活性染料在水中具有极良好的溶解状态,活性染料主要依靠染料分子上的磺酸基团,溶解于水中,对于含乙烯砜基的中温型活性染料而言,除磺酸基团外,其β-乙基砜基硫酸根也是极良好的溶解基团

在水溶液中,磺酸基乙基砜基硫酸基上的钠离子发生水化反应,使染料形成负离子而溶解于水中,活性染料的染色是依靠染料的负离子上染到纤维上的。

活性染料的溶解度均超过100克/升,大多数染料的溶解度在200~400克/升,个别染料甚至可达到450克/升。但是在染色过程中,染料的溶解度会由于各种原因而下降(甚至完全不溶解),当染料溶解度下降以后,部分染料将会从单只的游离态负离子转变为粒子,由于粒子之间电荷斥力大大降低,粒子与粒子会互相吸引产生凝聚,这种凝聚先是染料粒子集合成凝聚体,然后转变为集聚体,最后转变为絮聚体,絮聚体尽管是一种松弛的集合,但由于在其周围有正电荷和负电荷形成的双电层,一般染液循环时的切变力很难将其分解,絮聚体易在织物上沉淀,形成表面染色或玷污。

一旦染料产生这样的凝聚,染色牢度都会明显下降，同时会造成不同程度的色花、色斑、色渍。

某些染料,其絮聚体在染液的切变力下会进一步加快集合造成脱水盐析。一旦发生盐析,染色的颜色会变得极浅,甚至染不上色,即使染上色,也会有严重的色花、色渍

染料产生凝聚的原因

主要原因还是电解质引起的,在染色过程中,主要的电解质是促染剂(元明粉和盐),促染剂中含有钠离子,而染料分子中的钠离子当量数远低于促染剂的钠离子当量数,在正常染色过程中,正常的促染剂浓度对染浴中的染料溶解度不会造成太大影响。

但是当促染剂用量增加时,其溶液中钠离子的浓度也相应增加,过量的钠离子会抑制染料分子溶解基团上钠离子的电离,从而降低了染料的溶解度,当促染剂浓度超过200克/升后,大多数染料均会发生不同程度的凝聚,当促染剂浓度超过250克升后,这种凝聚程度将会加剧,先形成凝聚体,然后在染液切变力下很快形成集聚体及絮聚体,对于溶解度低的一些染料则会有部分盐析出来,甚至脱水,不同分子结构的染料的抗凝聚及耐盐析性能也不同,溶解度越低,抗凝聚及耐盐析性能越差。

染料的溶解度主要取决于染料分子中含磺酸集团的数目及含β-乙基砜基硫酸盐的数目,同时,染料分子的亲水性越大,溶解度越高,亲水性越小,溶解度越低(例如偶氮结构的染料亲水性高于杂环结构的染料)。除此之外,染料分子结构越大,溶解度越低,分子结构越小,溶解度越高。

活性染料的溶解度

大致可以分四类

A类,含双乙基砜基硫酸盐(即乙烯砜)及三反应基(一氯均三嗪+双乙烯砜)的染料溶解度最高,如元 青B、藏青GG、藏青RGB、金黄RNL以及由元青B混合制成的所有活性黑,三反应基的染料如ED型、汽巴s型等。这类染料的溶解度大多在400克升左右。

B类,含异双反应基的(—氯均三嗪+乙烯砜)染料,如黄3RS、红3BS,红6B,红GWF,RR型三原色,RGB三原色等,他们的溶解度在200~300克/升左右,其中,间位酯的溶解度要高于对位酯的溶解度。

C类:同样是异双反应基的藏青:BF、藏青3GF、深蓝2GFN,红RBN、红F2B等,由于磺酸基较少或分子量较大,其溶解度也较低,仅100~200克/升。

D类:含单乙烯砜基的及杂环结构的染料,溶解度最低,如艳蓝KN-R、翠蓝G、嫩黄4GL、紫5R、蓝BRF、艳橙F2R、艳大红F2G等。这类染料溶解度仅为100克/升左右,这类染料对电解质特别敏感,一旦出现凝聚,甚至不需要通过絮聚体过程直接就盐析。

在正常染色过程中,促染剂最高用量为80克升,只有深色才需要如此高浓度的促染剂。当染色浴中的染料浓度为10克/升以下时,极大多数活性染料在该浓度下仍有良好的溶解度,不会发生凝聚。但问题在料缸里,按正常染色工艺,先加入染料,待染料在染浴中充分稀释至均匀以后,再加入促染剂,促染剂基本上都是在料缸里完成溶解过程的。

按以下工艺操作:

假设:染色浓度为5%,浴比1:10,布重350Kg(双管液流),水位3.5T,元明粉60克/升,元明粉总量为 200Kg(50Kg/包,共4包,料缸容量一般为450公升左右)。在操作溶解元明粉时往往采用染缸的回流液,回流液中含有之前加入的染料,在料缸中一般先放入300L回流液,然后倒入两包元明粉(100公斤)。

问题就在这里,大多数染料在此浓度的元明粉下均会发生不同程度的凝聚。其中C类将会出现严重凝聚,而D类染料不仅会出现凝聚,甚至会出现盐析。尽管一般操作工都会按照程序将料缸中的元明粉溶液通过主循环泵慢慢补入到染缸中。但这300立升元明粉溶液中的染料已经形成了絮聚体,甚至盐析。

当料缸中的溶液全部补进染缸以后,严重的可以看到在缸壁、缸底上留有一层如油腻状的染料粒子如果将这些染料粒子刮下来再放入清水中,一般很难再溶解。事实上,进入染缸的300立升溶液都是这样的。

记住还有两包元明粉同样会按此方法溶解并补进染缸。凡出现这种情况,必定产生色花、色斑、色渍即使不出现明显的絮聚体或盐析,色牢度也会由于表面染色而严重下降。对于溶解度较高的A类及B类,同样也会出现染料凝聚。这类染料尽管尚未形成絮聚体,但至少部分染料已经形成集聚体。

这些集聚体在纤维中很难渗透。因为棉纤维的无定形区只允许单离子染料渗透扩散。任何凝聚体均无法进入纤维的无定形区。只能吸附在纤维表面。色牢度也会明显下降,严重的同样会产生色花、色渍。

活性染料的溶液度与碱剂有关

当加入碱剂以后,活性染料的β-乙基砜基硫酸盐将会发生消除反应形成其真正的乙烯砜,乙烯砜是溶解基因。由于消除反应所需的碱剂极少(往往只占工艺用量的1/10以下),加入碱剂量越多,发生消除反应的染料越多。一旦发生消除反应,染料的溶解度也会下降

同样,碱剂也属于强电解质,含有钠离子。因此过量的碱剂浓度同样会使已形成乙烯砜的染料发生凝聚,甚至盐析,同样的问题发生在料缸里,在溶解碱剂时(以纯碱为例),如果采用回流液。这时的回流液已含有正常工艺浓度的促染剂及染料。尽管可能部分染料已经被纤维吸尽,但至少还有40%以上的剩余染料在染液中。假设在操作时倒入一包纯碱,料缸中纯碱的浓度超过80克/升,即使此时回流液中的促染剂为80克/升,但料缸中的染料同样会发生凝聚,C类及D类染料甚至会发生盐析,特别是D类染料,即使纯碱浓度降为20克/升也会发生局部盐析。其中艳蓝KN.R、翠蓝G、蓝BRF最为敏感。

染料发生凝聚,甚至盐析并不代表染料已全部水解。如果是由促染剂引起的凝聚或盐析,只要能重新使其溶解,它仍然可以染色。但要使其重新溶解必须加入足够量的助染剂(如尿素20克/升以上),并在充分搅拌的情况下升温到90℃以上。显然在实际工艺操作上是很困难的。

为了防止染料在料缸中发生凝聚或盐析,对溶解度较低的C类和D类染料,以及A类及B类染料做深浓色时,必须采用移染法工艺。

工艺操作及分析

1、促染剂用染缸回流水,在料缸中加热允分溶解(60~80℃)。由于刚流水中尚无染料,促染剂对织 物无亲和力。已溶解的促染剂可以用最快速度补入染色缸

2、盐水液循环5分钟以后,促染剂基本上已能充分均匀,然后加入已事先溶解的染料液,染料液需用回流液稀释,由于回流液中的促染剂浓度最高也只是80克升,染料是不会发生凝聚的。同时由于染料不会受(相对低浓度)促染剂的影响出现染花问题。此时的染液补入染 色缸也不必受时间的控制,一般10~15分钟补完。

3、碱剂尽可能用清水化,特别是对C类及D类的染料。因为这类染料在有促染剂的情况下对碱剂相当敏感,碱剂的溶解度比较高(纯碱在60℃C时溶解度为450克/升)。溶解碱剂所需的清水不必太多,但加入碱液的速度需按工艺要求,一般以递增法加入为好。

4、A类中的双乙烯砜型染料由于在60℃时对碱剂特别敏感,反应速率较高。为防止瞬间固色出现色花段差,可以在低温时预加1/4的碱剂。

在用移染法工艺时,需控制加料速率的只是碱剂,移染法工艺不仅适用升温法,同样适用于恒温法。而恒温法可以提高染料的溶解度及加速染料的扩散和渗透,纤维无定形区在60℃时的膨胀率比30℃时的膨胀率高一倍左右。因此恒温法工艺更适合诸如筒子纱、绞纱。经轴包括卷染这类对渗透扩散要求高的适用染料浓度相对较高的小浴比的染色方法。

注意,目前市场供应的元明粉有时带有较高的碱性,其PH值可达到9~10,这是非常危险的。如果以纯净的元明粉和纯净的盐做比较,盐对染料的凝聚影响高于元明粉,这是因为在同样重量下,食盐中的钠离子当量高于元明粉中的钠离子当量。

染料的凝聚与水质有关,一般钙、镁离子在150ppm以下,对染料的凝聚不会造成太大影响,但水中的重金属离子,如三价铁离子及铝离子,包括一些藻类微生物会加速染料凝聚,如三价铁离子在水中浓度超过20ρpm就可明显降低染料的抗凝聚能力,而藻类的影响更严重。

附染料抗凝聚及耐盐析能力测试

测定一:称取0.5克染料,25克元明粉或盐,溶解于25℃C左右的100毫升净水中,5分钟左右,用滴料管吸取该溶液在滤纸上同一位置连续滴2滴。

测定二：称取0.5克染料,8克元明粉或盐及8克纯碱,溶解于25℃左右的100毫升净水中,5分钟左右,用滴料管吸取该溶液在滤纸上同一位置连续滴2滴。

用上述方法可简单判断该染料的抗凝聚、耐盐析能力,基本上可判断应采用何种染色工艺。