新型還原劑的硫化染料牛仔經紗聯染實踐
彭志忠
（廣東佛山市敬展紡織材料有限公司 廣東佛山 528216）
摘 要：針對傳統硫化染料硫化堿染色污染大、染色工藝不穩定等問題，采用新型環保還原劑Sudersul用于牛仔紗線硫化染料連續漿染，并與傳統硫化堿的染色性能和清潔性進行對比；闡述了其在染色生產、生態環境和印染污水排放等，以及染色紗線的產品質量等方面性能優勢，還原劑Sudersul是取代硫化堿等硫化物環境友好的新型環保染色還原劑。
關鍵詞：新型環保還原劑；硫化染料染色；牛仔漿染色；棉紗線；生態環境友好型
前 言
目前牛仔布經紗多數采用軸經漿染，是將一定數量的經軸紗引入各個染槽，經反復多浸軋、多次透風（水洗）氧化后，以實現硫化黑/靛藍等各個染料的染色，經烘干后再進行漿紗即得到色澤均一的經軸色紗，以提供織造牛仔面料使用。由于硫化染料本身不溶于水，不能直接上染纖維，其染色時需要加入還原劑將其還原成與纖維有親和力的水溶性形態（即隱色體）上染纖維素纖維，上染后再氧化把隱色體重新變成不溶性的色淀沉積在纖維上而固著，以獲得優良的染色牢度與色澤。
硫化堿/硫氫化鈉作為硫化染料染色的還原劑至今一直在使用，傳統的硫化染料染色工藝中，為了保持染液的還原電位穩定，需要加入過量的硫化堿（俗稱“臭堿”），在使用過程中會釋放出有毒且惡臭的硫化氫氣體，嚴重影響生產人員和周圍居民的身體健康；其印染廢水中硫化物含量高達300～2000mg/L以上，印染廢水中硫化物含量嚴重超標，大量硫化物也產生硫化氫惡臭氣體；高濃含硫S2-廢水直接排放會對水生物產生危害，腐蝕污水系統，損害操作工人的身心健康；同時硫化堿的有效成分低而雜質多，染色后還會產生大量廢渣，印染廢水中CODcr值很高。
隨著國家對環境保護力度的不斷加大，推動紡織印染及服裝行業危險和不清潔化學品的零容忍和零排放，含硫S2-印染廢水-廢渣的處理成本越來越高，印染廠迫切需要既能達到印染生產要求、又符合環保并降低染色生產及廢水處理成本的硫化堿替代產品；因此，采用對環境無污染（無硫或低硫的）高性能新型還原劑替代硫化堿是勢在必行的發展趨勢。
1．實驗部分
1.1 實驗材料和儀器
紗線：棉紗線（10支OE紗，佛山市馬大生紡織有限公司）。
染化料：環保還原劑Sudersul（佛山敬展紡織材料有限公司）；滲透劑G-OK（印染級）；氫氧化鈉（片堿）、硫化堿（國藥集團化學有限公司）；硫化黑染料BR200%（佛山華豐有限公司）。
儀器與設備：FA20114電子天平，電磁攪拌器，染色小軋車、電熱恒溫鼓風干燥箱（上海朗高紡織設備有限公司）：Datacolor SF 650測色配色儀（Datacolor公司）；ORP氧化還原電位計（上海三信儀表廠）；耐洗色牢度實驗機，Y571D摩擦測色牢度儀（無錫紡織儀器廠）。
1.2 硫化染料染色及工藝流程
1.2.1 染色工藝
染色處方：
硫化黑染料/（g.L-1） 60
氫氧化鈉/（g.L-1） 12～18
還原劑Sudersul/（g.L-1） 25～45
滲透劑/（g.L-1） 5
溫度/℃ 95
1.2.2染色工藝流程
進軸紗→浸軋（滲透劑+燒堿）一格→冷水一格→95℃溫度浸軋染液多格（結合逐格透風氧化）→水洗（冷水、酸洗2～3格）→烘干→上漿→烘干→出紗。
1.3 測試與表征
1.3.1 染液氧化還原電位
按照行業標準SL94-1994氧化還原電位的測定方法，在一定溫度下將氧化還原電位計放入染色液中，待數值穩定后，讀取數據。
1.3.2 織物表觀顏色深度K/S值
使用測色儀Datacolor SF 650對染色后紗線的K/S值進行測定，測試四次取得平均值。采用D65光源、10°觀察視角，測試四次取得平均值。
1.3.3 耐皂洗牢度測試
測染后紗線的耐洗色牢度，按照GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗耐洗色牢度》的標準來進行判定。
1.3.4 耐摩擦牢度測試
測染后紗線的耐摩擦色牢度，按照GB/T 3921- 2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》標準來進行判定。
2．結果與討論
2.1 不同因素對染色性能影響
2.1.1 正交實驗分析
研究新型還原劑Sudersul、氫氧化鈉（片堿），以及硫化黑染料對染色性能的影響，按照1.2節染色工藝進行正交實驗，正交實驗因素為染料用量（A）、氫氧化鈉用量（B）、還原劑Sudersul用量（C）；測試染色后紗線的顏色深度K/S值，結果如表l所示。
表1 硫化黑染色正交實驗及染色K/S值
由表1可知，硫化黑染料用量的極值最大，是影響染色深度的重要因素，其次是還原劑和氫氧化鈉的用量；選取均值最大的相關條件，即硫化黑染料用量60g/L、氫氧化鈉15g/L、還原劑Sudersul 40g/L；后續在此工藝條件下進行單因素測試研究。
2.1.2 還原劑Sudersul對染色性能的影響
按照2.1.1節的正交實驗得出的較優工藝條件，硫化黑染料60g/L、氫氧化鈉15g/L用量、染色溫度95℃，探討不同濃度的還原劑對硫化黑染色性能的影響；結果如圖1所示。
圖1 還原劑Sudersul質量濃度對硫化黑染色后紗線K/S值的影響
由圖1可知，隨著還原劑Sudersul質量濃度的增加，染色后紗線的K/S值先增大后有所降低；還原劑Sudersul用量較少時，硫化黑染料還原不充分，染料無法完全以隱色體形式存在，當還原劑Sudersul用量大時，染料易發生過還原現象，不利于隱色體上染纖維。因此，還原劑Sudersul質量濃度不宜過低或過高，還原劑Sudersul最佳質量濃度為40g/L。
2.1.3 氫氧化鈉對染色性能的影響
硫化黑染料60g/L、還原劑Sudersul用量40g/L、染色溫度95℃，探討不同濃度的氫氧化鈉對硫化黑染色性能的影響；結果如圖2所示。
由圖2可知，氫氧化鈉質量濃度對染色紗線K/S值影響較大，紗線K/S值隨著氫氧化鈉濃度的增加逐漸變大；氫氧化鈉濃度較低時，以隱色酸形式存在的染料無法完全轉變成隱色體鈉鹽，難以上染纖維，染色后紗線K/S值較低；當氫氧化的濃度為15g/L時，紗線K/S值達到最大，再增大氫氧化鈉濃度，紗線K/S值反而存有下降；綜上所述，氫氧化鈉濃度最佳用量為15g/L。
圖2 氫氧化鈉質量濃度對硫化黑染色后紗線K/S值的影響
2.1.4染色溫度對染色性能的影響
硫化黑染料60g/L、氫氧化鈉15g/L、還原劑Sudersul 40g/L的用量，探討不同溫度對硫化黑染色性能的影響；測試染色后紗線的顏色表觀深度K/S值，結果如圖3所示。
圖3 染色溫度對硫化黑染色后紗線K/S值的影響
由圖3可知，隨著染色溫度升高，染色后紗線的K/S值先增大后降低；染色溫度低于75℃時，隨著溫度升高紗線的K/S值增大比較緩慢，當溫度在75～95℃之間時，隨著溫度的升高，紗線的K/S值明顯增大，95℃溫度時達到最高值；當染色溫度超過95℃后，染色紗線的K/S值反而降低，這是因為溫度大于95℃時，染液開始沸騰，進入染液的空氣增多加速了還原劑的有效分解，導致減弱染液中還原劑的還原能力，以影響染色效果。因此，最佳染色溫度為95℃。
2.2 不同還原劑的染色性能對比
按照上2.1節優化的工藝方案，以Sudersul為硫化黑染色的還原劑和傳統硫化堿為硫化黑染色的還原劑進行對比；硫化堿染色工藝：硫化黑染料60g/L、硫化堿用量66g/L、染色溫度95℃。測試不同還原劑的染液電位值及染色后紗線的表觀顏色深度K/S值，結果如表4所示。
表4 不同還原染液電位及染色后紗線的顏色深度K/S值
由表4可知，在相同染色條件下，還原劑Sudersul的染液電位值略高于硫化堿的染液電位值，且還原劑Sudersul染色后紗線的表觀色深度K/S值大于硫化堿還原劑染色后紗線的K/S值。因此，還原劑Sudersul為硫化黑染色還原劑的染色性能比硫化堿的染色性能好。
2.3 不同還原劑的染色清潔性對比
按照2.1節優化的染色工藝方案以及傳統硫化堿的染色方案，對比還原劑Sudersul和硫化堿染液中以及生產過程中產生的廢水、廢氣。分別測試硫化黑染液中還原性硫元素的含量、染后廢水中COD值、硫S2-的含量，以及循環槽處硫化氫氣體的含量。由國科（佛山）檢測認證有限公司對廣東某廠硫化染色生產車間的染色液、廢水、廢氣等進行對應檢測；測試結果如表5所示。
表5 新型還原劑Sudersul和硫化堿的染色清潔性對比
由表5可知，新型還原劑對比硫化堿：還原劑Sudersul的染色液中還原性硫元素含最為8.1%，硫化堿的染液中還原性硫元素含量42.6%；還原劑Sudersul對比硫化堿染色后，廢液中COD降低了67.63%，含硫量降低了82.1%，廢氣中硫化氫降低了88.45%。
采用新型還原劑可從源頭上減少了染色液中硫元素的含量，也大大減輕印染企業生產過程中產生的廢水、廢氣，很大程度上減少對生態環境的污染；因而也降低企業處理廢水、廢氣的難度和費用。
2.4紗線染色后各項牢度
分別測試按照2.1節最佳染色工藝條件和2.2節的工藝條件染色后紗線織成牛仔面料的耐皂洗牢度和干/濕摩擦牢度；測試結果如表6所示。
表6 硫化黑染色后紗線摩擦/耐皂洗色牢度
由表6可知，在最佳工藝條件下染色，還原劑Sudersul染色后的紗線面料耐干摩擦牢度為4級、濕摩擦牢度為2+級，耐皂洗牢度為4～5級；經對比可知，還原劑Sudersul染色后的棉紗線干/濕摩擦牢度高于傳統硫化堿，產品色牢度完全符合牛仔面料的質量要求。
3．結語
3.1 采用還原劑Sudersul為硫化染料染色還原劑，牛仔棉紗線漿染染色工藝：硫化黑染料60g/L，燒堿15g/L，還原劑40g/L，染色溫度為95℃；染色效果好，染色后紗線的表觀色深度K/S值優于硫化堿還原劑染色后的K/S值，染色后紗線面料的耐干摩擦為4級、濕摩擦為2+級，耐皂洗牢度達到4～5級，產品色牢度優于傳統硫化堿還原劑的硫化黑染色。
3.2 還原劑Sudersul對硫化黑染料進行還原染色，對比硫化堿可知，染液中還原性硫元素減少了81.0%，染色生產過程中廢水COD降低了67.63%，含硫量降低了82.1%；廢氣中硫化氫降低了88.45%；還原劑Sudersul從源頭上減少了染液中硫元素的含量，使染色過程更加清潔和安全，大幅度降低廢水-廢渣處理成本，有效地解決傳統硫化染料染色的環保問題，具有顯著的減排效果。
3.3 還原劑Sudersul是環境友好的硫化染料染色還原劑，染色后的紗線水洗也簡單些，提升了染色后紗線的柔軟程度；染色后的設備/管道變得清潔，降低了車間設備的腐蝕和安全隱患，更利于清潔化生產；因此，環保型還原劑硫化染料染色技術的應用實踐有著重要的實用價值和社會意義。
作者簡介：
彭志忠，江西新余人，印染高級工程師，從事染整技術三十多年；一直致力于紡織染整、印花新技術和新材料研究及染化料應用技術管理等。
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