职业大学
毕业设计
设计题目：固色剂浓度、染色时间和浴比对活性嫩黄K-6G染色工艺的实践与探索
系别：纺织服装系
专业：现代纺织技术
班级：09现纺
姓名：
学号：
指导教师：
完成时间：2012年5月
目录
摘要 ................................................................... II 第一章活性染料染色原理 (2)
第二章材料与方法 (3)
2.1材料 (3)
2.1.1 织物 (3)
2.1.2 染料、固色剂和其他助剂 (3)
2.1.3实验主要设备和仪器 (4)
2.2染色工艺配方和方法，工艺曲线 (4)
2.2.1 工艺配方 (4)
2.2.2实验方法 (6)
2.2.3工艺曲线 (6)
第三章实验的实施 (6)
3.1实验前准备 (6)
3.2实验步骤 (6)
3.3注意事项 (6)
3.4影响摩擦色牢度的主要因素： (6)
3.5原配方染色： (8)
3.6固色剂浓度对染色的影响： (9)
3.7染色时间对染色的影响： (11)
3.8浴比对染色的影响： (13)
结论 (15)
致谢 (17)
摘要
活性染料具有色谱宽广、色泽鲜艳、性能优异、适应性强等特点，活性染料发展迅速，成为纤维素纤维上应用最广泛的一类染料，具有极强的研究价值。活性嫩黄K-6G （C 25H 15C 13N 9O 10 S 33Na ）,偶氮含磺酸基活性染料，可生化性差，色泽鲜艳、着色能力强，水溶性好（50摄氏度为50g/L ）。主要应用于染棉织物，也可染粘胶纤维及其织物的染色和印花，但活性染料也存在一定的缺点，染料的上染率和固色率低，染料在上染纤维时能与水发生分解反应，其水解产物不能再与纤维反应，造成染料的利用率较低。同时活性染料上染纤维时需要大量的助剂，如氯化钠，碳酸钠，磷酸钠等，这些都将直接影响印染织物的成本，染后的染液同时造成大量的污染。本课题为了降低废液给环境造成大量污染及降低能源的消耗，对活性嫩黄K-6G 染料的染色助剂，染色时间，染液浓度进行优化对比。通过与传统配方比较各自所染得的织物的表观深度和匀染性能，以及在两种工艺染色所得织物表观深度一样的情况下通过探讨新工艺所降低的染料的使用量，确定助剂与染料一浴染色的最佳工艺。
[关键字] 磷酸三钠 节能减排 染色时间 浴比 活性嫩黄K-6G
前言
活性染料不但具有优良的湿牢度和匀染性能,而且色泽鲜艳，使用方便,色谱齐全,成本低廉 ,成为了纤维素纤维纺织品染色和印花的一类十分重要的染料,并且这类染料发展很快。活性染料染色时在水中会发生水解而降低染料利用率，染色时无机盐用量较大，影响废水处理。随着活性染料的发展，人们正在不断改善其性能，一获得更优良的染色质量。因此对固色剂浓度、染色时间及浴比的研究具有重要的意义和价值。
目前实际生产中,活性染料染棉织物也存在着重大的缺陷，由于纤维素纤维的染色主要是用活性染料在有大量盐存在的条件下进行的,并在碱性条件下固色，且活性染料存在着水解现象，这导致了纤维素纤维上的染料固着率通常很低，活性染料的利用率较低,污水中染料含量较高，从环境角度讲是极其不利的,而且染色过程中需不断增加盐的用量,以调节盐的浓度,从而使得达到满意染色效果的过程变得非常复杂。从环境保护考虑,残留在染色废液中大量的盐,也是很严重的问题。水解现象还导致了活性染料的湿摩擦色牢度一直不高于三级。
因此如何提高染料的利用率和降低染色中的盐用量以及降低染色时间，是人们一直关心的问题。随着应用技术和产品发展的不断变化，一些生态环保型的高直接性、高固色率、高牢度、节水节能的活性染料不断出现，也随着新纤维、多组分纺织品的发展，适合这些纤维纺织品的活性染料也增多。
本课题主要探究的是采用传统的助剂与染料进行一浴一步法来对纤维进行染色,同时改变助剂的使用量和染色的时间。通过实验来确定各个助剂的最佳用量和最佳浴比及染色时间。
第一章活性染料染色原理
活性染料与纤维的染色是一种化学反应，是纤维与染料之间的共价结合。活性染料的染色过程包括上染、固色、后处理三个阶段。活性染料染色时染料首先通过范德华力和氢键吸附在纤维表面，并向纤维内部扩散，然后在碱性条件下，染料与纤维发生化学反应形成共价键结合而固着在纤维上，在通过皂洗将纤维上未与纤维反应的染料（包括水解染料）洗除，减少纤维表面浮色，提高其染色牢度和鲜艳度。其具体过程包含染料在纤维孔道中的扩散和染料与羟基的固着。活性染料与其他染料不同，由于它与纤维间存在着共价键，因而具有很高的湿处理牢度。这种共价结合的形式，根据不同活性基团，可用两种反应形式来解释，X和K型活性基团是亲核取代反应；乙烯砜型则是亲核加成反应[1]。
纤维素纤维在一般介质中是不活泼的，它与活性染料及其它染料一样，只是一种吸附关系，不可能产生牢固的化学结合。只有当纤维素纤维在碱性介质中时，才能发生共价结合。这是因为纤维素纤维在此时形成了负离子，而其离子化浓度随着pH值的增加而增加。在这里也可解释为纤维素纤维作为一种弱酸与碱剂发生中和反应，反应方程式如下：
Cell-CH
2
Cell-CH
2
-O-Na+ + H
2
O 反应式1-1
这样,纤维素纤维在碱性介质中离子化后生成的纤维素负离子,即亲核试剂。能与活性染料的活性基团发生亲核取代反应和亲核加成反应[2]。
活性染料的反应性主要决定于它的活性基，不同的活性基有不同的反应性。活性染料的固色反应，绝大多数属亲核取代或亲核加成反应，它的反应速率除了决定于活性基外，还和亲核基团的亲核性有关，也和反应温度、pH值及反应介质的性质有关。一般反应性强的如X型采用弱碱低温染色，反应性弱得如K型及KN型染料则可采用高温强碱环境染色，但整的来说目前多采用多活性基团染料，以此来提高染料的固色率。同时，由于在碱性环境下，染料和纤维带负电荷，两者之间存在着静电斥力，因此在染色时一般加入元明粉或者别的无机盐进行促染[3]。
活性染料工业化生产已将近半个世纪了，由于它是建立在与纤维共价键结合的基础，染色性能优于其它各类染料，所以发展迅速，特别是近年来一些类别的染料由于多方面的原因，有的被禁用，有的由于牢度和成本因素渐被活性染料代用，所以活性染料已成为纤维素纤维纺织品染色最重要的—类染料。活性染料虽然已是最重要的一类染料，但是随纤维品种和染色技术的发展，对活性染料提出了更高的要求，特别是它的生态特性。所以近年来活性染料不仅在品种和数量上有了增加，更重要的是染色性能和对环境的影响有了很大改进。
第二章材料与方法
2.1 材料
2.1.1 织物
本实验中所用的纯棉织物为市场上购买的纯棉平布，在染色之前已经过退浆、煮练和漂白处理。
2.1.2 染料、固色剂和其他助剂
染料：
本实验采用的染料为活性嫩黄K-6G型染料，活性染料，又称反应性染料。为在染色时与纤维起化学反应的一类染料。这类染料分子中含有能与纤维发生化学反应的基团，染色时染料与纤维反应，二者之间形成共价键，成为整体，使耐洗和耐摩擦牢度提高。活性染料是一类新型染料。
固色剂：
磷酸一氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钠等，如固色剂Na
2HPO
4
，是磷酸生成的钠盐
酸式盐之一。它为易潮解的白色粉末，可溶于水，水溶液呈弱碱性。它可由氢氧化钠和磷酸以固定计量比中和生成：
2NaOH + H
3PO
4
→ Na
2
HPO
4
+ 2H
2
O
有些染料虽然可以染出比较鲜艳的色泽，但由于染料上带的水溶性基团，使湿处理牢度不佳，褪色和沾色现象严重，不仅使纺织品本身外观陈旧，同时染料脱落下来会沾污到白色或其他色泽的纤维上，产生沾色、搭色现象，如直接染料和酸性染料就易产生这样的问题。另外，尽管活性染料可与纤维素纤维形成共价键结合，但在染色中，若存在水解染料或对未键合的染料皂洗不充分，也会使湿处理牢度下降；另外，与纤维已形成共价键的活性染料还可能在酸性或碱性条件下的分解断键，以及耐氯色牢度、耐汗渍牢度、耐日晒牢度不足等问题。问了改进织物色牢度，可以进行固色处理，这些可以提高各类染色牢度的助剂称为固色剂。
固色剂对染色的影响：
一般来讲，好的固色剂应具有以下性能：具有较强的固色能力，能使织物的有关色牢度明显提高；染料适应性广，染料结构对固色效果的影响较小；与纤维的亲和力强，在固色率中吸尽率高；织物经固色剂固色后，不会引起色光变化；在有关提高色牢度（如耐洗色牢度）的同时，不应降低其他色牢度（如日晒牢度）；不影响织物的手感，不引起织物强力下降。
本实验所采用的化学试剂如表2-1所示
表2-1 实验中所采用的无机试剂
实验主要设备和仪器
染杯、烧杯、量筒、移液管、温度计、恒温水浴锅、电炉、烘箱、电子天平、吸耳球等
2.2 染色工艺配方和方法，工艺曲线
2.2.1 工艺配方如2-2所示
表2-2 工艺配方
2.2.2实验方法
实验数据变化如下表
注：@X表示以X为单位递增
2.2.3工艺曲线
5510min
10min
工艺曲线
第三章实验的实施
3.1 实验前准备
整理好漂白过的白坯棉布，准备好待用的染料和助剂。
3.2 实验步骤
1.称量棉布重量
2.计算各药品的用量和液体体积
3.称取染料，放入烧杯中，先加少量的水调匀，然后加适量的水至所需体积，配制染液
4.染液升温至染色温度，织物放入烧杯中，染10分钟，加入食盐，染20分钟，升温至固色温度，加碱剂，染30分钟，冷水洗后，洗涤剂洗，（2-3g/L,95℃,5~10min）,水洗，晾干。
3.3 注意事项
染色时，织物应经常翻动，一般每隔2-3分钟一次。加盐时或加碱时，将织物取出，搅拌均匀后，再将织物放入继续搅拌。
3.4 影响摩擦色牢度的主要因素：
1．染料的结构与性能
(1) 染料的结构
活性染料分子含有磺酸基等离子基团，是一类水溶性染料。未固着的染料水溶性越高，洗涤时越易于洗除，但如果织物上的染料未充分洗净，或者在一定条件下已键合的染料发生断键，纤维上存在的未固着染料就多。水溶性染料易掉色，并沾染到摩擦织物上，使湿摩擦牢度变得很低。
(2) 染料的性能
a. 染料的直接性与扩散性与摩擦牢度有较密切的关系。
直接性高的活性染料虽然上染率和固色率较高，但却会影响染色产品的摩擦牢度。因为直接性高，染料扩散性差，较难扩散进入纤维内部，造成表面浮色多，而且直接性高的染料，其水解染料不易洗除，容易沾染到摩擦物体上。扩散性好的染料容易进入纤维内部，有利于改善摩擦牢度，同时它们的洗涤性也较好，容易从纤维内部扩散出来。
b.染料的深染性或提升性对摩擦牢度也有很大的影响。
染料的固色率随染色深度或染料浓度的增加而降低。染料的提升性好，然深色时固色率高，未固着的染料量少，易于洗净，因此摩擦牢度好；反之，提升性差的染料然深色时，位固着染料量多，使摩擦牢度降低。
c. 染料的配伍性和混合比例对摩擦牢度也有影响。
配伍性好的染料拼色时未固着的染料量少，各染料洗除的比例也接近；反之，配伍性差的染料，染色织物的颜色不稳定，当某只染料固色率特别低时，未固着染料量多，使摩擦牢度降低。
d. 染料的反应性和成键稳定性等对摩擦牢度也有一定影响。
2. 染色方法和工艺
影响摩擦牢度最重要的因素是纤维表面染料浮色的数量。染料充分扩散进入纤维内部并固着，摩擦牢度就好；反之就差。选择合理的染色方式和工艺可使染料在纤维内充分固着。
染色方法不同，染料的固着和分布状态也不同，因此，染色方法和工艺对摩擦牢度有很大的影响。
浸染法透染性最好，因为浸染时，染料溶解充分，纤维充分溶胀，染色时间长，染料扩散充分，保温时间也长，染料移染、透染充分，染后水洗浴比大，时间也长，浮色少。
染色时染料浓度与摩擦牢度、皂洗牢度的关系密切。染料浓度高，固色率低，水解染料和未固着染料数量多，而且染料在纤维中的固着分布状态也随染料浓度的增加而变得复杂，不仅存在单分子层吸附键合的染料，还有多分子层或聚集状态的染料，特别是在纤维表面层，所以摩擦和皂洗牢度随染料浓度的增加而降低。当染料浓度超过某一水平后，牢度会急剧降低。
活性染料上染和固色后的洗涤也是染色加工中的一道重要工具。洗涤不仅要充分去除未固着的染料（水解染料和未反应的染料），还要去除残留的电解质、碱剂、助剂等。纤维表面的这些物质易于洗除，而纤维内部，特别是纤维孔道中的染料，在洗涤过程中还要经过解析和扩散才能到达纤维表面，需要一定时间，为此要制定合理的洗涤工艺。应先在冷水或温水中快速冲洗和交换，去除表面浮色和各种化学品，然后再升高温度，加快纤维内未固着染料的解吸和扩散，最后降温并加强水洗。
本实验主要研究染色时间，浴比，及固色剂浓度对活性染料的影响。
3.5原配方染色：
原配方数据
实验结果：
3.6 固色剂浓度对染色的影响：
固色剂是一般作用：
（1）在织物上生成不溶性色淀，封闭可溶性基团，使织物上的染料遇水不易溶解脱落，达到提高湿处理牢度的目的。但这些固色剂固色后，易使织物的色光发生变化或引起日晒牢度下降。
（2）在织物上生成网状薄膜，以阻止染料脱落。
（3）利用固色剂分子中的反应性基团，与染料分子上可反应的基团以及纤维素分子上的羟基交联，达到提高染料在纤维上的固着效果。
（4）利用固色剂与纤维的分子引力，增加固色剂的固着强度，从而提高染色牢度。
因此固色剂浓度的大小对染色牢度影响程度较大。实验相关数据如下：
实验相关数据如下
实验结果：
结论：
在其他影响因素不变的条件下，在原有配方的基础上递减固色剂浓度，发现固色剂浓度在8g/L时，可以得到与原有固色剂浓度相同的色泽，且干湿摩擦牢度等相同的。如果固色剂低于8g/L，则容易出现染色不均，上色率低等现象。因此在其他条件不变的情况下，最佳固色剂浓度为8g/L。
3.7 染色时间对染色的影响：
时间是纤维染色的必要条件，染色是一个复杂的过程。将纺织纤维放入染液中，染料舍溶液而转移到纤维上，最终使纤维染上颜色，这一上染过程称为染色。染色过程一般包括吸附、扩散、固着三个阶段。这三个阶段都与时间有着紧密的联系，在染色过程中不能截然分开。相互之间既有区别又有联第，又是彼此制约的，这就需要一定的时间来完成染过程。那么什么样的时间最合适呢？时间太短只能完成整个染色过程的前期阶段，即只是使染料吸附于纤维表面，它的牢度相当差，形成大量浮色，那么什么样的染色时间是既能使得布面颜色好又能节省能源。实验如下：
实验相关数据如下
实验结果：
结论：
在只改变染色时间的条件下，虽然在整个染色流程中节省了时间，但在染料的利用率上，浪费比较严重，染料的利用率较低，布面的上色率下降，同时对环境造成很大污染，与本课题的主题相悖。经对比分析，染色时间在20分钟的时候可以得到与标准配方染出的布达到同等效果。低于此时间在时间上有所降低，但染色不匀率上升，布面色花、掉色严重，干湿摩擦色牢度下降，不利率染料上色和节省能源。
3.8 浴比对染色的影响：
在其他条件相同时，染色浴比越小，上染率越高，固色率也越高，但染色浴比过小会影响染色的匀染性。实验数据如下：
相关数据如下：
实验结果：
结论：
浴比在很大程度上影响着染料的利用率，及染色的均匀性。通过对上述数据分析，浴比从1:50下降到1:35时，染出的布样与标准基本无差距。但浴比小于1:35时，由于浴比小，染液中的染料浓度较大，染布初始上染速率较高，但匀染性较差，布面容易出现色花、色块等疵点。当浴比为1:30和1:25时，布样的干湿摩擦色牢度有所下降且布面颜色过深。浴比为1:20时，干湿摩擦色牢度虽无下降，但布面颜色较深，与标准差距过大。因此，在保证其他因素不变的情况下，浴比不小于1:35时可以染出与标准相似的布样。浴比太小，即使能达到色牢度较好的效果但布面颜色较深，与标准差距较大。
结束语
本设计对染色时间、碱剂浓度、浴比等影响因素进行分析、比较,通过改变碱剂的用量、不同染色时间以及不同浴比等因素,研究出提高活性嫩黄K-6G浸染色棉织物吸尽率的最佳工艺条件。
延长染色时间，上染率就越高，并且染料分布也较之更加均匀，使染料能够充分扩散、渗透，通过比较我们发现摩擦色牢度在染色时间为20 分钟的是摩擦色牢度比较好，匀染性也较好，所以染色时间采用不低于20分钟较为合理；
在其他影响因素不变的条件下，在原有配方的基础上递减固色剂浓度，发现固色剂浓度在8g/L时，可以得到与原有固色剂浓度相同的色泽，且干湿摩擦牢度等相同的。如果固色剂低于8g/L，则容易出现染色不均，上色率低等现象。因此在其他条件不变的情况下，最佳固色剂浓度为8g/L；
一般情况下，染液浴比大对染料的匀染性较好，但是这样会使得染料的浪费和废液的增加，有悖于我的节能减排的主题。在原有配方的基础上适当降低染液的浴比不但有利于节省染料还可以减少废液的排出，有利于保护环境。但浴比过小会引起染料初始上染速度过快，会在纤维表面形成色块，从而阻止了染料的向内渗透，造成染色不均，布面色块较多，布面颜色较深。从实验数据和小样的对比分析，发现浴比在1:35时染色开始出现变化，布面颜色开始加深，干湿摩擦色牢度下降，因此实验发现浴比不得低于为1:35。
在织物色摩擦检验实验中，得出以下结论：
染色时间、固色剂浓度以及浴比都对织物色摩擦构成影响。染色时间越长，色摩擦牢度越好。在一般情况下，固色浓度越大，色牢度越好。浴比越大，布样色泽越好，摩擦色牢度等级越高，但太大会使得染色颜色较浅。
在实验中，我们也发现不少问题。由于染色过程中温度较高，染液不断蒸发减少，相当于浴比在染色过程中不断减少。皂洗时发现掉色较严重，说明染色过程固色不充分；经过色摩擦实验后，织物有一定褪色现象，说明很多染料没和织物结合，只是粘附在纤维上。升温过程中温度不易控制，固色时温度有浮动的迹象等。