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新型活性染料

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進入21世紀后,世界紡織市場的競爭越來越激烈,東南亞的經濟已成為低成本、高增長的代名詞,而歐洲、美國等的紡織工業業務也加速向亞洲轉移。為了適應紡織品市場激烈競爭的形勢,改革紡織生產管理體制、提高生產效率、推行控制染色、提高染色一次成功率(RFT)等新印染技術,使紡織品的生產成本不斷降低、產品質量不斷提高、環境負荷不斷減輕,已成為紡織企業共同的目標。在滿足環境和生態保護要求的前提下,促進了適合紡織品新要求的新型活性染料的開發。

1前言

進入21世紀后,世界紡織市場的競爭越來越激烈,東南亞的經濟已成為低成本、高增長的代名詞,而歐洲、美國等的紡織工業業務也加速向亞洲轉移。為了適應紡織品市場激烈競爭的形勢,改革紡織生產管理體制、提高生產效率、推行控制染色、提高染色一次成功率(RFT)等新印染技術,使紡織品的生產成本不斷降低、產品質量不斷提高、環境負荷不斷減輕,已成為紡織企業共同的目標。在滿足環境和生態保護要求的前提下,促進了適合紡織品新要求的新型活性染料的開發。

2以高RFT為目標的新型活性染料

2.2 以高RFT為目標的活性染料設計技術
當今新染料的設計大都採用電子計算機技術,即首先詳細分析所需染料的染色性能;然後設定理想的染料結構,把其作為初始結構,再不斷修改,創造出符合要求的實際染料產品。CAE就是把這種概念設計變為可能的電子計算機調節設計,近年這種技術發展很快,BASF等多家公司就是採用這種技術來設計和開發新型活性染料。新的Proncion H-EXL染料是用這種技術開發成功的一類能達到高RFT的新型染色用活性染料,它們的優異性能可通過活性染料相容性模型(RCM),分析它們用於吸盡染色的染色行為因子來說明。RCM是由中性鹽存在下活性染料的直接性(S)、用移染性指數表示的在一次吸著階段的活性染料移行性(移行性指數:MI)、添加鹼后呈現的對活性染料二次吸著的效果(勻染性因素:LDF)、在鹼存在下活性染料的反應性固著達到最終固著值一半的固著時間(T50)等4個要素組成,對於活性染料吸盡染色法的RCM理想值如下所示:
● S(一次吸著率/直接性) 70%-80%
● MI(移行性指數) >90%
● LDF(勻染性因素) >70%
● T50(半染時間) ≌10分鐘
Procion H-EXL染料的4個要素值均在這個範圍內(表1),這意味著當它們配合使用時具有優異的相容性和勻染性,也有極佳的重現性。其實這類新染料的前身是一上世紀70年代開發的老Procion H-EXL染料,它們適於大浴比染色。由於它們具有極高的一次吸著率S(90%)和高的固著率等,對小浴比染色時的勻染性和重現性存在一定的問題,而用新Procion H-EXL染料在現代染色(小浴比、自動化)中極容易獲得滿意的結果,它們的一次吸著率S在70%-80%和半染時間T50為10分鐘,表明它們是一類勻染型活性染料。另外,由於它們的一次吸著率與最終吸著率之差在30%之內,添加鹼后也不會產生顏色深淺不勻的現象,但是乙烯碸型活性染料就不同了,它們的一次吸著率S和二次吸著率之差為50%-60%,半染時間T50也多數是在3分鐘以下(最差的情況約1分鐘)添加鹼后極容易產生顏色深淺不勻。由此可見,新Procion H-EXL染料不僅能獲得極佳的勻染效果,而且染色工藝參數如浴比、溫度、鹽用量等的偏差基本上不影響染色結果,這樣染色時的RFT大大地提高。同時它們的優異勻染性和擴散性,使其對Lyocell等新纖維也能發揮最適宜的染色性。另外,從對環境的影響來分析,首先在Procion H-EXL染料中,除了翠藍色、綠色等酞菁結構的品種外都不含有重金屬,其次它們完全滿足Eco-Tex Standard 100的要求,使用時不會對環境和生態產生有害影響;再從產生的染色廢水來分析,由於Procion H-EXL染料含有兩個活性基,不僅有適宜的一次吸著率S,而且固著率可達到80%的水平,因此洗凈性很好,用1.5小時洗凈染色物是完全可能的。
表1 Procion H-EXL染料的吸盡染色特性
註:採用未絲光棉(針織物)和excel標準染色法
Procion H-EXL染料由於使用時能達到高的RFT,容易染色,又有高的固著率、優異的各種牢度,因此它們在歐、美等市場上成為一類很受歡迎的新型活性染料。
除外,Procion XL+也是一類能達到高RFT的多官能團及脫活的新型活性染料,它們的RCM對應的2個要素值如表2所示:
表2 Procion XL+染料的吸盡染色特性
註:採用未絲光棉和XL+標準染色法
可見它們是一類具有很好移染性、勻染性和重現性的染色用活性染料,特別適用於中色到深色包括深紅色、棕色、綠色和常會產生差的顏色重現性的芝麻色的染色。此外,Intracron CDX染料、Remazol RR型染料和Sumifix HF系列染料等也都具有好的重現性、高生產性和低的廢水負荷,且能獲得高RFT的嘶型活性染料。Intracron CDX染料還能給予高光牢度的組合和具有反覆氧化洗滌的穩定性,而此正是使用C.I.活性黑5形成的三原色組合中經常遇到的難以解決的問題。
由於使用具有高RFT的新型活性染料對棉織物染色,使得過去採用直接性大的一氯均三嗪型活性染料不能使用的Salt-at-Start法,即染色開始時投入必要的中性藍的染法成為可能,而此正是染色自動化所必須的要素,這樣可比過去的染色方法縮短2個小時。不僅於此,使用具有高RFT的新型活性染料還可以大大縮短染色時準備階段和洗凈階段的時間。

3滿足棉染織品堅牢度新要求的新型活性染料

當今用中高級棉纖維衣料製造的衣服的最大問題是染色堅牢度不能滿足新要求帶來的麻煩,特別是時新式樣的棉織物,從審美的觀點出發多數使用活性染料染色,這個問題就比較突出了。實際上為了解決這個問題,可推薦使用還原染料,可是還原染料的色澤不夠鮮艷、使用也不方便,因此紡織市場上期望染料行業開發滿足棉染織物堅牢度新要求的新型活性染料。
活性染料染色的棉織物,碰到的大部分問題是染織物褪色或部分褪色,多數情況下存在下述四種情況,即。日光變褪色、化學物質引起褪色,多次反覆洗滌引起褪色和差的濕磨擦牢度。
3.2 化學物質引起褪色
用活性染料染色的棉織物在受到某些化學物質的作用時會發生褪色。例如自來水中含有的氯氣會引起活性染料褪色是最具代表性的,這種褪色的程度與染料結構有關、差別很大。一般說黃色和紅色活性染料耐自來水中的氯氣作用比較強,而藍色染料比較弱,不過大多數海軍藍色活性染料也是良好的。同樣,空氣中的氧化氮氣體也會引起褪色,其程度比氯水引起的褪色低,其中藍色活性染料的問題比較多,例如,蒽醌結構的藍色活性染料Remazol Brill. Blue R等。近年也開發出了一些能耐化學物質作用的新型活性染料,如Kayacion Blue P-NFB Liquid 50具有好的耐氧化氮牢度和耐氯牢度;Cibacron Black C-2R具有優良的耐氯牢度;Cibacron H型染料具有優異的耐氯牢度;Remazol RR型染料也具有高的耐氯漂牢度;Cibacron Yellow NP具有優異的耐氯牢;Procion H-EXL染料也具有優異的耐氯水牢度等。
3.4 提高濕磨擦牢度的新型活性染料
用活性染料染色的深濃色棉織物的濕磨擦牢度達不到市場要求的3級水平,已成為國際市場上設置的「技術壁壘」主要內容之一。經過大量研究發現棉染織物在濕磨擦時由兩個原因引起顏色的轉移,一是水溶性染料從被染織物上轉移到磨擦的白布上產生的顏色,二是有色纖維粒子的轉移,分析這兩個原因,可以看到影響活性染料濕磨擦牢度有多種因素,主要是棉織物的性質包括前處理效果(特別是絲光處理的工藝和質量)、布面磨損情況以及纖維表面的光潔度等;活性染料的結構與特性;染色工藝以及染色后皂洗的效果;染織物固色處理的效果;染織物后整理的影響和棉纖維降解的影響等,其中棉織物的性質是最主要的,不過活性染料的結構與特性也起了一定的作用,涉及到活性染料的提升性、活性染料與纖維的反應性以及形成價鍵的穩定性、活性染料的可洗滌性和活性染料的加和增效作用等,活性染料的這些結構特性設計得合理,可以使其濕磨擦牢度提高半級以上,有望達到3級的水平。近年開發的提高濕磨擦牢度的新型活性染料都從這幾個方面著手進行的,如Sumifix HF系列染料是含有雙活性基的染料,它們具有優異的提升性、強的價鍵穩定性、高的固著率和易洗滌性,還有極佳的重現性、低的排水負荷和高的生產效率,其濕磨擦牢度可達到3級左右;Cibacron S型染料也是一類具有超高提升力、強的價鍵穩定性、中等親和力、優異水洗性、超過90%的固著率的新型活性染料,而且染料分子緊密有彈性、又有良好的分散力,其濕磨擦牢度能滿足市場的需要;Procion H-EXL染料、Procion XL+染料、Remazl RR型染料和Drimarene CL-C型染料等也都是能獲得滿足市場要求的濕磨擦牢度的新型活性染料。

4其它

4.1 提高鮮艷度的新型活性染料

染織物的鮮艷性一直是人們追求的目標,用於棉染織物的高鮮艷度活性染料更是長期研究的重點之一。2002年DyStar公司推向市場的Remazol Fluorescent Yellow FL最具代表性,它是世界上第一個用於纖維索纖維的黃色熒光活性染料,極其鮮艷,具有好的牢度,適用於竭染、冷軋堆和連續染色等各種加工,並與Remazol Brill. Green 6B、Levafix Scarlet CA組成非常鮮艷且極誘人的三原色,該新染料適合高能見度工作服的標準,也適用於時髦服飾和運動衣的染色,還能用於纖維素纖維與聚酯纖維或聚醯胺纖維組成的混紡織物的染色。
⒋2 適用於棉混紡織物同色性良好的新型活性染料性 近年棉混紡織物發展很快,開發具有良好同色性的新型活性染料對簡化染色加工、縮短染色時間,提高生產效率的作用很大,染料製造企業也注重這種新染料的研究和開發,已有好些品種進入市場,例如Multifix N型染料是適用於棉和聚醯胺纖維(尼龍6、尼龍66)組成的混紡織物染色的新型活性染料,它們在不需添加酸的中性浴中採用一浴兩步法對棉混紡織物染色具有很好的同色效應和優異的光牢度、耐氯牢度、洗滌牢度與良好的汗(鹼)牢度;還有Multifix R型染料是適用於棉和聚醯胺纖維(尼龍6、尼龍66)組成的雙面織物或交織織物染色的新型活性染料,它們對尼龍的親和力比Multifix N型染料大,染著率更高,具有良好的表裡同色性、即使染中-深色甚至特別深色,它們也能染得均勻的灰色,上述兩種活性染料應用時有一種配套的新型活性染料-Multifix SN型染料,它們是用於在棉和聚醯胺纖維組成的雙面織物和混紡織物染色時對聚醯胺纖維側顏色修正用的新染料,因為它們對聚醯胺纖維具有較大的親和力。又如Kayacelon React Yellow CN-EX是浸染用中性固著黃色活性染料,它具有很好的染色重現性、勻染性、洗凈性和高的固著率等,用於染棉和粘膠纖維組成的混紡織物具有優異的同色性。

5結語

當今世界染料製造企業的重新組合已趨穩定,重大的重組事件已不多,同時歐美等國的纖維和紡織品生產東移到亞洲的步伐在加快,歐美等國紡織品的輸入比例也已上升到80%以上,因此世界各染料公司在滿足環境和生態保護要求基礎上都把開發適應市場需求的新牢度性能以及有利於紡織品競爭的新型活性染料放在重要的位置,比較典型的染料有Procion H-EXL、Sumifix HF、Cibacron S、Drimarene CL-C,ReaNova CA和Remazol RR等染料,它們不僅具有優良的在各種情況下的日光牢度,對汗日光、氯水、多次反覆家庭洗滌以及濕磨擦等的牢度也是很好的,而且還具有優異的提升性、勻染性和重現性,適於高RFT的染色。今後這種新型活性染料的研究和開發將隨著市場上紡織品的新和高要求的進一步增加而不斷地深入。
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