还原剂环利粉替代保险粉的应用体验yd8203(07-1)

俞思琴 王利兴  浙江亚太特宽幅印染有限公司

原载：浙江印染信息与技术2006/11-12；25-29

 

1  前言

    随着国内外市场竞争的日益激烈以及人类对环保意识的不断加强，如何改善环境、清洁生产、减少三废排放；降低成本、节能低耗、提高产品质量与企业的竞争应变能力等等一系列问题，逐步展现在人们面前，成为当前业内人士时刻关注的主题。

    用新还原剂代替保险粉在还原染色工艺中的应用，对改善环保、清洁生产有较为积极的意义。本公司对环利粉作了约12个还原染料、小样的单色与拼色的系列试验及一个多月的大机生产汇报一下我们的使用情况与体会。

2、还原染色的基本原理

    还原染色是一个还原-氧化化学反应的过程。还原染料不溶于水，必须通过碱性强还原剂将不溶于水的还原染料还原成可溶性的隐色体染液(隐色酸纳盐)，才能进入纤维内部被纤维吸收，然后可溶的隐色体又被氧化成不溶性的还原染料而被牢牢地固着在纤维上。还原染色有隐色体，隐色酸或未经还原的不溶性染料的分散悬浮体染色等工艺，我厂主要是采用连续轧染悬浮体染色工艺生产。

    悬浮体轧染工艺：织物浸轧还原染料的悬浮液(染料的分散态)→烘干(不溶的染料颗粒轧烘在织物的纤维表面)→浸轧碱性强还原液(烧碱，保险粉)→还原汽蒸(还原成可溶的染料隐色体进入纤维的内部)→水洗中和→透风、氧化(氧化成不溶性的还原染料固着在纤维内)→皂煮(充分洗除未固着的浮色等水解染料并进一步发色)→水洗烘干。

3、关于保险粉与环利粉

    保险粉是还原染色中最常用的还原剂。它的化学性质非常活泼，由于它的这一特性，多年来保险粉虽然在还原染色中是一个非常好用的还原剂，但也存在一些不尽人意之处有待人们去改善与解决。保险粉暴露在空气中遇湿、遇酸极易迅速氧化分解、放热燃烧，甚至引起爆炸，在还原染色过程中，相当大部分的保险粉是由于空气氧化和自身分解而消耗浪费掉的，据测定在轧染过程中织物轧还原液进蒸箱时往往已有一半以上的保险粉被空气迅速氧化了，其氧化过程复杂，氧化产物主要是亚硫酸纳和硫酸纳等酸性产物，因此还要多加烧碱予以中和。加上保险粉制造成本高，价格较贵(世界上用于还原染色占很大比例)，它的化学不稳定性在生产过程中稍不注意，如放置时不封口，敞开暴露在空气中受潮分解等的浪费，也造成了生产过程的不稳定而影响着染色质量；尤其是在分解过程中有害气体的释放对环境的污染以及因保管不善对安全的隐患。近数十年来，人们试图用二氧化硫脲、硼氢酸钠作还原剂;前者在室温下较稳定，溶液呈弱酸性(pH5左右)碱性热溶液中起亚磺酸还原剂作用，可将还原染料还原。但它的碱性溶液不太稳定。对某些染料易过还原造成色泽不正;硼氢酸钠的性质也较稳定，在冰溶液中会渐渐放出氢气，也可作为还原剂，近年来国内外对此都有研试与开发。

    环利粉为白色粉末水溶液呈弱酸性，干态时化学性质稳定，加热至150℃才开始分解，不吸湿、无熔点，遇水不燃烧，与保险粉比较，属安全化学品。环利粉的还原电位高于保险粉，也即其还原性比保险粉强，随温度提高，它们的还原性将进一步提高，还原所需时间缩短。

    由于保险粉在60℃以上测得的电位可低达-1l00mV，比还原染料隐色体电位高得多(一般还原染料的电位约-600～-900mv)，因此在悬浮体轧染汽蒸时有足够的能力使还原染料成隐色体，同样理由环利粉还原电位高在理论上就更有能力做到这一点。

    表l-表7为保险粉和环利粉还原染色对比试验的结果。表中的L值和色差△E采用Datacolor SF6O-X测色仪测定(D65光源)。L值为颜色亮度(深浅度)，△E为保险粉与环利粉对比的亮度与彩度的总色差值。

表1  保险粉与环利粉染色样亮度L值对比

还原染料

还原剂

还原剂用量

1g/L

5g/L

2Og/L

50g/L

棕GG

保险粉

83.79

67.74

50.48

36.19

环利粉

82.89

68.72

49.93

37.77

黄G

保险粉

88.44

82.43

73.11

65.25

环利粉

88.85

82.84

73.19

63.27

黄GCN

保险粉

90

86.22

83.38

81.57

环利粉

90.23

88.51

85.38

82.48

棕BR

保险粉

81.84

65.07

44.04

34.87

环利粉

82.43

67.04

46.58

35.07

大红R

保险粉

78.32

63.73

51.23

41.64

环利粉

80.62

65.25

52.41

43.24

红F3B

保险粉

81.32

66.37

49.9

38.81

环利粉

81

66.43

49.65

41.17

橄榄T

保险粉

81.8

62.73

41.51

30.24

环利粉

81.92

65.49

43.95

31.97

橄榄绿B

保险粉

82.91

65.7

45.11

32.56

环利粉

83.89

66.56

46.28

34.68

绿FFB

保险粉

81.59

65.55

48.13

34.42

环利粉

83.13

67.4

51.29

36.19

黑RB

保险粉

78.96

58.37

41.33

28.49

环利粉

77.99

59.89

38.68

27.75

漂蓝BC

保险粉

80.54

62·41

39.56

32.05

环利粉

85.27

65·05

49.99

34.97

蓝RSN

保险粉

79.19

61.48

41.33

29.55

环利粉

83.67

64.58

43.76

31.73

表2   环利粉与保险粉还原单色小样色差△E对比

染料

还原剂用量g/L

1

5

20

50

还原黄G

1

0.88

1.83

1.72

嫩黄GNC

1.26

0.91

1.04

0.63

棕GG

0.63

0.8

0.12

0.43

大红R

2.39

0.78

0.79

0.47

红F3B

0.51

0.8

0.04

1.15

棕BR

0.73

1.17

0.28

1.06

橄榄T

0.24

0.99

0.85

0.64

橄榄绿B

0.41

0.37

0.43

0.61

绿FFB

1.06

0.6

1.44

0.43

黑RB

0.47

0.61

0.94

0.24

蓝BC

6.52

7.37

11.33

7.09

蓝RSN

7.07

6.92

7.72

6.69

表3   环利粉与保险粉还原拼色大机样色差对比

 

大机染地未固色布小样对比

大机样对比色差△E

米灰

棕

秋绿

橄绿

果绿

咖啡

米黄

灰

米

14(20)g/L，1.5min

0.37

0.33

0.89

0.49

0.94

0.36

0.2

0.68

0.56

14(20)g/L，2.0min

0.09

0.35

0.69

0.3

-

-

-

-

-

14(20)g/L，2.5min

0.35

0.4

0.36

0.9

-

-

-

-

-

20(14)g/L，1.5min

0.06

0.49

0.24

0.59

-

-

-

-

-

表4   不同汽蒸时间单色小样色差对比

蒸min

T1

T2

T3

T4

B1

B2

B3

B4

FFBl

FFB2

FFB3

FFB4

GG4

1.5

0.7

1.28

1.61

1.21

0.55

0.43

0.57

2.69

1.06

0.6

1.44

0.43

0.22

2.0

0.24

0.99

0.85

0.64

0.46

0.34

0.88

1.79

1.42

1.74

2.01

0.27

-

2.5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.47

注：T、B、FFB、GG是4种还原染料，其后的1、2、3、4是指4种染料浓度(1、5、20、50g/L).均以保险粉(HS)为参照标准样的对比值。

表5   环利粉在不同固色条件下的色差(单色)

固色条件

B3

B4

F3B3

GG4

T3

T4

l.5-2.5min

0.17

1.24

-

0.62

2.13

1.61

固色液20g/L

 

 

0.64

 

 

 

固色液40g/L

 

 

0.15

 

 

 

注: B3：染料20 g/L，B4：染料50 g/L，F3B3：染料20 g/L，GG4：染料50g/L，T3：染料g/L，T4染料50g/L。

表6  环利粉在不同固色条件下的L值(单色)

固色条件

F3B3

B3

B4

T3

T4

还原液2Og/L l.5min

49.98

 

 

 

 

还原液30g/L l.5min

50.98

45.25

 

44.04

31.04

还原液40g/L l.5min

49.73

 

32.49

 

 

还原液30g/L 2.5min

 

45.29

 

39.71

28.43

还原液40g/L 5min

 

 

34.57

 

 

注：F3B3染料20 g/L，B3:染料20 g/L，B4染料50 g/L，T3染料20 g/L，T4染料50 g/L。

表7  RSN蓝和BC漂蓝不同还原浓度之色差

还原剂

RSN3

BC3

保险粉

10 g/L

10.3

5.13

环利粉

5 g/L

11.05

18.81

8 g/L

1.11

10.64

10 g/L

2.57

7.11

16 g/L

2.41

6.69

注：RSN3:染料20g/L，BC3:染料20 g/L，RSN、BC均以保险粉(HS 3Og/L)为标准样对比值。

从实样以及测定的△E色差对比可见，除了蓝色系染料△E大大超过2，不宜使用环利粉做还原剂外，其它大部分染料两者的差值比较小。按往常经验来说，△E值在0.8-0.9左右对照灰色样卡大致是4-5级(不同的颜色的△E值数据与级差的关系与目测有一定差异)。表2每组染料有4个不同浓度的柱条，除蓝色反常以外，还原大红R lg/L，还原黄G 20g/L和50g/L的3个△E约为3、3-4级，差别较大。其它基本都在4级以上，有些在4-5 级、5级以上，其中橄榄绿B、棕GG、黑RB、橄榄T、红F3B、棕BR、嫩黄GCN、绿FFB都较小。从亮度L值(深浅度)来看，除蓝色系列二者差别大外，其它都较接近。由于保险粉与环利粉是两个不同的还原剂，环利粉的还原电位比保险粉高，其还原能力相应较强，它们的还原速率、温度与时间等还原规律各都不相同，因此只要看环利粉能否有效地还原，获得色泽稳定、鲜 艳的效果，又不会浪费染料即可。

由于还原染料化学结构、还原/氧化电极电位(约-600～-920mv)各不相同(靛类与蒽醌类)，导致它们的还原、氧化的难易程度，还原染料形成的隐色体的溶解度各不相同，它们在不同的还原条件下(温度、还原剂浓度)的还原 对比(小样)速率等也不相同，另外还原染料的晶态、颗粒大 小对悬浮体染色也有很大的影响。

RSN、BC、BO、Vb蓝(-860mV、-875mV、-900mV)等蓝色系列的染料之所以发生色浅、色泽萎暗等色光不正常现象主要是由于染料在还原过程中发生过度还原，脱卤、异构水解的原因，蓝蒽酮类染料还原电位低难还原，不象普通蒽醌核上的羰基一般情况都能被还原，当温度太高、时间过长，还原条件剧烈时，蓝蒽酮被过度还原成四纳盐大大降低其对纤维的上染性，有时还会发生脱氯或异构反应而造成色光反常。蓝蒽酮类染料隐色体溶解度低，当温度低了就容易结晶，同样在氧化过程中还会发生过氧化，保险粉和环利粉对这些染料都会产生此现象。因此，生产蓝色产品时可采用活性染料染色，必要时可用保险粉作还原剂，但要防止过度还原和过度氧化。

4、生产上使用环利粉替代保险粉应注意事项

经一个多月的大机生产应用，提出以下注意事项供参考:  

（1）新还原剂环利粉，除蓝色系还原染料(RSN、BC、BO、Vb蓝)外可替代保险粉，它具有工艺简单、成本较低、保管方便等优点，在节支低耗、清洁生产、环境保护方面有积极意义。

（2）环利粉比保险粉的还原电位高、还原能力强，不同于保险粉，在生产应用时用量与浓度基本相同，但有其各自的规律，不能简单地替代。从小样仿色开始到大机生产要统一用环利粉作还原剂，逐步摸索它的生产规律，一般来说中浅色的还原染色用环利粉较稳定。

   (3)大机化料时，当还原剂浓度较高时要注意环利粉的充分溶解，环利粉溶于水但相应比保险粉慢一点，化料时预置水位高一点，预先可加热水至50-60℃左右(关闭蒸汽加热管)，与保险粉一样必须在搅拌的状态下先倒入烧碱液，再慢慢将环利粉撒人碱液中，开机前应检查环利粉是否完全溶解。注意不要将环利粉预先放在小桶水里，这样容易结块不易溶解。

   (4)蓝色系还原染料(RSN，BC，BO，Vb蓝等)不适应用环利粉作还原染色。仿色小样时必须规避RSN、BC、BO、Vb蓝，拼色时可用RB黑、G棕、GG棕、橄榄绿B、橄榄T、红、黄等色来代替蓝。

   (5)不管用环利粉还是保险粉，作好还原染色必须要掌握还原染色的关键过程；还原染料的还原与溶解、隐色体的上染(浸染)或汽蒸固色(连续轧染)、隐色体的氧化固着、皂洗与后处理。掌握它们在生产过程中的规律是关键。

长期以来印染行业一直沿用保险粉作还原染料的还原剂，对不同的还原染料、设备采用不同的方法，已掌握了较系统的规律。各企业对染缸浸染的干缸、湿缸的染料还原与甲、乙、丙、特别法染色或悬浮体轧染的生产，都已有较清楚的了解与较成熟的工艺。作为一个不同于保险粉的新还原剂-环利粉的应用，即便是制造厂为了使印染企业便于对保险粉进行有效的替换应用，提供了使用的基本方法与用量，而且在制造厂所在的公司下的印染厂进行了两年的生产实践的考验与改进的情况下，印染企业在刚开始使用环利粉时，还需要做一些系统试验，掌握它的规律，尽快地把它用好。

（编者注：环利粉是混合还原剂）