般染料如欲选用加温或高温溶解, 则必须在事前作好滤纸法高温分散性与低温分散性的对比试验,必要时还需作高温染色深度对比试验,根据试验结果选择是否能高温化料。
4.5加料方式
(1)撒粉法: 即先加大量水再加料,加染料时需缓慢作业,若太快加料,染料会沿着搅拌轴下去,沾附成团,容易形成染料分散不良。此时需加快搅拌转速,延长搅拌时间,才能化开,否则不能确保染料分散均匀性。
(2)调浆法: 即先加大量料再加水。从理论上说,这种方式也可行,但要确保后续时间里化开染料的力道足够。若是足够小心,可以先采取少量水先打浆。
一般来说,此方法应严格禁止。因一旦分散染料大量凝集成团,后续需要花费更大的功夫才能化开,需要加快搅拌转速,延长搅拌时间,相比撤粉法更不易管理和控制。
4.6搅拌条件
一般以约1000 rpm/min的转速, 根据染料的多少决定搅拌时问,大约行10~20 min的搅拌处理。搅拌转速过慢或过于剧烈,搅拌时间过长或过短,皆不利于原生颗粒达到分散化状态。
4.7调制助剂
当于染浴中需添加入高温分散剂以改善其分散性时,可在分散液调制水浴中加入约使用量1/2的分散剂。
4.8过滤
粉状染料的分散液调制后,用过滤法过滤染料分散液。一般将分散液通过2层的棉布或80~120目的筛网先过滤,分散不良的剩余染料继续分散,再将染料分散液投入染料盆子。过滤可以检查染料均匀分散的状况,是调制分散液把关工序。
4.9分散液经时安定性
若染料粒度良好,通常此种分散液经时安定性会很好,但是,一些染料粒度不良时,分散液在长时间的放置中以及像卷染染色,染液呈静置的状态时,染料易凝聚,分散液安定性效果差,易引起染疵。故配制好的分散液不宜放置过久,应尽快使用此高浓度分散状态的染料,分散液安定性差染料不能用于卷染染色。
5 助剂
5.1染色助剂的性能及用量
染料助剂,染浴中非离子的助剂加入,如:均染剂,导染剂、消泡剂,抗皱剂等等,均会破坏分散稳定性,导致染料凝聚,因此助剂的使用应考虑实际状况,先做现场大样试验再选用。
(1)染色导染剂易溶于分散染料, 同时降低了熔点, 而影响了分散安定性。
(2)分散剂选用和用量不当会促使高温凝聚的发生。
不适于染料的分散剂很容易被染色助剂取代,因而降低了其安定性。另, 由于造成染浴分散体不稳定的因素较多(如染料质量、染色温度和染色时间、pH值变化,织物不净等), 使分散的稳定状态被破坏,会产生染料结晶增大,粒子聚集和絮凝现象,发生色点、染色不匀、染缸积垢等情形。故需在染色时添加有效防止高温凝聚的分散剂,如 Sumipon TF(1g/L), 以此抵消这部分的影响,可有效防止染料的高温凝聚。
分散剂用量需视染料的高温分散安定性而定。高温分散安定性较差的染料,即使染浅色,也要提高分散剂用量。
分散剂用量还需视染色设备而定。如采用卷染、经轴和筒子纱染色时,染液不断受到过滤作用,染料粒子易滤出,则分散剂用量需增多;而用喷射溢流机染色时,织物不断在染液中运动,染液与织物接触良好,分散剂用量可少用些。
另,高浓度分散染料,如200%、300%浓度的高浓度品,如此类的商品其分散剂的含量将会有所减少。因将纯染料分25%、分散剂75%之分散性染料商品化成纯染料分比之200 浓度的商品,则为纯染料分5O%、分散剂5O%,致使纯染料分对分散剂之比率,从1:3为1:1。故对于高浓度市售染料需特别注意高温分散安定性,最好在染色时增加分散剂的用量。
(3)非离子型匀染剂选用和用量不当会促使高温凝聚的发生。一些分散剂和均染剂在高温条件下会显现出浊点,当染浴温度升高时, 由于助剂从溶液中析出形成第三相, 导致染料凝聚以致形成焦油状物。
即使助剂浊点温度要高于染色周期的最高温度,但纯非离子活性剂等均染剂,由于E0的醚阳离子所需起见,含在分散染料中的阴离子分散剂被消耗、而分散系会变成不安定化,使非离子性均染剂的疏水性部分增大而提高分散染料的可溶化能,则均染剂本身的疏水性变成太强而丧失对于水的溶解性,促进染料熔点的下降与凝结(染料的熔化集合状态)之发生,促进染料在纤维表面的沉积,使分散系更加不安定。故在染深色时, 必须对非离子匀染剂的用量不能过多,需对匀染剂的用量进行管控。
为了提升高温时的染料分散性,特别需并用在高温时、分散化力强的高温用分散剂。
常用高温匀染剂一般是非离子与阴离子复合型助剂,如果用量过高(2g/L以上)或者以高浓度与染料混合,并直接加入到90℃ 以上的水浴中, 由于非离子组分与阴离子组分之间的结合力较弱,非离子组分的浊点又不够高,往往导致部分非离于组分从阴离子组分的胶粒中游离出来,与染料聚集成焦油化物质。使用高温匀染剂必须注意以下3点。
① 均染助剂的使用,即使使用相同的染料,染浓色时由于易发生凝集现象,故须减少助剂的使用量,而染浅色时,则宜考虑增加助剂之使用量。
② 用量以1~1.5/L为宜,切不可过高,否则,往往会使染料的热凝聚性加剧、上染率降低,得色发生异变。
③用前最好加以稀释,并在60℃ 以下的温水中调匀后,再加入染缸内, 以免水温过高其中部分非离子组分从阴离子组分的胶粒中游离出来,与染料分子结为焦油化物。
(4)抗皱剂若是非离子性,因浊点会破坏染料的高温分散安定性。故最好选用阴离子性抗皱剂。
(5)小浴比染色助剂用量问题:染色助剂~般所使用的单位为g/L,故随着浴比的降低,对于纤维及染料的用量也会因而减少。故对染料用量而言,其所使用的助剂量也相对地不足了,因而降低了染料的分散性,导致染料凝聚,且更增大了染机缸体的污染性。
(6)在染浴中所用助剂,需注意为低泡性。因助剂泡沫太多,泡沫具有使此等凝集物加以分离的作用,泡沫与染料结合成有色泡沫,沾于织物形成色点,在气相部的内壁附着物、飞散液也是构成对此内壁造成沾污的原因,而形成染色事故的发生。
(7)助剂之兼容性:
① 由于各染料生产厂家加入的染料填充剂不同,若其填充剂之兼容性不佳, 以致拼用时降低了染料的分散性,导致染料发生凝聚。为了防止这种情况, 拼色时尽量使用同一厂家的染料,在拼混不同厂家的染料时, 应做拼混后的高温分散性实验,事先了解它们所用填充剂的性能,以便采取必要的对策。
② 需添加入染浴中的助剂间兼容性不佳,降低了染料的分散性,导致染料发生凝聚。
5.2电解质含量
电解质的添加会损害分散的安定性,主要是由于阳离子的吸附及中和,或使染料颗粒中带有相反的电荷,导致染料凝聚,故需在实验室做染料不同浓度下对电解质用量的依存性实验。
6 染色条件
6.1染液中染料的浓度
染料的浓度愈高,染料凝聚及聚集作用可能性增加。故在加入染机时的染液不能过浓,稀释要足够、加入速度不能太快等,在容布量大或小浴比之浓色染色时应特别注意高温分散性。
6.2染色温度
(1)对于分散染料的分散系, 如染浴中的染料浓度愈高,高温时的染料凝集变得更为激烈,而快速升温更助长此趋向,容易发生凝集现象,而形成为不均染或染斑的原因,在染色机内的染料沾污情况也会因此而更加严重。尤其是热交换器或染液停滞部的染料沉着,而致使在其后续的染色作业时成为染斑发生的要因。热交换器部沾污的增大,不仅只是增大染浴的浓度,若实施快速的升温时,则由于加热器与染液接触界面的温度差,及热交换器出入口部温度差的差距变大,即使在相同染液槽中施行快速化染色,则往往热交换器部所受到的影响远超过其它的热差异影响。
如果始染温度过高或升温太快,对某些染料可能引起凝聚,造成色斑或染色不匀的现象。故常规涤纶开始染色时的温度应为60~70℃,以后逐渐上升。
(2)染色温度愈高, 染料凝聚及聚集作用可能性增加。故以140℃染很深色,其染料残存量相当大的时候:所添加的均染剂在130℃ 以上的高温时,其热安定性显著不良时;有这二种情况,会破坏染料之高温分散性,引起高温凝集性。
(3)超高温染色的注意点:
①染料型态,染色浓度与最终染着率的关系。
② 染料热水分解性、热凝聚性、染浴pH依存性。
③纤维超高温染色齐聚物。
(4)当考虑升温过程中染料之吸收(染着)时, ll0~120℃ 这段温度范围必须小心, 因为在这段温度范围其浓度相当高,分散染料的高温凝集,一般在11O~120℃ 之间较为严重, 易产生问题。熔点低的染料则在此附近熔化而构成焦化凝集,而会沾附在被染物或染色机的内壁及其它部分。在热交换器部加热管的染液接触面之液温,系由于对热交换器之供给蒸气压力、或染液的流速及其它而引起变化,但快速染色机中之热交换器部位的温度据推测其温度将较染色槽高出10~20℃。因此,在加热管表面附近, 当染液温度指示为90~100℃左右时始发生凝集现象,而继续生成的焦油状染料或齐聚物(Oligomer)成分会附着在加热管上。
高温会产生凝集或焦油化的分散染料, 因具有强烈的疏水性,因此会附着在同样疏水性强的不锈钢表面或涤纶纤维,若在进行筒子纱染色时,会被涤纶纤维所过滤而附着在泵浦部分,这是由于与凝集成分的接触度偏高所致,又流速较慢的液体滞留部分则发生沉着(较其它部分的附着更多)。特别是用易产生高温凝聚的染料进行卷染之染色,应减少11O~120℃这段温度范围的时间,如减少持温道数,减少排缸码数等。
6.3染色时间
染色时间愈长,染料凝聚及聚集作用可能性会增加。特别是在卷染染浓色时应特别注意,因卷染浓色保温时间一般为90~120 min6.4染浴的pH值一般在染色时为调整pH值须加入磷酸二氢铵一醋酸、硫酸铵一蚁酸、硫酸铵一醋酸、醋酸钠一醋酸等缓冲液,当pH值介于4~6时,染料的分散安定性很好。当pH值小于4时, 会破坏分散染料液的分散安定性;当pH值高,会造成分散染料的色泽及吸收性变差。当使用醋酸溶液时, 不须另外的缓冲盐类,因在染色制程中,工厂用水的水质、被染物的 pH值、添加物等pH值波动因子会使染浴过程中pH值不稳定,对染料分散安定性会有所损害。
6.5染浴的搅拌频率
由于此种高温凝集现象所形成的集合物并不那么大,在数十至数百um左右大小的粒子时,在涤纶纤维表面一旦沉着,而随着升温溶解于染液中,继而被涤纶所吸收而消除。在筒子纱方式被过滤的凝集物,将是构成内外层色差的原因,而在液流方式的染色时,凝集物的不均匀附着将是形成染斑的原因。
一般来说,加大染浴流量, 即加大了染浴的搅拌频率,染料就不易产生凝聚。
6.6被染物的装填密度
在染液循环式的设备中,络纱之密度将直接影响到染液分散的安定性, 因其与染液流经成品之流率具有相当的关系。可知络纱密度有个极限且不可超越此值,因部份的染料在扩散至纤维内层时,首先如颜料似地沉积在纺织原料上。若纺织原料卷绕得太紧、或收缩过度, 在色淀过程中形成堵塞, 于是造成染液之循环完全停止。但在此方面可借着蒸处或热空气固着,可获得适宜的预收缩。
6.7水质
染色用水中若存在着金属离子,易产生金属离子一染料的结合或以非溶性悬浮物为中心的凝聚,若混入Cu2+ 、Fe2+ 、Fe3+孙等,易产生染料还原分解变色,会使染色物的色泽萎暗;使用硬水会破坏分散高温安定性,引起染色不匀、染斑等现象。为避免金属离子造成的这些影响,可以使用离子交换软水,当在无法避免使用含金属离子的用水时,必须添加酸性浴用螯合分散剂0.1~0.5 g/L于染浴中加以改善,切不可加六偏磷酸钠作软水剂,因为六偏磷酸钠在. 高温高压条件下会失去络合钙、镁离子的能力,而且在一定程度上还能使染浴的pH值上升,破坏染浴的稳定性。
6.8设备不净
染机缸体内有污染物,当缸内的污染物脱落时,会与染料凝聚造成色点、色斑。
6.9染液泡沫形成的色淀对织物的粘污
在染色过程中由于操作不当、助剂发泡等因素, 染液往往在表面浮有色淀,这些色淀如未能得到处理,而被染液泡沫带到织物上, 就会造成粘污性色渍。
7 综述
在分散染料浸染染色时, 防止染色事故的对策,不外乎从两方面着手,一方面是染液分散安定性及再现性,另一方面是染液的覆盖性及均染性。到底以哪一方面为侧重点,主要以染色的设备需要, (即筒子纱、卷染、 经轴,或液流染色),和织物的需要来决定之。
在分散染料的生产厂家,对染料块的纯度、结晶、所用分散剂的种类以及干燥温度等因素管控不严,且大量使用廉价分散剂,造成分散染料在高温条件下的分散稳定性差。为此,建议在使用分散染料之前,对分散染料的分散安定性之检测有非常之必要;且在染色制程中,必须从被染物、分散染液之调制、助剂、染色条件等影响因子综合控制, 才能有效防止在涤纶染色中因分散染料分散安定性不佳造成的染色不均匀之异常。