染整专业技能初识

xianpeng.Liu

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                                       染整专业技能初识

一、染色：是把纤维材料染上颜色的加工过程。

它是借助染料与纤维发生物理化学或化学的结合，或者用化学方法在纤维上生成染料而使整个纺织品成为有色物体。染色产品不但要求色泽均匀，而且必须具有良好的染色牢度。

二、研究染色的目的：在于能够合理地选择和使用染料，正确制订和进行染色加工，获得高质量的染色成品。

第一节  染色基础知识

一、 染色理论概述

把纤维浸入一定温度下的染料水溶液中，染料就从水相向纤维中移动，此时水中的染料量逐渐减少，经过一段时间以后，就达到平衡状态。水中减少的染料，就是向纤维上移动的染料。这种染料结合在纤维中的现象，就称为染色。

二、染色过程，大致可以分为三个基本阶段:

1.吸附:  当纤维投入染浴以后，染料先扩散到纤维表面  ，然后渐渐地由溶液转移到纤维表面，这个过程称为吸附。

2.扩散:  吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，直到纤维各部分的染料浓度趋向一致。

3.固着: 是染料与纤维结合的过程，随染料和纤维不同，其结合方式也各不相同。

三、染料基础

(一)染料分类  按染料性质及应用方法，可将染料进行下列分类:

l.直接染料  这类染料因不需依赖其他药剂而可以直接染着于棉、麻、丝、毛等各种纤维上而得名。

2.活性染料  又称反应性染料。它的分子结构中含有一个或一个以上的活性基因，在适当条件下，能够与纤维发生化学反应，形成共价键结合。

3.还原染料  这类染料不溶于水，在强碱溶液中借助还原剂还原溶解进行染色，染后氧化重新转变成不溶性的染料而牢固地固着在纤维上。

4.硫化染料  这类染料大部分不溶于水和有机溶剂，但能溶解在硫化碱溶液中，溶解后可以直接染着纤维。但也因染液碱性太强，不适宜于染蛋白质纤维。

5.硫化还原染料  硫化还原染料的化学结构和制造方法与一般硫化染料相同，而它的染色牢度和染色性能介于硫化和还原染料之间，所以称为硫化还原染料。染色时可用烧碱-保险粉或硫化碱-保险粉溶解染料。

6.氧化染料  某些芳香胺类的化合物在纤维上进行复杂的氧化和缩合反应，就成为不溶性的染料，叫做氧化染料。

7.分散染料  这类染料在水中溶解度很低，颗粒很细，在染液中呈分散体，属于非离子型染料，主要用于涤纶的染色，其染色牢度较高。

8.酸性染料  这类染料具有水溶性，大都含有磺酸基、羧基等水溶性基因。可在酸性、弱酸性或中性介质中直接上染蛋白质纤维，但湿处理牢度较差。

9.碱性及阳离子染料  碱性染料早期称盐基染料，是最早合成的一类染料，因其在水中溶解后带阳电荷，故又称阳离子染料。

（二） 目前世界各国生产的各类染料已有七千多种，常用的也有两千多种。由于染料的结构、类型、性质不同，必须根据染色产品的要求对染料选行选择，以确定相应的染色工艺条件。

（三）染料命名

我国对染料的命名统一使用三段命名法，染料名称分为三个部分，即冠称、色称和尾注。

1.冠称  主要表示染料根据其应用方法或性质分类的名称，如分散、还原、活性、直接等。

2.色称  表示用这种染料按标准方法将织物染色后所能得的颜色的名称，一般有下面四种方法表示

（1）采用物理上通用名称，如红、绿、蓝等。

（2）用植物名称，如桔黄、桃红、草绿、玫瑰等。

（3）用自然界现象表示，如天蓝、金黄等。

（4）用动物名称表示，如鼠灰、鹅黄等。

3.尾注  表示染料的色光、性能、状态、浓度以及适用什么织物等，-般用字母和数字代表。

染色牢度是指染色织物在使用过程中或在以后的加工过程中，染料或颜料在各种外界因素影响下，能保持原来颜色状态的能力.

染色牢度是多方面的，一般比较主要的包括：日晒、皂洗、汗渍、摩擦、刷洗、熨烫、烟气等牢度.

  评定染料的染色牢度，应将纺织物染成规定色泽浓度才能进行比较，这是由于染色浓度不同，会使测得的牢度亦不同之故。有关染后织物的各项染色牢度的试验方法，应根据国家规定的方法进行，各项牢度的标准也应以国家标准为准。

四、禁用染料与环保染料

（一）禁用染料

  近年来，国际上对环境质量的恶化与生态平衡的失调十分关切，作为染料中间体的芳胺，已被一些国家的政府机构列为可疑致癌物，其中联苯胺的乙萘胺已被确认为是对人类最具烈性的致癌物。根据2000年所发布的Eco-Tex Standard 100新版测试纺织品中有毒物质的标准，涉及到的禁用染料还包括过敏性染料、直接致癌染料和急性毒性染料，另外还包括含铅、锑、铬、钴、铜、镍、汞等重金属超过限量指标，甲醛含量超过限量指标，有机农药超过限量指标的染料，以及含有环境激素、含有产生环境污染的化学物质、含有变异性化学物质、含有持久性有机污染物的染料等。

（二）环保染料

  按照生态纺织品的要求以及禁用118种染料以来,环保型染料应包括以下十方面的内容：

(1)不含德国政府和欧共体及Eco-TexStandard 100 明文规定的在特定条件下会裂解释放出22种致癌芳香胺的偶氮染料；

(2)不是过敏性染料；

(3)不是致癌性染料；

(4)不是急性毒性染料；

(5)可萃取重金属的含量在限制值以下；

(6)不含环境激素；

(7)不含会产生环境污染的化学物质；

(8)不含变异性化合物和持久性有机污染物；

(9)甲醛含量在规定的限值以下；

(10)不含被限制农药的品种且总量在规定的限值以下；

                             

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常用染色设备

   在染色过程中，要提高劳动生产率，获得匀透坚牢的色泽而不损伤纤维的纺织品，首先应有先进的加工方法。要根据不同的产品、不同的染料，合理选择和制订染色工艺过程，所用染色设备必须符合工艺要求。染色机械的种类很多，按照机械运转性质可分为间歇式染色机和连续式染色机；按照染色方法可分为浸染机、卷染机、轧染机等；按被染物状态可分为散纤维染色机、纱线染色机、织物染色机。合理选用染色机械设备对改善产品质量、降低生产成本、提高生产效率有着重要作用。

1、连续轨染机

连续轧染机适用于大规模连续化的印染加工,是棉、化纤及其混纺织物最主要的染色设备。根据所使用的染料不同，连续轧染机的类型也不同，但它们的组成大致可分为以下几个部分:

1.轧车  织物浸轧染料的主要装置。

2.烘干装置  包括红外线、热风和烘筒烘燥三种。

3.蒸箱  有的染料染后要汽蒸，在蒸箱内通入饱和蒸汽，使纤维膨化，染料及其它化学药品扩散进入纤维内部。

4.平洗装置  它包括多格平洗槽，可用于冷水、热水、皂煮以及根据不同染料进行的后处理。

5.染后烘干装置  染后的烘干都采用烘筒烘干。

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图   连续轧染机

1—进布装置  2、6—均匀轧车  3—红外线烘燥机  4—横导辊热风烘燥机

5—烘筒烘燥机  7—透风辊  8—还原蒸  9—平洗槽  10—皂洗箱

11—长蒸箱  12—平洗槽  13—烘筒烘燥机  14—落布装置

2、卷染机

卷染机是一种间歇式的染色机械，根据其工作性质可分为普通卷染机、高温高压卷染机。

染色时，织物由被动卷布辊退卷入槽，再绕到主动卷布轴上，这样运转一次，称为一道。织物卷一道后又换向卷到另一轴上，主动轴也随之变换。染毕织物打卷出缸。

普通卷染机的缺点是织物运行的线速度不一致，张力较大，劳动强度较大。

等速卷染机及自动卷染机可以克服上述缺点，自动卷染机还能调向、记道数和停车自动化。

3、溢流、喷射染色机

  (一)溢流染色机  溢流染色机是特殊形式的绳状染色机。由于染色时织物处于松弛状态，受张力小，染后织物手感柔软，得色均匀，故都用于高压条件下合纤织物、经编织物、弹力织物等的染色。近年来也制造了一些常压溢流染色机，可供天然纤维织物常压染色之用。

  该机容易操作，使用简便，但染色时浴比大，染料和用水量大

(二)喷射染色机  喷射染色机占地小，产量高，可节约材料、动力和劳动力。它不仅有高温高压式，而且有常压式；不仅能用于合成纤维，也能用于天然纤维；不仅能用于染色，也能用于前后处理。因为有其通用性，更受生产厂家欢迎。

   由于染液的喷射作用有助于染液向绳状织物内部渗透，染色浴比也小，织物所受张力更小，因而获得了更优于溢流染色机的染色效果。

（三)喷射式绞纱染色机  它由染槽、孔管、回转装置和泵等组成。染色时将绞纱分别套于平列的孔管上，用泵将染液从液槽送入孔内，喷淋于绞纱上。与此同时，由于回转装置的转动，可使套挂在孔管上的绞纱渐渐转动而达到均匀染色，这种设备浴比较小，绞纱的装卸操作方便，但喷眼需经常作清洁工作，以防堵塞。

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常用染整设备图

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  常用染料染色
一、直接染料染色
  直接染料一般能溶解于水，也有少数染料要加一些纯碱帮助溶解，它可不依赖其他助剂而直接上染棉、麻、丝、毛和粘胶等纤维，所以叫直接染料。
  直接染料色谱齐全，色泽鲜艳，价格低廉，染色方法简便，但最大的缺点是这类染料的染色牢度大部分都不够好，针对染色牢度较差的缺陷，人们作了许多改革，例如采用化学药品，把已经染上颜色的布进行后处理，提高色布的耐洗和耐晒牢度；也有采用新型的交链固色剂来提高染色织物的后处理牢度。
二、活性染料染色
活性染料根据其活性基因不同，一般可以分为两类。
1.普通型（或称冷染性）活性染料  国产X型活性染料属此类。这类染料的活性基因为含有两个活泼氯原子的三聚氯氰。它的化学性质非常活泼，反应能力较强，但染液的稳定性较差，能在低温（20～30℃）下与纤维发生化学反应而染色，同时也只需在低温和较弱碱剂（pH =10.5左右）的条件下完成固色。
2.热固型活性染料  国产K型活性染料属此类。它的活性基因也是由三聚氯氰组成，只是活性基团上仅有一个活泼氯原子。它的化学活性较低，反应能力也差，染液相对稳定。因此在与纤维进行反应时要求条件较为剧烈，固色温度要达90℃左右，同时还需较强的碱剂，固色时间也要比X型活性染料长。国产KN型活性染料，它的活性基团为β－羟基乙烯砜硫酸酯基，故又称乙烯砜型活性染料，它的反应活性介于X型与K型活性染料之间，固色温度为60～65℃。除此之外，还有含双活性基团的M型活性染料和含其他活性基团的活性染料。
(一)活性染料染色性能  活性染料染色时，能将染料直接染到布上，同时由于它有较好的扩散能力，容易使染料扩散进入纤维内部，但由于此时尚未与纤维起化学反应，很容易用水把大部分染料洗掉，因此必须用碱剂促使染料与纤维产生化学反应，把染料固着在纤维上。前者称为染色，后者称为固色。
（二）活性染料染色工艺
1.卷染  卷染工艺适宜小批量、多品种的生产。它染色方便，周转灵活，能染浅、中、深色。由于染料类型不同，对纤维的直接性大小亦不相同，因此染色条件、固色温度、碱剂用量和电解质用量等也各不相同。
    2.轧染  活性染料的轧染分一浴和二浴法。一浴法是将染料和碱剂放在一起，采用的碱剂是小苏打，轧后经汽蒸或焙烘，小苏打分解出Na2C03，使pH升高，有利于染料固色，X型活性染料多用一浴法。二浴法是经浸轧染料溶液后浸轧含碱剂的固色液，再汽蒸固色，采用的碱剂可以是纯碱或磷酸三钠，也可在第一浴中加入小苏打，第二浴固色时加纯碱。
四、还原染料染色
  还原染料不溶于水，染色时要在碱性的强还原液中还原溶解成为隐色体钠盐才能上染纤维，经氧化后，回复成不溶性的染料色淀而固着在纤维上。
(一)还原染料染色过程  还原染料染色时，可采用浸染，卷染或轧染。一般纱线及针织物大都用浸染，机织物大都用卷染和轧染，一般都包括下述四个基本过程。
1.染料还原  染料的还原过程，也就是还原染料隐色体的生成过程，一般都是在碱性介质中进行的。
2.隐色体上染  还原染料经保险粉、烧碱还原溶解成隐色体钠盐后，即对纤维素纤维产生直接性，先吸附于纤维表面，然后再向纤维内部扩散而完成对纤维的上染。
3.隐色体氧化  上染纤维的隐色体需经空气或氧化剂氧化，转变为原来的不溶性还原染料并回复原来的色泽。
4.皂煮后处理  皂煮能将吸附在纤维表面已氧化的浮色去除，使染色织物具有鲜艳的色泽和较好的摩擦牢度。
（二）还原染料染色方法
1.隐色体染色法  隐色体染色是把染料预先还原成隐色体，在染浴中被纤维吸附，然后再进行氧化、皂洗的一种染色方法。
(1)干缸法：在浸染染色时，有的染料还原速度较慢，必须采用较为剧烈的条件来提高染料的还原速率，这种还原方法称为干缸法。
(2)全浴法：这种还原方式适用于还原速率较快的还原染料。其方法是直接将染料放入染槽内，加入规定量的烧碱及保险粉，使染料还原，还原10～15min后即可进行染色。
2.悬浮体轧染法  把未经还原的染料颗粒与扩散剂通过研磨混合，制成高度分散的悬浮液。织物在该液中浸轧后均匀附着在纤维上，然后再用还原液使染料直接在织物上还原成隐色体而被纤维吸收，最后经氧化而固着在纤维上，这种染色方法称悬浮体染色法。此法染料透芯，可以解决白芯问题。
六、硫化染料、酞菁染料染色
(一)硫化染料染色  硫化染料由芳香胺类或酚类化合物与多硫化钠或硫磺熔融而成，在染色时须用硫化碱还原溶解，故称为硫化染料。
1.硫化染料染色原理  硫化染料不溶于水，但能被硫化碱还原，生成钠盐隐色体而溶解在水溶液中。这种隐色体在碱性溶液中，对纤维具有较强的直接性，因而被纤维吸收，经氧化后，染料重新转变为不溶状态，并沉积在纤维上。在染色过程中，硫化碱既是还原剂又是碱剂。
2.硫化染料卷染工艺  硫化染料的染色一般都采用卷染，这不仅有利于小批量、多品种生产，同时可使成品得到深浓丰满的色泽。
按染色性能和染色方法的不同，酸性染料可分为下述三类。
1.强酸浴染色的酸性染料  这类染料分子结构比较简单，磺酸基在整个染料分子结构中占有较大比例，所以染料的溶解度较大，它在染浴中是以阴离子形式存在。染色时，必须在强酸性染浴中才能很好地上染纤维，故称为强酸性染料。
2.弱酸浴染色的酸性染料  
这类染料结构比较复杂，染料分子结构中磺酸基所占比例较小，所以染料的溶解度较低，它们在溶液中有较大的聚集倾向。这类染料染色时，除能和纤维发生离子键结合外，分子间力和氢键起着重要作用。染色时，在弱酸性染裕中就能上染，故称为弱酸性酸性染料。
3.中性浴染色的酸性染料  这类染料分子结构中磺酸基所占比例更小，它们在中性染浴中就能上染纤维，故称为中性酸性染料。这类染料染色时，染料和纤维之间的结合主要是分子间力和氢键产生作用。食盐、元明粉等中性盐对这类染料所起的作用不是缓染，而是促染。
八、分散染料染色
    分散染料是一类水溶性较低的非离子型染料。最早用于醋酯纤维的染色，称为醋纤染料。随着合成纤维的发展，锦纶、涤纶相继出现，尤其是涤纶，由于具有整列度高，纤维空隙少，疏水性强等特性，要在有载体或高温、热溶下使纤维膨化，染料才能进入纤维并上染。
（一）分散染料一般性质  分散染料结构简单，在水中呈溶解度极低的非离子状态，为了使染料在溶液中能较好地分散，除必须将染料颗粒研磨至2μm以下外，还需加入大量的分散剂，使染料成悬浮体稳定地分散在溶液中。分散染料按应用时的耐热性能不同，可分为低温型、中温型和高温型。
（二）分散染料染色方法  由于聚酯纤维具有疏水性强、结晶和整列度高、纤维微隙小和不易润湿膨化等特性，要使染料以单分子形式顺利进入纤维内部完成对涤纶的染色，按常规方法是难以进行的，因此，需采用比较特殊的染色方法。目前采用的方法有载体法、高温高压法和高温热溶法等三种染色方法。
九、阳离子染料染色
  腈纶是由丙烯腈与其他单体成分共聚而成的合成纤维。其组成以丙烯腈为主，加入了第二单体如丙烯酸酯，以改善纤维的物理机械性能，提高它的柔韧性和手感；引入第三单体如衣康酸或丙烯磺酸，以增加纤维上吸附染料的位置，改善染色性能。引入的酸性基因越多，纤维结合染料的位置就越多，则该纤维的染色饱和值越大，得色也越深。
  阳离子染料结构与性能 ： 阳离子染料是为了适应腈纶的染色，在碱性染料的基础上经改进而发展起来的新型染料。这类染料在水溶液中能离解成带正电荷的色素阳离子，故称为阳离子染料。根据阳离子染料结构中所带阳离子基团的结构特征，可将染料分为共轭型与隔离型两大类。

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涂料染色
一、涂料染色的特点
   涂料染色是将涂料制成分散液，通过浸轧使织物均匀带液，然后经高温处理，借助于粘合剂的作用，在织物上形成一层透明而坚韧的树脂薄膜，从而将涂料机械地固着于纤维上，涂料本身对纤维没有亲和力。
该染色工艺具有以下特点：
1．品种适应性较强，适用于棉、麻、粘胶纤维、丝、毛、涤、锦   等各种纤维制品的染色。
2．工艺流程短，操作简便，能耗低，有利于降低生产成本。
3．配色直观，仿色容易。
4．污水排放量小，能满足“绿色”生产要求。
5．涂料色相稳定，遮盖力强，不易产生染色疵病。
6．涂料色谱齐全，湿处理牢度较好，还能生产一般染料染色工艺无法生产的特种色泽，对提高产品附加值较为有利。

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  植物染料染色
植物染料是从植物的根、叶、树干或果实中取得的。据估计，至少有1000～5000种植物可提取色素。如菖草、紫草、苏木、靛蓝、红花、石榴、冬青、杨梅、柿子、黄栀子、桑、茶等。一、植物染料的分类及应用
植物染料的分类有多种方法，按化学组成一般可分为：叶绿素类、类胡萝卜素类、姜黄素类、靛蓝类、蒽醌类、萘醌类、类黄卤酮类等七大类。
天然植物染料色谱七色俱全，但鲜艳明亮不够，不少品种的水洗和气候牢度不够满意，其浓度与色相也不稳定。较满意的植物染料有：姜黄、桅子黄、红花素、槲皮苷、茜草色素、靛蓝、栀子蓝、叶绿素、辣椒红和苏木黑等。
三、植物染料染色存在的问题
天然植物染料一般无毒、无害，对皮肤无过敏性和致癌性，具有较好的生物可降解性和环境相容性，而且资源丰富，一些天然的植物染料来自药用植物，它本身也有一定的保健功效。但是用天然植物染料染色，也存在不少问题，主要以下三点：
（1）天然植物染料含量低，提取时需消耗的植物数量大，不利于环境保护，提取后的植物三废治理也是一个问题，而且成本也高。
（2）天然植物染料除少数外，大多数的染色牢度较差，即使使用媒染剂牢度仍然不理想。而且不少天然植物染料在洗涤和使用过程中会变色泛旧或色光变灰。特别是拼色时，由于不同植物染料的牢度差异较大，变色更为明显。
（3）植物染料染色大多数都要应用媒染剂来提高色牢度和固色率，许多媒染剂是有害的，会造成较严重的污染。
应该指出，并不是来自天然植物的染料都是无毒的，目前对它们的毒性系统研究不多，因此有必要对它们的毒性进行评定。

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染色发展动向
随着社会的进步和人们生活质量的提高，人们越来越重视环境和自身的健康水平。穿用“绿色纺织品” 、“生态纺织品”成为当今世界人们的生活需求。发展纺织工业的清洁生产，运用有利于保护生态环境的绿色生产方式，向消费者提供生态纺织品是世界纺织业进入21世纪的全球性主题，是事关人类生存质量和可持续发展的重要内容。绿色染色技术是今后纺织品染色重点发展方向。
绿色染色技术的主要特点在于应用无害染料和助剂，采用无污染或低污染工艺对纺织品进行染色加工。染色用水量少，染色后排放的有色污水量少且易净化处理，耗能低，染色产品是“绿色”或生态纺织品。为此，近年来国内外进行了大量的研究，提出和推广应用一些污染少或符合生态要求的新型染色工艺。
新型染色工艺包括非水、少水染色，节能染色，增溶染色，新型涂料染色，短流程、多效应染整，计算机应用和受控染色等。