新型还原剂的硫化染料牛仔经纱联染实践
彭志忠
（广东佛山市敬展纺织材料有限公司 广东佛山 528216）
摘 要：针对传统硫化染料硫化碱染色污染大、染色工艺不稳定等问题，采用新型环保还原剂Sudersul用于牛仔纱线硫化染料连续浆染，并与传统硫化碱的染色性能和清洁性进行对比；阐述了其在染色生产、生态环境和印染污水排放等，以及染色纱线的产品质量等方面性能优势，还原剂Sudersul是取代硫化碱等硫化物环境友好的新型环保染色还原剂。
关键词：新型环保还原剂；硫化染料染色；牛仔浆染色；棉纱线；生态环境友好型
前 言
目前牛仔布经纱多数采用轴经浆染，是将一定数量的经轴纱引入各个染槽，经反复多浸轧、多次透风（水洗）氧化后，以实现硫化黑/靛蓝等各个染料的染色，经烘干后再进行浆纱即得到色泽均一的经轴色纱，以提供织造牛仔面料使用。由于硫化染料本身不溶于水，不能直接上染纤维，其染色时需要加入还原剂将其还原成与纤维有亲和力的水溶性形态（即隐色体）上染纤维素纤维，上染后再氧化把隐色体重新变成不溶性的色淀沉积在纤维上而固着，以获得优良的染色牢度与色泽。
硫化碱/硫氢化钠作为硫化染料染色的还原剂至今一直在使用，传统的硫化染料染色工艺中，为了保持染液的还原电位稳定，需要加入过量的硫化碱（俗称“臭碱”），在使用过程中会释放出有毒且恶臭的硫化氢气体，严重影响生产人员和周围居民的身体健康；其印染废水中硫化物含量高达300～2000mg/L以上，印染废水中硫化物含量严重超标，大量硫化物也产生硫化氢恶臭气体；高浓含硫S2-废水直接排放会对水生物产生危害，腐蚀污水系统，损害操作工人的身心健康；同时硫化碱的有效成分低而杂质多，染色后还会产生大量废渣，印染废水中CODcr值很高。
随着国家对环境保护力度的不断加大，推动纺织印染及服装行业危险和不清洁化学品的零容忍和零排放，含硫S2-印染废水-废渣的处理成本越来越高，印染厂迫切需要既能达到印染生产要求、又符合环保并降低染色生产及废水处理成本的硫化碱替代产品；因此，采用对环境无污染（无硫或低硫的）高性能新型还原剂替代硫化碱是势在必行的发展趋势。
1．实验部分
1.1 实验材料和仪器
纱线：棉纱线（10支OE纱，佛山市马大生纺织有限公司）。
染化料：环保还原剂Sudersul（佛山敬展纺织材料有限公司）；渗透剂G-OK（印染级）；氢氧化钠（片碱）、硫化碱（国药集团化学有限公司）；硫化黑染料BR200%（佛山华丰有限公司）。
仪器与设备：FA20114电子天平，电磁搅拌器，染色小轧车、电热恒温鼓风干燥箱（上海朗高纺织设备有限公司）：Datacolor SF 650测色配色仪（Datacolor公司）；ORP氧化还原电位计（上海三信仪表厂）；耐洗色牢度实验机，Y571D摩擦测色牢度仪（无锡纺织仪器厂）。
1.2 硫化染料染色及工艺流程
1.2.1 染色工艺
染色处方：
硫化黑染料/（g.L-1） 60
氢氧化钠/（g.L-1） 12～18
还原剂Sudersul/（g.L-1） 25～45
渗透剂/（g.L-1） 5
温度/℃ 95
1.2.2染色工艺流程
进轴纱→浸轧（渗透剂+烧碱）一格→冷水一格→95℃温度浸轧染液多格（结合逐格透风氧化）→水洗（冷水、酸洗2～3格）→烘干→上浆→烘干→出纱。
1.3 测试与表征
1.3.1 染液氧化还原电位
按照行业标准SL94-1994氧化还原电位的测定方法，在一定温度下将氧化还原电位计放入染色液中，待数值稳定后，读取数据。
1.3.2 织物表观颜色深度K/S值
使用测色仪Datacolor SF 650对染色后纱线的K/S值进行测定，测试四次取得平均值。采用D65光源、10°观察视角，测试四次取得平均值。
1.3.3 耐皂洗牢度测试
测染后纱线的耐洗色牢度，按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》的标准来进行判定。
1.3.4 耐摩擦牢度测试
测染后纱线的耐摩擦色牢度，按照GB/T 3921- 2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》标准来进行判定。
2．结果与讨论
2.1 不同因素对染色性能影响
2.1.1 正交实验分析
研究新型还原剂Sudersul、氢氧化钠（片碱），以及硫化黑染料对染色性能的影响，按照1.2节染色工艺进行正交实验，正交实验因素为染料用量（A）、氢氧化钠用量（B）、还原剂Sudersul用量（C）；测试染色后纱线的颜色深度K/S值，结果如表l所示。
表1 硫化黑染色正交实验及染色K/S值
由表1可知，硫化黑染料用量的极值最大，是影响染色深度的重要因素，其次是还原剂和氢氧化钠的用量；选取均值最大的相关条件，即硫化黑染料用量60g/L、氢氧化钠15g/L、还原剂Sudersul 40g/L；后续在此工艺条件下进行单因素测试研究。
2.1.2 还原剂Sudersul对染色性能的影响
按照2.1.1节的正交实验得出的较优工艺条件，硫化黑染料60g/L、氢氧化钠15g/L用量、染色温度95℃，探讨不同浓度的还原剂对硫化黑染色性能的影响；结果如图1所示。
图1 还原剂Sudersul质量浓度对硫化黑染色后纱线K/S值的影响
由图1可知，随着还原剂Sudersul质量浓度的增加，染色后纱线的K/S值先增大后有所降低；还原剂Sudersul用量较少时，硫化黑染料还原不充分，染料无法完全以隐色体形式存在，当还原剂Sudersul用量大时，染料易发生过还原现象，不利于隐色体上染纤维。因此，还原剂Sudersul质量浓度不宜过低或过高，还原剂Sudersul最佳质量浓度为40g/L。
2.1.3 氢氧化钠对染色性能的影响
硫化黑染料60g/L、还原剂Sudersul用量40g/L、染色温度95℃，探讨不同浓度的氢氧化钠对硫化黑染色性能的影响；结果如图2所示。
由图2可知，氢氧化钠质量浓度对染色纱线K/S值影响较大，纱线K/S值随着氢氧化钠浓度的增加逐渐变大；氢氧化钠浓度较低时，以隐色酸形式存在的染料无法完全转变成隐色体钠盐，难以上染纤维，染色后纱线K/S值较低；当氢氧化的浓度为15g/L时，纱线K/S值达到最大，再增大氢氧化钠浓度，纱线K/S值反而存有下降；综上所述，氢氧化钠浓度最佳用量为15g/L。
图2 氢氧化钠质量浓度对硫化黑染色后纱线K/S值的影响
2.1.4染色温度对染色性能的影响
硫化黑染料60g/L、氢氧化钠15g/L、还原剂Sudersul 40g/L的用量，探讨不同温度对硫化黑染色性能的影响；测试染色后纱线的颜色表观深度K/S值，结果如图3所示。
图3 染色温度对硫化黑染色后纱线K/S值的影响
由图3可知，随着染色温度升高，染色后纱线的K/S值先增大后降低；染色温度低于75℃时，随着温度升高纱线的K/S值增大比较缓慢，当温度在75～95℃之间时，随着温度的升高，纱线的K/S值明显增大，95℃温度时达到最高值；当染色温度超过95℃后，染色纱线的K/S值反而降低，这是因为温度大于95℃时，染液开始沸腾，进入染液的空气增多加速了还原剂的有效分解，导致减弱染液中还原剂的还原能力，以影响染色效果。因此，最佳染色温度为95℃。
2.2 不同还原剂的染色性能对比
按照上2.1节优化的工艺方案，以Sudersul为硫化黑染色的还原剂和传统硫化碱为硫化黑染色的还原剂进行对比；硫化碱染色工艺：硫化黑染料60g/L、硫化碱用量66g/L、染色温度95℃。测试不同还原剂的染液电位值及染色后纱线的表观颜色深度K/S值，结果如表4所示。
表4 不同还原染液电位及染色后纱线的颜色深度K/S值
由表4可知，在相同染色条件下，还原剂Sudersul的染液电位值略高于硫化碱的染液电位值，且还原剂Sudersul染色后纱线的表观色深度K/S值大于硫化碱还原剂染色后纱线的K/S值。因此，还原剂Sudersul为硫化黑染色还原剂的染色性能比硫化碱的染色性能好。
2.3 不同还原剂的染色清洁性对比
按照2.1节优化的染色工艺方案以及传统硫化碱的染色方案，对比还原剂Sudersul和硫化碱染液中以及生产过程中产生的废水、废气。分别测试硫化黑染液中还原性硫元素的含量、染后废水中COD值、硫S2-的含量，以及循环槽处硫化氢气体的含量。由国科（佛山）检测认证有限公司对广东某厂硫化染色生产车间的染色液、废水、废气等进行对应检测；测试结果如表5所示。
表5 新型还原剂Sudersul和硫化碱的染色清洁性对比
由表5可知，新型还原剂对比硫化碱：还原剂Sudersul的染色液中还原性硫元素含最为8.1%，硫化碱的染液中还原性硫元素含量42.6%；还原剂Sudersul对比硫化碱染色后，废液中COD降低了67.63%，含硫量降低了82.1%，废气中硫化氢降低了88.45%。
采用新型还原剂可从源头上减少了染色液中硫元素的含量，也大大减轻印染企业生产过程中产生的废水、废气，很大程度上减少对生态环境的污染；因而也降低企业处理废水、废气的难度和费用。
2.4纱线染色后各项牢度
分别测试按照2.1节最佳染色工艺条件和2.2节的工艺条件染色后纱线织成牛仔面料的耐皂洗牢度和干/湿摩擦牢度；测试结果如表6所示。
表6 硫化黑染色后纱线摩擦/耐皂洗色牢度
由表6可知，在最佳工艺条件下染色，还原剂Sudersul染色后的纱线面料耐干摩擦牢度为4级、湿摩擦牢度为2+级，耐皂洗牢度为4～5级；经对比可知，还原剂Sudersul染色后的棉纱线干/湿摩擦牢度高于传统硫化碱，产品色牢度完全符合牛仔面料的质量要求。
3．结语
3.1 采用还原剂Sudersul为硫化染料染色还原剂，牛仔棉纱线浆染染色工艺：硫化黑染料60g/L，烧碱15g/L，还原剂40g/L，染色温度为95℃；染色效果好，染色后纱线的表观色深度K/S值优于硫化碱还原剂染色后的K/S值，染色后纱线面料的耐干摩擦为4级、湿摩擦为2+级，耐皂洗牢度达到4～5级，产品色牢度优于传统硫化碱还原剂的硫化黑染色。
3.2 还原剂Sudersul对硫化黑染料进行还原染色，对比硫化碱可知，染液中还原性硫元素减少了81.0%，染色生产过程中废水COD降低了67.63%，含硫量降低了82.1%；废气中硫化氢降低了88.45%；还原剂Sudersul从源头上减少了染液中硫元素的含量，使染色过程更加清洁和安全，大幅度降低废水-废渣处理成本，有效地解决传统硫化染料染色的环保问题，具有显著的减排效果。
3.3 还原剂Sudersul是环境友好的硫化染料染色还原剂，染色后的纱线水洗也简单些，提升了染色后纱线的柔软程度；染色后的设备/管道变得清洁，降低了车间设备的腐蚀和安全隐患，更利于清洁化生产；因此，环保型还原剂硫化染料染色技术的应用实践有着重要的实用价值和社会意义。
作者简介：
彭志忠，江西新余人，印染高级工程师，从事染整技术三十多年；一直致力于纺织染整、印花新技术和新材料研究及染化料应用技术管理等。
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