活性染料凈洗機制的研究

杭彩云

（江陰職業技術學院化學紡織工程系，江蘇江陰 214405）

活性染料凈洗機制的研究

杭彩云

（江陰職業技術學院化學紡織工程系，江蘇江陰 214405）

考察了影響水解活性紅M-3BE吸附棉織物的因素以及凈洗劑對凈洗效果的影響。結果表明：浴比增加、溫度升高有利于抑制水解染料吸附棉織物；降低pH值對抑制水解染料吸附不利；加入凈洗劑XC-W可有效地抑制水解染料吸附棉織物。提高凈洗溫度，可提升凈洗效果；延長凈洗時間，可以提高凈洗效率，但對抑制水解染料再吸附不利。因此，凈洗時間不宜太長，以防止水解染料二次沾染。

活性染料；凈洗；棉織物

0 前言

活性染料自問世以來，憑借色澤鮮艷、色譜齊全、工藝成熟、操作方便、色牢度好、性價比高等優點成為纖維素纖維印染的首選染料。然而，在以水為介質的傳統染色體系中，活性染料上染纖維后在堿性條件下固色的同時有部分染料發生水解，失去了與纖維素纖維發生共價結合的能力，不僅大幅度降低了染料的利用率，而且水解染料的吸附和擴散性能與未水解染料十分相似，對纖維也具有親和力。為了使染色織物的色牢度達到規定的要求，染色結束后要經過充分的洗滌。在皂煮的過程中，浮色染料的解吸和吸附是個動態平衡，如何降低織物上浮色染料的量，使解吸下來的染料在皂煮液中被包裹、分散，不再重新沾染到織物上，是提高凈洗效果的重要因素。

據統計，傳統的以水為介質的活性染料凈洗工藝能耗占整個染色過程的一半，水耗占大部分比例[1]，而且整個染色過程產生的COD有1/3是染后洗滌所形成的[2]。因此，活性染料高效節水凈洗工藝一直是染整工作者長期研究的課題。本文以活性紅 M-3BE為對象，研究了抑制水解染料吸附棉織物的影響因素以及凈洗劑對凈洗效果的影響，為尋求活性染料高效凈洗工藝提供相關研究基礎。

織物：純棉煮漂針織物，165g/m2；

藥品：活性紅 M-3BE(C.I. Reactive Red 195，江蘇泰興錦雞染料有限公司)，染料結構式如圖1所示；凈洗劑XC-W(主要成份為PVP，BASF公司)、凈洗劑AST(主要成份為MA-AA，上海佳和化工)。

1 試驗

1.1 材料及儀器

圖1 活性Red M-3EB染料分子結構

儀器：722型可見分光光度計（上海光譜儀器）；IR-12型紅外線試色機（廈門瑞比精密機械）；AD-24型常溫試樣染色機（鶴山精湛染整設備）；M11-2摩擦牢度儀（溫州紡織儀器廠）；SW-12耐洗色牢度試驗機（無錫紡織儀器廠）。

1.2 實驗方法

1.2.1 水解活性染料的制備[3-5]

以工廠用軟水配制5 g/L的活性紅M-3BE染液，用50%的NaOH調節pH值至10-1l，加熱至100℃，在煮沸條件下繼續水解120 min，再降溫至60℃，然后用36%的HCl調節pH值至7-8。

1.2.2 水解活性染料對棉織物的吸附

將水解染料M-3BE配成濃度為C1的溶液，根據工藝要求加入凈洗劑XC-W或AST，以及電解質，在一定浴比和溫度條件下對1.000g棉織物進行染色，染色一定時間后，取出棉布試樣,收集染色殘液并定容，通過可見分光光度計在水解染料的最大吸收波長處測定吸光度，采用分光光度法計算混合液中水解染料的濃度[6]，記為C2，水解染料吸附到棉織物上的量按下式計：

式中：C1—吸附前水解染料的濃度， g/L；C2—吸附后水解染料的濃度，g/L； Wc—棉布試樣的重量，g；V—染料溶液的體積，mL；Γ—水解染料吸附到棉織物上的量， mg dye/g cotton。

1.2.3 活性染料染色

采用浸染工藝：活性紅M-3BE 5%（o.w.f）；浴比1∶30；鹽70 g/L；純堿20 g/L；染色溫度60℃；染色30min后加入純堿固色60min，染色結束后自來水溢流沖洗3min。

1.2.4 凈洗劑對凈洗效果的影響

染色織物依次通過：含有凈洗劑XC-W或AST的溶液中，在浴比為1∶30設定溫度條件下洗一段時間→80℃熱水洗30 min→冷水洗10 min→冷水洗10 min →晾干。

洗滌完畢收集凈洗殘液和水洗液并定容，在染料最大吸收波長處測定吸光度；染色織物測摩擦牢度和水洗牢度。

1.2.5 凈洗效果測試

測凈洗殘液吸光度；耐皂洗色牢度按GB/T3921-2008方法測定，分別根據GB/T25l-2008和GB/T250-2008評定沾色和變色情況；耐摩擦色牢度按GB/ T3920-2008方法測定。

2 結果及討論

2.1 各因素對抑制水解染料吸附棉織物的影響

2.1.1 浴比對抑制水解染料吸附棉織物的影響

配制不同浴比（1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶30）的水解活性紅M-3BE，染浴中水解染料濃度為1.5%（o.w.f），含有凈洗劑AST或XC-W的濃度2.0 g/L，調節pH值為7，加入2g/L鹽作為促染劑，1.000g棉織物在95℃染色30min后，織物上水解染料的吸附量如圖2所示。

從圖中可以看出，隨著溶液浴比的增加,吸附至棉織物上水解染料量下降，主要是因為溶液中水解染料的總量相同，浴比越大，水解染料的濃度越低，吸附至織物上的染料量就越少，這充分說明大量的水洗可以有效地抑制水解染料再吸附至棉織物上（污染總含量不變）。

圖2 浴比對抑制水解活性M-3BE吸附棉織物的影響

2.1.2 溫度對抑制水解染料吸附棉織物的影響

按濃度為1.5%（o.w.f）移取一定量的水解活性染料，配成浴比為1∶30的溶液，染浴中含有凈洗劑AST或XC-W的濃度2.0 g/L，調節pH值為7，加入2g/L鹽作為促染劑，試樣染色機溫度分別設為70℃、80℃、90℃、100℃，對1.000g棉織物進行染色30min，織物上水解染料的吸附量如圖3所示。

從圖3可以看出，不論在含有凈洗劑XC-W的溶液還是含有凈洗劑AST的溶液中，棉織物上水解染料的吸附量都是隨溫度的升高而下降。溫度越高，吸附量越少，說明抑制效果越好。由于染料分子在低溫時運動較慢，動能相對比較低，吸附至棉織物上染料不容易脫落下來；隨著體系溫度提高，分子運動加劇，吸附在織物上的水解染料容易脫離進入溶液中[7]。

圖3 溫度對凈洗劑抑制水解活性M-3BE返沾吸附的影響

2.1.3 溶液pH值對抑制水解染料吸附棉織物的影響

按濃度為1.5%（o.w.f）移取一定量的水解活性染料，配成浴比為1∶30的溶液，染浴中含有凈洗劑AST或XC-W的濃度2.0 g/L，調節pH值為4、6、7、8、9、10，加入2g/L鹽作為促染劑，試樣染色機溫度分別設為95℃，對1.000g棉織物進行染色30min，織物上水解染料的吸附量如圖4所示。

由圖4可知，隨著pH值的增加，棉織物上水解染料的吸附量下降。在堿性條件下溶液中的水解染料與纖維表面之間的電荷排斥力大，再返沾吸附程度較小。因此，堿性條件有利于抑制水解活性染料的再吸附。

圖4 pH值對凈洗劑抑制水解活性M-3BE返沾吸附的影響

2.1.4 電解質對抑制水解染料吸附棉織物的影響

圖5 電解質對凈洗劑抑制水解活性M-3BE返沾吸附的影響

按濃度為1.5%（o.w.f）移取一定量的水解活性染料，配成浴比為1∶30的溶液，染浴中含有凈洗劑AST或XC-W的濃度2.0 g/L，調節pH值為7，分別加入0、2g/L、4g/L、6g/L、8g/L、10g/L鹽作為促染劑，試樣染色機溫度分別設為95℃，對1.000g棉織物進行染色30min，織物上水解染料的吸附量如圖5所示。

圖5可知，棉織物上水解染料的吸附量隨著電解質濃度的增加而顯著提高。而在含有凈洗劑XC-W溶液中，吸附量遠低于含有凈洗劑AST的溶液。凈洗劑XC-W主要成份是聚乙烯吡咯烷，PVP分子中的內酰胺結構使其與染料分子中的有機官能團(如羥基、氨基、羧基)有很強的結合能力[8]，從而具有很好的防沾效果。而凈洗劑AST主要成份為馬來酸和丙烯酸有機高分子共聚物，雖然具有良好的膠體特性，但是對鹽的穩定性比較差。因此，染色凈洗前洗除棉織物上殘留的電解質十分必要。

2.1.5 時間對抑制水解染料吸附棉織物的影響

按濃度為1.5%（o.w.f）移取一定量的水解活性染料，配成浴比為1∶30的溶液，染浴中含有凈洗劑AST或XC-W的濃度2.0 g/L，調節pH值為7，加入2g/L鹽作為促染劑，試樣染色機溫度分別設為95℃，對1.000g棉織物分別染色10min、20min、30min、40min，織物上水解染料的吸附量如圖6所示。

圖6為水解染料中添加凈洗劑XC-W或AST后，時間對抑制水解染料再吸附棉織物的影響。從圖中可以看出，隨著時間的延長，棉織物上水解染料的吸附量呈現上升的趨勢，由此可見延長凈洗時間對抑制水解染料返沾吸附棉織物不利。因此，在活性染料工業化生產過程中，凈洗時間不宜太長，以防止水解染料返沾吸附和避免能源浪費。

圖6 時間對凈洗劑抑制水解活性紅M-3BE返沾吸附的影響

2.1.6 凈洗劑濃度對抑制水解染料吸附棉織物的影響

按濃度為1.5%（o.w.f）移取一定量的水解活性染料，配成浴比為1∶30的溶液，染浴中含有凈洗劑AST或XC-W的濃度分別為為0、0.5 g/L、1.0 g/L、2.0 g/L、3.0 g/L、4.0 g/L、6.0 g/L，調節pH值為7，加入2g/L鹽作為促染劑，試樣染色機溫度分別設為95℃，對1.000g棉織物進行染色30min，織物上水解染料的吸附量如圖7所示。

從圖7中可以看出，隨著混合體系中凈洗劑XC-W濃度的提高，棉織物上水解染料的吸附量下降，這充分說明凈洗劑XC-W可以抑制水解染料對棉織物的吸附。當凈洗劑XC-W濃度在0～4g/L范圍內，抑制效果比較明顯；當濃度較高時，水解染料下降的幅度放緩。相對于凈洗劑XC-W抑制效果來說，凈洗劑AST的濃度變化對抑制水解染料吸附棉織物的效果不太明顯，在從不加凈洗劑到增加2g/L凈洗劑AST的過程棉織物上水解染料的吸附量有所下降，但是當凈洗劑AST濃度超過2g/L后，抑制水解染料吸附棉織物的效果較差。主要是由于馬丙共聚類的凈洗劑AST當濃度較高時，凈洗體系的酸性逐漸增強，染料分子中磺酸基團電離受到阻礙，染料的溶解度下降[9]。

圖7 凈洗劑濃度對抑制水解活性M-3BE返沾吸附的影響

2.2 凈洗劑對凈洗效果的影響

2.2.1 凈洗劑濃度對凈洗效果的影響

棉織物染色后，經過不同濃度凈洗劑洗滌后，再熱水洗冷水洗，收集的所有殘液吸光度以及洗滌后棉織物的色牢度見表1。從表中可以看出，洗滌液中所添加凈洗劑AST的用量對凈洗效果的影響不大，加入AST比不加的殘液吸光度稍有提高，染色棉織物色牢度提高半級左右；而凈洗劑XC-W的濃度對凈洗效果影響比較明顯，凈洗劑XC-W濃度越高，殘液吸光度越高，說明染色棉織物表面浮色去除越多，凈洗后織物的色牢度也越好，當濃度超過6g/L時，殘液吸光度和色牢度提升比較緩慢。

2.2.2 凈洗溫度對凈洗效果的影響

將染色棉織物投入含有2g/L凈洗劑AST或XC-W的洗滌液中，在不同溫度（70℃、80℃、90℃、100℃）條件下凈洗，然后再熱水洗冷水洗，所有洗滌殘液吸光度和洗滌后棉織物的色牢度見表2。

從表2中可以看出，溫度對染色棉織物凈洗效果有著很明顯的影響，溫度越高，殘液吸光度越高，即凈洗溫度升高有助于染色織物表面的浮色染料脫離織物而進入凈洗液中，一方面溫度提高染料在溶液中的溶解度提高，另一方面溫度提高加快了染料分子運動速度提高，結果表現為皂洗牢度中的棉布沾色和摩擦牢度提高。

表2 凈洗溫度對活性紅M-3BE凈洗效果的影響

2.2.3 凈洗時間對凈洗效果的影響

凈洗時間不僅影響染色織物的色牢度，而且關系到生產成本。表3為染色棉織物在95℃條件下，經過含有凈洗劑AST或XC-W的洗滌溶液處理10min、20min、30min、40min后的凈洗效果。

從表3中可以看出，染色后凈洗時間越長，收集到殘液的吸光度越大，去除浮色的效果越好。并且色牢度在前30min內隨著凈洗時間的延長而有所提高，30min后再延長時間色牢度的提高不明顯。因此在工業化生產時，凈洗時間一般選擇在20～30min，針對一些水溶性較好的染料，可以進一步縮短時間，以提高生產效果和降低生產成本。

表3 凈洗時間對活性紅M-3BE凈洗效果的影響

3 結論

（1）提高浴比和溫度有利于抑制水解染料再吸附棉織物；pH值降低對抑制水解染料吸附不利，最佳的凈洗液pH值應根據活性染料品種而定，一般宜在弱堿性或中性條件下進行；電解質的存在和延長處理時間對抑制效果不利；凈洗劑AST在0～2g/L范圍內有抑制水解染料再吸附棉織物的作用；當體系中加入凈洗劑XC-W，可有效地抑制水解染料再吸附棉織物凈洗劑。

（2）溶液中無論是加入凈洗劑AST還是加入凈洗劑XC-W，提高凈洗溫度，可提升凈洗效果；延長凈洗時間，可以提高凈洗效率，但對抑制水解染料再吸附不利。因此，凈洗時間不宜太長，以防止水解染料二次沾染。

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Study on the wash-off of reactive dyes from cotton fabrics

HANG Cai-yun
(Department of Chemical and Textile Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin 214405，China)

The affecting factors of the inhibition of the adsorption of hydrolyzed reactive M-3BE to cotton fabrics and the wash-off effect of detergents were studied. Results showed that, increasing liquor ratio and temperature was favour of inhibition of the adsorption of hydrolyzed reactive dyes to cotton fabrics; pH value decrease was not favorable; the inhibition of the adsorption of hydrolyzed reactive dyes to cotton fabrics was increased effectively by adding the detergent of XC-W. Increasing wash-off temperature was favour of fastness of reactive cotton dyeings. The longer washoff time lasted, the higher the concentration of dye in residue remained, indicating that wash-off time could increase washing efficiency. But wash-off time was unfavorable to inhibit the re-adsorption of hydrolyzed reactive dyes to cotton fabrics. So the wash-off time should not keep too long.

wash-off；reactive dyes；cotton fabrics

TS193.22

A

投稿日期：2016-11-23

杭彩云（1976-），女，博士研究生，主要從事染整技術的研究與教學。