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、需要滅菌的醫療紡織品和需要有紅外反射作用的軍用紡織品等許多領域中要求好的耐氯牢度,都需要應用還原染料染色。
從生態學觀點,還原染料也是目前纖維素纖維染色優先的選擇。由于這些染料不溶于水,不會積聚在水中和生物體中。由Dystar公司生產的陰丹士林染料,生產過程優化,不會產生重金屬等危險的副產物,因而本身是符合環保要求的,而對生態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,因而不會產生有害的副產物,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控,從而有利于提高加工質量和降低成本。
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,因而電子從陰極轉移到染料分子上需要由所謂的“介體”———一種在染浴中具有優良溶解性并對纖維親和力低的鐵絡合物來幫助。這種鐵絡合物從陰極表面獲得一個電子變成一個Fe2+絡合物,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規模的電化學還原系統的卷裝染色機。2003年在完成另外一些優化工作以
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,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。其染色法類似常規方法進行。染色結束時,染浴收集于貯罐中,染色物按常規氧化。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性好,避免常規染色法中通常出現的質量問題。
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良的染色效果,這些從3kg和8kg卷裝染色機的實驗室染色結果,能夠轉換到奧地利Getzner紡織公司的正規生產規模上。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化試驗,將提供新工藝最現實的工業化評價。
4 電化學染色的優點
這個方法在工業上和生態上受益的一個重要的因素,是
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