毕业论文范文——棉针织物活性染料冷轧堆染色与小样实验方法研究

学校代码： 学号： 东华大学硕士学位论文棉针织物活性染料冷轧堆染色与小样实验方法研究STUDY ON COLD-PAD-BATCH DYEING OF KNITTED COTTON FABRIC AND LAB SAMPLE METHOD姓名：申请学位级别：硕士专业：纺织工程（染整）指导教师： 答辩日期： 棉针织物活性染料冷轧堆染色与小样实验方法研究摘要冷轧堆染色在欧美发达国家是普遍采用的纯棉织物染色方法，它有着低能耗、染料利用率高、低排放等优点,但这种节能环保型的工艺技术一直局限于机织物的染整加工上，运用于针织物的冷轧堆染色工艺技术、设备方面还不够成熟。影响针织物冷轧堆染色的因素有很多，关于这些方面的研究还不够系统，且实验室打小样难，色光难以控制，一次成功率低，因此该工艺在实际应用中受到了很大的限制。本论文筛选活性染料，首先对安诺素L型三原色拼混色的提升力进行了测试，实验表明，安诺素L型染料三原色的提升性能好，能满足针织物冷轧堆染色的要求。然后对堆置时间、碱剂的用量以及堆置温度对棉织物冷轧堆染色工艺的影响进行了单因素分析，在单因素实验结果的基础上，采用了响应面方法中的中心组合设计（CCD）对上述四个因素进行了优化，通过实验结果及验证得出针织物冷轧堆染色的最佳工艺条件为：堆置时间8h，烧碱2g/L，水玻璃10g/L，堆置温度30。经过最佳工艺染色的织物，染样的匀染性好，干摩擦牢度能达到5级，湿摩擦牢度能达到4级，皂洗牢度能达到4-5级。 考虑到冷轧堆打小样的困难，我们采用了烘箱平铺法打小样，该打样方法同大样生产固色原理相同，色光与大样极其相似，重现性好。实验结果表明，活性深红L-4B、活性黄L-3R在50堆置40min能达到标样的表观色深；活性藏青L-3G、三原色拼混色在50堆置120min能达到标样的表观色深，且在亮度、鲜艳度等方面也非常接近，总色差小于0.8，符合打小样的一般要求。本论文还对针织物冷轧堆染色进行了一系列的对比实验，与棉机织物冷轧堆染色比较，实验发现在同等染色条件的情况下，机织物要比针织物染得深，说明了织物的结构对冷轧堆染色的结果也有重要的影响；与传统的浸染法相比，针织物冷轧堆染色技术的染色效果完全可以达到浸染染色工艺，且针织物冷轧堆染色技术的突破使得针织物平幅染整加工得以实现，从而在节能减排、降耗方面有着巨大的优势。关键词：棉针织物，冷轧堆染色，活性染料，小样实验方法STUDY ON COLD PAD-BATCH DYEING OF KNITTED COTTON FABRIC AND LAB SAMPLE METHODABSTRACTCold-pad-batch dyeing, a kind of dyeing method, is generally used for dyeing pure cotton fabrics in Euramerican developed countries. Considered as an energy-efficient & environment-friendly technology, cold-pad-batch dyeing has many advantages, such as low energy consumption, high utilization rate of dyestuff and low discharge. However, it is limited to the dyeing & finishing processing of woven fabric, because it is not well-developed enough in dyeing technology and equipment for cold-pad-batch dyeing of knitted fabric. There are many factors that influenced the effects of cold-pad-batch dyeing of knitted fabric. And, at present, the research on it was still insufficient, inculding of sample dyeing in laboratory, color control and improvment of right-first-time dyeing, which lead to cold-pad-batch dyeing of knitted fabric is limited in practical application.The building-up properties of the selected Anozol-L series Reactive Dyes were first investgated in this paper, and it was found that the dyes had good building up properties in woven and knitted cotton fabrics, which could meet the requirements of cold pad-batch dyeing of knitted fabric. The effects of batching time, temperature, dosage of caustic soda and alkali agents on cold pad-batch dyeing processing of knitted cotton fabric were analyzed. Based on the results of single factor experiments, central composite design (CCD) within response surface method was adopted to optimize the above four factors. From the results, the optimum processing of cold pad-batch dyeing of knitted fabric was obtained: batching time 8h, NaOH 2g/L, Na2SiO3 10g/L, 30. The fabric dyed using the optimum processing condition had good levelness, meanwhile the dry rubbing fastness, wet rubbing fastness and soaping fastness reached level 5, 4, 4-5, respectively.Considering the difficulties of lab sample dyeing methodof cold-pad-batch, oven tile rapid fixation method was used, which had good reproducibility. The dye fixation mechanism of this method was the same with practical production, and the color light of dyed fabric was similar with bulk sample. The results showed that the apparent color depth of dyed sample, which batching for 40min at 50 using reactive dark red L-4B and reactive yellow L-3R, could reach the degree of standard sample; the apparent color depth of dyed sample, which batching for 120min at 50 using reactive navy blue L-3G and mixed dyes of three-primary colors, could achieved the requirement of standard sample. In addition, the brightness chroma and vividness of dyed sample were closedto standard sample, and the total color difference (E) was less than 0.8. The above results were all indicated that oven tile rapid fixation method used in this paper could meet the requirements of sample dyeing in laboratory. carried out. Compared with woven fabrics dyed by CPB under the same conditions knitted fabric were lighter than woven fabrics in color depth because of loose fibrous tissue structure; compared with the conventional exhausted dyeing method, CPB dyeing got better dyeing results, and had huge advantages in saving energy, reducing discharge and consumption.KEY WORDS: cotton knitted fabric, cold pad-batch dyeing, reactive dyes，Lab sample dyeing method目录1绪论11.1 引言11.2 棉织物活性染料冷轧堆染色的发展状况21.2.1 适用于冷轧堆染色工艺的活性染料21.2.2 冷轧堆染色固色碱31.2.3 针织物冷轧堆染色工艺的发展41.2.4 针织物冷轧堆染色设备51.3 针织物冷轧堆工艺条件61.4 响应面分析法71.5 快速固色打小样实验81.6 本课题研究的意义与内容92 理论部分102.1活性染料的结构102.2 活性染料与纤维素纤维的固色机理102.3 冷轧堆染色工艺原理112.4 冷轧堆染色工艺流程113 实验部分133.1 实验材料、染化药剂及仪器133.1.1 实验材料133.1.2 染化药剂133.1.3 实验仪器133.2 实验方法143.2.1 冷轧堆工艺流程及处方143.2.2 浸染工艺流程及处方143.2.3 烘箱平铺快速打小样153.3 测试方法153.3.1 K/S值的测定153.3.2 Integ值的测定163.3.3 ECMC的测定163.3.4 针织物匀染性173.3.5 针织物透染性173.3.6 冷轧堆染色固色率的测定173.3.7 色牢度的测定174 实验结果与讨论184.1 染料提升力184.2 各因素对棉织物冷轧堆染色效果的影响194.2.1 堆置时间对染色效果影响194.2.2 碱剂浓度对染色效果的影响214.2.3 堆置温度的影响244.3 棉针织物冷轧堆染色工艺的优化264.3.1 实验结果与分析264.3.2 验证实验324.4 烘箱平铺法快速打小样324.5 对比实验384.5.1 纯棉针织物与机织物冷轧堆染色384.5.2 纯棉针织物冷轧堆染色与浸染工艺的比较395 结论45参考文献46致谢481绪论1.1 引言棉针织物质地柔软、吸湿透气性能好，具有优良的弹性和延伸性，其特有的舒适性越来越受到消费者的青睐。进入21世纪以来，随着国内外市场对针织品需求的拉动，我国针织染整行业进入历史上发展最快的时期，年加工量过千万吨，居世界首位。如今针织服装在时尚的舞台上扮演着越来越重要的角色，同时顺应安全、环保的市场需求，功能性和高科技纤维在针织物中的应用将会越来越丰富，针织物已经不仅局限于服用领域，在工业、医疗卫生以及农业领域也得到了广泛的应用，所以我们有理由相信针织物在未来的若干年内将会继续保持着强劲的发展势头。2010年我国针织纤维加工总量为1350万吨，约占整个纺织行业纤维加工总量4130万吨的1/3，中国针织纤维加工量占世界纤维加工总量的1/6苏珍珍. 针博会:细分下的见微知著J. 中国纺织,2011,07:76-77.。与欧美国家相比，我国针织物印染加工过程的单位水耗、能耗还处于相对较高水平，如欧洲加工吨纤维织物耗水70吨、耗能0.65吨标准煤，而国内印染行业准入条件规定的新建针织印染企业要达到的指标是吨纤维耗水100吨、耗能1.2吨标准煤。目前国内针织物的印染加工多采用间歇式方式，特别是染色过程，100%采取间歇式方式1。这种染色工艺相对比较成熟，加工设备简单，整个染色过程可以在一台机器上完成，具有处理缓和、易对色，染色后织物手感好，织物的组织花纹可得到保持等优点，但是该染色工艺浴比大，加工单位重量的织物染化助剂用量大，水、能源消耗大，污水处理和排放问题突出，对生态环境造成了极大的损害。根据欧美国家的统计数据表明，将针织物印染加工从绳状间歇式改为平幅连续式，可节水60%、节能50%、降低生产成本20%以上，节能减排效果突出。同时，针织物连续式印染加工还具有如下特点：无绳状加工的皱印；无摩擦或磨损缺陷；织物表面更光滑（无微小的起球），几乎无毛羽；无湿剖幅引起的布损失；容易控制人造纤维的缩水状况等，因此针织物的平幅染整加工技术是目前全球印染行业的研究和推广的热点。随着经济的快速发展，各种能源以及染料助剂等重要物资价格连年增长，世界各国政府对工厂污水处理管控也越来越严格。面对来自生产成本以及节能减排这些问题带来的压力，寻找到一种更节能、更环保的染色技术成为了各国染整工作者首要解决的问题，把冷轧堆染色技术运用于针织物的染色过程中被认为是一种极具发展前途的绿色生产工艺。冷轧堆染色工艺介于浸染工艺和连续轧染工艺之间，是一种半连续化的生产工艺，该工艺流程短，设备简单，对环境污染小，因无需汽蒸和高温固色，节约能源，耗水量少，而且不会出现因连续轧染工艺中烘干所引起的染料发生泳移而造成色差的弊端2。目前，冷轧堆染色技术主要运用于棉机织物的染色加工上，其运用于机织物的染色工艺技术和设备也相对比较成熟3。由于针织物的结构和机织物的结构有着较大的差别，对于与之配套的染料和助剂以及设备的选择也将会存在一定程度上的差异，同时也是一个技术难题制约着冷轧堆染色技术在针织物上的应用。从世界范围看，针织物平幅前处理和平幅水洗及后整理技术已经较为成熟，在国外应用较普遍，国内技术比较先进的针织印染企业已有一定程度的产业化应用，但针织物平幅染色技术国际上应用较少，国内则几乎没有，针织物的平幅染色技术已成为针织物平幅染整加工技术的瓶颈，解决该技术对针织物全流程平幅印染加工技术的推广至关重要。本论文以实现针织物全流程平幅印染加工为最终目标，以针织物平幅染色关键技术为突破口，主要研究以下三个内容：1. 针织物冷堆染色工艺技术；2. 针织物冷堆染色性能评价；3. 针织物冷堆打小样实验方法。1.2 棉织物活性染料冷轧堆染色的发展状况自20世纪60年代初期开发冷轧堆染色工艺(CPB)以来，全世界的染整工作者在助剂、染料、机械设备以及冷轧堆工艺方面均开展了大量的研发工作，并取得了很多伟大的成就，特别是当今能源与水资源的问题日益突出，使得这一节能环保型的染色工艺越来越得到研究人员和染厂的重视。到目前为止传统的冷轧堆工艺已经历了重大的改变，且在染料制造商、染厂和机械制造商之间良好的合作达到了顶点。下面就染料、固色碱、染色工艺以及设备进行详细介绍。1.2.1 适用于冷轧堆染色工艺的活性染料 冷轧堆染色是织物在低温下浸轧染液和碱液的混合液，通过轧辊挤压使染液吸附在织物表面，然后通过一定时间的堆置完成吸附、扩散、固色三个阶段4，最后水洗、皂洗洗掉织物上浮色的过程。因为冷轧堆染色是在低温条件下进行的，且相对于浸染工艺，冷轧堆染色所用染料对织物的亲和力和直接性要更低，以保证织物匀染，避免出现或减少头尾色差等疵病，所以并不是所有的染料都适用于冷轧堆染色。综合冷轧堆染色工艺的特点以及前人的研究工作，适用于冷轧堆染色的染料应符合以下几个方面的条件5：(1) 染料的溶解度要高、直接性要低，且拼色染料直接性要接近，否则易造成织物头尾色差及色光的稳定性差；(2) 由于要求染料在低温下和纤维发生共价键结合，因而染料的反应性要强；(3) 耐碱稳定性好，在浓碱低温条件下不析出。基于以上要求，适用于冷轧堆的活性染料在近几十年得到了迅速的发展，其中性能优良且在市场上应用得比较多的有：亨斯迈纺织染化(汽巴精化)在1988年推出了Cibacron C(现名Novacron)型活性染料，它通过降低染料直接性、提高染料反应性、增加染料耐碱性而适用于冷轧堆染色，这类染料比较稳定，性能优良，但价格比较高，目前已有25个品种；德司达公司在1999年推出的Levafix CA型染料，该染料的特点是：中等亲和性、高碱介质溶解性、具有良好的耐碱性和优异的洗净性，分子结构中含有一氟均三嗪和乙烯砜活性基，固色率高达906，2005年新增4个品种后目前共有11个品种；德司达公司还在2000年前后推出了一套耐碱性很好的活性染料，商品名为Remazol RGB系列，加上2003年推出的黑色染料Remazol Carbon RGB和2007年的Remazol Deep Black RGB共7个品种；科莱恩公司在1995年生产出了耐碱性很好的Drimarene CL系列的染料7，同样适合于冷轧堆染色，现有25个品种。国内也有一些公司相继开发了适用于冷轧堆染色工艺的活性染料，如上海万得有限公司开发的Megafix S-EXF，该染料具有较低的亲和力，良好的渗透性和匀染性；上海雅运开发了适用于冷轧堆染色工艺的雅格素(Argazol)活性染料；上海安诺其纺织化工公司开发了安诺素L系列冷轧堆染色活性染料，据资料介绍这些活性染料水解稳定性好、固色率高、皂洗性能优良。1.2.2 冷轧堆染色固色碱 活性染料冷轧堆染色与浸染法和轧烘焙/蒸法工艺不同，冷轧堆染色温度低，不仅需要固色碱有较强的碱性，以缩短固色堆置的时间,还要求固色碱要有很强的缓冲能力，一来可以维持染浴中pH值的稳定，避免造成头尾色差，还可以保证织物在打卷后长时间的堆置过程中，将织物上的pH值维持在一定的范围，控制染料的水解8。此外，固色碱的溶解性能也要好，不会明显增加织物上溶液的粘度9。大量生产实践及试验表明，选用复合碱形成缓冲体系有利于保持染液的稳定性和色光的重现性。目前工厂使用的复合碱缓冲体系一般为硅酸钠、烧碱的混合溶液，烧碱为活性染料固色提供足够的pH值，硅酸钠可起缓冲和吸附杂质的作用，但是大量使用硅酸钠会在轧辊上形成硅垢，使得轧车不易清洗，造成色斑或织物擦伤且染色后织物的手感偏硬。鉴于硅酸钠的一些不利影响因素，人们开始试图做出一些改变，如德司达专为Levafix和Remazol系列染料开发的柔性碱系统10，该系统应用烧碱和纯碱的混合碱剂，可以克服上述存在的问题，但其缓冲能力要比烧碱和硅酸钠的混合体系要差；由青岛大学和青岛英纳化学科技有限公司共同研发的固色碱DA-GS 710经过生产实践表明，在冷轧堆染色中使用染液固色碱DA-GS 710,能有效提高活性染料染液的稳定性，提高染色一次成功率，并且产品的色牢度搞、色差小11。另外，传统的固色碱在染色过程中用量大，也经常因含有钙、镁等离子而影响染色效果，针对存在的这些问题，研制出了新型的固色代用碱，这种带用碱为液体，只要少量就可以达到传统固色碱体系达到的效果，并且操作非常简便。陈美云12着重探讨了该固色代用碱在活性染料冷轧堆染色中的应用及多种工艺因素对染色效果的影响,通过实验与分析得出用这种固色代用碱作为活性染料的固色碱，染料的固色率能够达到常用碱剂固色的固色率，而且染色牢度也很理想，同时由于这种固色代用碱为液体，配置起来更加方便。1.2.3 针织物冷轧堆染色工艺的发展针织物冷轧堆染色工艺技术有平幅和圆筒两种方式。圆筒针织物加工难度大，需用专门的冷轧堆设备；而采用平幅加工工艺后，除了可提高织物质量(平幅加工减少了坯布褶皱、磨毛等疵病)，相比传统的浸渍绳状加工，平幅加工还可节约1015的生产成本13，因此当前针织物冷轧堆染色工艺更趋于向平幅加工的方向发展。针织物平幅冷轧堆染色工艺技术日趋成熟，该工艺设备投资少，适应性强，即适合大批量，又适合小批量多品种生产，助剂成本低（不需要大量无机盐），节水节汽，能耗低，生产灵活，而且染料固色率高，染色产品渗透性好，色泽丰满，减少了坯布褶皱、磨毛等疵病宋富佳.步入产业化的活性染料生态染色技术J.纺织导报,2011,816(11):36+38。经过平幅前处理的纤维素纤维坯布，首先通过均匀轧车浸轧活性染料染液，然后由送布辊传送到堆置系统，在整个堆置过程中进行恒张力卷取，从而避免对针织物产生的任何挤压，打卷的织物转动到预定的时间后，在转鼓式平幅水洗机中清洗。平幅冷堆染色设备设有优化的防卷边装置，针织物平幅加工不会产生卷边现象。染料、助剂按不同比例加入，带液量均可重现，保持动态平衡，具有较高的准确性。通过PLC用一个误差补偿辊调节轧压效果，数据化工艺控制，织物张力低。特殊的温度控制系统，温度控制在线计量，保证恒定的可重现的温度。这样，染色工艺参数准确可控，确保染色一次性成功。目前国内已有一些工厂引进了平幅针织物冷轧堆染色设备，并投入生产翟丽丽,张健飞.纯棉针织物冷轧堆染色的应用与发展J.针织工业,2009,(7):42-45.。虽然冷轧堆染色工艺极其简单，但其工艺细节的掌握可能相对困难。而它比其他要求高的染色工艺可靠，可获得理想的染色效果。冷轧堆染色工艺技术在机织物染色上是成熟工艺，活性染料染纯棉机织物都采用冷轧堆染色工艺。而在针织物方面，由于冷轧堆染色配套的染化料等一系列技术难题都没有很好地攻克，使冷轧堆染色工艺技术一直未能推广并投入批量生产。但是近年来已有一些工厂和学者对针织物冷轧堆染色工艺进行了研究，山东愉悦家纺有限公司对冷轧堆工艺进行了有效的探索并申请了专利14“一种纺织品面料的冷轧堆染色方法”；陈文、董超萍15对KN型活性染料在纯棉针织汗布上冷轧堆染色工艺进行了探讨，分析了碱剂、温度等因素对染色效果的影响；文水平、河丽清10等人通过实验表明，冷轧堆染色技术完全可以用于针织物，并具有固色率高、污水排放少等优点；郭利、刘俊英16等人采用国产申新SNE活性染料对竹毛棉混纺针织物进行冷轧堆染色，确定了大生产工艺，并对染色中存在的问题进行了分析，找出了解决问题的措施，为冷轧堆染色技术在混纺针织物的应用奠定了基础；翟丽丽，张健飞17选用德凯素活性染料三原色对纯棉针织物冷轧堆染色工艺进行了研究，阐述了碱剂种类及用量、尿素用量、盐用量、堆置温度和时间对织物K/S值的影响。1.2.4 针织物冷轧堆染色设备在冷轧堆染色工艺上，对染色设备的要求极为苛刻，冷轧堆设备的设计必须考虑如下因素18：轧车：均匀辊对不同结构的织物在不同工艺中均能提供高效均匀的轧压，从而得到均匀的染色效果。染槽的设计：小容量，避免染化料的水解反应及消耗，内置导辊，保证浸渍时间和均匀润透。张力：进出布的张力控制，避免色光变化和绉条的产生。温度：织物及染液温度的控制，确保同样的反应条件，保证色光的重演性。定量给液系统：比例泵的选用，预备液（染液，碱剂）的配置，温度及配料耗度的控制，自由加料比例的选用，避免了过程系统误差的产生。现在国内外的一些印染机械厂商都开发出了相应的冷轧堆染色设备，相对来讲，国外冷轧堆染色设备发展得比较成熟，他们在机械和控制方面的研究成果较为突出。计量泵是冷轧堆染色设备中的不可缺少的一个装置，它能精确地控制染料与碱剂的流量，目前多采用德国寇司德公司的混合泵K413e/K412e、布朗卢比公司的UniverdosE-P12计量泵、KKV-2NE15AMhno泵19。图1-1 染料和碱剂混合装置示意图轧车是整个冷轧堆染色工艺装置的核心。德国寇斯德（Kuesters）公司生产的轧车/轧槽单元，包括了均匀辊轧车，双层设计的轧槽和快速淋洗装置。寇斯德（Kuesters）的均匀轧辊在整个轧辊宽度上提供均匀的线压力和可变的全压，它确保了被染织物在整个幅宽上得到均匀的色光18。寇斯德（Kuesters）的“Flexshaft“设计的新型轧液槽其底部有一个密封作用和含有少量液体的轴，织物从其下方通过,目的是在轴内部形成湍流，以保证液体在织物内渗透均匀。由德国针织布整理公司Riedel Textile GmbH和Benninger公司合作开发的BICOFLEX染机，主要应用于弹性针织物的冷轧堆染色,如下图1-2所示，它的进布部分包括了一个中央退卷装置，以保证将织物均匀一致地送入轧车，经过轧车后，织物经过一个主动的板条式扩幅装置扩幅后，再被送到打卷装置上。该机将轧槽染色的立式轧车与面扎轧车的优点完全结合，轧辊倾斜70持续监控织物质量,轧液后，织物无张力下牵引并打卷，防止了布边的重新卷曲，避免在非控制状态下的伸长20-23。水洗机堆置反应站冷轧堆染色机图1-2 冷轧堆染色装置流程图水洗设备方面，贝宁格公司生产的低张力转鼓水洗机TRIKOFLEX可以很好的控制织物地伸长，既能节水又改善了织物质量。国内一些印染机械公司也开发了相关的冷轧堆染色设备，如常州如康纺织机械厂研制了LFH348新型的冷轧堆染色机，上海凯翎纺织染整设备有限公司开发设计了LSR071-320宽幅冷轧堆染色机。1.3 针织物冷轧堆工艺条件（1）针织物的前处理由于针织物在织造前是不需要上浆的，故针织物前处理是无需退浆的，但棉纤维中含有果胶、油蜡以及织造时沾在织物上的纺纱油剂和机油污渍等，因此针织物也要进行去除杂质、纺纱油剂、纤维素伴生物等物质为主要目的的前处理加工，以保证织物具有均匀而良好的润湿性，从而提高染色质量。冷轧堆染色工艺为低温染色，为了便于染料充分渗入纤维内部，冷轧堆染色对前处理的要求甚至更高。另外，在染色前必须洗除布面上残留的双氧水和碱等化学试剂，否则易造成得色率低或染色不匀。织物烘干时要进行很好的控制，以确保回潮率均匀，若烘干过度会导致织物润湿性不佳，以及放大样时重现性差，因而烘干时宜采用温度控制系统。（2）染色温度冷轧堆染色是在室温下堆置，染色温度较低，上染和固色速率也低，所需堆置时间较长。冷轧堆染色工艺中温度的影响主要包括浸轧液温度和堆置温度，浸轧液温度高了会加速染料的水解，温度低了会影响染料的扩散与渗透，一般情况下，控制浸轧液的温度在2030；织物的堆置温度会影响堆置时间的长短，堆置温度升高可以缩短堆置时间，堆置温度的变化也会影响色差和牢度下降。另外，染色前织物的布身温度要均匀，否则会产生头尾色差和左、中、右色差，布身温度过高会加剧染料水解，因此，织物在浸轧前一定要将温度调均匀，将温度降到30以下24。（3）堆置时间打卷堆置的时间取决于染料的反应性和固色碱剂的碱性和用量。一般二氯均三嗪类活性染料用小苏打作碱剂需堆置48h，用碳酸钠作碱剂需堆置68h；一氯均三嗪和一氟均三嗪类用硅酸钠和烧碱混合碱剂需分别堆置1624h和68h；乙烯砜类活性染料用硅酸钠和烧碱混合碱剂需堆置812h25。当室内温度比较高的时候，也可以适当地缩短堆置时间。 (4) 浸轧浸轧染液应充分均匀，一般采用均匀轧车浸轧染液，以保证织物左、中、右所受到的压力一致，避免造成左、中、右色差。室温浸轧染液，必须严格控制带液率，带液率以低些为宜，这样织物上的游离水减少，染料主要与纤维发生固色反应，染料的水解在将在一定程度上降低；如果带液过多，织物上的游离水较多，在堆置的过程中染料的水解加剧，一般棉织物的带液率控制在60%-70%25。（5）打卷堆置针织物的结构比较疏松，对张力比较敏感，且容易出现卷边现象，打卷时要严格控制好张力和织物卷边，做到恒张力、恒线速度，确保染后织物平整收卷。打卷后的织物要用塑料薄膜密封包紧，并使布卷以4-6r/min的速度匀速转动26防止布卷表面及两侧水分蒸发或由于染液向下流淌而造成染色不匀。（6）染色用水轧液宜用软水，因为硬水会使硅酸钠形成不溶物，粘在辊筒上，辊筒表面在烘干后不可避免地会形成一层硅酸钠薄膜，所以辊筒表面常常要用冷水冲洗。（7）水洗为了充分去除织物上未反应的染料和水解染料，打卷堆置一定时间后退卷，并进行冷水洗、皂洗、热水洗等，以提高染色针织物的湿牢度。1.4 响应面分析法响应面分析是利用合理的实验设计并通过实验得到的一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素和响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法27，随着计算机的发展，它已成为精度高、应用广并具有实用价值的优化技术。Central Composite Designs （CCD）是响应面设计方法中一种常用的方法24，最初由Box和Wilson28在1951年提出。该方法可以利用其设计的实验，进行一定的实验次数后，根据实验结果评价各因素与响应值之间的关系，以及各因素间交互影响的程度。响应面和变量之间的关系可以形象地用响应面表示出来，它可以用在以下三个方面：1、描述单个试验变量对响应值的影响；2、确定试验变量之间的相关关系；3、描述所有试验变量对响应值的综合影响。响应面在应用过程中主要有四个步骤29：确定因素；确定因素水平；确定试验点；数据分析。响应面分析法现已广泛应用于生物、化学、制造、食品等领域，由于纺织染整工作者逐渐认识到响应面分析法对于解决生产实际问题有一定的帮助，也开始探索地把响应面分析法运用到纺织染整行业中。李珂30等利用了响应面中的中心组合设计法优化了泡沫染色的工艺，找到了适合泡沫染色的最佳工艺条件，并对得到的最优工艺条件进行了验证，结果表明重演性和准确性均较好。管宇31等人在研究活性染料上染棉针织物各因素对K/S值的影响中，利用了响应面中心组合设计对各因素进行了优化，找到了相同浓度染料染色情况下使K/S值最大的各因素条件。1.5 快速固色打小样实验实际生产中，冷轧堆染色符样率低是生产中一大难点。冷轧堆染色堆置时间长，不能像连续扎染那样在生产过程中就观察符样情况，一旦不符样，只能进行批量回修，造成巨大损失。打小样是冷轧堆染色前非常重要的环节，其准确性直接影响生产效果，因此准确获得与实际生产颜色一致的小样试验方法是该工艺成功应用的关键技术之一。目前研究得比较多的小样试验方法主要有微波炉打样法、室温堆置法、烘箱打卷堆置法、烘箱平铺法，国内冷轧堆打小样绝大部分采用微波炉法29。室温堆置法：将配置好的染液和混合碱液按4:1混合，将织物浸轧染液后，外层紧密包裹薄膜，于室温下放置一定时间，然后水洗、皂洗、水洗、烘干。烘箱打卷堆置法：将浸轧染液后的织物均匀卷在玻璃棒上，外面紧密包裹薄膜，轧紧两端，悬挂于烘箱内固色，然后水洗、皂洗、水洗、烘干。烘箱平铺法：将浸轧染液后的织物外面紧密包裹薄膜，平铺于设定温度下的烘箱内固色，然后水洗、皂洗、水洗、烘干。微波炉打样法：将浸轧混合染液后织物的前段剪去，后段置于塑料盒上，盒内约有80ml水，盖上盖子，将布绷平，将塑料盒放入微波炉中，在额定功率下加热一定时间然后保温，注意避免塑料盒内的蒸汽形成气流，然后水洗、皂洗、水洗、烘干，完成打样32,33。目前国内冷轧堆打小样绝大部分采用微波炉法，但活性染料在微波炉内的固色机理与冷堆不同，即使在微波功率一定的情况下，不同布种、不同带液率的织物得色效果差异亦很大，如果所拼染料对温度的敏感度不一致，则色相差异明显。与此同时，微波炉独特的加热原理使得该小样正反面差异较大，这给工厂的现场操作带来了相当的困难。因此，研发一种既快捷便利而颜色准确性又高的活性染料冷轧堆小样试验方法成为冷轧堆染色成功实现的一个不可或缺的因素34,35。1.6 本课题研究的意义与内容本课题主要研究棉针织物的冷轧堆染色技术以及小样实验技术，进一步开发具有自主知识产权的针织物冷堆系列化工艺，研究成果为实现针织物平幅连续加工提供技术方面的参考。本课题在实验室冷堆染色的基础上，选用相关的活性染料和固色碱，以针织物着色的颜色鲜艳度、K/S值、上染百分率等性能作为检测指标，对针织物冷堆染色进行了探索研究；确定了浸轧染液中染料和各种添加剂的组成以及用量范围；通过冷堆试验，确定了针织物冷堆的工艺参数，利用响应面法对实施工艺进行优化；由于打小样和实际大生产所采取的工艺条件不完全一致，实际生产过程中，实际大生产时需要对实验室打小样的工艺条件进行经验修正，不同组织结构的织物，修正系数也不完全一致，需要进行大量的试验，包含大量样本的小样数据库和大生产数据库的建立及二者之间修正关系的探索，需要耗费大量的人力、物力和时间。主要研究内容包括：（1） 筛选市售安诺素L型活性染料作为浸轧染液配制用染料，测定不同浓度下的吸光度、K/S值、上染百分率以及各项色牢度，并与棉机织物冷堆染色进行对比。（2） 采用响应面方法中的中心组合设计（CCD）对堆置时间、烧碱用量、水玻璃用量以及堆置温度进行了优化，得出针织物冷轧堆染色的最佳工艺条件，并与棉机织物冷轧堆染色进行对比。（3） 采用烘箱平铺法打小样法，优化打小样实验方法，获得与大样生产之间的修正值。2 理论部分2.1活性染料的结构活性染料与其他染料最大的差异在于其分子结构中含有能与纤维的某些基团（羟基、氨基）通过化学反应形成共价结合的活性基（亦称反应基）。活性染料按活性基不同可分为：均三嗪类活性基、嘧啶类活性基、乙烯砜型活性基、复合（多）活性基、其他活性基（如磷酸基）。活性染料的结构可用下面的通式来表示36：SDBRe式中：S水溶性基团；D发色体或染料母体；B活性基与发色体的连接基；Re活性基；活性染料的结构是一个整体，每一结构部分的变化，都将引起染料的各种性能的变化。但就主要因素而言，活性基主要影响染料的反应性以及染料与纤维间所形成的共价键稳定性；染料母体是活性染料的发色部分，它不仅决定了染料的色泽，而且对染料的染色性能如直接性、扩散性等有较大影响；连接基对染料的反应性和染料与纤维间共价键的稳定性也有一定影响。活性染料具有色泽鲜艳、色谱齐全、应用简便、价格低廉、匀染性好，染色牢度优良等优点，目前已成为纤维素纤维纺织物染色和印花的一类十分重要的染料37。2.2 活性染料与纤维素纤维的固色机理活性染料的固色（染色）是一种化学反应，是纤维与染料分子间的共价结合，这种共价结合的形式，根据活性基团的不同，可以用两种反应历程来解释：一种是亲核取代反应，另一种是亲核加成反应。其与纤维素的反应过程如下：（1）维素纤维的离子化Cell-OH+NaOH Cell-O-+Na+H2O纤维素纤维在一般中性介质中是不活泼的，它与活性染料及其它染料一样，只是一种吸附关系，不可能产生牢固的化学结构。只有当纤维素纤维在碱性介质中，才能发生共价结合。这是因为纤维素纤维在此时形成了负离子，而其离子化浓度随着pH值的增加而增加。在这里也可以解释为纤维素纤维作为一种弱酸而与碱剂发生中和反应：（2）活性染料与纤维素纤维的反应纤维素阴离子是一种亲核试剂, 能和卤代均三嗪类活性染料发生亲核取代反应，也能和乙烯砜型活性染料发生亲核加成反应。其反应如下：亲核取代反应：亲核加成反应：2.3 冷轧堆染色工艺原理活性染料的冷轧堆（cold-pad-batch）工艺染色，是指将织物浸轧染液（染料、碱剂、助剂）后于室温下堆置，并不断地缓慢转动，使染料完成均匀吸附、扩散和固色反应，然后经水洗加工的染色方法。冷轧堆染色浴比小，上染和固色温度低，使得染料扩散慢，固色和水解速率也慢，所以上染和固色时间长，特别是上染速率，往往是决定室温堆置时间的主要因素。由于固色温度低，有利于提高固色效率。按加碱剂的方式不同，冷轧堆工艺分为两种：一种是普通一浴轧堆法，即染料和碱剂预先混合配成染液后浸轧织物；另一种是短时冷轧堆法，即将染料和碱剂分开配制，浸轧时由计量泵按比例同时加到小容量的轧槽中。前一种工艺适用于反应性较弱的染料，用碱性较弱的碱剂，堆置时间较长；后一种适用于反应性较强的染料，用碱性较强的碱剂，堆置时间较短。普通一浴轧堆法由于不用混合装置，轧染液稳定性不易掌握，且堆放时间相对要求较长，因而此种工艺现在已很少应用，国内因起用较晚，目前仍有应用。短时冷轧堆法由于采用了配液混合装置，工业中染液稳定，易于控制，因而堆放时间可相应缩短，而且工艺灵活性大，配液换色方便，一个布卷上可先后染多种色泽或品种。近些年来，这一技术改进为采用硅酸钠与氢氧化钠的混合碱液。其优点在于硅酸钠具有显著的缓冲作用，在不损害固色率的情况下，使轧染液的稳定性有所提高，同时防止空气中CO2对染色布的影响及由此所产生的色差、浅边等疵点。这样，工艺显出更加可靠性和重现性，染色产品质量也更趋稳定。2.4 冷轧堆染色工艺流程冷轧堆染色工艺流程如图2-1所示：浸轧染液打卷堆置水洗、皂洗、热水洗烘干。碱剂染料织物浸轧打卷、堆置皂洗、水洗图2-1 冷轧堆染色工艺流程3 实验部分3.1 实验材料、染化药剂及仪器3.1.1 实验材料织物：半漂纯棉针织布 2010cm 面密度260g/m2 毛效：？ 半漂纯棉斜纹布 2010cm 面密度230g/m2 毛效：？3.1.2 染化药剂表3-1 染化药剂染化药剂规格生产厂家安诺素黄L-3R商业品上海安诺其纺织化工股份有限公司安诺素深红L-4B商业品上海安诺其纺织化工股份有限公司安诺素藏青L-3G商业品上海安诺其纺织化工股份有限公司氢氧化钠分析纯国药集团化学试剂有限公司硅酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司皂片测试级上海纺织工业技术监督所棉标准贴衬布，GB-7565测试级上海纺织工业技术监督所聚乙烯自封塑料袋 （2401700.04mm）市售品上海高冠塑料制品公司3.1.3 实验仪器表3-2 实验仪器仪器名称型号生产厂家电子分析天平JA5003上海天平仪器厂扫面电子显微镜TM1000日本日立公司电热恒温振荡水槽DLS-1000A上海福玛实验设备有限公司测色配色仪650美国德塔仪器设备有限公司耐洗牢度试验机SW-12AII温州大莱纺织仪器有限公司摩擦色牢度测试仪CM-5温州纺织仪器厂台湾Rapid电动轧车Rapid台湾Rapid精密机械有限公司电热恒温鼓风干燥箱DGG-907013上海森信实验仪器有限公司3.2 实验方法3.2.1 冷轧堆工艺流程及处方工艺流程：配置染液 染液:碱液=4:1 浸轧染液（两浸两轧，轧液率75%）配置碱液装入自封袋（排掉自封袋中的空气） 恒温堆置固色（时间温度根据具体工艺条件设定） 冷水洗 皂煮（皂片2g/L，碳酸钠2g/L，95，10min） 冷水洗 热水洗 冷水洗 烘干 注：染料溶液和碱溶液分开配置，浸轧之前将染液与碱液以4:1的体积混合，搅拌均匀后加到搪瓷盘中；浸轧液放置时间不能过长，以免染料发生水解，避免发生色浅；浸轧时，织物应平整均匀地经过轧车，以避免褶皱对实验结果造成的影响；重复上述实验时，必须确保浸轧织物操作一致。染色处方：处方1：安诺素黄L-3R 14g/L安诺素深红L-4B 10g/L安诺素藏青L-3G 6g/L氢氧化钠 用量根据实验具体要求硅酸钠 用量根据实验具体要求处方2： 染料 30g/L 氢氧化钠 用量根据实验具体要求硅酸钠 用量根据实验具体要求