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活性染料濕法冷轉移印花淺解

2018-03-22上海紡織工業職工大學 陳榮圻

摘要近年環保法規不斷出臺,環保問題使印染行業如履薄冰。一個國內外節水、節能、節約資源的新技術出臺,渴望在他們廠內實行。本文對20世紀80年代由外轉內的活性染料濕法冷轉移印花工藝的內涵、基本理論、概略工藝作一簡單介紹,與各印染企業分享這一嶄新技術。

關鍵詞:活性染料? 纖維素纖維? 濕法? 轉移印花

0 引言

??? 印染行業一直頗受人們詬病的是污染大、資源消耗大、廢水排放量大、嚴重損害生態環保。廢水排放量30多億t/a,地球上的水資源是不可替代的自然資源,污水已經成為重大的環境問題。國家強制標準GB 4287-2012相對以前的標準,除規定污染物項目增多、限值量降低,更為嚴厲的是規定了單位產品基準排水量,現有企業中棉、、化纖及混紡機織物為175 m3/t標準品,新建企業更壓縮到140 m3/t標準品。印染行業所用化學品種、數量之多是所有行業之冠,所以印染污水的成分復雜,有機物成分高、色度高、污染物的濃度“三高,廢水處理困難。為此,尋求清潔生產、少水生產、開發節約能源、節約資源、節約水“綠色印染新技術、新工藝、新設備、新產“四新成為印染行業為之努力的目標。活性染料在棉織物上,酸性染料在毛織物和絲綢織物上的濕法冷轉移印花工藝已經嶄露頭角,國內已經有不少印染企業正在嘗試這項新工藝、新技術,該技術已在天然纖維上取得了明顯的效果。本文就濕法冷轉移印花作一個基本介紹,詳細資料因礙于保護知識產權,請讀者予以理解。

??? 我國于20世紀70年代開始,使用小分子結構的分散染料熱轉移印花在滌綸上已普遍應用。而當時纖維素纖維需經疏水性高分子化合物改性后,以上述工藝進行熱轉移印花,但失去了纖維素纖維固有的吸濕性和透氣性良好風格和特性。

活性染料在棉織物上進行濕法冷轉移印花工藝,具有少用水、低熱能、化學品消耗少、極少廢、完全符合節水、節能、節約染料及其他化學品的清潔生產要求,并且適合中高速、大批量生產。

1 濕法冷轉移印花的開發

??? 活性染料在棉纖維上施用濕法冷轉移印花,最早是1984年丹麥Dansk印花公司開發出“Cotton20 Art” 的 Dansk印花工藝,德國Kustor為其專門設計生產濕法冷轉移印花機,設計車速為20 m/min,遠超于數碼噴墨印花的車速。可以對天然纖維素纖維(各種棉纖維)和再生纖維(包括黏膠纖維在內的各種再生纖維)進行濕法冷轉移印花。相隔若干年后,上海長勝紡織制品有限公司開發Cooltrans冷轉移印花機,并在常州旭榮印染廠進行中試;常州涵源新印染廠獨立開發了濕法冷轉移印花機及相應的工藝技術,并在承印介質使用BOPP膜或PET薄膜。這是因為承印紙也是纖維素纖維,對活性染料具有一定的親和性,使印花染料轉移不凈。而塑料薄膜對染料沒有親和力,轉移膜上的料只是粘附,通過轉移印花后98%以上的染料都會轉移到織物表面上,使得印花織物的圖案清晰、準確、杜絕色差,塑料薄膜洗凈后可以回收再用。

2 濕法冷轉移印花的方法

??? 所謂的濕轉移印花,就是使織物在含濕狀態下進行印花的方法。活性染料印花必須在一定的含濕狀態下,使纖維得到充分膨化、溶解的染料得以擴散、滲透而進入纖維空隙與纖維結合。所以活性染料的轉移印花,采用濕轉移完全符合染料的上染原理。那么棉纖維中含濕率多少最好呢?

??? 通??椢锝埡髱б郝剩ㄜ堄嗦剩?span lang="EN-US">60%-70%,織物上含有較多的水分,織物上的水分隨它的分布或與纖維結合不同而多為平衡水分和自由水分。含濕織物總有一部分水分不能除去,這部分分就是平衡水分。這部分在干燥過程中是不能除去的,干燥過程所能除去的水分,只是織物內超出平衡水的那部分,稱為自由水分。織物中所含水分,可依其除去的難易,分為結合水分與非結合水分。

??? 非結合水在纖維表面或織物組織結構的空隙中,屬于纖維外部的水,它們與纖維不發生作用,結合力弱,在織物上易于流動。第二種狀態是能排除的結合水,它們分布織物中纖維間的網絡中,它們和纖維分子不直接發生作用,較易除去。

??? 平衡水是指不能去除的結合水,它們是指進入纖維內部或在纖維表面與纖維分子結合的水,們不能動,但又分成兩種狀態。一種是處于纖維無定形區的孔道網絡中的水分,不能自由流動,是纖維內部水的主要組成,這種狀態的水雖然沒有與纖維素纖維直接發生作用,但與纖維外部水分有顯的差別,因此水分在孔道網絡中很難流動。另一種狀態是處于孔道壁附近,通過氫鍵或偶極力與纖維素纖維產生結合,不僅不易流動,其性能也與普通水不同。

??? 自由水分與前一種狀態的結合水容易除去,后一種狀態的結合水不易除去,兩者結合部分的水分稱為織物的臨界含水率,通常由實驗測定。試驗證明棉纖維為30%、粘膠纖維為38%、聚酯纖維1%。

??? 棉纖維中含有30%水分時,纖維的膨化程度最大,此時的纖維內孔道網絡浸透了水分,纖維的構尺寸因而達最大值,纖維內部結構的可接近性也是最大,以便染液最大限度地進入纖維內部。棉纖維含水率低于30%時,纖維孔道網絡中含水不足,染料溶解和纖維溶脹均不充分;含水量超過30%時,自由水分增多,也不利于染料上染,反而增加活性染料水解的可能性,還會引起印花圖案的滲化和模糊,影響印花質量。

??? 織物上的含水量達到臨界含水率是濕法冷轉移印花最為關鍵之處。各種纖維的臨界含水率是不同的,即使同為纖維素纖維的再生纖維,包括普通粘膠纖維Lyoeal Richcel(即PolynosicModel的臨界含水率同為38%,聚酯纖維只有1%。在20世紀80年代,在珠江三角州地區,分散染料在滌綸纖維上進行熱轉移印花遍地開花。因為當地相對濕度很高,滌綸臨界含水率1%,不用洗水、噴水己能達他們利用Stork技術,選用200300目粉狀熱溶膠,加入到普通的黏合劑中制成印花漿。熱熔膠也可用熱塑性彈性高分子化合物(如PU、PA等)加入分散染料制成印花漿,然后進行熱壓時熱熔膠融成液體并發黏,便可與滌綸纖維牢牢地黏結在一起,同時熱壓時的壓強而使印花漿滲上到織物上,從而達到轉移印花的目的。

3 濕法冷轉移印花的關鍵

??? 活性染料濕法冷轉移印花沒有那么簡單,首先要控制織物達到臨界含水率,不論是使用軋車,將多余的水分(一般為60%70%),通過烘干使織物上水分蒸發一部分,保留30%的水分在織物上面。另一方面是直接通過單面給水或噴霧形成給水,并且調節到織物上水份是織物質量的30%,含水量大小也會隨著織物重量的變化而變化,對于濕法冷轉移印花,織物帶水量30%的正確性是個關鍵。

??? 辦法是設備上采用微波濕度傳感系統,而且是在線的,能在不接觸被測織物測出正確的含水率,利用微波通過水在織物內介電常數變化測知織物內含水量的變化,從而調節給濕量,保持織物上的含水量從一開始就控制在30%,以利濕法冷轉移印花的質量。

??? 這項技術首先是德國瑪諾公司的HMF型和普勒皇公司的AF310微波濕度傳感系統,現在西安程大學電子信息學院也已研究成功微波在線測定織物上含水率,誤差受織物結構、厚度、紗支密度影響,需根據不同織物進行微調。

4 濕法冷轉移印花的工序

??? 工序的第二步是織物水分達標后進入濕轉移步驟,織物和轉移膜同時通過一組軋輥來完成轉移,此時的織物不論通過何種方式給水,織物pH需保持在10l1.5,以保證下一步固色工序。此時需調節好織物邊道和轉移膜邊道對齊,織物和轉移膜都必須平整無折皺。轉移印花后的織物和轉移膜分開,轉移膜卷裝再水洗后可回用。

??? 工序的第三步是濕冷轉移印花后的織物即進入焙烘階段,也就是固色階段活性染料得以牢固地與織物相結合,這個階段比較短,基本上控制在80℃以上,30-60 s就能達到固色要求。

??? 工序的第四步是后整理,首先把殘余的堿劑和形成共價鍵后,離子基和堿結合的鹽需沖洗干凈,完成水洗過程,以后的后整理需要添加何種后整理劑和按門幅和縮水等成品要求與常規印花相同。

5 活性染料在濕法冷轉移印花中的應用

??? 接下來要討論的是用何種活性染料、何種糊料、添加什么其他化學品,最重要的是制作轉移印花薄膜。

??? 首先是活性染料應選用高固色率、高提升率和高牢度的,一般是一氯均三嗪和乙烯砜雙活性基的活性染料,如Sumifix Supra系列,即國產ME型的活性染料,它們的固色率為75%82%;若選用固色率更高的Novacron C型和FN型和深色的S型,都是含氟活性染料,那么將遇到一些麻煩的生態環保問題。通常一氯均三嗪的離基為氯原子在堿性介質中固色生成氯化鈉,LD503760 mg/kg,低毒,水溶性34.79% (25),后處理容易沖洗干凈,有利于染料溶解度的提高。而一氟均三嗪的離基為氟原子,在堿性介質中固色對生成氟化鈉,情況不大一樣了,國為氟化鈉為中等毒,LD50180 mg/kg,水溶性僅4.3% (25),比重達2.79。后處理水沖洗的難度很高,而且國家強制性GB 4287-2012AOX納入監控化學品,德英等歐洲國家早于20世紀80年代,根據相關法進行在廢水中限量,而原來的IS0 11480:1997用的銀量法,檢測不出氟離子,而如今GB 4287-2012規定用離子色譜法即可測出氟離子,因此將含氟活性染料定性為AOX物質。還有可用的是Remazol RR型是低溫型,更適合濕法冷轉移印花,國產安諾其也研發低溫型的,可惜沒有形成系列,也未知其分子結構,不能隨便推薦。

??? 印花漿中一般都要加入尿素,但尿素的作用是吸濕劑。在濕法冷轉移印花中尿素也不會與染料成低融共溶物而作為固色介質,相反,尿素會與活性染料反應而降低固色率。所以,在活性染料的冷轉移印花中不需要以尿素作為吸濕劑,這樣印花工藝就簡單多了,廢水處理也相應降低壓力,因為GB 4287-2012規定要測總氮。

??? 糊料(漿料)在制作印漿料時必備的,活性染料印花漿常用海藻酸鈉,它是由?-? 1 ,4-D-甘露糖剩(M)?-? 1 ,4-L-古羅糖?;?span lang="EN-US">(G)組成的線型高聚物。分子中含有羧基,是一種親水性的有機分子電解質,它在溶液中pH5.811.0時性質最穩定。另外就是各種合成糊料。

6 轉移印花薄膜的制備

??? 采用凹版印刷的用墨量大,圖文具有凸感,且層次豐富,線條的粗細及油墨的濃淡層次在刻版時可以任意控制,使用印刷的花紋鮮艷逼真。

??? 凹版印花的工藝流程是:印前準備上版調整正式印刷印后處理。

??? 凹版印花對圖像進行處理分色分套,然后制成凹版。通過對凹版的深淺程度來控制印花時的得色量多少,所以在制作凹版時,必須根據花形的深淺層次進行凹版深淺雕刻的設計,以達到印制到轉移薄膜上的染料的正確性。在凹版印花中,這里的油墨是經過處理的專用于活性染料油墨,使之凹版上的花紋能順利的印在薄膜上成為轉移膜,凹版印花適合大批量生產。染料中不合堿劑,可以很長時間的保證印花薄膜的有效性。

??? 活性染料濕轉移印花油墨本身具有水溶性,不同于過去所用的油溶性油墨。轉移薄膜都是塑料薄膜,與活性染料沒有親和力,轉移膜上的染料只是黏附,通過轉移印花后,98%以上的染料都轉移到織物上面,使得轉移印花織物的圖案色澤準確,杜絕色差。

??? 濕法冷轉移印花工藝生產的產品,因為采用凹版印刷的方法制作轉移膜,其花形效果幾乎達到仿真照片的程度,色彩豐富,層次清晰,圖案精細美觀。濕轉移印花的正品率高于普通印花機印花,如果排除轉移印花中的疵品,轉移薄膜給轉移印花織物帶來的疵品率幾乎為零。大批量生產的成本可以降低到普通圓網或平網印花的成本,即使小批量訂單,也不會帶來成本大幅度增加。

??? 整個轉移印花過程中用水少、低熱能、極少廢水需處理,完全符合節水、節能、節約資源的環保印花和清潔生產的要求。PET薄膜用過后,只需簡單處理可多次使用,降低印花成本并減少“白色污染”和資源浪費。

7 羊毛、絲綢織物的轉移印花

??? 在印花加工需求的羊毛織物除了羊毛衫、粗紡呢絨外,大部分的輕薄織物(如凡立丁、嗶嘰、女式薄織物)除了可用數碼噴墨印花外,只需調整羊毛的臨界含水率和pH,其他工藝程序和棉織物相同。只是用于羊毛的酸性染料油墨,目前生產廠商還不多、質量也差。主要是國外一些大公司生產的酸性染料油墨才能達到得色深度、色光、色牢度的要求,絲綢織物同樣可用轉移印花工藝生產印花織物。

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