还原染料连续轧染要注意的技术问题
- 发布时间：2010/7/9 9:41:54
- 浏览次数：2683
关键词：稳定性、氯浸牢度、皂洗效应、过度还原
由于还原染料，具有较全的色谱，尤其是有许多中间色，如：橄榄色、卡其色、棕色、绿色、灰色、肉红色等。而且基本上是单一组份；染色牢度特别是皂洗白布沾色牢度，日晒牢度，汗光复合牢度，比活性染料好等优点，所以，还原染料的应用范围，日益扩大，消耗量日渐增加。如何将还原染料用得，应成为染色工作者认真研究的课题。
1、 还原染料的质量
还原染料，无论用于悬浮体轧染，还是隐色体浸染，共同的质量要求是：
（1）染料颗粒要细。
80%以上的染料颗粒，应＜2μm（微米），大于微米级的粗颗粒。没有
这是因为，还原染料不溶于水，用于轧染时，只能制成悬浮液（分散液）使用。
若染料粒子粗，*，悬浮液稳定性差，容易沉降。第二，同样重量的染料，比表面积小，接触烧碱、保险粉发生反应的机率少，还原溶解的速率慢，这不利于染料的匀染透染，以及染色牢度的提高。第三，染料不经研磨浸轧染色，会降低染料的透染性，甚至会产生色点。
（2）润湿性要好
即，染料撒入水中，亲水性好，润湿快，不飘浮在水面上或结球结块。这有利于提高染料的分散均匀性以及染液的分散稳定性。同时，也可降低染料粉尘的飞扬性。
（3）要有良好的悬浮稳定性
即，配就的染料悬浮液，在放置过程中，染料粒子不聚集，不沉降，分散均匀。
（4）批间深浅，色光差异要小
与活性染料相比，还原染料的合成方法要复杂得多。合成条件既使有很小的波动，也会影响成品的色光。统一化处理稍有疏忽，就会造成成品的深浅差异。这一点，要*克服，客观上难度很大。
但是，从应用的角度讲，要求染料的批间深度差，只能在3%以内。批间色光的差异，必须控制在肉眼不可察觉的范围。
因此，在染料加工过程中，必须进行“调色处理”，（这类似于染色中的修色），目的是使染料成品的力份、色光达到出厂标准。
对于染料的“调色”，国内外有一个共识：
*， 调色所用的染料，在染色性能方面，与主体染料必须具有良好的配伍性。特别是上色性能的同步性，染色牢度的一致性，染色深度的加合性，一定要好。
然而，有些国产还原染料，由于合成的技术水平相对较差，合成出来的染料，与标准相差较远。所以，只能靠外加染料，大幅度“调色”来实现标准的统一化。
而对做为“调色剂”的外加染料，缺乏认真选择，只顾调色不顾性能的倾向严重。
第二， 调色用染料的数量，国内外一般要求掌控在2%以内。因为，2%的外加染料，对主体染料（单一结构）的整体性能，影响甚微。
然而，有的染料企业、调色所用外加染料的数量，远远突破2%限度，高达10—20%。
显然，这样的染料，绝非单一结构染料，而是实实在在的“拼混染料”。这样的染料，本该另外冠名，不应和正常染料混为一谈。可是，有的染料企业，依然是按染料索引编号命名，忽悠市场。
这样的拼混型染料，应用时，一旦工艺因素发生波动，不但深浅会变化，色光也会改变。
正因为如此，应用还原染料时，必须进行认真的测试和选择。
当前，市场上供应的华隆牌还原染料，（江苏金隆化学有限公司生产），表现良好。染料质量可以与进口染料相媲美，但售价便宜。
其质量特点是：
（1）染料颗粒匀细。用于连续轧染，只要加入适量分散剂，直接打浆便可稀释使用。染料微粒扩散均匀，透染性好，没有产生色点的风险。
（2）外观为空心防尘颗粒，没有粉尘飞扬之弊。
（3）润湿性。在水中润湿快，分散稳定性好，较好的克服了染料微粒上浮下沉的弊端。因此，化料很容易。
（4）批间深浅、色光稳定。较好地解决了国产还原染料，批间深浅差异大，尤其是色光差异明显的老大难问题。
这显然是得益于该公司合成技术的突破，统一化处理水平的严谨，管理体系的成熟。
这无论是对于国产还原染料的发展（取代进口染料），还是实际应用，都是一个了不起的贡献。
2、 还原染料的牢度
还原染料染纤维素纤维
耐水色牢度（ISO.105-E01 1994或GB/T5713.1997）
（4cm*10cm加压12.5Kpa 37±2℃*4h）
耐热水色牢度（ISO 105-E08 1994或GB/T 7065 1997）
（4cm*10cm 70±2℃*30min）
耐沸煮色牢度（ISO.105-E09 1995或GB/T 7066 1997）
（4cm*10cm 沸温*1h）
耐皂洗色牢度（ISO 105-C01-C05 1989或GB/T 3921-1-5 1997）
4cm*10cm 40±2℃*30min（CO1）
50±2℃*45min（CO2）
60±2℃*30min（CO3）
95±2℃*30min（CO4）
95±2℃*4h（CO5）
耐丝光色牢度（ISO.105-x04.1994或GB/T 7073.1997）
（NaOH 300g/l 20±2℃*5min）
耐汗渍色牢度（ISO.105-E04或GB/T 3922 1995）
（加压12.5Kpa 37±2℃*4h）
耐日光色牢度（ISO.105-B01 1994或GB/T 8426 1998）
耐汗光色牢度（汗渍+日光复合牢度）
这些色牢度，与活性染料相比，都有较大的优势。但是，不能因此而忽视了部份常用还原染料存在耐氯色牢度的问题。
应该肯定，在常用还原染料中，大多数品种的耐氯浸牢度是好的。如，还原黄G（y-1#）、还原棕BR（棕-1#）、还原棕R（棉-3#）。
还原棕GG（棕3GB-5橄榄R拼混）、还原金橙G（0—9#）、还原金橙3G（0—15#）、还原桃红R（R-1#）、还原大红R（R-29#）、还原红F3B（R-31#）、还原艳绿FFB（G-1#）、原艳紫2R（V-1#）、还原灰BG（灰-29#）、还原灰M（灰-8#）、还原深兰BO（B-20#）、还原橄榄绿B（G-3#）、还原艳橙GR（0—7#）、还原橄榄R（灰-27#）等，氯浸褪色变色较小，可以达到GB/T 8433.1998标准（有效氯50mg/l）4级以上。
值得注意的是，应用zui普遍的兰蒽酮蒽醌型的兰色还原染料，如：
还原兰RSN 还原漂兰BC
还原兰GCDN 还原艳兰3G
它们的结构相似，在染色的实用性能上，有着共同的缺欠：
（1） 当烧碱、保险粉浓度过高，或还原温度过高，还原时间过长时，容易发生“过度还原”。
即，四个羰基（＞c=0）全部被还原（正常时只还原二个）以及发生“脱”氯反应，使色泽显著变暗淡转青绿光。
（2） 迂到有效氯，容易受到攻击，而发生“过氧化”，色泽同样会显著变暗绿。所以，它们的耐氯浸牢度（有效氯50mg/l）,只有1—2级。
以还原兰R5N、还原深兰BO、还原橄榄绿B拼混的还原深兰VB、遇氯褪变色同样严重，会由深兰色变为青灰色，耐氯浸牢度也只有1—2级。
因此，还原染料用于有耐氯牢度要求的色单时，
（1）一定要选择染料,
（2）必要时，采用盐素牢度提升剂处理。
处理方法：盐素牢度提升剂CF-C 10—30g/l
室温浸轧 烘干便可。
处理结果：耐氯浸牢度（有效氯50mg/l）可提高0.5—1级,水洗牢度只能提高0.5级,色变性小,对日晒牢度影响不明显。
<注>盐素牢度提升剂CF-C，为阳离子性淡棕色液体，上海德桑化工生产。
3、 还原染料的光脆性
在还原染料中，有相当一部分品种，具有明显的“光脆性”。
所谓光脆性，就是染着在纤维上的还原染料，在日光照射下，吸收光能以后，会呈现出能量较高的激发状态。由于染料本身结构稳定，难以遭到破坏，但却会在空气、水份存在下，促使纤维素发生氧化，致使纤维（织物）强力损伤，甚至产生破损。
还原染料之所以产生光脆性，与其结构密切相关。大多出现在黄色、橙色、红色染料系列中，（但并非所有的黄、橙、红色染料都有光脆性）。
而光脆程度的大小，又与染色深度、浮色轻重、带碱与否、日光强度、气温高低，含湿多少等因素有一定关系。
显然，还原染料的光脆性，是还原染料继兰色品种耐氯牢度低劣之外，又一个令人厌恶的性能缺陷。
常用还原染料的光脆性
| 色别 | 不脆 | 轻微 | 较重 | 严重 |
| 黄色 | 黄5GF 黄6GK | 黄7GK 黄3GFN | | 黄GCN（GC） 黄5GK |
| 金色 | 黄G | 黄3RT | | 金黄RK 金黄GOK |
| 橙色 | 艳橙GR | 艳橙GK 艳橙RK | 金橙G | 橙RF |
| 红色 | 大红R 红F3B | | 桃红R （FR） | 大红GGN （拼） |
| 紫色 | | 艳紫2R 艳紫色4R | 红青莲RH | |
| 棕色 | 棕BR、红棕R 棕G（拼）、棕GG（拼） | | 棕RRD | |
| 黑色 | 黑RB（DB） 黑BB（需氯漂） | | | |
| 绿色 | 艳绿2G、艳绿FFB、橄榄绿B、橄榄R、橄榄T | | | |
| 兰色 | 兰RSN、兰BC、兰GCDN、兰3G、深兰VB | | | |
注：（1）大红GGN以桃红R、橙RF拼混而成。
（2）棕G、棕GG以棕3GR、橄榄R拼混而成。
由于还原染料中，部分品种具有光脆性，所以，采用还原染料染色时，务必要注意二点：
*， 要尽量选用没有光脆性或光脆性轻微的染料。
第二， 必须使用光脆性染料时，（1）只能用来调整色光，而不宜作为主色。（2）只能和没有光脆性的染料相拼。因为，有些没有光脆性的染料、如艳绿FFB、橄榄绿B等，具有抑制其它染料光脆性的作用，可减轻对纤维的损伤。
4、 烧碱保险粉的浓度
由于还原染料只有在烧碱——保险粉的还原液中，才能还原溶解，产生上染能力。所以，还原染料对烧碱、保险粉的用量浓度，依赖性很大。
试验和实践都说明，烧碱和保险粉用量必须适当，用量过多或过少都会给染色质量造成危害。比如：
（1） 烧碱、保险粉用量过多，汽蒸时间过长的情况下，一些兰蒽酮蒽醌染料、黄蒽酮蒽醌染料，会发生“过还原”现象。
以还原兰RSN（C.1 B-4#）为例：
*步:
① 由于分子内形成氢键，只有二个羰基被还原。
② 隐色体为暗兰色。
③ 染色物色光艳亮，牢度好。
第二步:
① 四个羰基全被还原，共轭双键被-NH-阻断。
② 隐色体为棕色。
③ 色光严重变暗变绿，色牢度也下降。
黄蒽酮蒽醌染料，其分子结构和兰蒽醌蒽醌染料相似，所以，同样会发生“过还原”现象，不仅色光鲜艳度下降，耐氯牢度也会严重降低。
如，c.1 y-1#还原黄G等
（2） 分子中含有卤素基的兰蒽酮蒽醌染料，在烧碱、保险粉用量过高、汽蒸时间较长时，会发生脱卤（脱氯）现象，其色光会严重变红，耐氯牢度也会下降。
如，
还原漂兰BC 还原兰RSN 还原兰GCDN
（3） 一些含有酰胺结构的染料，如还原棕R、金橙3G、橄榄绿R等，若烧碱浓度过高，在高温下有可能水解，生成色泽较深的氨基化合物，使色光改变，色牢度降低。
如，还原橄榄R
（4）烧碱用量不足时，隐色体不能稳定地溶解在水中，会产生染料分子异构化（重排），使染料失去水溶性，无法向纤维内部扩散染着，既影响得色量，又会浮色增加，降低染色牢度。
兰蒽酮类染料，如兰RSN、兰GCDN、漂兰BC、艳兰3G等，zui容易发生这种异构现象。此外，咔唑类蒽醌染料，如，金橙3G、卡其2G、橄榄绿B、橄榄R、棕BR、棕R、灰M等，也会发生类似现象。
以还原兰RSN为例：
正常暗兰色隐色体 紫色蒽酚酮化合物
（水溶性） （不溶性）
可见，烧碱、保险粉的实际用量，必须严加控制。过少会造成色浅、色花，过多也会给染色质量造成危害。
生产实践表明，100%烧碱与100%保险粉用量以1：1为宜。
干布还原时，补充液浓度：
经验用量（g/l） 浅色 中色 深色
100%烧碱 15—20 20—25 25以上
100%保险粉 15—20 20—25 25以上
由于保险粉在浸轧过程中，容易分解损耗；而烧碱对棉纤具有一定亲和力，在浸轧过程中，棉纤会超量带走烧碱。所以，还原浸轧槽中的平衡浓度，约为补充液浓度的70—80%。这可通过滴定来确认。
注：①初开车时，蒸箱内有空气残留，会多消耗一部份保险粉，故开车前，水封口内要追加5g/l的保险粉，以确保染料能充分还原溶解。
②打底烘干的色布，在浸轧还原液过程中，会有部份染料脱落，容易造成初开车色浅。所以，要根据色泽的深浅，开车前，向浸轧槽内和水封口内，追加适量染液。
5、 还原染料的还原速度
由于还原染料，只有充分还原溶解以后，才会产生良好的上染性能。因此，还原染料的还原性能，是制订应用工艺的重要依据。
还原染料的还原性能，包括二个方面。
一是，还原的难易程度。
还原的难易程度，是以其隐色体还原负电位的高低来衡量的。负电位低，表示容易还原。负电位高，表示难还原。
由于还原染料的还原负电位，都在1000mv（毫伏）以下，（-640— -927mv），而保险粉在常规浓度下的负电位，在1000mv以上，所以，只要保险粉浓度适当，足以将所有还原染料还原。因此，还原染料还原难易程度，不会给实际应用带来困难，故没有必要多顾虑。
二是，还原速度的快慢
还原染料，还原速度的快慢与还原的难易程度之间，存在二种情况：
（1）有些染料，还原容易，还原速度也很快。
如：还原黄G（c.1、y-1#）
（2）有些染料，还原容易，还原速度却很慢。
如：
还原橙RF 还原桃红R
还原红青莲RH 还原红青莲RRN
所以说，还原染料的还原速度与还原的难易程度，是二个不同的概念，不可混为一谈。
还原染料还原速度的快慢，对还原染料的应用，具有重要的指导意义。比如，在隐色体浸染法中，染料还原速度的快慢，是选用染色方法（甲法、乙法、丙法、特别法）的主要依据。
还原桃红R（c.1.R-1#），其还原电位为-730mv，说明还原比较容易，而还原速度却慢得惊人。为此，不能采用普通的全浴还原法，而必须采用特别法还原，俗称干缸还原。即，在相对较高浓度的烧碱—保险粉溶液中，以相对较高的温度（70—80℃）来还原溶解，目的是提高其还原速度，确保在较短的时间内，还原溶解充分。
在悬浮体连续轧染中，染料还原速度的快慢，是确定还原液浓度和汽蒸时间（轧染车速）的主要依据之一。
在常用还原染料中，蒽醌类染料的还原速度一般较快。如兰蒽酮蒽醌染料，还原兰RSN、漂兰BC、艳兰3G、深兰VB、兰GCDN等。黄蒽酮蒽醌染料，还原黄G等。还原速度特慢的染料，主要是一些硫靛类染料。如，还原艳橙RF、桃红R、红青莲RH、红青莲RRN等。
由于在连续轧染中，染料的还原、溶解、扩散、染着，必须在70—90秒内完成。所以，在使用还原速度特慢的染料时，必须采取相应的技术措施：
（1） 适当提高还原液（烧碱、保险粉）浓度，以促进染料加快还原溶解。
（2）适当降低轧染车速，延长汽蒸还原时间。
（3） 尽量避免还原速度特慢的染料与还原速度快、且容易过还原的染料相拼染色。不然，工艺条件很难做到“二者兼顾”。
比如，兰蒽酮类染料（还原快且易过还原）与硫靛类染料（还原特慢）相拼染时，当还原液浓度相对较低，汽蒸时间相对较短时，兰蒽酮类染料可正常发色，而不会发生“过还原”现象。而硫靛类染料，却有可能还原溶解不良，影响色光的稳定性和色牢度。反之，可确保硫靛类染料还原溶解充分，而兰蒽酮类染料，却有可能发生“过还原”，使得色失常，色牢度下降。
显然，如此拼色，对还原液浓度和汽蒸时间比较敏感，二者稍有变化，便会产生色光的波动。
6、 还原染料的氧化速度
不同结构的还原染料，其氧化速度不同。
有些还原染料的隐色体，氧化速度很快，汽蒸后只要经水洗、透风就可完成氧化。
比如，兰蒽酮蒽醌染料中的还原兰RSN、还原漂兰BC、还原艳兰3G、还原兰GCDN等。紫蒽酮蒽醌染料中的还原艳绿FFB、还原艳绿2G、还原深兰BO等。
咔唑蒽醌染料中的还原橄榄绿B、还原卡其2G（C.1 G-8#）等。
但也有些还原染料的隐色体，氧化速度却很慢。
比如，蒽醌染料中的还原艳橙RK（C.1.0-3#）。
硫靛染料中的还原桃红R、还原红青莲RH。
黄蒽酮染料中的还原黄G等。
正是由于还原染料的氧化速度，有快有慢而且相差较大，所以，在连续轧染中应用时，要注意以下事项。
（1）氧化速度慢的染料，不宜与氧化速度快，且容易“过氧化”的染料（如，还原兰RSN、还原漂兰BC、还原艳兰3G、还原兰GCDN、还原深兰VB、还原橄榄绿B等。）相拼染。不然，容易造成氧化慢的染料氧化不足，或者氧化快的染料产生氧“过氧化”。导致色光暗淡，艳度下降，色泽稳定性差。
（2）氧化前的水洗去碱程度，要依据染料的氧化特性而定。
难氧化的染料，适合在适当碱性条件下氧化。因为，染料隐色体比染料隐色酸的氧化速度要快得多，这样，可确保氧化充分。
而氧化快，特别是容易“过氧化”的一些染料，在碱性较强的条件下氧化，则容易发生“过氧化”，使色泽泛绿变暗，使色光失去真实性。所以，氧化前的水洗要强一些，织物带碱要少一些。
以还原兰RSN为例
正常为艳兰色红光 过氧化为吖嗪结构化合物,
变暗绿色
（3） 为了使氧化性能不同的染料，均能实现“正常氧化”，确保色光艳丽、纯正。连续轧染时，不宜采用水洗、透风氧化法，而适合采用双氧水氧化法。因为，双氧水在弱碱性条件下，氧化温和，不致引起染料的“过氧化”。
经验条件为：100%H2O2浓度 1—1.5g/l
氧化温度 50±2℃
氧化时间 25—30秒（相当一格平洗槽+透风氧化或二格平洗槽串联氧化）
7、 还原染料的皂洗效应
所谓“皂洗效应”，就是染着在纤维上的还原染料，经高温湿热处理，（如皂洗、水洗、烘干等），会发生深浅，色光变化。
实践表明，多数还原染料“皂洗效应”明显。
表1 常用还原染料皂洗前后色光的变化
| 染料名称 | 皂洗前后色光变化 | 染料名称 | 皂洗前后色光变化 |
| 橄榄绿B | 黄棕光消失，明显变蓝光 | 艳绿FFR | 蓝光加重 |
| 灰BG | 明显转红光，有浅色较应 | 卡其2G | 显著转绿 |
| 深蓝BO | 蓝光消褪，变红莲色 | 棕G | 转灰绿光 |
| 蓝RSN | 蓝青光消失，变红光亮蓝 | 棕GG | 转灰绿光 |
| 深蓝VB | 蓝灰光消失，变红光暗蓝 | 棕RRD | 显著变红 |
| 灰BM | 红光消褪，转青灰光 | 棕BR | 黄光加重 |
| 黄G | 红光加重，较艳亮 | 棕R | 变艳亮 |
| 桃红R | 显著转黄光 | | |
| 艳紫2R | 转红光 | | |
| 蓝GCDN | 显著转红光 | | |
| 漂蓝BC | 红光加重 | | |
皂洗色变的原因：
浸轧在纤维上的染料，经汽蒸、水洗、氧化后，在高温皂洗的过程中，会发生以下改变：
（1） 染料经氧化，由还原态变为氧化态，对纤维的亲和力大大下降，在高温皂洗过程中，这些处于高度分散状态的染料分子，会发生移动，形成聚集，甚至形成晶体—结晶状态改变。
（2） 染料分子在纤维内的存在取向，在皂洗过程中，也会从与纤维分子链平行的状态，变为与纤维分子链垂直的状态—存在取向改变。
（3） 在皂洗过程中，有些染料会异构化（顺式 反式）—分子构型改变。
正是由于纤维上的染料，在结晶、取向、构型等方面发生了改变，而导致染料吸光性能改变，染色色光改变。
可见，经过汽蒸、水洗、氧化后，纤维上的还原染料，并非是稳定态，而是亚稳态。
实验表明，要使染着在纤维上的染料，从亚稳态变为稳定态，使之充分发色，保持色光稳定，只能通过高温皂洗来实现。
然而，现实的问题是，不同品种的还原染料，实现“充分发色”所需的时间是不同，有的发色快，有的发色则很慢。
表2 常用还原染料所需皂洗时间
| 染料名称 | 基本发色 | 充分发色 | |
| 100℃皂洗（min） | 100℃皂洗（min） | 80℃皂洗（min） | |
| 橄榄绿B | 2 | 8 | 25 |
| 灰BC | 1 | 3 | 15 |
| 深蓝BO | 6 | 8 | 15 |
| 蓝RSN | 2 | 6 | 10 |
| 深蓝VB | 4 | 8 | 20 |
| 灰BM | 3 | 7 | 15 |
| 黄G | 1 | 3 | 10 |
| 桃红R | 5 | 20 | 40 |
| 艳紫2R | 1 | 6 | 20 |
| 蓝GCDN | 1 | 4 | 15 |
| 漂蓝BC | 1 | 3 | 10 |
| 艳绿FFB | 1 | 2 | 10 |
| 卡其2G | 2 | 7 | 20 |
| 棕G | 4 | 15 | 30 |
| 棕GG | 4 | 15 | 30 |
| 棕RRD | 5 | 10 | 20 |
| 棕BR | 0.5 | 1 | 5 |
| 棕R | 1 | 3 | 10 |
由表2知，大部分染料基本发色所需的皂洗时间，zui少也要1min以上，而充分发色至少需4—5min以上。
在连续轧染生产中，由于轧染设备的限制，皂洗时间通常只有60—70秒，（60m大皂洗箱，车速50—60m/min）。
这对容易发色的染料，如，灰BG、黄G、紫2R、兰GCDN、漂兰BC、艳绿FFB、棕R等，可以达到“基本发色”，而达不到“充分发色”.
对于发色慢的品种来说，如，深兰BD、深兰VB、桃红R、棕G、棕GG等，不要说“充分发色”，就是“基本发色”也实现不了。
显然，还原染料按常规工艺连续轧染，落布色并非是稳定态，而是一定程度的亚稳态。
正因为如此，还原染料（尤其是发色慢染料），连续轧染下来的织物，（1）在湿热后整理（柔软热拉、预缩）的过程中，由于纤维上的染料会继续发色，（直到实现稳定状态），所以，深浅、色光会发生一定程度的改变。（2）还原染料轧染的色布，在耐洗色牢度（GB/T 3921-4，95±2℃*30min）测试过程中，原样变色一般较大，甚至达不到外销要求。
可见，“皂洗”对还原染料轧染而言，不仅是为了去除浮色，提高鲜艳度和色牢度，还有一个使染料发色，稳定色光作用。
为此，对还原染料轧染中的“皂洗”务必要十分重视。
（1） 因为温度越高，染料发色所需的皂洗时间越短。所以，必须在95—98℃高温条件下皂洗，不能边开车边升温。
（2） 皂洗时间起码要保证在60秒以上。所以，轧染车速的确定，对还原染料来讲，不仅要考虑所染色泽的深浅、织物的厚薄、染料还原速度和氧化速度的快慢，还必须保证皂洗时间，能使染料“基本发色”。
（3） 实验表明，不同类型的皂洗剂，不仅与染色牢度密切相关，对还原染料的发色，也有一定的促进作用。
因此，应选用阴/非离子复合型，内含螯合分散剂的皂洗剂。因为这类皂洗剂，具有较强的分散、乳化、净洗、携污能力，综合效果良好。