表面活性劑在活性染料清潔生產中的作用

孫紅玉，盛春英，閆英山，賈榮霞，王 靜，夏燕茂

（1.華紡股份有限公司技術中心，山東濱州 256617；2.山東省短流程印染新技術重點實驗室，山東濱州 256617）

現代印染技術面臨的最大挑戰就是“節能降耗”和“消除污染”，染整加工大多在較高溫度下進行，耗能大，國內單耗是國外的3～5 倍。活性染料是目前纖維素纖維染色最主要的染料，由于其具有色譜寬廣、色澤鮮艷、性能優異、適應性強等特點而被廣泛應用，2006年我國活性染料年產量已達17.4 萬t[1]。但活性染料染色過程中需要加入大量電解質促染，同時，傳統生產工藝需要經過軋→烘→軋→蒸，既產生大量含鹽廢水，對環境造成污染，還會浪費大量能源。

為了解決以上問題，提出了活性染料濕蒸短流程工藝，即織物浸軋染液后不經過預烘，濕布直接進入蒸箱，在一定溫度和濕度條件下固色，然后洗滌得到成品，該工藝固色時間短、固色效率高、耗鹽低、節能，適合連續生產。

本項目主要研究幾種染色常用的表面活性劑在濕蒸過程中對布面染深性的影響，找出增加濕蒸染深性的簡易方法，提高濕蒸過程中深色的上染率。

1 實驗

1.1 材料和儀器

織物：C40×40、173×120（絲光后，濱州華紡股份有限公司）。染化料：液堿、純堿、元明粉、尿素（工業級），活性染料（無錫潤新染料有限公司），十六烷基三甲基氯化銨（上海尚賢新材料有限公司），螯合劑HFA03（濱州華紡股份有限公司），滲透劑AS（拓納化學），滲透劑CHL（青島飛龍源化工有限公司）。

儀器：分析天平（濱州市科慧科技有限公司），電子秤（濱州市科慧科技有限公司），Datacolor測色配色儀（德塔顏色商貿有限公司），摩擦儀、皂洗機（溫州大榮儀器紡織儀器有限公司）。

1.2 染整加工流程

活性染料軋烘軋蒸傳統工藝：稱料→化料→軋料（軋余率65%）→烘干→浸軋汽固液→汽蒸→水洗→皂洗→熨干。汽固液配方：工業鹽200 g/L，純堿20 g/L，燒堿6 g/L。

濕蒸工藝流程如下：

1.3 測試

耐摩擦色牢度參照AATCC 8—2016《耐摩擦色牢度》測定有色織物因摩擦而沾色的程度。原變、白沾參照AATCC 61—2A《家庭及商業上顏色之洗滌堅牢》評估織物經常洗滌下其顏色的堅牢度。

2 結果與討論

活性染料的濕蒸工藝是織物經過浸軋染液后，直接濕態汽蒸，是一種節能的方法。活性染料與纖維素纖維反應除了受到染料結構的影響以外，還受濕度、汽蒸時間、溫度、染液pH、染液添加劑等的影響。本項目主要研究在汽蒸過程固色堿與染液混合液中，加入不同表面活性劑對濕蒸布面染深性影響。

表面活性劑通常分為潤濕劑、增溶劑、乳化劑、分散劑、洗滌劑等幾類，能夠使相同粒子分開到不同表面，減少粒子之間的相互吸引作用。本研究分別將滲透劑、尿素、陽離子表面活性劑、鈣鎂離子螯合劑加入濕蒸染色固色液中進行濕蒸效果的對比，考察染液質量濃度、固色堿劑用量以及汽蒸時間等對染色效果的影響，確定固色堿劑具體工藝如表1，濕蒸時間100 s。

表1 不同染料質量濃度下的固色堿劑配方

2.1 滲透劑對濕蒸染深性的影響

滲透劑分別采用拓納化學的滲透劑AS和青島飛龍源的滲透劑CHL，為了比較兩種滲透劑對濕蒸的影響，滲透劑用量均為2 g/L，根據貝卡爾-蒙克（Kubelka-Munk）方程式，通過電子測色配色儀測量上述兩種面料的表面顏色深度（K/S值），K/S值越大，表示顏色越深；K/S值越小，則表示顏色越淺。

式中，K為吸收系數，S為散射系數，R為分光反射率，結果如圖1所示。

由圖1 可以看出，加入滲透劑CHL 后，對不同質量濃度濕蒸布面稍有改善，但對布面深度改善效果并不明顯，并且幾種顏色濕蒸工藝的布面深度均比正常軋烘軋蒸工藝低很多，深度越高差距越大。

2.2 尿素對濕蒸染深性的影響

尿素能夠與染料形成氫鍵，從而提高染料的溶解性能，利于染料擴散到纖維內。尿素通過親水的氨基和羥基接近水分子，在活性染料的汽蒸或焙烘過程中提供水分使纖維膨化，進一步提高染料的滲透性能，結果如圖2。

由圖2 可以看出，幾種顏色加入尿素后，布面顏色深度均比正常工藝淺，說明濕蒸過程中，可能因為布面本身具有很大的濕度，尿素的吸濕性以及使纖維膨化的性能都沒有發揮作用。

2.3 十六烷基三甲基氯化銨對濕蒸染深性的影響

本實驗選用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨，表面活性劑通過單分子或膠束作用，能夠對染料起到增溶作用。表面活性劑用量為0～2 g/L，濕蒸布面測試結果表明，在表面活性劑0.5 g/L的染液染色時，布面出現細小的團聚；1 g/L開始出現明顯的團聚現象，布面存在大量色點。本實驗針對表面活性劑質量濃度為0～0.5g/L的區間進行濕蒸實驗，結果如圖3 所示。由圖3 可知，加入表面活性劑對濕蒸布面的染深性沒有很明顯的改善，而且不同的顏色改善程度不一致。

2.4 鈣鎂離子螯合劑對濕蒸染深性的影響

日常生產所用工業自來水硬度為280 mg/L，水中鹽類物質質量濃度稍高，加入鈣鎂離子螯合劑能夠減少水中離子對濕蒸布面染深性的影響。針對5 g/L質量濃度的染液，探索螯合劑用量0～3 g/L 對濕蒸布面效果的影響，結果如圖4所示。

由圖4 可以看出，鈣鎂離子螯合劑（HF-A03）質量濃度達到1 g/L時，三種顏色的布面濕蒸效果最好，雖然比正常軋烘軋蒸工藝差，但比其他方法改善效果更明顯。總體來說，鈣鎂離子螯合劑質量濃度為0.5～3.0 g/L時，對布面效果影響差距不大，綜合比較，采用1 g/L效果較好。

針對鈣鎂離子螯合劑用量1 g/L進行不同質量濃度染液濕蒸效果的比較試，結果如圖5所示。

加入鈣鎂離子螯合劑，增加染液質量濃度后，濕蒸與正常軋烘軋蒸工藝的布面K/S值差距不大，加入螯合劑后，可以增加濕蒸過程染料的上染率，減少染料排放，使活性染料濕蒸在縮短工藝流程的基礎上，還能夠降低污染排放，使生產過程更加環保清潔。

為了進一步驗證該工藝的濕蒸布面染色牢度，針對效果較好的鈣鎂離子螯合劑的濕蒸工藝進行色牢度的測試，結果如表2所示。

由表2可知，濕蒸布面對棉組分的白沾比正常的軋烘軋蒸差，并且干摩、濕摩比正常的軋烘軋蒸工藝好，所以，該工藝在濕蒸染色方面有一定優勢。

表2 濕蒸與正常工藝布面色牢度的測試結果

3 結論

與正常軋烘軋蒸工藝對比，濕蒸過程中分別加入滲透劑、尿素、陽離子表面活性劑、鈣鎂離子螯合劑等幾種表面活性劑對濕蒸改善效果不同；鈣鎂離子螯合劑對三種顏色改善效果基本一致，布面效果比不加表面活性劑的濕蒸工藝要好；提高染液質量濃度，加入鈣鎂離子螯合劑的濕蒸布面色深雖然比正常軋烘軋蒸工藝淺，但比空白濕蒸工藝提高很多，布面色牢度可以滿足實際生產要求。