高温匀染剂ALS的性质分析
《高温匀染剂ALS的性质、性能及其相关应用分析》
周凉仙 吴圳燚 （桐乡市雀屏纺织整理有限公司）
谢伟德 （ 上虞市杜浦化工厂）
谢文革 （上虞市嘉利盛助剂工业有限公司 ）
鲍国芳 （绍兴市质量技术监督局 ）
摘要：本文对化工行业标准的高温匀染剂ALS，与其他较具类型代表性的高温匀染剂品种，作了缓染、移染等关键性能上的测定和比较，并进一步对高温高压染色的特征、特点，及其高温高压染色对于匀染问题的要点作了相关分析。
（注：高温匀染剂ALS，标准号HG/T3988-2007。实施日期：2008、04、01。国家发改委2007年第60号文件，98项化工建材行业标准，序号第25号。）
关键词：高温高压染色、分散染料、高温匀染剂ALS、缓染、移染、匀染。
一、前言
匀染剂是各种染料都几乎离不了的一大助剂类别。其中与多数高水溶性和可沸点或以下温度染色的染料用匀染剂所不同，对于分散染料的高温高压染色，其匀染剂必须适应于染料的极低水溶性，及其130℃高温这二大特征，并也常在前加冠于“高温”二字以示明确和分类。
二、分散染料的性质与特点概述
分散染料是一类分子比较小，结构上不带水溶性基团的染料。染料在水中溶解度很小，而主要借助分散剂的作用成为均一的水分散液，故名为分散染料。
分散染料在水中的溶解度很低，在冷水中仅约0．1 ～32毫克／升，水温升高至沸，或在压力容器内加热至130℃溶解度才达200毫克/升以上。染料溶解度受温度的影响与染料的结构和分子量有很大的关系〔1〕。分散染料在水溶液中对涤纶的染色,主要是以这些微量的游离分子进行的〔2〕。分散染料的化学属性是非离子型的,但商品染料中常含有阴离子助剂,这是为了保持染料液分散状态的稳定和获得良好的染色效果。另外，阴离子分散剂，它对分散染料有明显的增溶作用．商品染料配制染液时，能溶解于水的大部分是各种分散剂，细小的染料微粒只是被水溶性的分散剂包围．分散染料的染液，实际上并非真正的溶液〔3〕，商品粉状分散染料的纯染料含量一般为40～60%，其余为填充剂,包括分散剂润湿剂等等〔4〕。
三、高温高压染色对匀染剂的要求与设计思路
分散染料对涤纶纤维的染色方法,主要分为热溶、高温高压、与常温载体法,高温高压染色目前仍不失为主要的染色方法，而且某些纺织品种的染色,还非高温高压法不可。
染色的匀染,通常地讲,应有缓染和移染等二方面功能的支持.但对于分散染料来说,其染料微粒子在染色工作浴中的均匀悬浮性分布,亦是保证匀染的另一重要条件。为此,染料制造方面,在商品成品分散染料中,扩散剂等填充剂的成份比例,一般都高于染料。依赖扩散剂等助剂的作用,使很大一部分并末呈溶解态的染料微粒子,能够较稳定均匀地分散悬浮在水浴中。故对商品分散染料的微粒子,还要求它达到直径在2微米以下.(即使如此,时间久了后,也还是会产生沉淀现象,故它的染色工作浴最好呈不停的运动态。对此,液流、喷射等染色剂倒还是很符合该特点要求.而是紧式的高温高压卷染,由于它的布转动,水基本不动的特征,使它更易发生色点问题〔5〕。)鉴于分散染料的性质特征,与高温高压的染色方式,要找出任何一种单体物质的匀染剂来适应其匀染所需,则尚是一件难于能满意逾越的事。
要使染料微细颗粒成为稳定的水分散体,水浴中要有足够浓度和力度的分散剂。染料微粒被分散剂包围,不使染料彼此靠近,防止相互聚集或结块成团.阴离子的电荷斥力有助于分散体的稳定〔6〕。扩散剂的结构，应与染料的结构相适应，扩散剂的亲油部份最好与染料近似，以形成较强的非极性结合，才可防止因高温振荡，与染料脱离而引起凝聚。但也要有一定的极性,以免过多的降低染料的上染率。有研究认为,具有环结构的高分子量表面活性剂,较适合于高温染色所要求〔7〕。但阴离子表面活性剂对于分散染料染色匀染另一方面所需的缓染、移染能力并不强，随着染色开始后温度的上升、染料分子动能的增大,上染速度随之不断的作递增，就十分需要非离子表面活性剂的缓染性与移染协助功能，来控制分散染料的上染速度，及促进染料分子在纤维上作移染。否则，极易因染料的上染速度过快、移染动能不强，而仍会上染不匀。非离子表面活性剂，具有明显的缓染功能，并还有较强的促进移染的作用。通常亦可作为多种染料 的通用性匀染剂。但在远高于沸点的分散染料高温高压染色时，往往因其浊点温度远远低于染色温度，而难于符合要求（还要注意在液流喷射类染色机上的起泡性大小问题）。然而，非离子型若与阴离子型表面活性剂以适当比例混合使用时，可以使浊点的温度提高到沸点以上，某些品种间的合理搭配，甚至可以有更大的提高。因此，二方面的互补不但有益，而且还是至关重要的。
当然，能符合于分散染料高温高压染色匀染要求的，也并非上述一条路可走，另如芳香酚聚氧乙烯醚硫酸酯的铵盐等亲纤维型的二性表面活性剂，某一些分子量较大的非离子表面活性剂和助溶剂、软水剂等的复配， 以及另还可以加入少量分散型载体，等等。因也都能达到高温高压染色的匀染目标，而亦均都可取。
四、ALS-300的理化指标与性能比
4、1 高温匀染剂ALS-300，系基于阴非二类表面活性剂的互补增效作用，产品应用成本竟争力的思路设计。并考虑到不同纺织半成品形式，需用不同染色设备所引发的差别化，设计开发了低泡型、抗沉淀型、加强渗透型等品种系列，可分别适用于液流喷射类、卷染类、筒子散纤类等染色机所使用。
4、2 ALS-300的理化指标与各相关性能对比
4、2、1 理化指标：
外观：浅棕色液体
离子性：阴/非离子
PH值： 6、5～7
水溶性： 与水可任意比例相溶
含固量： 30±1%
贮存稳定性： 一年
４、2、2、 缓染性：
4．2．4浊点：
不同浓度下的浊点情况
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品种 |
温度 浓度 |
100℃ |
130℃ |
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1# |
2g/L |
透明 |
透明 |
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10g/L |
透明 |
透明 |
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2# |
2g/L |
微乳白色，透明。 |
乳白色，基本透明。 |
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10g/L |
乳白色，基本透明。 |
乳白色，略显混浊，但可算基本透明，冷却后转透明。 |
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3# |
有自乳化性能，无法测定。 |
原液透明，但使用时加水稀释后，立即变成基本不透明的乳化状液体。表明其具有自乳化功能，但在此情况下，已失去测定浊点的可行性。 |
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注：130℃测定因本厂试验设备条件所限，采用升温到130℃后迅速放汽减压后打开观察。
4．2．5起泡性：
按国家质量监检验检疫总局、国家标准化管理委员会关于“纺织印染助剂消泡剂消泡效果的测定”（国家GB/T标准送审稿），所指定的方法测定，1#、2#均为低泡型，3#因类别问题而未作测定。
4．2．6助扩散性：
用滤纸渗圈法检查，情况比较如下：
五、性能比的相关分析
5．1缓染性：
对于深兰HGL，1#在125℃以前较强；3#在120℃后明显趋弱，130℃附近与1#、2#有较大差距。从整体看，在100～130℃匀染敏感阶段，1#的缓染能力相对最大。
对于兰2BLN，1#、2#基本相同，在100～130℃匀染敏感阶段，3#的缓染性较为最大（但染色结果显示1#、2#的匀染效应均并无问题）。
5．2移染性：
1#、2#对深兰HGL的移染能力相仿，对兰2BLN1#则优于2#，3#的移染性能为最强（可能与其含有载体成份有较大的关系）。
5．3助扩散性：
该指标三者均处于同一水平。但需注意的是该指标与分散染料的微粒子直径大小级别及其填充扩散剂的品质更为关系密切（这些指标均是检测商品分散染料质量的主要项目）。高温匀染剂的参与，系定位于补充地位。
5．4品种系列化的要求：
涤纶纤维各类纺织半成品的高温高压染色，分别有织物、纱线、散纤维等三类。占主要染色比重的织物染色，又分成松式浸染和平幅卷染二类方式。
除了基础性的缓染和移染功能要求，不同纺织品形式所使用的不同染色设备，对高温匀染剂还另有各不同要求。所以，高温匀染剂的品种系列化也是不能缺少的。用于液流、喷射等喷嘴型的松式浸染机，宜为低泡型（最好无泡，但不现实）。对于高温高压卷染机，需要强化扩散、抗沉淀功能型。筒子、笼装绞纱、笼装散纤的染色，则需要渗透加强型。否则的话，将难于起到满意的应用针对性要求。
5．5关于应用和选择的分析
高温高压的匀染，关键在100～130℃阶段。因为涤纶纤维的膨化、表面结晶层的松懈、非晶区的扩大，和染料的上染动能与上染速度，都在沸点后明显地随着温度的上升而迅速扩大，故此时缓染功能就显得极其重要。达到130℃后，染浴中的染料已绝大部分上染到了纤维上了，染料的运动形式，移染转变成了主要反映（包括渗入到纤维内部的移动）。
移染可以弥补缓染上的差距，缓染也可以减少对移染的要求。非离子表面活性剂对于二大功能上的反映，实际上并不能绝对清晰的作出划分，而只是在侧重性上的区别而已。3#的移染性能十分强大，应与其含有载体和有机溶剂有关。从现实角度上讲，只要能达到匀染目的，任何类型岂非都可。然而，尤其是含有载体成份的移染特强型品种，载体的亲纤维特征，染色后即使是经还原清洗，也并不容易彻底。它在纤维上即使是少量的残存，也会使染色物在热定型时，提升和促进染料的热迁移动能，导致染料分子向纤维表面的迁移性扩大，造成染色成品一些色牢度指标不应有的下降。
高温匀染剂的使用量，也还应与所染色泽的深浅相关联。因商品分散染料中的填充剂，必然地随染料量的多少而成正比增减。故色泽越浅时，高温匀染剂就成反比调节用量，以确保染色工作浴中匀染所必需的合理浓度。另一方面色泽越浅，对色花的反映敏感性越大；色泽越深，对色花的遮盖性则越大。故对染料用量最大的黑色时，则高温匀染剂已无再加入的必要了。经应用比较试验，ALS-300的用量，宜掌握在0.5～1g/L（最大不必超过1.2g/L）。
从外观、性质、性能等特征上来看，1#、2#应属于同一基础类型，但并非完全类同成份结构。从性能指数整体上作衡量，1#很适宜大生产常规使用。3#的移染性能很强，从使用成本（其单价远远的高于1#、2#）和后续影响角度上来讲，宜有控制的针对于发生比较严重色花色渍后的回修使用。色花色渍等现象，亦即系纤维上染料的分布不均，回修时需要强大的移染能力，缓染对此并无多大意义。表面活性剂的移染能力，对较轻微的色花尚可应付。而对于在100～130℃时曾经堵过缸的较为严重的色花，以及色渍等病疵时，其力度远嫌不足。此时，无载体的参与，则将难于有效解决，但要重视最终的清洗问题。
六、影响匀染的其他因素
6．1升温速度是工艺方面影响染料上染速度的另一重大因素，它与助剂缓染功能的影响性相比，更为有过之而无不及。因此，单靠助剂并不全面，必须二者并重，缺一不妥。尤在100～130℃的敏感阶段，宜严格控制升温速率在1℃/ min或以内为好。
6．2分散染料的非理想水溶性的特殊性，带来了化料操作上与活性、酸性等完全水溶性染料的不同要求。染料分子及其微颗粒在染色工作浴中的均匀分布，是匀染的首先条件，染料的化料、加料进缸，是重要的第一步（包括色点疵病的发生，往往也都与化料操作首先有关）。
6．3高温高压液流、喷射等松式浸染机中的染色，堵缸是十分忌讳的运行故障。一旦发生，尤其是在100～130℃的关键阶段，处理故障既不方便，又不安全，也难于短时间内迅速解决掉。此时，色花现象一般难于避免，堵塞时间越久，色花反映将越越严重。造成堵缸的因素比较多，生产计划上的配缸过量，挡车操作上坯布入机时有绞纽的现象，喷嘴尺寸不匹配或喷嘴压力调节不当，轴承、花篮盘等机械另件的突发性故障等等，都会导致坯布打结、堵塞等问题的突然发生。
染色工作浴的泡沫过多，则是与染化料方面关系较大的另一致堵因素。故在半充满式的液流、喷射等染色机中，消泡剂的使用是很为必要的。
但需要一提的是消泡剂的使用，虽应该讲泡沫应消除得越少越好，但也并不要追求到一点泡沫都没有。因在液流、喷射等染色剧烈搅动，要求其完全的无泡沫运转，是不客观和不现实的，但需控制在一个临界点以下。消泡剂的使用，于染色并不承担其他功能和作用，只要达到在染色过程当中不发生堵缸就达到了目的。
6．4另外，染料的各品种之间，存在着一个染色相容性问题。 染料的上染速率，对于用单只染料进行染色的话，并不影响到色花问题，但在二只染料以上的拼色染色时，则上染速率就明显地与色花现象有着影响和关联。因此，拼色染料的具体品种选择，就需要注意挑选上染速率曲线能基本上一致的品种，上染速率曲线越能够吻合的，则越有益，这在松式浸染上反映尤为敏感〔8〕。
七、结语
涤纶纤维的高温高压染色，其染色的密封加压之特殊性，及其色泽上的高坚牢度，使得对于染色运转过程中的情况监看，以及一旦发生了色花以后的处理和解决，均相当不便、麻烦和困难，且回修成本高昂。因此，如何保证匀染，妥善合理的选择和使用适合于130℃高温及其染色设备特点的高温匀染剂，将是至关重要的预防内容之一。同时，还必须对各个影响因素都不疏忽和遗漏，才能满意地得到高效优质的染色结果。
参考文献：
一、《染料应用手册.分散染料分册》.纺织工业出版社
（1） P1
（3） P21
（6） P25
二、孔繁超编《涤纶针织物染整》.纺织工业出版社
（2） P132
（4） P134
（7） P181
三、吴金石等“松式浸染染色中的匀染问题”.《染整科技》2004年第2期
（5）
（8）
