活性染料连续轧染的色差控制

严立新 江苏申新染料化工股份有限公司

原载: 上海印染新技术交流研讨会论文集（2009年度）；127-131

稿件来源：sh9-127

【摘要】本文密切联系生产实践，从染料性能及其配伍、轧染设备能力及其工艺执行等方面分析了

活性染料连续轧染生产中色差产生的原因，并提出了应对控制措施。

【关键词】活性染料；连续轧染；色差控制

活性染料随着性能优异的新品不断开发，在棉及其混纺织物的轧染中占有越来越重要地位。活性染料是反应性染料，各染料的染色性能存在一定的差异，染料固色反应容易受工艺参数波动的影响，导致连续轧染生产中的色光难以控制，稍有不当就会产生前后色差或左中右色差。活性染料连续轧染生产中色差控制的话题有许多染整工作者谈过，但有些问题仍然值得我们深入探讨。

1 活性染料染色机理及连续轧染的色差分类

活性染料属反应性染料，不同类型活性染料具有不同的特性，同类型活性染料也因为母体结构的不同而存在着很大的性能差别。常用活性染料与棉纤维的染色机理为：

KN型（乙烯砜类）染料染色：

Cell-OH (棉纤维素) + D-SO2C2H4OSO3Na → D-SO2C2H4O-Cell

K型(一氯均三嗪类)染料染色：

Cell-OH + D-R-Cl→Cell-O-R-D + HCl

（D是染料母体, R是活性基团）

M型(异双活性基类)是一氯均三嗪和乙基砜复合的双活性基染料，染色时乙基砜基反应活泼性强，参与反应的机率较高，一氯均三嗪基也可能参与反应。目前市场上许多不同牌号的异双活性基类染料大都属于此类。

活性染料连续轧染生产中，影响染料染着于棉纤维的因素很多，色差问题主要表现在如下三个主要方面：

1.1 初染色差。即初开车与正常生产之间的色差。主要是因为染料具有直接性且不同染料直接性大小不同而造成。

1.2 继染色差。即正常轧染生产中的颜色深浅或色相波动问题。这种色差主要是由于轧染生产工艺参数的波动或者轧染操作状态的变化造成。

1.3 边中色差。即左中右色差（本文主要指不能通过轧车调节纠正的左中右色相的差异）。

1.4 染坯前处理及后整理色差。即染坯的退浆、煮练、漂白、丝光等效果不一致造成的色差；后整理高温处理或添加化学助剂引起的色变色差等。

2 合理选择活性染料配伍

活性染料染色相关的性能指标很多，在连续轧染过程中，主要考虑的性能指标有染料直接性、反应性、耐碱性、染料之间的相容性。通常情况下，我们希望染料的直接性适中为好(Rf值0.75～0.85)，直接性低有利于控制头尾色差，但容易因烘燥泳移现象严重而得色不饱满，直接性过高则不易控制头尾色差，因此，我们希望做浅色时选用直接性稍低的染料，做中深色时选用直接性中等或稍高的染料；希望染料的反应性快、耐碱性好一些，不会因工艺参数的波动而形成色光较大的波动；希望染料之间的相容性好一些，不论在中性水溶液中还是在碱性固色液中都不会相排斥或相吸附凝聚。在选择染料配伍方案时，满足客户的色光及牢度等质量要求的前提后，就是要使所选择染料的前述四个性能指标分别对应同步，这一点非常重要。下面分别予以讨论：

2.1 重视染料直接性的配伍同步

染料直接性表现为染液中的染料转移到棉纤维上的速度，染料直接性越高，从染液中转移到棉纤维上的速度越快，轧染初染率就越高。单个染料的直接性大小常用比移值(Rf值)来表示，不同的染料往往Rf值不一样，Rf值高则表示直接性低。一般采用滤纸染液色层法测量(染料浓度10g/l、室温状态下，用滤纸象测织物毛效一样测得5分钟时间内染液在中速滤纸上染料爬升高度与水爬升高度的比值。如图1所示)。这里需要特别提出的是：测得单个染料的比移值相同的染料不一定直接性也相同。这是因为商品染料中可能含有一定量的消泡剂、防尘剂、增溶剂等表面活性剂以及填充剂等无机盐电解质，这些添加剂及电解质会影响染料的Rf值，尤其是不同规格的染料往往所含添加剂百分比是不一样的，因此，测得单个染料的比移值只能供作参考。电解质的增加会使染料的Rf值下降，有些低力份染料因为元明粉相对较多而测出的Rf值小，并不一定表明其直接性高。所以，印染厂采用多只染料配伍拼色时，要判断它们的直接性是否一致，必须让所选配伍的染料处在同一个溶液体系之中检测。方法一：色层法。把所选用的几只染料按处方比例配成溶液，然后稀释到一定的浓度(浓度太高不易分辨颜色)，再用上述色层方法显示染料的爬升能力，如果所配染料爬升速度及高度一致，没有明显的色相分层，则说明几只染料的直接性相近；爬升高度不一致时，爬升最高的染料其直接性最低。方法二：滤纸滴圈法。把所配伍的几只染料按处方比例配成溶液，稀释到一定的浓度，滴1-2滴(约0.05ml)在中速滤纸上，观察染液在滤纸上的渗透扩散情况，扩散到外圈的染料直接性较低，如果整个渗圈颜色均匀没有分层现象，则说明所配染料的直接性很接近。

图1：色层法测染料直接性(h1为染料爬升高度，h2为水印爬升高度，Rf= h1/h2)

申新公司 S 型活性染料是以异双活性基结构为主的经过精加工提纯的一组中温型活性染料，直接性适中或较低(Rf值见下表)，适合于连续轧染。

表1：部分S 型活性染料在不同浓度下测得的Rf值

染料名称	0.5g/l	2g/l	5g/l	15g/l	30g/l	50g/l
红SBE	0.72	0.76	0.78	0.80	0.84	0.87
黄SDE	0.46	0.64	0.72	0.74	0.76	0.78
蓝STE	0.36	0.58	0.68	0.78	0.84	0.85
红SHE	0.94	0.95	0.96	0.97	0.98	0.99
橙SNE	0.84	0.90	0.92	0.94	0.96	0.98
蓝SNE	0.92	0.94	0.95	0.96	0.99	1.00
棕SCE	0.94	0.95	0.96	0.97	0.98	0.99

初染色差主要与染料直接性有关，由于染液中染料对棉纤维的直接性比水分子大，织物接触染液时染料快速吸附到棉纤维上，产生竟染现象，棉织物浸轧染液时带走的染料会比水多，因此会出现初染色深而后稍浅的现象，由于补充染液的浓度是恒定的，浸轧过程持续一定时间后轧槽染液浓度会达到动态平衡而使色光稳定。染厂一般采取轧槽加水或高位槽追加染料的方法来控制初染色差，如果所选配伍染料的直接性不一致，则高位槽追加染料的比例会也有不同。

当配伍的几只染料直接性不一致时，很有可能产生布面左中右色相的差异或正反面色相的差异。因为烘燥设备左中右的烘燥温度及热交换能力是有差异的，而且由于浸轧染液的织物始终在导布辊中间运行不断地带走热量，导致导布辊中间的温度稍低，而导布辊两边温度稍高，织物两边的受热偏高，水份蒸发速度偏快，织物中染料随水份蒸发向表面泳移的现象严重，这种泳移不同步的现象在左中右温差越大时越严重，以致织物两边与中间形成色相的差异。因此，选择染料配伍考虑直接性时，一是要选择直接性中等偏低(Rf值在0.8左右)的染料，二是要选择直接性相接近的染料。

当然，还要考虑颜色深浅，浅色选用直接性稍低的染料，深色可用直接性稍高的染料。染料直接性太低在烘干时容易产生泳移现象(如果是灯芯绒则易产生坑浅)，布面得色不饱满，甚至影响色牢度；染料直接性太高则初染颜色深，且容易受轧槽液位高低变化等因素的影响，不利于连续染色时的色光控制；所选染料直接性相差太大则不便于色光的控制，易于产生前后或左中右色相的差异。

2.2 重视染料反应性的配伍同步

活性染料不同品种的反应性可能相差很大，在选用染料配伍时，要尽可能选择反应性相近的染料相配，如果选配的染料反应性相差太大，则不利于色光控制。比如，黑KNB反应性快，翠蓝KNG反应性慢，当这两只染料相配伍时，若车速较快，黑KNB(5#黑)固色反应能基本完成，而翠蓝KNG(21#翠兰)固色不完全，此时色光偏黑；当车速过慢，汽蒸时间过长则会使部分已经固色的黑KNB水解而色浅，而翠兰固色充分完成，此时色光偏兰(如图2所示)。可见，尽管黑KNB与翠兰KNG的直接性很相近，但由于两者的反应性、耐碱性均不同步，仍然不适合配伍。当不可避免地使用反应性配伍不好的染料相拼色时，就必须严格控制工艺参数的稳定，将工艺参数的波动值控制在较小的范围内。

图2：黑KNB与翠兰KNG固色汽蒸时间与固色率示意图

2.3　重视染料耐碱性的配伍同步

不同染料品种的耐碱性往往有较大的差异。染料的耐碱性主要表现在三个方面：一是溶液中染料的耐碱性凝聚能力；而是溶液中未与纤维素发生固色反应的染料耐碱性水解能力；三是已经与纤维素发生固色键合反应的染料耐碱性水解能力。当然，我们希望染料的耐碱性越强越好。19#艳蓝就是因为不耐碱性凝聚而容易在固色液中形成色点；5#黑就是耐碱性水解能力较差的染料(车速过慢固色汽蒸时间过长会有部分已经固色的染料又水解脱色而变浅)。当所配伍的染料耐水解能力相差较大时,轧染工艺参数的波动极易形成前后色相的差异。当然。如果所选用配伍的染料耐碱性都不好时,工艺参数的波动只会导致前后颜色深浅的色差,不会导致前后颜色色相的差异。

判断某个染料的反应性、耐碱性，我们可以通过设计一定试验方案来测定。 如黑KNB、红SBE的测试结果如下：

表2：黑KNB 10g/l、红SBE10g/l时，不同碱性及汽蒸时间的得色K/S值（HunterLab测色）

固色碱剂(g/l)		食盐200 纯碱 20 烧碱 0	食盐200 纯碱 20 烧碱 5	食盐200 纯碱 20 烧碱 10
活性黑 KNB	K/S值	23.38	24.32	22.26
	相对强度	100	105.3	95.1
活性红 SBE	K/S值	19.33	19.43	18.39
	相对强度	100	101.2	97.5
有效汽蒸时间		30 秒	60 秒	120 秒
活性黑 KNB	K/S值	21.85	19.87	18.65
	相对强度	100	96.66	93.73
活性红 SBE	K/S值	18.65	19.07	17.98
	相对强度	100	102.56	98.8

从以上试验数据可以看出，固色液碱性过强或汽蒸时间过长都会导致染料水解增多而色浅，但不同染料的耐碱性不同，对汽蒸工艺的宽容性也不一样，如以上试验中黑KNB比红SBE受工艺参数变化的影响大。生产实际中轧染浅色时黑KNB、藏青等色光不易控制，车速慢反而得色浅，就是因为染料耐碱性差，固色时间过长染料水解增多的原因。

(以上试验数据是在黑KNB 10g/l、红SBE10g/l时测得，如果染料用量增加到40g/l或60g/l以上，其结果会不一样。染料用量大时，需要碱性适当增强，得色深度增加。)

表3：部分申新活性染料性能

染料名称	比移值	反应性	耐碱性
黄SDE	0.75	适中	适中
红SBE	0.76	适中	适中
蓝STE	0.74	适中	适中
嫩黄SGE	0.85	较慢	较好
翠兰SGE	0.97	慢	好
橙SNE	0.91	较快	适中
深红SNE	0.91	稍快	适中
蓝SNE	0.95	快	较差
黑SNE	0.95	较快	差
棕SCE	0.93	较快	微差
墨绿SCE	0.96	快	较差
灰SCE	0.98	较慢	好

从以上性能参数来看，虽然活性蓝SNE与活性灰SCE直接性很相近，但其反应性以及耐碱性相差甚远，仍然不适合同处方配伍；而活性翠兰SGE与活性灰SCE则有良好的配伍性。

2.4 重视配伍染料的相容性

不同活性染料在中性溶液中一般有较好的相容性，但在碱性介质中(固色液)则不一定相容，有可能会相排斥或相吸附，某个染料凝聚或某两个染料吸附凝聚，从而导致色浅或色点。这种相容性我们可以在化验室预先进行定性测试：将染液混入一定量的固色液搅匀，分别过5分钟、20分钟后在滤纸上做滴液渗圈试验，观察染料渗圈是否有颜色分层现象，若有某个染料析出或有染料颜色分层则说明所配伍的染料之间相容性不好。常用的翠兰SGE与嫩黄SGE相容性不够好，染料浓度较高时在固色液中有一定的相吸凝聚现象，使深色的提升力受到限制，甚至可能出现色渍等质量问题(由于此配伍组合得出的翠绿特别鲜艳而仍然得到较多的应用)；嫩黄SNE则与翠兰SGE有较好的相容性，做深绿色时具有优异的提升力，达到前者无法比拟的深度。

3　轧染工艺参数设计及其控制

轧染工艺参数设计主要有三个方面需要重视：一是轧染车速，二是烘燥温度，三是固色液化学品浓度。

3.1 车速、烘燥温度设计要与设备工艺能力相适应

设备工艺能力是指设备满足生产工艺需要的能力。有的工厂不够重视这方面的问题，对浸轧、烘干工序不重视，认为只要轧料均匀、能烘干就行。其实不然，连续轧染中烘干是非常重要的工序，缓慢均匀的烘干，有利于获得饱满的色泽和良好的色牢度，也有利于左中右色差控制；急烘容易造成表面色多、透染性差、得色不饱满、摩擦牢度下降等问题，而且特别容易因为急烘不匀导致左中右色差、前后色差。

一般来说，浸轧烘干设备组成为：均匀轧车→远红外辐射预烘→两组热风预烘→烘筒烘燥。正常情况下，两组MH662红外线辐射预烘应该蒸发15-20%的水份，两组MH631热风预烘要蒸发30-40%的水份，MH602烘筒烘燥部分蒸发30-40%的水份。如果某一部分烘干能力达不到要求，则另外两部分就要增加烘干负荷，容易产生急烘现象，不利于色差控制。当轧染车速或汽压发生变化时，各部分蒸发水份的比例就会发生变化，使织物内染料向表面泳移的状况发生变化（染料直接性不一致的原因），导致织物表面得色发生变化而产生前后色差。因此，各部分的烘干能力变化、轧染车速变化都会导致前后色差的产生；各部分的烘干能力的比例不当不利于前后色差的控制；烘干设备左中右供热不匀则会产生左中右深浅或色相不一致的差异。

薄织物轧液率较小，易于烘干，更容易产生急烘泳移现象，可适当降低烘燥温度，掌握低温缓烘的原则；厚重织物必须设计为低速工艺，高温快烘极易产生边中色差。

3.2　固色液化学品浓度设计要染料性能相适应

活性染料固色是释酸反应，因此，碱剂的使用有利于促进固色反应的进行，但活性染料耐碱性水解能力较差，故而又不能采用过强烈的碱性条件；为减少织物浸轧固色液时染料的溶落到固色液中和提高汽蒸固色时染料对纤维吸附速度，我们还需添加一定量的促染剂食盐或元明粉等。活性染料固色液的经验处方为：

食盐（或元明粉）200g/l、

纯碱 35-20g/l、

烧碱 0-8g/l。

促染剂食盐或元明粉的用量继续增加至250g/

l，染料固色率有一定的提高，但提高的幅度很小，意义不大。如减少至150g/l，在做中深色时染料固色率有较明显的降低；纯碱与烧碱的搭配使用主要依据染料的用量以及反应性和耐碱性来确定，一般染料用量50g/l以下时仅使用纯碱固色(固色液PH值10.8)，染料用量50g/l以上时使用烧碱与纯碱的复合碱剂(固色液PH值12.9)方案有利于提高染料固色率。加烧碱的复合碱剂碱性强，染料在汽蒸时固色反应快，染料的水解反应也快，因而固色率波动较大(染料固色率与汽蒸时间的曲线不够平坦)，做中浅色时不利于色光的稳定控制。

3.3 汽蒸固色封口方式的选择

目前活性染料汽蒸固色的蒸箱前封口有液封口和汽封口两种方式，这两种方式各有利弊。采用液封口的布面得色饱满，但相对于汽封口得色浅，固色液消耗大；汽封口得色不及液封口饱满，但得色量高(比液封口得色深5-15%)，且大大节约固色液的消耗。两者的色光可控性也是各有特点，各厂根据自身设备及操作习惯选择（灯芯绒类织物更适合于汽封口，有利于提高得色量）。

3.4 严格控制工艺参数的稳定执行

车速、轧车压力、烘燥汽压、各处温度等工艺参数的波动都会导致前后色差的产生，这里就不多表述。染液轧槽以及固色液轧槽液位高度的波动也会导致前后色差的产生，为此，许多工厂采用了自动加料液位控制装置。轧槽液位变化已经得到大家的重视，但汽蒸箱液封口液位高度以及封口总液量的变化往往被忽视，其实也是非常重要的。这里我们谈谈汽蒸箱的控制。我们知道，正常生产时，织物上的染料不断地溶落到封口固色液中而其中部分染料又被运行的织物带走直至处于一种动态平衡，而且这种“平衡液”有少量染料，其碱剂浓度会低于高位槽补充固色液的碱剂浓度（因为碱剂也有较高的亲和力），如果封口固色液的追加速度忽快忽慢，就会打破这种动态平衡，使封口固色液的染料浓度和碱剂浓度发生波动，从而改变了染色条件产生轧染前后色差。要保持这种动态平衡，必须稳定控制车速和固色液的追加速度，保持封口的总液量。实际操作中，保持汽蒸箱液封口液位高度的稳定很重要，但是蒸箱液封口的液位高低还不能完全反应封口总液量，因为当蒸箱汽压发生变化时，会促使封口总液量发生变化（汽压变小时封口总液量增大，如下图3、图4所示。）。而控制蒸箱汽压稳定最好的办法是通过控制蒸箱U型压力显示仪液位高度的稳定来实现，汽压表和温度表都不易观察准确且有误差，而U型管反映汽蒸箱内部压力直观且几乎没有误差，而且汽压决定温度又不象温度表反映蒸箱温度那样具有滞后性，可见U型管的使用非常之重要。

图3：蒸箱汽压较大时（封口液量少）示意图	图4：蒸箱汽压较小时（封口液量多）示意图

（从上图可以看处出，尽管观察到封口液位的高度一样，但封口总液量也不一样）

4 染坯前处理和染色后整理的控制

染色用坯除了要求退、煮、漂、丝光充分以及洗净布面残留物，特别强调“一致”性，要求原坯品质、退浆、煮练效果、漂白白度、丝光效果等项目指标一致，否则可能导致色差的产生；染色后整理控制不当也会产生色差。

4.1　不同产地的棉纤维成熟度不一样，可

染性也不一样；不同批次的坯布上浆成分及上浆率有可能不一样，退浆效果也会不一样，自然会影响染色，产生色差。所以，同品种不同批次的坯布也要分开处理，以防万一；退浆要净、煮练要透，更重要的是要求均匀一致；染特别鲜艳的颜色要求白度要好，染一般的颜色只要求白度一致就行；丝光效果是非常重要，丝光要充分且一致，洗碱要干净，很多活性染料对坯布带碱敏感，带碱不匀很容易导致色花、色差的产生。

4.2 染色布后整理也有可能产生色光变化，导致前后色差或左中右色差。许多柔软剂、防水剂、

防皱剂等处理会产生色光变化，常有增深或泛黄、泛红等变化，如果这些助剂上得不匀就会产生色差；有些织物后整理需要较高的温度定型处理，而有些活性染料经高温处理会产生色变，如果定型时左中右温度不匀，则有可能产生左中右色差，定型机温度不稳定则会产生前后色差；染厂经常会在后整理时加酸中和织物未洗净的残留碱剂，加酸过量或加酸不足会使布面偏酸或偏碱，从而使染料产生色变，导致前后或左中右色差产生。

5 综述

活性染料连续轧染的色差控制是一个系统工程，重点要做好合理选择染料配伍、合理设计工艺参数、稳定执行工艺要求三方面的工作。

5.1 在合理选择活性染料配伍方面。尽量选用同种类型的活性染料，不仅要考虑染料的直接性，还要考虑染料的耐碱性、反应性以及相容性等问题，只有所配伍染料的几个主要应用性能指标都相近似才有利于提高染料处方的工艺宽容性，使轧染色光控制变得容易。

5.2 在轧染工艺设计与执行方面，要充分考虑设备工艺能力和染料应用性能，以减轻工艺执行的波动造成的色光波动；在工艺执行方面重点控制好车速、烘燥温度、汽蒸温度等参数；前轧槽染液以及固色液轧槽的液位稳定也要严格控制。

5.4 重视染色后整理的色光的影响，必要

时预做试验进行确认，添加各类助剂也要严格控制添加量的前后一致性及工艺条件的稳定性；要重视活性染料在布面酸、碱性条件下表观色相变异，保持成品织物处于中性(PH值为6.5-7.5)。

参考文献：

陈荣圻编著：《染料化学》，纺织工业出版社。