两相法印花的高效蒸化技术

俞思琴
(浙江亚太特宽幅印染有限公司，浙江绍兴312080)
摘要：在两相法印花工艺中，染料高效蒸化固色，在轧碱后数十秒内快速反应，且不沾污白地，织物花型轮廓清晰。文中阐述了还原染料和活性染料高温短蒸两相法印花的机理，探讨了影响印花质量的因素，并从设备、工艺和成本等方面与传统的一相法印花工艺进行综合比较，具有节能、环保和提高产品质量等众多优点。
在两相法印花工艺中应用高效蒸化技术，具有加快反应速度、提高生产效率、缩短蒸化时间、提高得色率与色牢度、节能环保等众多优点。我公司近年作了一系列的小样试验和大机生产，收效甚好。
棉织物的两相法印花工艺与常规工艺比较：
传统印花工艺流程 前处理白坯→染料、碱化学品同浆印花烘干→蒸化固色(102℃×7～8 min) →洗烘
两相法印花工艺流程 前处理白坯→不含碱等固色剂的染料单浆印花烘干(第一相) →轧固色化学液高效短蒸(第两相，llO～140℃×10～40 s) →洗烘
棉织物两相法印花工艺已有数十年的历史，国内主要用于分散、还原染料生产迷彩服。活性常规汽蒸两相法印花在20世纪60年代也有开发，但高温快蒸两相法印花由于设备、染料和工艺等方面的限制，国内大机生产较少。由于两相法印花的印浆内不含碱等固色剂，而是在印花烘干后再轧第两相的固色液，然后汽蒸皂洗烘干完成。因此，在完成轧化学液固色皂洗后，如何保证印花织物的花型轮廓的清晰度和白地不被沾污，是工艺的关键。
1 高效蒸化技术的发展
两相法印花的染料在轧化学液后能在数十秒内快速反应、高效蒸化固色，并获得白地不被沾污、无拖色、轮廓清晰的花型。生产中除了关键的工艺技术外，首先要通过一个有效的设备去实施，即高效快速蒸化机。从早期开发的门式、桥式、圆桶式、悬挂式、回转式到塔式蒸箱，以及德国高尔乐公司(GMT GOLLER)的GOLLER FLASHAGER狭缝直立式快速高效蒸化机的面世，欧洲已有成熟机型加工生产。高效蒸化机采用过热蒸汽(电加热蒸汽)代替早期的间接或直接蒸汽，容布量仅12～18m，蒸化时间缩短到数十秒(10～40s)。设备整机尺寸仅为4600mm×4100 mm×9500mm，比国产机(5500mm×4300mm×8623mm)略低一点，容布量为12m。卧式双辊双轧槽低给液轧车代替了早期的立式两辊轧车。GOLLER FLASHAGER蒸化机蒸箱有8、10、12、14 m不等容布量，配有轧辊清洁装置，可连续批量生产，并及时清除沾色等疵点。要获得高质量产品，恒定的蒸汽流量控制(过热蒸汽流量控制器)；蒸箱内上、中、下、左、中、右均匀稳定的温度；均恒的低给液量控制轧液系统(可调节剂量的低给液面、浸轧机)；配料循环系统的正常运转，以及小容量织物在蒸化机中的低张力恒速运行等，都是衡量蒸化机能否适应两相法印花的关键因素。
近年来，国产蒸化机也有发展。例如余姚纺织机械厂的高效蒸化机，将过热蒸汽发生器在原来的基础上增加了自动编程控制器，使生产过程中的蒸汽流量、温湿度都比以往稳定。本厂的试验是在该机上进行的。
2 还原染料高温短蒸两相法印花
2.1机理
还原染料两相法印花的机理类似于悬浮体轧染，分散在印花浆中的不溶性还原染料颗粒(第一相)，被印制到棉织物表面并烘干，然后浸轧还原固色液(第二相)，进蒸箱高温短蒸，不溶性还原染料被碱性还原剂还原成可溶性隐色体，并迅速被棉纤维所吸收，经水洗_氧化_皂洗_清洗和烘干，此时可溶性隐色体又被氧化成不溶性还原染料，而被固着在纤维上。

两相法印花的高效蒸化技术

俞思琴
(浙江亚太特宽幅印染有限公司，浙江绍兴312080)
摘要：在两相法印花工艺中，染料高效蒸化固色，在轧碱后数十秒内快速反应，且不沾污白地，织物花型轮廓清晰。文中阐述了还原染料和活性染料高温短蒸两相法印花的机理，探讨了影响印花质量的因素，并从设备、工艺和成本等方面与传统的一相法印花工艺进行综合比较，具有节能、环保和提高产品质量等众多优点。
在两相法印花工艺中应用高效蒸化技术，具有加快反应速度、提高生产效率、缩短蒸化时间、提高得色率与色牢度、节能环保等众多优点。我公司近年作了一系列的小样试验和大机生产，收效甚好。
棉织物的两相法印花工艺与常规工艺比较：
传统印花工艺流程 前处理白坯→染料、碱化学品同浆印花烘干→蒸化固色(102℃×7～8 min) →洗烘
两相法印花工艺流程 前处理白坯→不含碱等固色剂的染料单浆印花烘干(第一相) →轧固色化学液高效短蒸(第两相，llO～140℃×10～40 s) →洗烘
棉织物两相法印花工艺已有数十年的历史，国内主要用于分散、还原染料生产迷彩服。活性常规汽蒸两相法印花在20世纪60年代也有开发，但高温快蒸两相法印花由于设备、染料和工艺等方面的限制，国内大机生产较少。由于两相法印花的印浆内不含碱等固色剂，而是在印花烘干后再轧第两相的固色液，然后汽蒸皂洗烘干完成。因此，在完成轧化学液固色皂洗后，如何保证印花织物的花型轮廓的清晰度和白地不被沾污，是工艺的关键。
1 高效蒸化技术的发展
两相法印花的染料在轧化学液后能在数十秒内快速反应、高效蒸化固色，并获得白地不被沾污、无拖色、轮廓清晰的花型。生产中除了关键的工艺技术外，首先要通过一个有效的设备去实施，即高效快速蒸化机。从早期开发的门式、桥式、圆桶式、悬挂式、回转式到塔式蒸箱，以及德国高尔乐公司(GMT GOLLER)的GOLLER FLASHAGER狭缝直立式快速高效蒸化机的面世，欧洲已有成熟机型加工生产。高效蒸化机采用过热蒸汽(电加热蒸汽)代替早期的间接或直接蒸汽，容布量仅12～18m，蒸化时间缩短到数十秒(10～40s)。设备整机尺寸仅为4600mm×4100 mm×9500mm，比国产机(5500mm×4300mm×8623mm)略低一点，容布量为12m。卧式双辊双轧槽低给液轧车代替了早期的立式两辊轧车。GOLLER FLASHAGER蒸化机蒸箱有8、10、12、14 m不等容布量，配有轧辊清洁装置，可连续批量生产，并及时清除沾色等疵点。要获得高质量产品，恒定的蒸汽流量控制(过热蒸汽流量控制器)；蒸箱内上、中、下、左、中、右均匀稳定的温度；均恒的低给液量控制轧液系统(可调节剂量的低给液面、浸轧机)；配料循环系统的正常运转，以及小容量织物在蒸化机中的低张力恒速运行等，都是衡量蒸化机能否适应两相法印花的关键因素。
近年来，国产蒸化机也有发展。例如余姚纺织机械厂的高效蒸化机，将过热蒸汽发生器在原来的基础上增加了自动编程控制器，使生产过程中的蒸汽流量、温湿度都比以往稳定。本厂的试验是在该机上进行的。
2 还原染料高温短蒸两相法印花
2.1机理
还原染料两相法印花的机理类似于悬浮体轧染，分散在印花浆中的不溶性还原染料颗粒(第一相)，被印制到棉织物表面并烘干，然后浸轧还原固色液(第二相)，进蒸箱高温短蒸，不溶性还原染料被碱性还原剂还原成可溶性隐色体，并迅速被棉纤维所吸收，经水洗_氧化_皂洗_清洗和烘干，此时可溶性隐色体又被氧化成不溶性还原染料，而被固着在纤维上。

2.2影响印花质量的因素
2.2.1 染料的还原电位
染料的还原电极电位指染料转化成隐色体时的电位，它的高低显示染料还原的难易程度。一般还原染料的还原电位在-640～-927 mV，必须选择还原电位超过染料还原电位的还原剂，才能使染料有效还原，还原电位过低或过高，将造成还原不足或过度。实践发现，用烧碱、保险粉作还原剂效果较佳。由于还原剂的还原电位不同，其还原速度、汽蒸时间也不同。保险粉的还原电位为-1040mV，用它作还原剂，染料在烧碱存在下形成可溶性钠盐，还原效果好。但保险粉不太稳定，易分解。据有关资料介绍，它在原装密封筒、高位槽、轧槽工作液内及从出轧槽到进蒸箱的空气中的稳定性的允许时间，分别是2～2.5 h、10～15 min、0.5～2 s。对此，除了使织物轧液后在最短的时间内进入蒸箱，并降低工作液温度的专用设备外，还必须以此为依据制订合理的工艺与固色液配方。生产过程中则应严格控制烧碱和保险粉用量，以免在连续生产中随着时间的延长，保险粉分解、用量不够而造成还原不足、色泽萎暗和色差等一系列质量问题。
2.2.2印花浆配方
为保证印花织物在轧碱后染料不会从花型轮廓中渗出沾污白地，而造成花型轮廓不清晰或拖色，需选择在遇强碱和其它化学品浸轧时能凝聚的印花糊料。海藻酸钠、瓜豆耳浆和改性淀粉醚等糊料都有较好的凝聚效果，但若控制不好，会影响凝聚效果，在织物表面形成薄膜包覆，从而影响染料迅速进入纤维。因此，应按比例配制成混合浆，如将海藻酸钠、汽巴的ALCOPRINT 7860(聚丙烯酸酯增稠剂)和荷兰AVEBE公司的淀粉醚CR拼混，可获得花型清晰、得色量高、色泽丰满，色牢度良好的满意效果。
2.2.3 轧液率及蒸化固色条件
在还原两相法印花的轧液工艺中，合理的低轧液率非常关键。不同重量、组织规格的纤维素织物，不同面积花型的染料量与固色液烧碱、保险粉浓度、带液量的关系，原糊与印浆的制作，染料的溶解(撒粉法)，蒸化固色温度与时间等各种工艺参数，都将直接影响印花质量。应通过试验，确定合适的工艺条件，并严格监控固色工作液中保险粉浓度，固色时的低轧液率、温度和车速等工艺参数。
3 活性高效快蒸两相法印花
活性染料具有色泽鲜艳、色谱齐全、操作方便、价格低廉、色牢度高和匀染性好等特性，是目前棉、麻和粘胶等纤维素纤维面料应用最广泛的染料。我们试验了活性染料两相法印花的可行性。
3.1 与一相法印花工艺的区别
传统活性一相法印花工艺 前处理白坯→活性染料(含碱、尿素等化学品)同浆印花烘干→蒸化固色(102℃×7～8 min) →洗烘
活性高效快蒸两相法印花工艺 前处理白坯→活性染料(不含碱、尿素等化学品)单浆印花(第一相)烘干→轧碱固色液(第两相) →高效短蒸(1 10～140℃×10～30 s) →洗烘
制浆 两相法印浆与常法印浆不同，一般情况下不用尿素、小苏打，染料加原糊(纯海藻酸钠浆或混合浆)即可。操作简便，由于不含碱，印浆非常稳定。
目前进口或国产活性染料大多是超细粉或颗粒状，溶解性良好。一般可用撒粉法将染料在搅拌状态下撒人原糊即可。
3.2反应机理
在活性固色过程中，碱剂作为活性染料与纤维素纤维反应的活化剂，其pH值对染料与纤维素之间的反应速度影响较大。常规一相法印花由于碱与染料同浆印花，故选用温和的弱碱剂(如小苏打)，以使染料在印花烘干过程中保持稳定不分解。汽蒸时小苏打遇热分解成纯碱，pH值为11，因此常规活性印花固色蒸化需7～8 min。两相法印花，活性染料作为一相先印在纤维上，再轧第两相，不受固色液碱剂的限制，可用强碱，如烧碱或混合碱，pH值达13以上。强碱能促进纤维的离子化和染料的反应速率，使染料与纤维活化形成共价键结合，并通过高效蒸箱加速完成。染料与纤维的反应速率与染料在纤维上的浓度及纤维离子浓度成正比，根据pH值与纤维离子浓度关系可知，烧碱(pH值13)作碱剂的纤维离子浓度，是纯碱(pH值11)的36倍以上，这就是活性两相法印花工艺可以在数十秒内快速完成的原因。

3.3染料与碱剂的选择
为了达到高效、快速、高固色和印花效果好等目的，染料选择原则如下：
(1)染料的反应性 选择反应性快的染料。
(2)染料的固着率 选择与纤维结合固色率高的染料。X型冷染染料(二氯均三嗪型)并不合适，因其反应性虽快却不稳定，遇强碱易水解；而高固色率的双活性或多活性基团染料应是首选。
(3)染料对纤维的亲和力 为避免印花布在汽蒸后，尤其是两相法印花轧碱汽蒸后水解染料沾污白地而洗不净，应选择对纤维亲和力小的染料。
根据以上原则，对印花常用K型染料(一氯均三嗪型MCT)、两相法染色常用的KN型染料(乙烯砜型VS)进行筛选，发现乙烯砜型及双活性基团或多活性基团染料两相印花效果均优于一氯均三嗪型染料，而双活性基团或多活性基团型染料的得色量明显高。
固色碱液配方的合理性至关重要。碱剂的选用与染料的反应性有关，反应性低的染料，诸如乙烯砜型及双活性基团或多活性基团染料，一般用烧碱与纯碱或硅酸钠的混合碱效果较好。强碱能促使纤维离子化，加快染料的反应速率，但过多的烧碱又会使染料水解。试验发现，采用混合碱比单独使用烧碱效果好，烧碱过多，颜色变浅。
另外食盐作为电解质非常重要。高浓度的钠离子能加速染料负离子与纤维离子的键合，食盐还有抑制染料水解的作用，能有效提高固色率，并可减少染料轧碱时溶入碱液而沾污白地。但食盐与纯碱过多，将对固色液的配制与碱剂的平衡带来一定的困难。因此，合理筛选碱剂固色液配方，以及改进设备的配料系统十分重要。染料浓度、印浆类别(海藻酸钠浆与混合浆)、花型面积印浆量和织物的组织厚薄等都与混合碱的浓度配方直接相关。
3.4影响印花质量的因素分析
3.4.1低给液的轧碱方式
低给液或面轧是确保花型效果的关键。浸轧液量过高，会增加染料的水解而发生渗化和白地沾污等疵病。不同的穿布方式可改变浸轧和面轧的状态。
3.4.2印花糊料的选择 。
与还原两相法印花一样，选择的印花糊料应在遇强碱和其它化学品浸轧时，有一定的凝聚效果。纯海藻酸钠浆制原糊花型清晰度尚可，但得色量不如混合浆。例如，汽巴的ALCOPRINT 7860(聚丙烯酸酯增稠剂)、海藻酸钠与荷兰AVEBE公司的淀粉醚CR的拼混，可获得花型清晰、得色量高和色泽丰满的效果。不同的糊料对碱浓度的要求不同，纯海藻酸钠浆碱浓度可略减少。由于两相法印花浆内不加碱和尿素等化学助剂，糊料的适应性相对较强。因此，活性两相法印花工艺中，结合花型面积与类型，可选择能达到效果而成本较低的糊料和印浆配方。
3.4.3快蒸工艺条件的选择
快蒸工艺条件原则上为110～140℃×10～30s，具体视不同花型面积(块面或线条)而定。深色和浅色染料用量不同，不同组织规格和原料的织物(厚、薄，棉、麻、粘等)对染料与碱的吸液量不同，其碱液浓度、汽蒸时间亦应作适当调整。对某些细线条花型面积极小的印花织物，可特殊处理。
3.4.4后处理清洗
从试验和生产中发现，只要染料、糊料选择恰当，印花、轧碱、蒸化工艺都处于正常状态，就能获得高固色率。与常规一相法印花比，后清洗明显落色少，清洗容易，用一般净洗剂即可，色牢度好。我们大样生产33只色浆印制产品，洗后的色牢度良好，其中黑色、深咖啡和深藏青等湿摩檫牢度均达2～3级以上。
3.4.5粘胶及其粘胶混纺织物活性两相法印花
根据人棉粘胶类纤维的皮层结构，采用普通活性印花，若要获得色泽浓艳的效果，必须采取下列措施：

(1)人棉预处理苛化或预轧尿素等处理。
(2)印浆中大幅度增加尿素用量在试验中发现，粘胶/亚麻织物两相法印花时，印浆中不含碱和尿素等助剂，织物毋需预处理，在同等条件下，其得色率与花型效果比其它织物效果好。因为粘胶纤维在轧高碱固色液后，纤维充分溶胀、膨化，增大了纤维大分子间的空间，使染料能从纤维的外皮层进入内芯，增加了染料的扩散与吸收，相当于纤维吸碱苛化的过程。
4 结论
活性高效快蒸两相法印花具有节能环保，提高色牢度和生产效率等众多优点。
4.1设备简单
占地面积小，相对投资低，生产效率高。
4.2节省蒸汽
常规印花固色汽蒸需7～8 min，两相法印花高效蒸箱只需汽蒸10～30 s。快速蒸化蒸汽消耗是常规蒸化的1/3～1/5。
4.3环境保护
两相法印浆一般不需尿素，尤其对人棉粘胶类织物或混纺织物，无需用尿素预处理，减少了环境(空气与水质)污染。另外，两相法印花汽蒸后水洗落色少，有利于减少三废排放。
4.4工艺稳定
活性高效快蒸两相法印花操作简便，固着率高和重现性好，从而减少了大、小样误差，生产准备相对容易，生产稳定性高，前后头尾色差小。应用还原印花的高效快蒸，还可适应客户高日晒牢度或漂洗砂洗等某些特殊要求。
4.5综合成本低
两相快蒸工艺可节省蒸汽和尿素，但其印浆原糊的要求比较高，另外多一道轧碱液的费用。但两相法快蒸工艺得色高、固着率高，得色可比常规法深2～3成或以上，节约了染料成本。综合节能、环保和质量等各方面的有利因素，其综合成本并不高。
4.6遮盖性好 、
两相法高效快蒸活性、还原染色，对棉花等级差、死棉多的斜纹、麻棉、粘胶/亚麻等常规染色布面效果差的织物，得色明显提升，色泽丰满而有光泽，尤其对死棉与棉结的遮盖效果明显提高。
4.7产品质量好
在生产中，织物穿越高效蒸箱总距离仅12 m，过热蒸汽的蒸化时间10～40 s，由于过热蒸汽温度大于150℃，故无水滴。与原工艺比，普通显色蒸箱箱体长8～10 m，织物从进蒸箱到出蒸箱穿越上下前后导辊共62根(国产机约50根左右)，穿布路线总长62 m左右，间隔2～3min，新工艺大大减少了织物在蒸箱内的滞留时间，大大减少了在生产过程中产生滴水、沾污和起皱等疵点。