由圖1可知,在浸染和軋染工藝中,TNTA作為促染/固色劑,其染色效果與氯化鈉/碳酸鈉體系相近,說明TNTA在染液中能夠有效電離出鈉離子,屏蔽棉織物表面的負(fù)電荷,起到促染作用。同時,由于該鈉鹽為堿性物質(zhì)(pH值10.8~11.3),能夠為分散染料與纖維素羥基的共價結(jié)合反應(yīng)提供必需的氫氧根負(fù)離子,促進(jìn)固色反應(yīng)進(jìn)行。此外,從圖中還發(fā)現(xiàn),在浸染工藝中,氯化鈉/碳酸鈉體系的K/S值略高于TNTA體系,而軋染織物的情況正好相反。在浸染工藝中,由于氯化鈉和碳酸鈉系分批加入,染料在吸附上染過程中水解較少,與纖維結(jié)合的染料相對較多;而TNTA為堿性物質(zhì),在促進(jìn)染料吸附的同時,也加速了染料的水解反應(yīng)。但是,TNTA溶液有一定的緩沖作用,染色過程中pH值的變化不顯著,有利于固色反應(yīng)的進(jìn)行。因此,在浸染工藝中,TNTA體系染色織物的K/S值僅略低于氯化鈉/碳酸鈉體系。在軋染工藝中,由于織物帶液量較少,而且?guī)б簳r間較短,染料水解較少,弱電解質(zhì)溶液的緩沖作用更為明顯,TNTA體系染色織物的K/S值更高。
2.2次氮基三乙酸三鈉質(zhì)量濃度對K/S值的影響
改變次氮基三乙酸三鈉質(zhì)量濃度,按1.2節(jié)浸染和軋染新工藝對棉織物進(jìn)行染色,結(jié)果見圖2。
由圖2可見,在兩種工藝中,隨著TNTA質(zhì)量濃度增加,純棉染色織物的K/S值均大幅上升。這主要是因為TNTA既是促染劑又是固色劑,增加其用量,染液中的Na+用量增加,pH值升高,有利于活性染料在棉纖維上的吸附和固著。但是,當(dāng)該鹽用量超過一定數(shù)值后,K/S值的上升變緩,說明過多的Na+和過高的pH值對染料的吸附和固著幫助不大。由于染料水解加速,K/S值甚至反而會有小幅下降,這一現(xiàn)象與常用的無機(jī)鹽促染/固色體系的情況相似。此外,軋染織物K/S值曲線上升轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的TNTA用量略低于浸染織物。這主要是因為該鹽為堿性物質(zhì),浸染工藝染料水解反應(yīng)較軋染工藝更為明顯,說明該鹽更適用于軋染工藝,這與2.1節(jié)分析結(jié)果相一致。本研究選定TNTA在浸染和軋染工藝中的質(zhì)量濃度分別為110 g/L和100 g/L。
2.3次氮基三乙酸三鈉溶液的電離性能和緩沖能力
采用1.3.2節(jié)方法對氯化鈉和次氮基三乙酸三鈉溶液的電導(dǎo)率進(jìn)行測試,結(jié)果見圖3。
圖3表明,隨著溫度和pH值的提高,兩溶液的電導(dǎo)率均有較大提高,而且同等條件下無機(jī)電解質(zhì)的電導(dǎo)率均高于次氮基三乙酸三鈉,這也證明了該有機(jī)鹽的電離能力要弱于氯化鈉。試驗發(fā)現(xiàn),氯化鈉溶液的電導(dǎo)率對溫度敏感,而次氮基三乙酸三鈉溶液的電導(dǎo)率對pH值敏感。這說明次氮基三乙酸三鈉在pH值較高時的電離能力較好,有利于促進(jìn)活性染料上染,以及染色后電解質(zhì)的有效洗除。
采用浸染工藝,在染色初始階段同時加入促染劑和固色劑,跟蹤次氮基三乙酸三鈉和氯化鈉/碳酸鈉體系染液pH值隨染色時間的變化情況,結(jié)果見圖4。
圖4中,隨著染色時間的延長,每種染液的pH值均逐漸降低,說明染色過程中纖維素上的羥基與活性染料分子發(fā)生的親核取代反應(yīng)需要消耗大量的堿。同時,TNTA(110 g/L)的曲線下降趨勢較其它各條曲線平緩,染液pH值變化不顯著。對于氯化鈉/碳酸鈉促染/固色體系,由于使用的均為無機(jī)電解質(zhì),它們在溶液中完全電離,溶液中的OH-濃度基本與碳酸鈉的濃度成正比,當(dāng)OH-被消耗時,得不到必要補(bǔ)充,pH值也隨之下降。但是,TNTA為有機(jī)弱電解質(zhì),溶液中OH-是由COO-與H2O不完全反應(yīng)的產(chǎn)物,隨著OH-減少,COO-與H2O之間的反應(yīng)會向著生成OH-的方向移動,溶液中的OH-得到部分補(bǔ)償,因而染液pH值變化不明顯。但是,當(dāng)溶液中的COO-低于某一濃度時,這一作用就不再顯著,染液pH值會明顯降低,這就是TNTA(55 g/L)曲線下降幅度較大的根本原因。
2.4染色織物性能測試
采用1.2節(jié)染色工藝對棉織物進(jìn)行染色后,測定染色織物的勻染性(Sr值)、色牢度和強(qiáng)力,結(jié)果見表1~表3。
注:N表示NaCl/Na2CO3促染/固色體系;T表示次氮基三乙酸三鈉促染/固色體系(下表同)。
表1中,以次氮基三乙酸三鈉為促染/固色劑的兩種染色織物,其Sr值均小于氯化鈉/碳酸鈉促染/固色體系的染色織物。這是因為TNTA染液pH值相對穩(wěn)定,有利于染料均勻固著。此外,該有機(jī)鹽是小分子物質(zhì),其溶液黏度較低,滲透擴(kuò)散性較好,因而勻染性較好[3]。
表2數(shù)據(jù)表明,兩種染色工藝織物的色牢度相當(dāng)。由此可見,TNTA在充分水洗,特別是經(jīng)堿性皂煮后,可以從織物表面徹底去除,能夠有效克服聚電解質(zhì)染色后殘留織物表面所引起的濕摩擦牢度降低的不足[4]。
由表3可知,染色織物的經(jīng)緯向強(qiáng)力較染色前均有一定程度下降,這是因為棉織物活性染料染色是在堿性高溫條件下進(jìn)行的,纖維素大分子鏈在染色過程中發(fā)生氧化,聚合度有所降低,再經(jīng)堿性皂煮強(qiáng)力就會有所下降。但是,經(jīng)緯向的強(qiáng)力損失率均在20%以內(nèi),并不影響織物的服用性能。此外,以次氮基三乙酸三鈉為促染/固色體系的染色織物強(qiáng)力損失率與氯化鈉/碳酸鈉體系接近,這與聚羧酸鹽染色織物強(qiáng)力略低于無機(jī)鹽體系的情況不同,說明該有機(jī)鹽分子中的羧基在染色過程中與纖維素大分子上羥基的交聯(lián)反應(yīng)不顯著,因而強(qiáng)力損失較小。
3·結(jié)論
(1)采用次氮基三乙酸三鈉代替氯化鈉/碳酸鈉作為促染/固色劑用于純棉織物浸染和軋染工藝,所染織物的K/S值、色牢度和斷裂強(qiáng)力均能夠達(dá)到無機(jī)鹽染色效果,但前者更具較好的pH值緩沖性能,染色均勻性更好。在綜合考慮染色效果和生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上,確定浸染和軋染工藝中次氮基三乙酸三鈉用量分別為110 g/L和100 g/L。
(2)由于染色過程中所用促染/固色劑為無毒的水溶性有機(jī)電解質(zhì),生物降解性良好,可大大降低染色過程中無機(jī)鹽用量,對于防止土地鹽堿化和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)都具有十分重要的現(xiàn)實意義。
參考文獻(xiàn):
[1]管宇,桂明勝,冒亞紅,等.聚羧酸鈉鹽在純棉織物活性染料染色中的應(yīng)用[J].印染,2006,32(6):4-6.
[2]石振東.酒石酸鹽作活性染料促染劑的研究[J].紡織學(xué)報,2010,31(10):82-86.
[3]劉麗軍,姚金波.甜菜堿在活性染料對棉織物低鹽染色中的應(yīng)用[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,28(4):53-57.
[4]冒亞紅,管宇,鄭慶康.聚羧酸鹽在滌棉分散/活性同浴染色中的應(yīng)用[J].印染,2010,36(14):1-4.
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