100多年前人們就已知道在紡織物染色中應用硫化染料、靛藍染料和還原染料,因為所有這三類染料都不溶于水,需要用還原劑使這些染料形成可溶和可染色的隱色體。還原染料和靛藍染料最重要的還原劑至今仍是連二亞硫酸鈉(保險粉)。其中特別是還原染料,仍然是目前要求高染色質(zhì)量的各類紡織品染色中極其重要的染料品種。例如耐洗牢度要好的工作服、需要滅菌的醫(yī)療紡織品和需要有紅外反射作用的軍用紡織品等許多領(lǐng)域中要求好的耐氯牢度,都需要應用還原染料染色。
從生態(tài)學觀點,還原染料也是目前纖維素纖維染色優(yōu)先的選擇。由于這些染料不溶于水,不會積聚在水中和生物體中。由Dystar公司生產(chǎn)的陰丹士林染料,生產(chǎn)過程優(yōu)化,不會產(chǎn)生重金屬等危險的副產(chǎn)物,因而本身是符合環(huán)保要求的,而對生態(tài)的影響主要是應用還原劑和其他各種染色助劑,在染色過程中使用后它們會最后留在廢水中。
BASF和現(xiàn)在的Dystar公司致力于研究一種新方法來替代目前的還原染料染色法,以克服上述這些問題,從而增加對還原染料染色的吸引力。電化學染色法便是這樣一種取代法。這種方法的主要原理是用電子代替還原劑,因而不會產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物,成為一種無廢水污染的染色方法。這種還原染色法還可以用測定液體中的氧化還原電勢加以監(jiān)控,從而有利于提高加工質(zhì)量和降低成本。
1 電化學染色原理
染料的電化學還原可以分為直接和間接還原兩種。對于硫化染料,電子能從陰極表面向染料直接載荷,而還原染料和靛藍染料更具有顏料的特性和低的水溶性,對陰極表面的接觸概率很低,因而電子從陰極轉(zhuǎn)移到染料分子上需要由所謂的“介體”———一種在染浴中具有優(yōu)良溶解性并對纖維親和力低的鐵絡(luò)合物來幫助。這種鐵絡(luò)合物從陰極表面獲得一個電子變成一個Fe2+絡(luò)合物,接著在與染料分子接觸時,它將這個獲得的電子移交給染料分子,還原染料分子于是被還原成穩(wěn)色體,成為可溶于水從而能向纖維移動。介體在向染料分子移交電子以后回復成氧化的Fe
在2001年末與第一家用戶奧地利的Getzner紡織公司簽訂合同,2002年在這家紡織公司安裝了第一臺具有生產(chǎn)規(guī)模的電化學還原系統(tǒng)的卷裝染色機。2003年在完成另外一些優(yōu)化工作以
表示所謂的分批加料法的上染曲線。開始時,將水、堿、介體和必要的染色助劑裝入染色機中,根據(jù)介體的類型和濃度,例如開始時氧化還原電勢控制在約-200mV,則電流為45A。接通電源,此時介體變得完全還原并完全破壞溶于體中的氧。當溶液的氧化還原電勢水平達到-920～-930mV時,體系便可進行染色,因為這個氧化還原電勢低于所有陰丹士林染料隱色體電勢。此時通過緩慢地加入還原染料懸浮體,使溶液的氧化還原勢電保持在低于隱色體電勢的給定范圍內(nèi),所有的還原染料立即被還原并能上染到纖維素纖維上。在全部染料加入并還原以后,電流可以降至最低值(本例中降至9A),以保持染色平衡時染浴仍處于還原狀態(tài)。其染色法類似常規(guī)方法進行。染色結(jié)束時,染浴收集于貯罐中,染色物按常規(guī)氧化。這種還原法的好處在于沒有過量的還原劑需要破壞,批與批間的條件重現(xiàn)性好,避免常規(guī)染色法中通常出現(xiàn)的質(zhì)量問題。
在實際應用時我們推薦全料法代替分批加料法,即在一開始就將全部染料和其他所有物料一起加入染浴。接通電源,電力開始作用時氧化還原電勢降低較慢,因為在這種情況下,氧被破壞以后染料才逐步被還原。當所有染料被還原時溶液的氧化還原電勢低于隱色體電勢(-920～-930mV),電流又能在染色平衡時降至9A。
所有陰丹士林染料用上述兩種加料法都能獲得優(yōu)良的染色效果,這些從3kg和8kg卷裝染色機的實驗室染色結(jié)果,能夠轉(zhuǎn)換到奧地利Getzner紡織公司的正規(guī)生產(chǎn)規(guī)模上。在這家公司進行的所需電流、介體濃度、染色助劑和過程各階段所需時間的優(yōu)化試驗,將提供新工藝最現(xiàn)實的工業(yè)化評價。
4 電化學染色的優(yōu)點
這個方法在工業(yè)上和生態(tài)上受益的一個重要的因素,是
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