代用碱在活性染料染色中的应用.docx

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代用碱在活性染料染色中的应用

毕业论文

题目：

代用碱在活性染料染色中的探讨

学院：

化学化工学院

专业：

轻化工程班级：

轻化1291学号：

*************

学生姓名：

邓强

导师姓名：

周文常

完成日期：

2015年3月10日—2015年6月10日

诚信声明

本人声明：

1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；

2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；

3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。

作者签名：

日期：

年月日

毕业设计（论文）任务书

题目：

代用碱在活性染料染色中的探讨

姓名冯力子学院化学化工学院专业轻化工程班级1101学号201106020123

指导老师周文常职称讲师教研室主任潘璞

一、基本任务及要求：

1、基本任务：

要求在完成本论文的过程中，了解代用碱在活性染料染色的研究进展及研究目的、意义等；并通过单因素的探讨得出代用碱在活性染料染色中最好的染色工艺；选用不同的染料探讨代用碱对其最佳工艺及各因素的影响；通过实验数据处理、归纳，了解影响实验结果的主要因素。

2、任务要求：

a、完成2000字以上的文献综述一篇；11000—13000字毕业论文一篇；并作好毕业论文开题报告和实验记录。

b、毕业论文资料含以下几个部分：

毕业论文工作手册、开题报告（含开题报告、文献综述合订）、毕业论文（毕业论文及任务书合订、科学论文实验记录本、电子文档）。

具体格式与规范，详见教务处相关资料。

二、进度安排及完成时间（共16周）

1.第1—2周查阅资料、撰写文献综述、开题报告；

2.第3周检查、修改并提交文献综述、开题报告；

3第4周实验准备；

4.第5—12周实验、测试；

5.第13—14周实验数据整理、补充实验、撰写毕业论文初稿；

6．第15周修改并提交毕业论文、工作手册，原始记录；

7.第16周毕业论文答辩

目录

摘要I

Abstract.II

1前言1

1.1代用碱的概述2

1.2活性染料2

1.3代用碱的要求3

1.4代用碱在活性染料染色中国内外研究现状及发展前景4

1.5本文研究的目的和主要内容4

2实验部分5

2.1实验药品及仪器5

2.1.1实验用品5

2.1.2实验药品5

2.1.3实验仪器及设备5

2.2代用碱在活性染料浸染中的影响因素5

2.2.1碱剂用量的影响5

2.2.2NaCl用量的影响6

2.2.3染色时间的影响6

2.3代用碱在活性染料轧染中的影响因素（一浴法轧染）6

2.3.1代用碱用量的影响7

2.3.2盐用量的影响7

2.3.3烘焙时间的影响7

2.3.4烘焙温度的影响7

2.3.5对比试验8

2.4测试方法8

2.4.1K/S值8

2.4.2皂洗牢度8

2.4.3染色牢度8

3结果与讨论9

3.1代用碱在活性染料中浸染9

3.1.1碱剂用量对织物各项指标的影响9

3.1.2NaCl用量和织物表观色深皂洗牢度摩擦牢度的比较10

3.1.3染色时间对织物相对表观色深皂洗牢度摩擦牢度的影响11

3.2代用碱在活性染料中轧染11

3.2.1代用碱用量对织物表观色深和色牢度的影响11

3.2.2盐用量对织物表观色深皂洗牢度摩擦牢度的影响12

3.2.3烘焙时间对织物表观色深的影响13

3.2.4烘焙温度对织物表观色深的影响14

3.2.5代用碱与纯碱固色织物摩擦牢度比较14

4结论16

参考文献17

致谢18

代用碱在活性染料染色中的探讨

摘要：

本论文选用代用碱MCH-353代替纯碱作为固色剂，并对其应用性能进行了研究。

利用单因素实验方法研究了代用碱在活性染料浸染和轧染中因不同实验条件会产生的结果，测试了样品的K/S值，摩擦牢度和皂洗牢度，最终确定了代用碱染色的最佳配方。

研究结果表明：

浸染染色最佳工艺：

活性艳红3BSW：

代用碱用量3.0g/L，食盐用量3.0g/L，染色时间40min，染色温度95℃；活性黄3RSN：

代用碱用量2.0g/L，食盐用量3.0g/L，染色时间30min，染色温度95℃；活性翠兰B-BGFN：

代用碱用量2.0g/L，食盐用量3.0g/L，染色温度95℃，染色时间30min。

轧染染色最佳工艺：

活性艳红3BSW：

代用碱用量1.5g/L，食盐用量5g/L，焙烘时间5min；活性黄3RSN：

代用碱用量1.5g/L，食盐用量3g/L，焙烘时间3min；活性翠兰B-BGFN：

代用碱用量2.5g/L，食盐用量4g/L，焙烘时间4min。

三种染料的焙烘温度选择150℃比较合适。

关键词：

活性染料；染色；代用碱

Thesubstitutionalkaliinreactivedyeing

Abstract:

ThisthesischoosesthesubstitutionalkaliMCH-353insteadofsodaashasafixingagent,anditsapplicationperformancewasstudied.Thesubstitutionalkaliwasstudiedbysinglefactorexperimentmethodinreactivedyedyeingandpaddyeingresultsbecauseofthedifferentexperimentalconditions,testingtheK/Svalueofthesample,rubbingandsoapingfastness,finallyidentifiedthebestprescriptionofthesubstitutionalkalidyeing.Theresearchresultsshowthatthedyeingdyeingprocess:

thebestactivebrilliantred3BSW:

substitutealkalidosageis3.0g/L,saltdosageis3.0g/L,40mindyeingtimeanddyeingtemperature95℃;Activity3RSNwong:

thesubstitutionalkalidosageis2.0g/L,saltdosageis3.0g/L,dyeingtime30min,dyeingtemperature95℃;ActivecuiLANB-BGFN:

substitutionalkalidosageis2.0g/L,thesaltdosageis3.0g/L,dyeingtemperature95℃,dyeingtimefor30min.Paddyeingdyeingprocess:

thebestactivebrilliantred3BSW:

substitutionalkalidosageis1.5g/L,thedosageofsalt5g/L,bakingtime5min;Activity3RSNwong:

thesubstitutionalkalidosageis1.5g/L,saltdosageof3g/L,bakingtime3min.ActivecuiLANB-BGFN:

substitutionalkalidosageis2.5g/L,thedosageofsalt4g/L,thecuringtime4min.Threekindsofdyes,curingtemperature150℃moreappropriatechoice.

Keyword:

Reactivedyes;Dyeing;Lliquidalkali

1前言

活性染料自1956年问世以来，其发展一直处于领先地位。

目前世界上纤维素纤维用活性染料的年产量占全部染料年产量的20%左右，活性染料具有使用方便、色谱齐全、色泽鲜艳、牢度优良和匀染、透染性好等优点[1]。

近十五年来，随着染色技术和纤维制品的发展，对活性染料不断提出新要求，活性染料的研究开发又有了快速发展，特别是在品种和应用性能方面有了很大变化，它已是纤维素纤维染色和印花最重要的染料。

作为世界第一印染大国的中国，活性染料染色的纺织品总量也是最高的。

活性染料染色过程包括上染和碱固色两个阶段，上染时为了克服电能垒需足够量正电荷离子促染，固色时需有足够缓冲能力的碱剂使染料与纤维之间形成共价键结合。

传统的活性染料固色方法是染料上染纤维以后，加入大量碱，使染料在碱性条件下与纤维素纤维上的羟基发生共价结合。

纯碱是强碱弱酸盐，其水溶液碱性较温和，在比较广的浓度范围内pH值波动不大，所以较适合用作活性染料染色的固色碱剂。

纯碱在水溶液中能形成一种可逆反应。

Na2CO3+H2O⇌NaOH+NaHCO3⇌Na2CO3+H2O+CO2

纯碱溶于水后生成烧碱和碳酸氢钠，碳酸氢钠在湿和热的条件下容易分解生成二氧化碳气体、水和纯碱，故在一定浓度范围内其水溶液pH值变化不大，这比较符合活性染料的固着条件，从而使染料与纤维的反应过程平稳和持续进行。

而烧碱碱性强,虽然有很好的固色作用，但由于反应快、染料水解率高、染色重演性差和易色花而很少被单独使用。

纯碱能提供染色所需的Na+且有良好的缓冲能力，被大量用于活性染料固色。

纯碱固色效果好，但存在以下缺点[2]：

（1）纯碱用量大，浸染法最大用量达到25-40g/L（轧染法35-45g/L），完成固色任务后，纯碱均进入废水，造成废水污染程度大增，且增加了废水处理负荷和费用。

（2）用纯碱作碱剂，化料不彻底容易造成碱斑。

（3）在染浴中加盐时容易形成“石碱”硬块或是晶体粒子，轻者造成织物擦伤重者堵塞管道，甚至导致循环泵损坏。

（4）纯碱在染色完后残留在织物上极难洗涤，需花费大量水去洗净，用水量大清洗不净会使后续上固色剂、柔软剂等过程造成病疵。

（5）纯碱的使用成本较高。

为适应目前发展越来越快的印染行业对活性染料固色用碱的新要求，本论文设想通过研究新型特种代用固色碱剂用于活性染料染色时固色处理，克服使用固体纯碱的各种缺点，改善染色质量，并使染色成本有所降低，同时显著降低废水的污染程度和废水量。

1.1代用碱的概述

代用碱是一种混合碱，由多种碱剂和缓冲剂组成的缓冲体系。

一般有固体和液体两种。

代用碱取代纯碱固色有以下优点[3-6]：

体系稳定；溶解性好，易溶于冷水，不易堵塞管道；缩短固色时间，简化固色工艺；残留碱易于洗涤去除，可减少洗涤用水；可有效控制拼色活性染料的同步上染，染色物各项染色牢度与纯碱染色物相当甚至是超过。

根据活性染料纯碱固色机理[6，7]，作为活性染料的固色碱剂必须具备以下三个条件：

（1）能使活性染料与纤维素纤维发生亲核取代或消除反应；

（2）使染液的pH值处于活性染料染色最佳pH值范围内；

（3）缓冲能力、稳定性优良。

因此，代碱剂也应由三部分组成：

供碱部分、缓冲调节部分和添加剂组分[8,9]。

1.2活性染料

活性染料是其离子或分子中含有一个或一个以上的反应性基团（俗称活性基团），

在适当的条件下，能与纤维素纤维上的羟基、蛋白质纤维及聚酰胺纤维上的氨基等发生键合反应，在染料和纤维之间生成共价键结合的一类染料[10]。

1956年英国ICI公司的Rattee和Stephen发明了能与棉纤维共价结合的二氯均三嗪活性染料[11]。

活性染料因其具有使用方便、色谱齐全、色泽鲜艳、牢度优良、匀染、透染等优点，已发展成为棉、再生纤维素纤维及其混纺织物用染料中最重要的染料类别，是世界重点发展和关注的一类染料[12]。

活性染料的结构可用下面的通式来表示：

W—D—B—Re

其中：

D—发色体或母体染料；

B—活性基与发色体的联接基；

Re—活性基；

W—水溶性基团。

活性染料分子与一般水溶性染料不同的地方是有一个（或两个）可和纤维反应形成共价结合的活性基。

绝大部分染料的活性基是通过联接基和染料母体芳环相连的。

在母体染料中一般具有1-3个磺酸基作为水溶性基团，有些活性基本身有具有磺酸基或硫酸酯基作为水溶性基团。

活性染料上染也存在着吸附、扩散和固着的过程。

染料靠纤维内外的浓度差扩散。

染料的扩散是在固态相介质中进行的，比在溶液中扩散慢，是决定上染速率的主要阶段。

当纤维和溶液间的染料浓度达到平衡时，就达到了染透的效果。

活性染料在纤维中的状态：

（1）纤维中染料分子分布在无定形区；

（2）有的呈单分子状态吸附在纤维的分子链上；

（3）少量的染料分子也可能在纤维的分子链上发生多分子层吸附；

（4）有的则分布在纤维内孔道的溶液中。

活性染料上染特点如下：

（1）活性染料分子质量相对一般较小，水溶性较高；

（2）亲合力低、扩散性高、匀染性好、上染率低、趋向上染平衡时间短。

1.3代用碱的要求

纯碱作为活性染料染色中使用的固色碱剂，不仅要具有足够的碱性，而且又有很

好的缓冲性能，所以现在是最为常用。

但是纯碱在实际应用中有诸多缺点，例如，用量大，增加了污水的负担，化料不方便，易产生粉尘、易堵塞管道等，因此市场上需要一种与纯碱有着相似性能又能克服其诸多缺点的液体代用碱剂[13]。

鉴于纯碱在活性染料染色中作为固色碱剂有如此好的性能，有人曾经想把纯碱溶解成纯碱水溶液，制成液体碱。

但纯碱最大的溶解度只有25%，如果用之制成液体碱的话，在使用中会添加大量的液体到染浴中，导致浴比发生改变，加入的大量的水同时也稀释了染料浓度，从而造成染色深度变化，尤其对浴比依赖性大的染料更敏感。

因此，纯碱的低溶解度限制了制备高浓度液体碱剂的可能性。

作为合适的液体碱，要求加入体积尽可能小的碱剂[14]。

所以对液体混合碱有如下要求：

（1）能提供的合适碱度，达到活性染料染色所需的pH值；

（2）具有与纯碱缓冲曲线相近的性质，使反应充分，迅速；

（3）不含磷这样非环境友好型的元素；

（4）所配的碱液用量尽可能少，能减小对染浴的影响；

（5）对染料的适用性广；

（6）能有助于染料解聚，提高染料水溶性；

（7）降低染色加工的成本。

1.4代用碱在活性染料染色中国内外研究现状及发展前景

近年来，国内外科研人员做了大量的关于代用碱的研究工作，都取得了很大的成绩。

广州金瑞鹰生物化学有限公司研制的新型碱剂E。

江苏丰彩生物科技有限公司研制了代用碱FC-208。

上海市纺织科学研究院研制开发了活性染料多功能液体固色碱DA。

固色碱DA是一种高浓度复合碱，外观为透明的浅黄色液体，其渗透性、扩散性好，溶解性能极佳，可直接溶于冷水；固色时用量少；并能有效抑制染料在高温碱性条件下的水解。

用于连续轧染时，前后色差小，匀染和透染性好，各项染色指标都可达到甚至优于纯碱，可有效提高染色织物的耐摩擦色牢度。

李颖君、张庆、冯继红等人对液体碱DA的应用进行了研究，主要研究了活性染料轧染纯棉时液体碱DA的应用性能。

总之，国内不同的生产厂家出现了很多品牌的液体碱，但其质量参差不齐，在选用时要格外注意。

Christie研究了一种代用碱剂可以用于棉和棉混纺织物或者类似织物的活性染料固色。

这种碱剂主要是碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐的水基溶液。

通过优选，选出了氢氧化钾，硅酸钠，硼酸盐的含水混合物。

所得溶液能提供足够高的pH值来实现染料与纤维的反应，并且能充分缓冲，使反应速率固定在一个水平，均匀的完成[15]。

Moore和Samuel得到了一个代用碱的解决办法，主要是由液体中CO2与碱金属氢氧化物溶液反应得到的碱金属氢氧化物和碳酸，所得的过饱和溶液中有足够高的总碱度，可以实现染料与纤维之间的反应。

该组合物是氢氧化钾，碳酸钾，柠檬酸钾和聚丙烯酸钾的混合物。

柠檬酸盐和聚丙烯酸酯在染色过程中可以作为分散剂，并在溶液中作为结晶抑制剂，代替以往的硅酸盐或磷酸盐。

该发明的碳酸酯化合物的使用能防止无法治疗的有毒废水排放到天然水中。

碳酸盐缓冲体系的代用碱不含磷酸盐和硅酸盐，而且它的作用效果和碳酸钠一样，因此有很重要的价值[16，17]。

直到今天，我国研究人员和国内研究人员对液体混合碱仍处于不断地调整开发阶段，以期获得应用效果更好，环境友好的液体代用碱。

1.5本文研究的目的和主要内容

本文研究的目的是研究出代用碱在活性染料染色中的最优配方，使其能够代替纯碱进行固色。

并对比代用碱和纯碱固色效果即其摩擦牢度和K/S值。

为适应发展越来越快的印染行业对活性染料固色用碱的新要求，本论文设想通过研究新型特种代用固色碱剂用于活性染料染色时固色处理，克服使用固体纯碱的各种缺点，改善染色质量，并使染色成本有所降低，同时显著降低废水的污染程度和废水量。

2实验部分

2.1实验药品及仪器

2.1.1实验用品

纯棉漂白丝光织物。

2.1.2实验药品

表1主要实验药品

药品名称

生产或提供厂家

代用碱

无锡宜澄

碳酸钠

安徽安特生物化学有限公司

活性染料

杭州吉昊化工有限公司

盐酸

安徽安特生物化学有限公司

2.1.3实验仪器及设备

表2主要仪器及设备

仪器名称

生产厂家

均匀压车

佛山市南海区宏信机械设备有限公司

预制式染色摩擦牢度仪

宁波纺织仪器厂

恒温水浴锅

上海瑞普赛斯仪器股份有限公司

XY系列精密电子天平

常州市幸运电子设备有限公司

测色配色仪I7

上海精天电子仪器有限公司

紫外-可见分光光度计

上海美谱达仪器有限公司

2.2代用碱在活性染料浸染中的影响因素

2.2.1碱剂用量的影响

染色处方：

染料浓度3%

盐用量4g/L

代用碱Xg/L

染色温度95℃

浴比1:

50

染色工艺曲线：

代用碱30min

入染食盐

90℃

15min15min1-2℃/min降温

55℃水洗、皂煮、水洗、烘干

使用活性染料艳兰B-BGFN、红3BSW、黄3RSN进行染色，代用碱的用量分别1g/L、1.5g/L、2g/L、2.5g/L、3.0g/L，食盐用量为4g/L，固色时问为45min。

进行活性染料染色，测试染色织物的表观色深值,摩擦牢度，皂洗牢度。

2.2.2NaCl用量的影响

以代用碱1g/L、NaCl2.5g/L、染料用量1%的条件染色后织物的K/S值为标准值100%，代用碱的用量分别为1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L，食盐的用量分别为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L，染色时间为60min。

分别测试织物表观色深，摩擦牢度和皂洗牢度。

2.2.3染色时间的影响

以染料用量2%、代用碱用量2g/L、温度55℃、固色40min处理织物的表观深度作为100%进行比较，固色时间分别为10min，20min,30min,40min,50min,60min。

分别测试织物表观色深，摩擦牢度和皂洗牢度。

2.3代用碱在活性染料轧染中的影响因素（一浴法轧染）

工艺流程：

浸轧染液→烘干→焙烘→水洗→皂煮→水洗→烘干

染色处方：

染液：

染料用量4g/L

盐用量2-6g/L

代用碱1-3g/L；

渗透剂1g/L

皂煮液：

净洗剂3-5g/L

工艺条件：

浸轧方式两浸两轧

浸轧温度室温

轧余率75％

焙烘时间2-6min

焙烘温度130~170℃

皂煮温度95℃

皂煮时间5min

2.3.1代用碱用量的影响

为了进一步优化代用碱剂使用量，对该参数进行优化。

选取活性翠兰B-BGFN、活性艳红3BSW、活性黄3RSN三种染料进行轧染实验，染料用量4.0g/L，食盐4.0g/L，焙烘温度150℃，焙烘时间4min，代用碱用量1.0g/L,1.5g/L,2.0g/L,2.5g/L,3.0g/L以研究不同染料在不加烧碱的条件下，用不同代用碱剂用量情况下织物的表观色深，摩擦牢度和皂洗牢度。

2.3.2盐用量的影响

为了进一步优化电解质使用量，对该参数进行优化，以研究不同染料在不同食盐

用量情况下织物的表观色深，摩擦牢度和皂洗牢度。

选取活性翠兰、活性艳红、活性黄三种染料进行轧染实验，染料用量4g/L，代用碱2g/L，焙烘温度150℃，焙烘时间4min，食盐用量2.0g/L，2.5g/L，3.0g/L，3.5g/L，4.0g/L。

2.3.3烘焙时间的影响

为了研究焙烘时间对织物K/S值，摩擦、皂洗牢度的影响，选取活性艳红、活性翠兰、活性黄三种染料进行实验，染料用量4g/L，代用碱用量2g/L，食盐4g/L，焙烘温度150℃，烘焙时间2min,3min,4min,5min,6min。

2.3.4烘焙温度的影响

选取活性艳红、活性翠兰、活性黄三种染料进行实验，染料用量4g/L，代用碱用量2g/L，食盐4g/L，焙烘时间4min，烘焙温度130℃，140℃，150℃，160℃，170℃。

研究织物的表观色深、摩擦牢度和皂洗牢度。

2.3.5对比试验

按优化后的代用碱轧染工艺与常规碱剂轧染工艺进行染色，比较代碱剂和纯碱染色的织物K/S值，摩擦牢度，皂洗牢度。

代用碱优化工艺：

活性艳红3BSW：

代用碱用量1.5g/L，食盐用量5.0g/L，焙烘时间5min活性黄3RSN：

代用碱用量1.5g/L，食盐用量3.0g/L，焙烘时间3min；活性翠兰B-BGFN：

代用碱用量2.5g/L，食盐用量4.0g/L，焙烘时间4min。

焙烘温度选择150℃。

纯碱工艺：

染料2%（owf），食盐4g/L，纯碱10g/L，焙烘时间4min，温度150℃。

2.4测试方法

2.4.1K/S值

将待测织物折叠4层，使用计算机测色配色仪。

2.4.2皂洗牢度

皂洗牢度参照GB/T3921.1-1997《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。

2.4.3染色牢度

耐摩擦色牢度参照GB/T3920–2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

3结果与讨论

3.1代用碱在活性染料中浸染

3.1.1碱剂用量对织物各项指标的影响

表3碱剂用量对活性翠兰B-BFGN各项指标的影响

代用碱用量（g/L）11.52.02.53.0

摩擦牢度4-54-54-54-54-5

皂洗牢度44444

K/S值6.3126.7877.2856.9326.876

表4碱剂用量对活性艳红3BSW各项指标的影响

代用碱用量（g/L）11.52.02.53.0

摩擦牢