一、无机化学基础知识
(一)物质的组成与变化
1.物质组成的分类 化学研究的近千万种物质,可以从不同角度,按不同层次对它们进行多种分类。因为一切物质均是由极小的微粒构成,构成物质的微粒有多种,包括分子、原子、离子等。
物质又分为混合物(如空气、海水等)与纯净物;纯净物又分为单质(如金属、非金属、惰性气体等)与化合物(如氧化物、酸、碱、盐等)。
2.物质的变化 物质的变化分为两类,一类是变化过程中物质的分子没有发生变化,也没有生成其他物质,这类变化叫做物理变化,如水沸腾蒸发成水蒸气;另一类是变化过程中物质的分子发生了变化,原来的物质变化后生成了新的物质,这类变化叫做化学变化,也称化学反应,如铁在潮湿空气中生锈,二氧化碳能使澄清的石灰水变混浊,生成碳酸钙沉淀。但在自然界中物质化学变化往往伴随有物理变化,两类变化常同时发生,如点燃蜡烛时,石蜡受热熔化是物理变化,而石蜡燃烧生成水蒸气和二氧化碳是化学变化。
3.元素 地球万物是由元素组成的。具有相同核电荷(即质子数)的同一类原子叫做元素。
化学元素均由不可再分的微粒构成,这种微粒称为原子,原子在一切化学变化中均保持其不可再分性,同一元素的原子在质量和性质上都相同;不同元素的原子在质量和性质上都不相同。不同元素化合时,这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。
(1)原子。原子是构成物质的一种微粒,也是化学变化中最小的微粒。原子是由位于原子中心的原子核和核外电子构成的,原子很小,原子核更小;原子核是由质子和中子构成的。原子虽小,但还是具有一定的质量。
近似相对原子质量≈原子数+中子数
原子的相对原子质量是以126C原子质量的1/12(1.6605×10-27kg)作为标准。任何一个原子的真实质量跟一个碳-12原子质量的1/12的比值,称为该原子的相对原子质量。由于大多数元素是由两种或两种以上的同位素构成,因此,元素的相对原子质量是它的各种同位素的相对原子质量,根据其所占的原子百分率计算而得的平均值。常见元素的元素符号名称及相对原子质量见表2-1(按照元素符号的字母次序排序):
表2-1 常见元素的元素符号、名称及相对原子质量
(2)离子。离子也是构成物质的一种微粒,是原子或原子团得、失电子后形成的带电微粒;带正电荷的离子称为阳离子,如钠离子Na+;带负电荷的离子称为阴离子,如氯离子Cl-。
(3)分子。分子是构成物质并保持物质化学性质的一种微粒,水就是由大量的水分子聚集而成的。同种物质的分子性质相同,不同种物质的分子性质就不同。分子之间有间隙,一切分子都在不停地运动着。
1.化学式 化学式(亦称分子式)是用元素符号表示物质组成的式子,而化合价则反映了形成某种物质的不同元素间的原子的个数关系,因此它们之间有密切的联系。根据化合物中各元素正负化合价代数和为零的原则,可以应用化合价写出已知物质的化学式。例如,铝为+3价、氧为-2价,氧化铝的化学式为Al2O3。
2.化合价 一定数目的一种元素的原子跟一定数目的其他元素的原子化合的性质,就是该元素的化合价。
元素的化合价是由元素的原子结构决定的,它根据得、失电子后原子带正电荷还是负电荷,可分成正价或负价。元素的主要化合价是指该元素的最高价和最低价。常见元素的化合价见表2-2。
表2-2 常见元素的化合价
下面是一些常见的离子符号:
(三)溶液、溶解度与浓度
1.溶液 溶液是由一种或一种以上的物质(溶质)分散到另一种物质(溶剂)里,形成的均一、稳定的混合物。
在溶液里被溶解的物质叫做溶质;能溶解其他物质的物质叫做溶剂。例如,食盐水中,食盐是溶质,水是溶剂。
2.溶解度 在一定条件下,溶质不能无限制地溶解在一定量的溶剂里,当溶质不能再继续溶解在溶剂里(也就是溶解某种溶质达到最多量的溶液)时,此溶液叫做这种溶质的饱和溶液,还能再继续溶解某种溶质的溶液,叫做这种溶质的不饱和溶液。
为了定量地比较各种物质的溶解性,必须确定一个比较标准,这就是物质的溶解度。
(1)溶解度的定义。在一定温度下,某物质在100g溶剂里达到饱和时所溶解的克数,叫做该物质在此种溶剂里的溶解度。
(2)溶解性的定义。通常把一种物质溶解在另一种物质里的能力,叫做物质的溶解性。溶解性是物质的一种性质;它首先与溶质、溶剂本身的性质有关,其次跟外界的条件有关(如温度)。
3.溶液的浓度
(1)物质的量浓度。物质的量浓度是一种常用的表示溶液浓度的物理量。
以单位体积溶液里所含有溶质的物质的量,叫做溶质的物质的量浓度(符号为c),单位是mol/L。
例如,氢氧化钠的摩尔质量为40g/mol,在1L溶液中含有40g氢氧化钠,氢氧化钠溶液的物质的量浓度就是1mol/L。
(2)质量分数。用溶质的质量占全部溶液质量的百分比表示的溶液浓度叫做质量分数。这是工厂生产中常用的溶液浓度表示法。
(3)质量浓度。用1L溶液中所含溶质的质量表示的溶液浓度,叫做质量浓度。单位为g/L,它是染整工厂中最为常用的浓度表示法。
(4)其他。在实际工作中,为了在使用两种液体配制溶液时简便易行,常用两种液体的体积比来表示,常用相对密度来间接表示溶液的浓度,如染整厂常用波美度(°Be'),也有用杜氏表的(°Tw),它们与比重间的关系可查溶液相对密度—浓度表。
(四)化学方程式
用化学式来表示化学反应的式子,叫做化学方程式。
用化学方程式来表示化学反应,必须体现化学变化中“质”和“量”两方面的情况;即参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。它必须遵守质量守恒定律。
化学反应有下列基本类型:
1.化合反应 由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应叫做化合反应。如:
2.分解反应 由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。如:
3.置换反应 一种单质与一种化合物,生成另一种单质和另一种化合物的反应。如:
4.复分解反应 两种电解质相互交换离子,生成两种新的电解质,这种反应叫做复分解反应。如果没有沉淀析出,又没有气体放出或水生成,就表示实际上没有发生复分解反应。如:
5.氧化还原反应 在反应过程中,有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。
在氧化还原反应里,有元素失去电子,必须有元素同时得到电子,而且失去电子的总数必定等于得到电子的总数。
因此,从本质上来看,有电子转移的反应都属于氧化还原反应,而反应前后元素化合价的改变是氧化还原反应的特征。在反应中失去电子的物质叫做还原剂。元素的原子失去电子(化合价升高)的反应是氧化反应;得到电子的物质叫做氧化剂,元素的原子得到电子(化合价降低)的反应是还原反应。
(五)酸、碱、盐的基本概念
1.酸 酸溶解于水以后,在水分子的作用下能电离出离子,所以酸溶液能导电,如盐酸的电离方程式为:
HCl═══H++Cl-
人们把电离时生成的阳离子全部都是氢离子的化合物叫做酸。因为酸在水溶液里都能电离出共同的氢离子,所以酸有相似的性质,其通性如下:
(1)酸的水溶液能跟酸碱指示剂反应,使蓝色的石蕊试纸变红,不能使无色酚酞试液变色。
(2)酸能与碱性氧化物反应生成盐和水。
(3)酸能与碱发生中和反应生成盐和水。
(4)酸能与某些盐反应,生成另一种酸和另一种盐。
(5)酸能与活泼金属反应。通常生成盐和氢气。
2.碱 碱溶于水后,离解成自由移动的离子,例如氢氧化钠。
NaOH═══Na++OH-
人们把电离时生成阴离子全部是氢氧根离子的化合物叫做碱。因为碱在水溶液里都能电解出相同的氢氧根离子,所以它们有相似的性质,其通性如下:
(1)碱的水溶液能与酸碱指示剂反应,使红色的石蕊试纸变蓝,使无色的酚酞试液变红。
(2)碱能与酸性氧化物反应生成盐和水。
(3)碱能与酸发生中和反应生成盐和水。
(4)碱能与某些盐起反应。生成另一种碱和另一种盐。
3.盐 盐是酸与碱中和后的生成物,由金属元素(或铵离子)和酸根组成的化合物叫做盐。
根据盐的酸根部分是否留有氢原子,把盐分为正盐或酸式盐,即盐的组成里只含有金属元素和酸根的叫做正盐,盐的组成里除了金属元素和酸根外,还含有氢原子的叫做酸式盐。
盐溶液不一定是中性,根据成盐的酸碱性的强弱不同而分别呈酸性、中性和碱性,即强酸和弱碱生成的盐,如(NH4)2SO4;强酸和强碱生成的盐,如NaCl;弱酸和强碱生成的盐,如Na2CO3。
盐在常温下大多是晶体,不同种类的盐在水中的溶解性不同。钾盐、钠盐、铵盐、硝酸盐都是溶于水的,而碳酸盐、磷酸盐大多不溶于水,其溶解度可查阅《印染手册》(第二版)附录五。
4.溶液酸碱度的表示方法 在日常生活中,人们接触到的大多数溶液往往有不同的酸碱性,例如肥皂水呈碱性;食用醋呈酸性。溶液的酸碱性有强弱之分。在工业生产中,仅仅知道溶液呈酸性还是碱性是不够的,还必须测定、控制溶液酸碱性强弱的程度,即溶液的酸碱度。
溶液的酸碱度常用pH值表示,pH值的范围通常在0~14之间。pH值为7时溶液呈中性。
pH值和溶液的酸碱性关系如下:
pH值>7时,溶液呈碱性,pH值越大,碱性越强。
pH值<7时,溶液呈酸性,pH值越小,酸性越强。
二、织物类型及特点
(一)纺织纤维的分类和纤维的基本特征
纺织品印花的对象是织物,织物是由各种纤维材料织造而成,纤维是指长度比直径大很多倍,并具有一定的伸长、柔软、可纺性、耐磨性以及一定的吸湿膨化性、化学稳定性、耐光、耐紫外线等化学性能的纤细物质。如,成熟的棉纤维的长度为其直径的1200~1500倍。按其来源,纺织纤维可分为天然纤维和化学纤维两大类。天然纤维包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维;化学纤维又可分为再生纤维和合成纤维。再生纤维是利用自然界含有纤维的织物,经过化学加工后得到的纺织纤维,例如,黏胶纤维、竹浆纤维等。合成纤维是由简单的化学物质,经过有机合成的方法制成单体,而后再通过聚合作用制成纤维,如锦纶、涤纶等。
纺织纤维的分类如下所示:
现将常用纤维的性能简单介绍如下。
1.棉纤维 棉纤维外形细长,手感柔软,它的长度在25~40mm,而线密度在1.7~4.0dtex,视纤维成熟度而异。成熟度高的棉纤维,纤维素含量高,胞腔较厚,天然扭曲多,强力、抱合力大,染色性能优良。成熟度低的纤维,扭转较少,由于缺乏正常的扭转,因此胞腔较大,胞壁薄而透明,这种纤维叫做低级棉,染色比较困难。
成熟的棉纤维的纤维素含量可达93%~95%,另外为含氮物质、果胶物质、蜡质脂肪和灰分等。
纤维是一种高聚合的物质,它不溶于水,也不溶于普通的有机溶剂,但会吸收水分而溶胀(或膨化)。强无机酸(如盐酸、硫酸、硝酸等)能使纤维素长链分子中的苷键水解,使其分子链发生断裂,聚合度降低,最后转变为水解纤维素,使纤维的强度大大降低,所以,酸是棉纤维织物强力下降的原因之一。氧化剂也会使纤维素分子中的羟基(—OH)氧化,甚至发生分子链的断裂,并形成氧化纤维素,致使强力降低。纤维素在碱溶液中相当稳定,在常温下,氢氧化钠溶液能使纤维素溶胀(膨化),若在此时施加适当张力,可以使织物的形状尺寸稳定,即缩水率较小。同时由于纤维形状变得接近圆柱形,无定形部分增大,因而获得较持久的光泽和较好的染色性能。
由于棉纤维分子含有羟基,它可以与活性染料的活性基发生亲核性取代反应或亲核性加成反应,因此用活性染料印花后织物的湿处理牢度很好,已成为首选的印花染料。其他如还原染料、可溶性还原染料和不溶性偶氮染料也常用于棉纤维的印染染料。
2.麻纤维 常用作纺织纤维的麻纤维为苎麻纤维和亚麻纤维。
(1)苎麻纤维。它是一种韧皮纤维,单根麻纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞腔的长细胞,两端呈锤头形或分支,纤维上有竖纹或横节。苎麻纤维经煮练,再经洗、捶、漂、脱胶处理,成为洁白、富有光泽的纤维,平均长度为60mm。线密度为4.4~8.8dtex,纤维素含量为65%~75%。纤维强度高,刚性大,伸长少,弹性稍差,吸湿放湿快。
由于苎麻纤维直径较粗,因此比棉纤维刚硬得多,加上苎麻纤维细胞表面光滑,纤维间抱合力弱,成纱性差,成纱毛羽特别多,在织物表面这些刚硬的毛羽易在染整加工中有某些粗大原纤维分离并突出纤维表面,引起刺痒感。
苎麻纤维结晶度在90%左右,因而上色能力比棉纤维差,色泽也不够鲜艳。苎麻织物印花用的染料和加工工艺与棉纤维类似。
(2)亚麻纤维。亚麻的纤维素含量为70%~80%,呈白色。另外,还含有半纤维素、果胶物质、蜡质脂肪、木质素等共生物,这些杂质直接影响纤维的物理机械性能,降低纱线的湿润性,并使手感粗糙,色泽变黄。因此,必须加强原麻的脱胶和漂白工艺,然后进行纺纱、织布。
经前处理后的亚麻纤维细而短,手感较柔软,近似棉纤维,它的吸湿和散热性较好,其凉爽感仅次于苎麻,且具有优良的抗菌性。它与棉、真丝和精纺细支羊毛纱的交织物是高档的服饰面料。
还原染料、可溶性还原染料和色牢度良好的活性染料为其印花用染料。
3.丝 真丝一般有桑蚕丝和柞蚕丝之分。蚕丝是一种蛋白质纤维,由多种氨基酸组成,蚕丝的丝条由两根并立的丝素单丝组成,其外包覆盖一层丝胶,除丝素、丝胶外,生丝还含有蜡状物、色素及无机物质。
蚕丝干断裂强度与棉纤维相似,但湿断裂强度不及棉纤维;热硫酸能使其分解,且不耐强碱。
蚕丝纤维分子结构中存在羟基、氨基和羧基。当它们电离后,弱酸性染料、活性染料、中性染料、还原性染料等就对它具有直接性,因此可用上述染料进行印花。
4.黏胶纤维 黏胶纤维俗称人造丝,棉型黏胶纤维俗称人造棉。它是有棉浆粕或木浆粕碱化成碱纤维素,经二硫化碳黄化,形成纤维素黄原酸酯,将纤维素黄原酸酯溶解于4%~6%的氢氧化钠溶液中,便成为黏胶溶液,并放置一定时间使之“成熟”,然后将黏胶液压入纺丝头,从纺丝头小孔挤出来的黏胶细流,通过凝固浴制得丝条。
黏胶纤维的相对分子质量比棉纤维要低,光泽比棉纤维好,手感柔软,结晶度低,仅30%~40%,因此物理结构松弛,无定形部分的比例较棉纤维多,因而吸湿性优于棉纤维,在水中膨化甚大。黏胶纤维最大的缺点是强度较低,干态时为2.2~2.7cN/dtex,尤其在吸湿的时候,强力会降低到原来干燥纤维的40%~50%。
黏胶纤维对碱的稳定性较差,在氢氧化钠的作用下会发生剧烈膨化,以致溶解。黏胶纤维比棉纤维略耐酸,但在浓硫酸中则很快水解而溶化,它对化学作用的敏感性也较棉纤维大,所以它的染整加工性能与棉纤维稍有不同。
普通黏胶纤维存在着一些不足之处,奥地利兰精公司改变其纺丝工艺条件来获得较高取向度的皮层,并使纤维皮层加厚,成为高强力的全皮层结构的纤维——富强纤维。该纤维具有较高的强力,干湿强力差别较小,例如新型高湿模量莫代尔(Modal)纤维。
黏胶纤维染色性能较好,适用于棉纤维用的印花染料品种基本上都适用于黏胶纤维织物。
5.绿色纤维——Lyocell Lyocell为学名,商品名称Tencel,中文称天丝。
天丝的主要原料与黏胶纤维一样是木浆,但要采用NMMO(N-甲基吗啉-N-氧化物)为溶剂,将纤维素浆粕溶解后,以干喷湿纺的方式制取全新纤维素纤维。它的生产过程取代了黏胶纤维生产中使用有毒的二硫化碳作溶剂的纺丝工艺;因此,整个制造过程解决了有毒气体和污染水对环境的污染问题,故称为“21世纪绿色纤维”。
天丝纤维具有异形截面,与黏胶纤维相比,其纵向区域有较高比例的微晶,微晶区的空间较长,结晶度较高,无定形区域较少,因此它具有良好的吸湿性和高的溶胀性能。其断裂强度比黏胶纤维高,伸长湿模量高,收缩率低。
天丝纤维印花用的染料主要为活性染料和直接染料,尤其是双活性基的活性染料对天丝纤维原纤化处理的影响较小,故更加适宜于天丝纤维的直接印花,精细花型则多采用湿罩湿防印印花工艺。
6.涤纶 涤纶的化学名称为聚酯纤维,是合成纤维中的主要品种。目前涤纶的品种包括:聚对苯二甲酸乙二酯纤维(PET)、聚对苯二甲酸丙二酯纤维(PTT)和聚对苯二甲酸丁二酯纤维(PBT)三种,其中PET、PTT比较常见。
(1)PET纤维。PET纤维根据纤维粗细与长度的不同,有长丝、中长纤维和短纤维之分。
随着涤纶纺丝技术的进步和涤纶仿真丝绸工艺的出现,涤纶丝的品种也不断拓展,如异形截面涤纶丝、细纤涤纶丝、中空涤纶丝等。目前以涤纶细旦丝(或称微细纤维)占绝大部分。
PET纤维的性能如下:
①拉伸性能。PET纤维的初始弹性模量大,因此具有很高的弹性,它的拉伸性能与纤维制造时的工艺条件有关,主要取决于纺丝过程中拉伸的程度。拉伸程度越高,纤维的取向度越高,从而使纤维的强力比较高,但断裂延伸度就较低;反之,则可获得低强高伸的纤维。
②热性能。PET纤维是通过热熔融纺丝法仿制而成的,因此再加热时还可以反复熔化,所以它属于热塑性纤维之一。
温度高低对于PET纤维的物理机械性能影响很大,它在不同温度拉伸,尤其在玻璃化温度时,由于分子的热运动会使分子链段产生位移,只需较小的应力就可以发生较大的变形,应引以注意。
③吸湿性能。纤维吸湿性大小主要取决于纤维大分子官能团的性质。涤纶除端基外,不含有强极性基团和吸湿中心,且其结晶度高,分子链排列紧密,分子间的空隙又小,属疏水性纤维。因此吸湿性差,给染整加工带来了较大的困难。
涤纶属于疏水性纤维,因此应采用疏水性较强的非离子型染料,在扩散剂的帮助下,分裂成单分子状态,在高温常压或热空气条件下进行固着,故多采用分散染料来进行印花。
④耐化学药剂性能。PET纤维耐化学药剂的稳定性比较好,对弱酸有良好的稳定性,在温室条件下对强酸也比较稳定,对弱碱的稳定性也比较好,但对强碱则要差些。
(2)PTT纤维。PTT纤维是聚对苯二甲酸丙二酯纤维的英文缩写,是一种性能优异的聚酯纤维。它的分子链呈特殊的“Z”字锯齿结构,它除兼有普通涤纶、锦纶、氨纶等纤维的优点外,其回弹性、柔软性、抗污性和易染性均十分优良,被誉为“21世纪的新型聚酯纤维”。
7.锦纶 锦纶的化学名称为聚酰胺纤维,国外商品名称为尼龙(Nylon)。锦纶品种较多,可按化学结构单元中碳原子数定名。
锦纶产品有单丝、复丝、变形丝、鬃丝和短纤维等。按光泽又可分为有光、半光和异形(内光)三种。
锦纶是一种含有烷烃键的疏水性纤维,其分子架构中含有氨基(—NH2)和羧基(—COOH)等亲水性基团,因此它的吸湿性比涤纶强。锦纶的印染性能虽不及棉纤维,但在合成纤维中,它属于较易染色和印花的品种,可用酸性染料、分散染料和中性染料进行印花。
8.腈纶 腈纶的化学名称为聚丙烯腈纤维。由于纯聚丙烯腈纺丝及染色均比较困难,故一般都采用丙烯腈与其他单体共聚,因此聚丙烯腈纤维的原料除丙烯腈(85%以上)外,常加入丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等为第二单体,来改善染色性能。在此同时引入亚甲基丁二酸钠盐、甲基丙烯磺酸钠为第三单体的亲染料基团,以提高染色织物的耐洗牢度、耐光牢度和色泽鲜艳度。
腈纶可以用还原染料、分散染料、阳离子染料来印花。由于腈纶大分子链上有酸性基团,它是阳离子的染色位置,因此均选用阳离子染料作为印花用染料,不仅色泽鲜艳,且各项色牢度优良。
(二)纱线的基本特征
1.纱线的捻度 从织物上取出一段纱出来,仔细观察,便可发现纱上有许多螺旋状的纹路,如果用手握住纱的两端,将一端反螺旋方向缓慢转动,直至螺纹消失,纱便变得甚为松散,轻轻一拉便断了;如果不将纱拉断,而继续旋转下去,螺纹又重新出现,随之纱也比较经受得起拉伸。纺纱时的加捻作用与上述的旋转作用相似,其目的是使纱中的纤维相互抱合在一起,当纱受到拉伸等机械作用时,纤维间便不易产生滑脱现象,而具有一定的强度。由于加捻的作用,纤维在纱内做螺旋状地旋转,产生螺旋线团,加捻的程度称为捻度。
(1)捻度的大小对纱的性能,特别是拉伸强力有很大的影响,通常加捻开始阶段,纱的强力随着捻度的增加而增加,但捻度达到一定数值时,纱的强力达到最大值,若继续增加捻度,纱的强力反而下降。
(2)纱的加捻方向可分“Z”捻(反手捻)和“S”捻(正手捻)两种,不同捻度、捻向对产品外观、质量都有很大的影响。
2.纱线的细度 纱线的粗细程度不同,为了说明它的规格,必须用一个指标来衡量。我国法定制采用线密度,以定长制为准,即1000m长的纱,重量为1kg,则称为1tex,若重量为2kg则为2tex,其数值越大,表示纱越粗。
线是由两根或两根以上的纱合股捻合而成,例如两根14tex的纱捻成的线,可写作14tex×2。
纱的品质由纱的细度、捻度、断裂强度(强力)、断裂延伸度(伸长度)、均匀度和存在的疵点决定的。
(三)织物的基本特征
织物根据织造方式的不同,可分为机织物和针织物。
在棉、麻织物或化学纤维混纺织物的织造工序中,织物中的纱线分成相互垂直的两组,在织机上织制而成。沿织物纵向的一组称为经纱,沿织物横向的一组称为纬纱,这样织成的织物称为机织物。针织物是采用大圆机或横机进行织造。
1.机织物 机织物按经纬纱交织成的织物结构的不同,可分为平纹、斜纹和缎纹三种基本组织。
(1)平纹组织。通常看到的所谓粗布、细布等织物,粗看起来有不少的差异。但是从它的组织来看是相同的,都是平纹组织的织物,是由经、纬纱各一根上下相互交织而成,其特点是交织点较多,织物手感较硬、质地坚牢、表面平坦,正反面外观效应相同,图2-1为平纹织物的织纹图。
图2-1 平纹织物的织纹图
平纹组织中的粗布、细布的用途较广泛,它的风格特征是经纬密度比较接近,经纬向密度比为1∶1,外观光洁匀整。府绸织物由于经密高,纬密低,使布面经纬纱浮点呈现匀整而规则的菱形颗粒状,它的布纹清晰,手感柔软挺滑,光滑如绸。
(2)斜纹组织。斜纹组织也是常见的织物组织,斜纹、哔叽、华达呢、卡其均属于斜纹组织,它的特点是交织点连续而具有明显的斜纹纹路,线条清晰,斜纹线凹凸分明,有正反面之分,但可以根据织物组织和经纬向紧密度不同而加以区别。
卡其织物按使用纱线种类的不同,可分为纱卡其、半线卡其和全线卡其,线卡其织物由于布身紧密,加工时容易擦伤,印染过程中染料也不易渗入内部。
哔叽、华达呢也属于斜纹织物,但其经纬交织采用二上二下,虽都有斜纹纹路,但没有明显的正反面。图2-2为斜纹组织的织纹图。
图2-2 斜纹织物的织纹图
(3)缎纹组织。属于缎纹组织的织物有横贡、直贡等。缎纹组织的外观与平纹组织和斜纹组织都不相同。经纬纱的上下交织的系数比斜纹织物少得多,比平纹织物更少,在一根纬纱的两个相邻的经组织点之间,纬纱连续浮在几根经纱上面,因而有较长的纬纱浮在织物表面,因此织物质地柔软,表面平滑匀整,富有光泽。横贡缎的反面有较长的经纱浮在表面,由于纬密要比经密大得多(一般为5∶3),因而反面不及正面平滑匀整,光泽也要差些。如果织物正面是由较长的经纱浮在表面,经密又比纬密大得多(一般为3∶2),这种织物叫做直贡缎。图2-3为横贡缎的织纹图。
图2-3 横贡缎织物的织纹图
(4)提花组织。这种组织主要由上面三种组织变化而来,它通过提花机制成各种简单的花型图案或繁杂的织锦缎等。过去这些花纹图案都通过提花龙头来控制,提花龙头根据提花纸版提经或落经来控制;现今所用的花纹图案根据计算机程序控制来完成提经或落经。这样就能织出美观大方、花型多变的提花织物。
2.针织物 针织物坯布组织有平纹、罗纹之分,具体品种又可分为汗布、棉毛布、提花布和珠底网眼布等,针织绒布很少用作印花坯布。
针织物坯布大多数用29tex、18tex、14tex纯棉单纱织造,高档坯布则采用10tex、10tex×2、7tex×2单纱或双股纯棉纤维织造,涤棉混纺纱也有采用。
(1)针织汗布。针织汗布一般较稀薄,重量在80~160g/m2,但以130~150g/m2最为常用,此类坯布正反面张力存在差异,生产过程中容易产生卷边,是生产难度最大的品种。
(2)针织提花布。针织提花布是借助针织大圆机的提花装置,在布面呈现复杂多变的织造图案,重量在100~220g/m2。
(3)针织珠底网眼布。针织珠底网眼布分单珠底网眼和双珠底网眼布,其重量在140~200g/m2,此类坯布卷边情况较汗布好,尤其是双珠底网眼布的组织结构正反面一致,就更不易产生卷边。
(四)纺织品的规格
织物按组织方式不同分类,织物的规格则是按纱线的线密度、密度、幅宽等来表示。
1.纱的线密度 按织成织物的纱线线密度大小以及经纬所用的纱还是线,可以分为纱织物和线织物,一般以数字来表示。例如19.5tex×16tex(30英支×36英支)细布,前面数字是指经纱线密度,后面数字指所用的纬纱线密度。即19.5tex(30英支)的经纱和16tex(36英支)的纬纱织成的平布。又如14tex×2/28tex(42英支/2×21英支)卡其,即代表14tex双股纱组成的经线和28tex纬纱织成的半线卡其。
2.密度 密度即在10cm内经纱和纬纱的各自根数,例如7269细布,代表该类平布每10cm内有经纱283根,纬纱272根。
3.宽度 织物的幅度可以直接度量,以厘米(cm)来表示,例如幅宽91.5cm。
纺织品规格表示方法以96.5cm、14.5tex×14.5tex、523.5根/10cm×283根/10cm府绸为例。表示该府绸的幅宽为96.5cm,经纬纱支都是14.5tex,经向密度为523.5根/10cm、纬向密度为283根/10cm。
(五)印花前练漂半制品的质量要求
纺织纤维经过纺纱、织布等加工成坯布。由于天然纤维上含有一定的天然杂质,因而坯布色泽灰黄,手感也比较粗糙,而且吸水性很差。若要将坯布加工成洁白、柔软、吸水性良好的漂白布来符合白地花布加工的要求,必须对坯布进行漂练(前处理)加工,整个前处理过程包括坯布检验、烧毛、退浆、煮练、漂白和丝光等工序。
印花前练漂半制品质量检查分物理、化学和目测三种方法。属于物理检查的项目有:织物的断裂强度、经纬密度、毛细管效应和伸长率。属于化学检测项目有:含浆率、油脂蜡质去除率、氧化纤维素、丝光钡值和织物上的pH值等。属于目测的项目有:烧毛质量、白度以及外观疵点等。印花前理想的练漂半制品质量应具备以下条件:
(1)布面光洁。表面短绒应该去除干净,否则在印制过程中极易发生黏附筛网(或花筒)表面,导致筛网网孔被堵或嵌花筒的疵病产生。
(2)退浆匀净。因为练漂半制品上残留的浆料,在高温汽蒸时会产生还原性物质,造成某些对还原性敏感的染料发色不良。残留浆料的存在还会造成练漂半制品毛细管效应不一,从而引起渗透不良、匀染性差。
(3)练漂均匀。尤其对紧密织物更要求渗透性好且均匀,否则会影响印花色浆对花纹轮廓线条的光洁度和块面花型的匀染度。
(4)丝光足。丝光程度的好坏,直接影响染料的表面给色量和色泽鲜艳度。布面pH值应维持在中性,且无还原性,以免影响某些染料的发色。
(5)织物不可干、湿不匀。以免造成印花色浆在织物上渗透不一而形成块面花型色泽的差异。
(6)合成纤维织物在印花前必须去净油剂和浆料。否则会影响染料的上染,甚至影响印花局部发色不良。
(7)其他。练漂半制品有些质量问题虽不涉及印花色浆,但它对印花产品质量会带来一定的影响。例如半制品的皱条、卷边、纬斜等。因此,要求半制品的布面平整,不可有纬斜或弧斜,尤其是印制矩形或横条形排列的几何花样时显得更为重要。
三、染化料的分类、性能及基础知识
(一)染料
一般来说,绝大部分染料都是有色的有机化合物,能使纺织纤维材料染成各种鲜明和坚牢颜色。但是并非所有的有颜色的有机化合物都能作为染料使用,因为作为纤维材料的染料,要求能溶于水或其他化学助剂中,制成染液后还能染着在纤维上。而另一种有色物质虽不溶于水,但也能染着在纤维上,它只有依靠黏合剂的黏着力,才能机械地附着在织物的表面或内部,这种有色物质称为颜料。染料与颜料的共同点如下:
(1)具有鲜明的颜色。
(2)能以相当方便的方法使被染物上染。
(3)具有使用要求的坚牢度。
染料根据它的来源可以分为天然染料和合成染料两种。天然染料都是取自自然界现成的有色物质,例如从某些植物的根、茎、叶及果实中提取出来的靛蓝、茜素等植物染料,也有从动物的躯体内提取出来,如胭脂红等。另外,还有铬黄、锰棕等矿物颜料。
合成染料大多数是复杂的有机化合物,已有150多年的历史。至今各国生产的染料有七千余种,能分别满足纺织、油墨、涂料、塑料加工等工业部门的不同需要。这七千余种的染料和颜料记载于《染料索引》(Colour Index)中。这是一部国际性的染料、颜料的品种汇编,并对各染料厂生产的商品分别按照它们的应用性能和化学结构归纳、分类、编号,逐一说明它们的应用性能,列出它们的分子结构,并附有相同结构的各种商品名称对照。
由于各种纤维材料的结构和性质不同,染色和印花时需要的染料也各有不同,适用于各种纤维印花常用的染料见表2-3。
表2-3 各种纤维印花常用的染料
注 ○—适用于该纤维印花的染料;√—选择性适用于该纤维印花的染料
1.染料的分类 随着染料工业、印染行业的发展,新的染料品种日益增加,为了有利于染色或工艺上的选择使用,必须将染料进行分类。目前主要有两种分类方法:一种是化学分类法,按照染料分子结构来分;另一种为应用分类法,按照使用方法和使用范围来分,这种方法建立在对染料应用性能十分了解的基础上。
(1)按化学结构分类。这种分类主要是根据染料分子中相同的基本化学结构或共同的基团以及染料共同合成法和性质。
①偶氮染料。在染料分子中含有偶氮基的染料统称为偶氮染料。它是整个染料品种中最多的一类。
偶氮染料具有合成简单、色谱齐全、使用方便、价格低廉等特点。绝大部分偶氮染料是由重氮化和偶合反应制成。就应用分类来说,偶氮染料包括直接染料、酸性染料、不溶性偶氮染料、中性染料、活性染料、分散染料和阳离子染料等。
②蒽醌染料。这是数量上仅次于偶氮染料的一类很重要的染料,它们含有蒽醌结构或多环酮结构。
蒽醌染料就应用分类包括还原染料、酸性染料、活性染料、分散染料和阳离子染料等。一般来说,蒽醌结构的染料耐光照牢度比偶氮染料高,但价格比较贵。
③靛族染料。它是指靛蓝及其衍生物以及具有类似结构的染料,包括靛蓝和硫靛结构的染料。
④酞菁染料。它是由四个1,3-二亚氨基异氮茚在有机溶剂中缩合而成酞菁环结构的染料。
酞菁本身是无色,而酞菁结构中氮上含有的两个氢原子被金属取代后形成的金属酞菁化合物是有色的,其中以铜酞菁最为常用。这类染料色泽鲜艳,主要有艳蓝和翠绿两个品种。
⑤芳基甲烷染料。染料分子中三个芳基连在一个碳原子上的染料,称为三芳基甲烷染料。包括碱性染料、酸性染料、溶剂染料类的红、紫、绿、蓝等色谱品种,且大多数为阳离子染料,它们以色泽浓艳著称。
(2)按染料的应用分类。根据染料应用的特征,可将染料分成为以下几类:
①直接染料。这类染料可溶于水,绝大部分是含有磺酸基的偶氮染料,对纤维素纤维有较强的亲和力,能在弱碱性或中性溶液中直接上染纤维,应用方便。但它的耐光性和湿处理牢度较差,目前已极少用于棉织物的印花。
②活性染料。活性染料分子结构中含有能与纤维分子中的羟基、氨基等发生亲核反应或生成共价键,结合成“染料—纤维”整体基团,即活性基团。这类染料有两个主要部分组成,一个是母体染料,另一个是活性基团;母体染料是发色部分。活性染料又称反应性染料,其特点是:
a.与纤维以共价键结合,因此水洗、摩擦、熨烫牢度良好。
b.色泽范围广泛,而且色泽鲜艳。
c.印花色浆调制方便。
③还原染料(包括可溶性还原染料)。还原染料是不溶于水的着色物质,印花时需用次亚硫酸氢钠甲醛在碱性条件下还原成可溶性的隐色体钠盐,被纤维吸收再经氧化剂氧化成原来的不溶性染料而固着在纤维上。由于这类染料在应用过程中要经过还原过程,故称为还原染料。可溶性还原染料是将还原染料的还原体进行酯化,制成硫酸酯钠盐而溶于水中,成为暂溶性还原染料。可溶性还原染料简化了印花色浆的调制,且由于渗透性好,均染性优良,因此扩大了使用范围。
④不溶性偶氮染料,又称冰染料。它没有现成的染料,而是由色酚(偶合剂)和色基(显色剂)两个部分组成,染色印花时要分两步进行。因色基进行重氮化时,要用冰冷却,所以这类染料也叫做冰染料。
为了简化应用手续,经不同加工制成稳定不溶性偶氮染料(即快色素,快胺素和快磺素)。目前该品种已逐渐被活性染料取代。
⑤酞菁素染料。酞菁素染料本身无色,借助于助剂溶解后,在纤维上经高温与重金属盐螯合而形成相对分子质量较大的金属络合物,呈现出鲜艳的色泽,并具有优良的色牢度。
⑥分散染料。主要用于涤纶等合成纤维的染色和印花。分散染料在水中的溶解度很小,这类染料一般情况下不带电荷,是一种非离子型染料,需用分散剂使其成为低水溶性或胶体的分散液,以适应疏水性纤维的染色。
⑦酸性染料。酸性染料分子结构中大多含有磺酸基,极少量含有羟基,这类染料可溶于水。典型的酸性染料对纤维素纤维很少上染,但能在酸性溶液中对蚕丝、羊毛上染,也可用于锦纶染色和印花。
⑧中性染料。它是由双分子单偶氮染料(可同金属络合)与一个金属离子络合而成的染料,称为2∶1金属络合染料。它的分子结构中含有亲水性基团,可在弱酸性或中性介质中染色,一般用于锦纶、维纶的染色。
⑨阳离子染料。阳离子染料是在原有一般碱性染料基础上研究开发出来的一类染料。这类染料在溶液中能电离出带正电的有色基团,它能与腈纶的磺酸基产生盐式键结合进行染色,具有极为优良的色牢度。
⑩荧光染料。这类染料能够吸收紫外线放出可见光,颜色特别艳亮。
⑪涂料。无机颜料用作涂料的有白和黑,白色用钛白粉,黑色用炭黑。有机颜料作为涂料的有偶氮染料、金属络合染料、还原染料和酞菁素染料。黄、红、深蓝等色大多是偶氮染料,艳蓝和翠绿是酞菁素染料,青莲、金黄大多数是还原染料。
涂料色浆是用无机颜料、有机颜料或荧光树脂颜料掺入一定比例的扩散剂、匀染剂、保湿剂和水配成色浆,通过扩散技术,经研磨后呈一定细度(直径在0.2~0.5μm)的较均匀分散体的浆状物。
2.染料的命名 绝大多数染料是复杂的有机化合物,其化学名称十分繁复,甚至有些染料的化学结构还未确定,在工业上染料又常含有异构体及其他杂质的混合物,因此,不便用它们的化学名称来称呼。同时染料的化学名称并不能反映出染料的颜色和应用性能,因此,染料有它独特的命名法。通常染料名称由三个部分组成,即冠首、色称和尾注。
(1)冠首。冠首亦称冠称,说明染料按应用分类的类别。例如直接、活性、还原、分散等。国外厂商生产的染料冠首非常混乱,同一化学结构的商品染料,往往各染料厂都按他们自己商业的需要赋予一个商业称呼。例如同样是一氯均三嗪型活性染料,国内外厂商分别命名如下:
Cibacron(瑞士亨斯迈公司)
Diacorn(日本三菱化学株式会社)
Evercion(台湾永光公司)
Procion(英国卜内门公司)
K型活性染料(中国上海染化八厂)
(2)色称。表示染料所染得的基本颜色,如黄、橙、红、紫、蓝、绿、棕、黑等。颜色又可以加适当的形容词,如“嫩”、“淡”、“深”等;特别鲜艳和明亮的染料,常加“艳”、“亮”等;还有天然物的颜色,如天蓝、湖蓝、草绿、果绿等。
(3)尾注。尾注通常用一定的符号和数字来说明色光、牢度及其他染色性能,以拉丁字母表示。现将常见的尾注含义说明如下:
①表示染料的色光、性能等。
B:代表蓝光。
D:适宜用于染色,代表稍暗。也有用D表示适用于印花(德文Druckerei)的。
E:表示浓,匀染性好。
F:坚牢度高,鲜艳。
G:代表黄光(德文Gelb),带绿光。
I:耐光照牢度高的染料,相当于还原染料的牢度。
J:代表荧光(德文Jeune)。
L:耐光照牢度好,也用来表示染料的可溶性。
N:色光特殊,新型或标准品。
P:适用于印花或轧染。
R:代表红光。
S:升华牢度好,也可用来表示其具有水溶性。
T:表示深。
U:混纺织物用。
W:水洗牢度、摩擦牢度好。
X:表示高浓度。
Y:代表黄光。
还可以在上述表示色光的符号前加数字,表明该色光的强弱。例如4G比G色光偏黄,7G又比4G色光偏嫩黄等。
②表示染料的浓度和力份。
Conc:高浓度。
Ex(extra conc):特高浓度。
Double:双倍浓度。
100%、200%、300%等:表示染料的力份。
③表示染料的物理状态。
Pdr.(powder):粉状。
P.f.(powder fine):细粉状。
S.f(super fine):超细粉。
Md(micro dispersol):分散细粉。
Coll(collosol):悬浮体细粉。
Paste:浆状。
Liquid:液状。
染料的名称举例说明如下:例如分散蓝2BLN
染料生产厂出厂和印染厂进货时都要对产品进行检验,包括色光、力份、染料颗粒的细度、色牢度等,目的是比较它的印染性能与原来标准样品的相等程度,便于使用时掌握。
3.商品染料 一般商品染料有粉状、细粉状和浆状(膏状)三种剂型。随着染料工业的发展,应用技术的不断革新,为了防止颜色粉尘污染和改善劳动环境,对染料剂型提出了新的要求,当前比较好的剂型有:
(1)低粉尘状染料。粉状或普通细粉状染料,使用时粉尘易飞扬,不但会污染环境,而且会危害操作者健康。加入少量的防尘剂,例如烷基苯、烷基磷酸盐等,可以减少粉尘飞扬。
(2)超细粉状染料。对不溶于水的染料,如还原染料、分散染料,要求染料颗粒达到超细粉细度(直径约为1μm)。
(3)颗粒状染料。将浆状染料经过一定的加工,得到各种形状的颗粒染料,这种染料保持了超细粉状的优良性能,溶解容易,减少粉尘,应用更为方便。
(4)液状染料。液状染料是一种较新的染料剂型。适用于各种类型的染料和颜料,它是在浆状(膏状)染料的基础上发展起来的,特别适宜于自动化印花调浆系统。
液状染料从根本上彻底消除了粉尘飞扬。它的加工过程中一般要加入合适的扩散剂、增溶剂、乳化剂和防护胶体以及防冻剂、防腐剂等。
从而保证染料在-15~40℃的温度范围内长时间的储藏稳定性。
4.染料的色牢度
(1)色牢度的定义。所谓染料的牢度,一般都理解为染色物上染后耐光、耐洗、耐摩擦牢度等。应该说这不是染料的色牢度,而是染色物的牢度。色牢度是指染色或印花制品在使用过程或者印染以后的加工过程中,染料或颜料在各种外界因素(光照、气候、洗涤、汗渍、摩擦等)影响下,能保持其原来颜色的能力。
(2)色牢度的测试方法。评定染料的色牢度应将染料在织物上染成规定色泽的浓度才能进行比较,这是因为染色浓度的不同,测得的牢度是不一样的。为了判断染料的牢度,确定一个标准深度。1957年德国Rabe-kach提出了一个标准深度公式,简称Q值公式,形成了DIN54000标准。
国际标准化组织(ISO)采用DIN54000标准,并将其法令化,建立了2/1、1/1、1/3、1/6、1/12和1/25六档标准深度。
①耐光照(日晒)牢度。染色物的耐光照(日晒)褪色本身是一个比较复杂的过程,不同染料在不同纤维上,接受各种外界因素的影响,褪色的机理也各不相同。耐光照牢度分为8级。1级为最低(相当于在太阳光下暴晒3h开始褪色),8级为最高(相当于在太阳下暴晒384h以上开始褪色)。每级有一用规定染料染成规定浓度的蓝色羊毛织物标样,它们在规定测试条件下暴晒发生褪色所需的时间。一般均采用人造光源(氙灯、弧光灯)在含湿情况下进行测试。
②耐皂洗牢度。染料在水中能溶解,因此它们能从纤维上重新溶解到溶液中,造成落色现象,其落色程度取决于染料与纤维结合的情况。活性染料与纤维发生共价键结合,因此耐皂洗牢度高;直接染料因水溶性基团的增多而降低与纤维结合力,耐皂洗牢度就较差。此外,同一染料在不同纤维上表现出不同的耐皂洗牢度,如分散染料在涤纶上的耐皂洗牢度就比锦纶高。
皂洗褪色程度与皂洗条件(包括pH值、温度、搅拌情况等)有关。皂洗牢度分为5级,以5级最高,在规定的条件下,皂洗后色泽没有什么变化;1级为最低,褪色严重。测定试样皂洗牢度时,将试样按规定进行皂洗。根据织物品种的不同,皂洗温度一般分为40℃、50℃、60℃、70℃、95℃五档;褪色评级利用褪色标准的灰色标准样卡比较评定。
在试验时,还可将试样和一块白布缝在一起,经过皂洗以后,根据白布沾色程度,与衡量沾色的灰色标样(沾色样卡)比较,评定沾色牢度的级别。5级表示白布不沾色,1级沾色最严重。
③耐汗渍牢度。是由原试样在试样前后的变化程度和白布上的沾色程度来评定的。它也有褪色和沾色两种测试方法,其评定方法与皂洗牢度相同,也分为5级,5级最好,1级最差。
④耐氯浸牢度。在(20±2)℃时,将试样置于浴比1∶50,pH值为(11.0±0.2)的次氯酸钠溶液中(有效氯浓度为2g/L),时间30min,取出用水充分清洗,在40℃以下干燥,用褪色灰色样卡评定等级。
⑤耐摩擦牢度。染色或印花后的织物的摩擦牢度主要取决于染料与纤维的结合和染色或印花后皂煮效果(即除去浮色的多少),如果染料与纤维之间为价键结合,其摩擦牢度就比较好。摩擦牢度有干摩擦、湿摩擦两种。湿摩擦比干摩擦落色多一些。摩擦试验时,按规定用白布与试样进行摩擦,沾色的多少按沾色灰色分级样卡比较来评定,共分5级,以1级沾色最严重,5级最好。
5.印花用染料的选择 在选择染料时,不仅要考虑印花织物图案上所需要的色泽,更应考虑到染料对纤维的适应性。
(1)染料对纤维的适应性。在印花工艺设计时,首先必须考虑所使用的染料与纤维的适应性。例如纤维素纤维的结构与合成纤维相比较,前者无定形部分较多,分子间的微隙较大,又因纤维大分子含有许多亲水性基团,故容易吸湿膨化,因而可以采用水溶性的染料,例如活性染料、可溶性还原染料来印花。而合成纤维,如涤纶为疏水性纤维,则只能选用非离子型的分散染料来进行印花。
(2)明确被印花织物的用途。由于印花后的织物的用途各不相同,它们对色牢度的要求也不相同。例如窗帘布经常受到日照而较少水洗,这就要选择耐光照(日晒)牢度良好的染料。又如夏季穿的浅色花布,由于经常洗涤、日晒。则应选择耐水洗牢度和耐光照牢度高的染料。
目前从我国印花用的染料类别来看,纤维素纤维织物主要采用活性染料;涤纶织物采用分散染料;涂料印花随着装饰布生产数量的增多而上升;还原染料主要用于高质量的服饰面料、军用防伪迷彩服以及拔染印花;酸性染料主要用于蚕丝和锦纶;不溶性偶氮染料虽成本低廉,且能印制浓艳的色泽,但存在着色谱不够齐全,某些色牢度较差,另外,部分色酚和色基涉及致癌芳胺(可分解芳胺染料)禁用之列,因而已较少采用。
(二)印花工艺中常用的化学药剂和助剂
为了帮助染料的溶解和印花后处理时的固色,根据需要应在印花色浆中加入一些相应的助剂和化学药剂。现将常用的化学药剂和助剂介绍如下:
1.化学药剂
(1)酸类。
①盐酸。分子式HCI,相对分子质量36.46,是氯化氢的水溶液。纯品为无色,通常因含有杂质而呈现微黄色发烟液体。盐酸有刺激性气味,是强无机酸,腐蚀性强,能与多种金属、金属氧化物、碱类起化学反应。商品浓盐酸含37%~38%氯化氢。
印染工业主要用于显色基重氮化用剂。
②硫酸。分子式H2SO4,相对分子质量98.08,俗称磺镪水。纯品为无色油状液体,如含杂质则呈黄棕色,含量在98.3%时相对密度最大。浓硫酸有强烈的吸水性和氧化作用,腐蚀性极强,遇水强烈放热,切不可将水注入浓硫酸中。
硫酸是活泼的二元强酸,可与多种金属或金属氧化物作用生成硫酸盐。对棉、麻等碳水化合物剧烈脱水而使之炭化,对羊毛、蚕丝、合成纤维也有影响。
硫酸在印染工业中用途较广,是酸性络合染料、酸性媒染染料染色时的助剂,可溶性还原染料的显色剂,涤棉混纺织物烂花印花色浆中碳化剂。
③乙酸。分子式CH3COOH,相对分子质量60.04。乙酸亦称醋酸,为无色澄清液体,有刺激性气味,有腐蚀性,接触皮肤有刺激痛。普通商品约含酸量36%,含酸量为98%以上的醋酸,在15℃左右凝固结冰,俗称冰醋酸。凝固时体积膨胀,易使容器破裂,因此冷天要注意防冻,夏天要注意醋酸产生易燃性的蒸气。
醋酸在印染工业中主要用于调节染液的pH值,也可作酸性染料,中性染料、阳离子染料的助溶剂。
④酒石酸。分子式如下:
其相对分子质量150.09。无色透明结晶或白色结晶粉末,商品含量≥99%,易溶于水、乙醇和乙醚,在空气中稳定,还原性很强。
酒石酸在印染工业中主要用于涂料着色防印(染)工艺中的防染剂和分散染料在纯涤纶织物印花色浆中的释酸剂。
⑤柠檬酸。分子式如下:
相对分子质量210.15。无色、无臭、半透明结晶或白色结晶粉末,带有水果酸味,易溶于水和乙醇。
柠檬酸在印染工业中主要用于涂料防印(染)活性染料印花色浆中的防染剂。
(2)碱类。
①氢氧化钠。分子式NaOH,相对分子质量40.01,俗称烧碱、苛性碱。白色不透明的固体,有块状、片状和粒状。吸湿性强,易溶于水,同时强烈放热,水溶液滑腻呈碱性,制成溶液的商品俗称液碱,腐蚀性强,对皮肤侵蚀性很强,操作时应戴防护用品。
氢氧化钠在印染工业中用于棉织物退浆、煮练、丝光以及涤纶织物碱减量处理。还可作色酚、还原染料溶解时的碱剂和助溶剂。
②碳酸钠。分子式Na2CO3,相对分子质量106.01,俗称纯碱。无水碳酸钠为白色粉末或细粒,易溶于水,常因吸湿而结成硬块,水溶液呈强碱性,与酸中和生成盐,能与许多盐类起复分解作用。
碳酸钠在印染工业中用作软水剂,活性染料的固色剂以及与肥皂合用作为印染后织物的净洗剂。
③碳酸氢钠。分子式NaHCO3,相对分子质量84.01,俗称小苏打。白色结晶粉末或单钠斜晶体,无臭,味咸。受热分解生成碳酸钠,并放出水和二氧化碳,水溶液呈微碱性。
碳酸氢钠在印染工业中主要用于活性染料印花色浆中的固色剂。
④碳酸钾。分子式K2CO3,相对分子质量138.11。白色结晶粉末,易溶于水,水溶液呈强碱性,易吸收水分和二氧化碳而潮解,并生成碳酸氢钾。
碳酸钾在印染工业中主要用作还原染料印花色浆中的碱剂。
⑤氢氧化铵。分子式NH4OH,相对分子质量35.05,俗称氨水。它是气体氨的水溶液,呈弱碱性,为无色具有刺激性的液体。它的氨(NH3)含量一般为25%,最浓的氨水含量为35.28%,应盛于密封的容器中,防止受热挥发。
氢氧化铵在印染工业中主要用作酞菁素染料的助溶剂及中和剂。
⑥三氯醋酸钠。分子式CCl3COONa,相对分子质量185.31,商品名为Remazol Salt FD。它在低温时pH值在6左右,受热后,三氯醋酸钠分解成碳酸氢钠,进而成为碳酸钠。
CCl3COONa+H2O═══NaHCO3+CH3Cl
2NaHCO3═══Na2CO3+H2O+CO2↑
由于三氯醋酸钠的特性,在印染工业中作为乙烯砜型活性染料印花色浆中的专用碱剂,以利于乙烯砜型活性染料在色浆中的稳定性。
(3)氧化剂。
①过硼酸钠。分子式NaBO3·4H2O,相对分子质量153.88。白色粒状晶体或粉末,有咸味,在干燥空气中稳定,在热或湿空气中分解并产生氧,溶于水,同时缓慢分解。
过硼酸钠在印染工业中主要用作还原染料印染后的氧化剂。
②重铬酸钠。分子式Na2Cr2O7·2H2O,相对分子质量298.05,俗称红矾钠。为橙红色晶体,有毒,易潮解,溶于水的水溶液呈酸性。
重铬酸钠在印染工业中用作硫化还原染料的氧化剂,以及配制成中性铬酸钠的溶液,用于稳定不溶性偶氮染料的氧化剂。
③氯酸钠。分子式NaClO3,相对分子质量106.45。无色或白色粒状晶体,溶于水,能吸收空气中的水分潮解而成溶液,有毒,具有强氧化力。
氯酸钠在印染工业中用作可溶性还原染料的氧化剂,阳离子染料印花色浆中的还原防止剂。
④亚硝酸钠。分子式NaNO2,相对分子质量69.01。亚硝酸钠含量≥98%时,为白色或淡黄色晶体或粉末,无臭而有咸味,易潮解,易溶于水。在空气中吸收氧而逐渐变为硝酸钠,遇热燃烧时产生有毒的氧化氮气体。
亚硝酸钠在印染工业中用作可溶性还原染料的氧化剂,以及不溶性偶氮染料显色基的重氮化剂。
⑤过氧化氢。分子式H2O2,相对分子质量34.02,俗称双氧水。商品过氧化氢一般是浓度30%~50%的无色水溶液,微带酸性和刺激性。在酸性介质中稳定,在有催化物质及高温下易分解放出氧气,分解速度与温度成正比。
过氧化氢在印染工业中主要用于棉、羊毛、合成纤维漂白时的漂白剂及还原染料的氧化剂。
(4)还原剂。
①连二亚硫酸钠。分子式Na2S2O4,相对分子质量174.13,俗称保险粉,别名低亚硫酸钠。白色结晶性粉末,易受潮结块并发热分解,严重时会产生自燃。一般含量应≥85%。
连二亚硫酸钠在印染工业中主要用作还原染料的还原剂,以及染色物剥色剂和涤纶织物印花后的还原清洗剂。
②次硫酸氢钠甲醛。分子式NaHSO2·CH2O·2H2O,相对分子质量154.13,俗称雕白粉。白色结晶性粉末或晶体小块,溶于水。在常温下较为稳定,80℃开始分解,释放出硫化氢,100℃~110℃汽蒸时则完全分解,放出新生态氢,具有强烈的还原作用。
次硫酸氢钠甲醛在印染工业中主要用作还原染料印花时的还原剂;活性染料地色、不溶性偶氮染料地色拔染印花时的拔染剂,以及可溶性还原染料的地色防染剂。
③亚硫酸钠。分子式Na2SO3·7H2O,相对分子质量126.05。无色单斜晶体,易溶于水,被空气氧化成硫酸钠。无水亚硫酸钠为白色粉末,水溶液呈碱性。
亚硫酸钠在印染工业中用作一氯均三嗪型活性染料防印以及乙烯砜型活性染料防印工艺的防染剂,制备重氮磺酚染料用剂,以及滚筒印花时防传色剂。(www.xing528.com)
④亚硫酸氢钠。分子式NaHSO3,相对分子质量104.08,亦称重亚硫酸钠。白色晶体或结晶性粉末,有似二氧化硫的臭味,易潮解,水溶液呈弱酸性,在空气中缓慢氧化成硫酸盐。
亚硫酸氢钠在印染工业中用作棉织物煮练的助剂,以及可溶性还原染料地色的防染剂。
⑤氯化亚锡。分子式SnCl2·2H2O,相对分子质量225.65,亦称二氯化锡、锡盐。白色片状或针状结晶,有毒,易潮解,水溶液呈酸性。氯化亚锡于盐酸存在时具有强烈的还原作用,在空气中易被氧化。
氯化亚锡在印染工业中主要用于直接染料、酸性染料地色和涤纶织物分散染料地色的拔染剂。
⑥变性锡盐。分子式MeO·SnCl2,亦称加工锡,为氯化亚锡与金属氧化物的复合微胶囊化合物。用于可拔染地色的拔染剂。破囊后,金属氧化物中和盐酸,因此较少发生光晕现象,拔染效果比氯化亚锡好。
变性锡盐在印染工业中主要用于分散染料染涤纶织物地色的拔染剂。
⑦甲醛次硫酸锌。分子式Zn(HSO2·CH2O)2,相对分子质量255,亦称锌盐雕白粉,商品名为德科林(Decroline)。白色结晶粉末,有强烈吸湿性,易潮解,溶于水,水溶液呈酸性,其饱和溶液的pH值在4左右,有较强的还原力。甲醛次硫酸锌在酸性条件中较稳定,在碱性条件下稳定性降低。
甲醛次硫酸锌在印染工业中主要用于酸性染料、中性染料染丝绸地色的拔染剂,分散染料染涤纶地色的拔染剂。
⑧Rongalit ST Liquid。为亚磺酸衍生物的钠盐。主要用于涂料拔染印花色浆中的拔染剂,也可用作还原染料直接印花色浆中的还原剂。
(5)一般盐类。
①醋酸钠。分子式CH3COONa·3H2O,相对分子质量136.06。醋酸钠有无水和含三个结晶水的,商品醋酸钠一般为无色结晶的三水合物,无色透明晶体,易溶于水,失去结晶水成为白色或灰色的粉末,能溶于四倍量的冷水中,水溶液呈弱碱性。
醋酸钠在印染工业中用作不溶性偶氮染料显色基印花色浆中的中和剂和抗碱剂,利于显色浴保持稳定的pH值,使偶合顺利地进行。
②醋酸铵。分子式CH3COONH4,相对分子质量77.08。白色结晶或结晶性块状,有潮解性,略有气味,易溶于水及乙醇中,5%水溶液的pH值为6.5~7.5。醋酸铵遇热分解,生成醋酸和氨,反应式如下:
醋酸铵在印染工业中用于酞菁素染料印花色浆中的缓冲剂,以防止酞菁素染料色浆碱性过强而使染料游离碱水解,在发色过程中充当释酸剂,有利于染料的缩合反应。
印染厂需要醋酸铵时,通常用醋酸和氨水自行制备,随做随用。
③硫酸铵。分子式(NH4)2SO4,相对分子质量132.15,俗称硫铵。纯粹的硫酸铵为无臭,白色菱形结晶,易溶于水,水溶液呈酸性,带辛辣的咸味。10%水溶液的pH值为4.5。
硫酸铵在印染工业中用作活性染料地色的防染剂,可溶性还原染料汽蒸显色法时的释酸剂。
④硫酸锌。分子式ZnSO4·7H2O,相对分子质量267.56。无色或白色结晶,有毒,易溶于水,水溶性呈弱酸性,在干燥空气中易风化。
硫酸锌在印染工业中用作酞菁素地色防染印花的防染剂,也可用作不溶性偶氮染料中蓝色盐染色时的抗碱剂。
⑤六偏磷酸钠,分子式(NaPO3)6,相对分子质量611.82,又称六聚磷酸钠。呈无色透明状或白色碎粒状结晶,为偏磷酸钠聚合体的一种,有强烈的吸湿性,溶于水,在空气中会溶化或水化,水化时最后变成磷酸三钠。
六偏磷酸钠是一种良好的软水剂。六偏磷酸钠和磷酸三钠比较,六偏磷酸钠的优点是它与硬水生成的锌盐、镁盐具有可溶性,但它的缺点是没有渗透性和乳化性。
2.常用的助剂
(1)溶剂、吸湿剂。
①乙醇。分子式CH3CH2OH,俗称酒精。无色透明,具有清爽的酒气和刺激的辛辣味、易挥发、易燃烧的液体。沸点78.3℃,冰点-130.5℃。溶于水、甲醇,有吸湿性,与水能形成共沸点的混合物。
乙醇是一种极普遍的染料助溶剂。
②乙二醇。分子式C2H2(OH)2,亦称甘醇。无色、无臭而略有温和甜味的黏稠液体,可与水以任何比例混合,有极强的吸湿性。
乙二醇主要用于酞菁素染料,还原染料印花色浆中的溶剂和吸湿剂。
③丙三醇。分子式C3H5(OH)3,亦称甘油。无色、无臭而略有甜味的黏稠液体,可与水以任何比例混合,有极强的吸湿性。
丙三醇常用作染料的溶剂及吸湿剂。如可溶性还原染料、酞菁素染料印花在色浆中用于助溶,且在印花后汽蒸时,它从蒸汽中吸收水分使印花色浆保持一定的润湿,有利于染料溶解而被纤维吸附并渗透。
④硫代双乙醇。分子式S(CH2CH2OH)2,商品名为古立辛A(Glyecine A)是一种具有刺激而带甜味的无色至略带淡黄色的透明稠厚液体,为具有高沸点的溶剂(沸点282℃)。有吸湿性,微碱性,能与水以任意比例混合。
硫代双乙醇为非电解性助剂,本身无毒,但遇盐酸生成的芥子气(化学名称为二氯二硫醚)有剧毒。
硫代双乙醇对酞菁素染料、还原染料等具有极好的溶解能力和润湿力,是酞菁素染料印花色浆调制时优良的助溶剂。
⑤三乙醇胺。分子式N(CH2CH2OH)3。无色或淡黄透明的黏稠液体,无臭、易吸湿,可溶于水。
三乙醇胺主要用作染料印花色浆的吸湿剂以及分散稳定剂。
⑥碳酰二胺。分子式CO(NH2)2,俗称尿素。白色无味晶体或粉末,有潮解性,以1∶1溶于水,溶液呈微碱性。纯品碳酸二胺的熔点为137.2℃。
碳酰二胺具有助溶、溶解、吸湿等性能,在调制活性染料、可溶性还原染料、涂料印花色浆时,加入适量的碳酰二胺可帮助染料溶解,色浆吸湿,且具有膨化纤维的功能。
⑦苄氨基苯磺酸钠。分子式C6H5CH·NH2·C6H4SO3Na,俗称溶解盐B,是阴离子型表面活性剂。
溶解盐B商品外形为白色或米黄色粉末,易溶于水,具有助溶性,并有渗透和扩散作用,耐碱性能好,但不耐酸,它1%的水溶液pH值为7~8。
苄氨基苯磺酸钠常用作还原染料、可溶性还原染料印花色浆的助溶剂,也可用作次硫酸氢钠甲醛拔白工艺的助拔染,可改善地色拔白的效果。
⑧酞菁素溶剂BSM。外观为深棕色油状液体,是由硫代双乙醇、三异丙醇胺、甲酰苯胺和甲酰胺等溶剂按一定比例混合而成,呈微碱反应,pH值7~8,能与水以任何比例相混合,对酸(如醋酸)、碱(氢氧化钠、氢氧化铵)稳定。
酞菁素溶剂BSM主要用作酞菁素染料艳蓝1F3G溶解时的助溶剂。
⑨火油。又称煤油,是石油烃的混合物。主要组成为每分子具有9~16个碳原子的烷属烃。
火油为无色或淡黄色的油状液体。有特臭,通常在200~300℃范围内沸腾,所以不会直接着火。它不溶于水,能溶于醇、醚、苯等。
火油作为溶剂,主要用作印花原糊之一的乳化糊。
(2)表面活性剂。
①平平加O。属非离子型表面活性剂,为环氧乙烷与高级脂肪醇的缩合物,化学名称为烷基聚氧乙烯醚。
平平加O是乳白色片状或膏状物,易溶于水,具有耐硬水,耐碱、耐酸和金属盐的性能,是一种优良的扩散剂和油/水型乳化剂,具有渗透、润湿性能,对各种染料均有较强的匀染和缓染作用。
平平加O在印花工艺中主要用作乳化剂,如火油用平平加O进行乳化而制得乳化浆A。在多层次印花工艺中,也用来作半防染剂。
②乳化剂M。属非离子型表面活性剂,又称乳化增稠剂M。它的主要成分为脂肪酸酯化合物,无色至淡黄色透明黏稠液体,易溶于水和醇,可增稠各种合成乳胶水溶性聚合物,达到较满意的流变性和黏度。
乳化剂M在印花色浆调制时作为调节涂料印花色浆的乳化剂,配制油/水型乳化浆,可以减少环境污染和降低成本。
(3)防染剂。
①间硝基苯磺酸钠。属阴离子型有机氧化物,俗称防染盐S。白色或淡黄色的粉末,有毒性,易溶于水,其水溶液呈中性,在中性或碱性介质中具有温和的氧化性。
间硝基苯磺酸钠用于印花色浆中作还原抑制剂,防止染料在汽蒸时被还原物质破坏,使其色光不受影响。在防拔染印花工艺时,可抵消次硫酸氢钠甲醛等还原物质所造成的过度还原力。
②防染剂B。它的化学组成是含有二氨基的有机化合物,为略带淡黄色的澄清液体,易溶于水,呈碱性反应,pH值为8~9。它暴露于空气中,液面产生一层极轻微的白烟雾,有氨的气味。
防染剂B主要用于酞菁素染料防染印花时的防染剂。
(4)增溶剂。
①增溶剂HDF(Luprintan HDF)。属非离子型,为橘红色的油状液。主要成分为脂肪酸环氧乙烷缩合物。
增溶剂HDF主要用于分散染料在涤纶织物上直接印花、着色拔染或防拔染印花工艺上。在印花色浆中加入增溶剂HDF,由于增溶剂HDF分子结构中的环氧基具有吸引水分子的效应,提高了吸湿效能,使分散染料易迁移到涤纶上,从而降低涤纶织物印花后高温常压或热空气固色时的固着温度、缩短固着时间,从而节约能源,而且织物表面的匀染性也有所改善。
具有相同效果的还有Leomine HSG、Printogen HD,它们大都是脂肪酸类的环氧乙烷化合物。
②增深剂CH(Adcol CH)。乳白色黏稠液体,其化学组分不详。它能使腈纶在高温时膨化,增进阳离子染料向纤维内部扩散、渗透,它不仅降低了汽蒸固着条件,使阳离子染料在常压汽蒸时能快速固着,且能提高阳离子染料的给色量和匀染性。
具有相同效果的还有Luprintan PFD97。
(5)黏合剂。黏合剂为略带蓝光的乳白色乳液,含量在32%~38%之间,可以任意比例用水稀释,它是高分子的成膜物质,是涂料印花色浆的重要组分之一。它在涂料印花色浆中溶解或分散,织物印花后经烘干时能形成薄膜,将颜料黏着于印花织物的表面。按黏合剂高聚物的组成来划分,目前使用的黏合剂大多是:丙烯酸衍生物,特别是酯类以及丁二烯、醋酸乙烯酯等。
①东风黏合剂。为丙烯酸丁酯与丙烯腈共聚物。属非离子型热塑性黏合剂,含固量约为38%,是涂料印花色浆常用的一种黏合剂,所形成的膜为极浅的黄色透明弹性体,它的色泽不致因日久老化而泛黄。
②海立柴林黏合剂ET(Helizarin Benlin ET)。为丙烯酸共聚体的水性分散体,含固量为32%~34%,可用于水性或半乳化系统的涂料印花色浆,它对合成增稠剂黏度的影响很小,印制的织物手感柔软,牢度优良,且耐水洗及干洗。
③海立柴林黏合剂UDT。自交联的丙烯酸共聚物的水性分散体,主要用于直接印花、拔染印花和色防印花工艺,手感良好,且有较好的干洗牢度。
④丁苯或丁腈合成乳液与其他线型高聚物的复配物或丁二烯—苯乙烯共聚物与甲壳质醋酸溶液的混合物。如黏合剂BH,由丁苯橡胶乳液与醋酸甲壳质溶液调和后,再加火油(以火油为油相)、平平加O等在高速搅拌下,制得乳白色油/水相稳定乳化液,固含量为38%~40%。它不适宜用作拔染或防染印花工艺。
⑤聚氨酯为主组分的水性乳液。它含有异氰酸酯端基的预聚体离子基团,例如黏合剂PU。
其中丙烯酸酯类是目前应用最为普遍的一类黏合剂,特别是其丁酯共聚物自交联型的黏合剂。
(三)印染用水
印染厂加工过程中所用的水,一般均为城市水厂供应,但也有部分工厂采用深井水或自行制水,由于水源不同,难免含有有害的杂质,如碱土金属离子、重金属离子、色素、悬浮固体等。这些物质会与染料生成色淀或使纺织品沾污而形成阻染,尤其是在调制活性染料印花色浆时,由于原糊海藻酸钠中混有海藻酸钙、镁盐,将影响该糊料的流变性能,进而影响印制效果。因此,配制印花色浆的用水,应进行软化处理。印染用水的水质要求为:
(1)色度:小于10个色度单位(铂钻比色法),无混浊悬浮固体。
(2)pH值:7~8。
(3)总硬度:0.18~0.36mmol/L(9~18mg/L)。
(4)耗氧量:小于10mg/L。
(5)含铁量:小于0.1mg/L。
(6)含锰量:小于0.1mg/L。
水中若含有较多的溶解盐类,这些盐类与染料发生沉淀,将影响印花织物的色泽艳度和色牢度。
四、印花工艺基础知识
(一)图案与印花生产
织物印花的生产过程是从图案设计开始的,图案设计人员将各种花型、图案和色彩的要求,通过艺术创作绘成花样,提供生产。要使设计人员在纸上描绘图案的效果,在织物上能连续地表现出来,就必须经过印花工艺设计的环节,印花工艺设计人员根据花样精神的要求,结合织物品种、筛网制版(或花筒雕刻)、印花方式、印花方法、染化料的选用以及设备条件等各种因素,制订织物的印花工艺。
在此同时,围绕着制订的工艺,提出练漂半制品的质量要求,筛网(或花筒)的制作和排列,染化料的选用等一系列印花前的生产准备工作。
纺织品印花的工艺设计程序一般如下:
1.花样审理 花样是织物印花生产过程中作为花型、色泽的标准图样,通常包括一张“大样”和2~5组的配色样,是筛网(或雕刻)制版、色浆排列、机台印制以及成品检验等工序的主要依据。花样审理就是要判断该花样是否具备可以生产的各项条件,以及能否满足客户对该花样提出的技术要求,如果不具备,提出处理意见,主要内容有以下几点。
(1)接“花回”。客户提供的“大样”是否具备完整的基本图案单元,俗称“花回”。如果“花回”不齐,则需要客户重新提供花样或授权工厂按原样精神重新接齐,若修接内容出入较大时,往往需经客户确认。每一基本图案单元四周的边线,称为“接头线”,找出接头线后就可以确定“接头”方式,常用的“接头”方式有平接头、1/2接头、1/3接头等。
(2)花样的尺寸。花样尺寸的大小是指花样一个完整基本单元接头线之间的距离,常用单位为毫米(mm)或英寸(in),花样的上下尺寸取决于所采用的印花设备。通常花样上下接头的尺寸,应该是平网网框、圆网周长或花筒圆周的整除数,如果花样的“回头”距离不符合要求的尺寸,就必须作相应的修改,即将花样全面缩小或放大,也可以重新接头。
花样的左右尺寸限制性较小,根据所印制的坯布幅宽,可以是整幅图案,也可以是分段连续排列。
(3)组成花样的套色数。印花的套色数主要取决于所拥有的印花设备。一个花样的套色数,一般按常规生产所需最低限度的筛网(或花筒)数为准。
目前,在我国常用的几种印花方式中所能提供生产的套色情况大致为表2-4所示。
表2-4 几种印花方式能提供的套色数
(4)花型的结构。花型的结构通常有小花型、几何花型、云纹花型和大块面满地花型等。由于花型的结构不同,为了使织物上呈现出同样效果的花样图案,就必须合理地选择筛网制版(或花筒雕刻)的方法以及印花方式。
小花型、几何花型、直线条比较适宜采用滚筒印花。平版筛网印花适合印制大块面花型,因为它的“回头”尺寸限制较小,且色泽浓艳,但对几何花型、直线条花型接版比较困难,故较难适应。圆网印花以往在印制精细线条、云纹花型时印制效果不及滚筒印花;但随着高目数镍网的开发应用和合成增稠糊性能的改善,圆网印花对花型结构的适应性已大为提高,基本上可以取代滚筒印花。因此,圆网印花对花型结构的适应性比其他印花方式都好。常用几种印花方式的印制效果对比大致情况见表2-5。
表2-5 常用几种印花方式的印制效果对比
注 ++表示优良,+表示良好,-表示一般。
(5)色泽。客户来样分纸样和布样。若来样为纸样时,由于描绘纸样的颜料不同于印花用染料,且纸张表面光洁平整,而织物表面有织纹,各自的光反射程度不同,因此织物与纸样的色泽差异较大。若非同质布样(如丝绸、合成纤维等)作为棉织物印花配色样时,由于其所用染料与棉纤维不同,色泽也会有差异;即使是同质和同组织的织物,如所用的染料品种不同,也会在不同光源下出现色变现象,俗称“跳灯”。通常做法是,根据客户的来样,以同质、同结构的织物打色样,让客户确认,在大生产时,按确认样为标准,色差一般控制在4级以上,尤其是满地大块面花样要求更高。当然,也可将来样所用的染料品种进行鉴定,尽可能选用同类染料品种进行仿色,以获得同谱同色的效果,杜绝“跳灯”现象。
2.印花工艺设计 印花生产准备工作,包括针对印花花样制订工艺路线,筛网制版(或花筒雕刻)要求,筛网(或花筒)排列,列出各配色样的印花色浆配方及该花样的印花指定书,指出工艺注意点,提出疵病的预防措施,以达到客户来样的技术要求。
严格而细致的花样审理工作,为工艺设计打下了良好基础,是避免许多不必要损失的重要保证。印花工艺设计的内容主要包括:选择印花方式、印花方法、工艺条件和染化料、糊料,制订筛网制版(或花筒雕刻)工艺,确定网版(或花筒)排序顺序,确定印花处理工艺条件,以及练漂半制品的质量要求等。
(1)印花方式。根据印花机械设备的不同,有三种印花方式:平版筛网印花,圆网印花,滚筒印花,以及目前发展较快的数码喷射印花等。
(2)印花方法。印花方法是以保证达到原样所需的印制效果,也就是以考虑花型结构和色泽为主要依据来制订印花工艺,目前常用的有三种印花方法:直接印花、拔染印花、防染印花。
(3)染化料、糊料的选择。在确定工艺的基础上,进行染料的选择,选择染料时首先应考虑色泽及各项染色、服用牢度等是否符合客户要求,其次要考虑拼色合理性以及使用操作方便和色浆储藏时的稳定性。
糊料是影响印制效果的一个重要因素,它除了在印制过程中起着传递、分散、匀染和防止渗化的作用外,还决定着印制运转性能以及染料的表面给色量、花型轮廓的清晰度等。因此,应根据印花方式、印花方法和工艺,花型结构、织物品种和染料性能来选择合适的糊料。
(4)色浆排列。色浆排列也就是筛网(或花筒)排列。在印花生产中,色浆先后排列的顺序是确保印制效果的关键问题之一,色浆排列首先必须考虑传色的影响,其次是便于印制过程中的对花,由于采用印花方式、印花方法的不同,色浆排列必须根据工艺设计的具体要求慎重考虑。
①平版筛网印花色浆排列规律如下:
a.有深、浅版互叠时,深色在前,浅色在后。
b.花型细小、稀疏的在前,粗大、密集的在后。
c.相互要求严格对花的色泽,应邻接或靠近排列。
d.凡有特殊要求,如防印、半防、拔印等,应按工艺要求的不同确定其排列情况。
②圆网印花色浆排列规律如下:
a.花样中各花型交叉重叠时,应从深到浅排列。
b.对花要求高的花样,应尽量相互靠近排列。
c.细点、细茎的花型,其色浆一般排列在前面。
d.面积大的花型,其色浆尽量排列在后面。
e.防印印花工艺时,防印色浆排列在最前面,被防印的色浆就排列在最后。
f.特殊印花,例如金、银粉印花的色浆,罩印遮盖浆一般排列在最后面。
③滚筒印花色浆排列规律如下:
a.花型结构。相邻两色需紧密对花时,应尽量相互靠近排列,便于对花。
b.花型面积。为了保证花色鲜艳度,防止传色,印花色浆的排列顺序一般为花型面积由小到大,尤其是满地花型的色浆,应排列在最后面。
c.色泽明暗。在各色互不叠印的情况下,色浆的排列为明到暗。
d.叠印与否。当深浅两色相互叠印时,色浆的排列为由深到浅。
3.仿色 根据工艺设计所选定的染料和糊料,对来样进行仿色,从而确定具体的印花色浆配方,制订印花色浆配方时,应注意以下几点:
(1)拼色的合理性。
①色光相近原则。
a.拼色数量最少。在一般工厂中,均具有比较丰富的拼色实践经验人员,因此,在选择染料拼色也日趋合理,因为拼色染料只数最少,生产过程越容易控制,色光波动就越少,纯棉织物用拼色染料应严格控制在1~3只。
b.色光相近。无论是两拼色,还是三拼色,都必须遵循色相相近原则,一般应避免用红、黄、蓝三原色直接拼色,以减少色光波动,提高色光的稳定性。
三原色也称三基本色。用这三种基本色可以拼出任何色泽。用两种基本色拼混成的颜色,称为二次色。用二次色拼混成的颜色,称为三次色。它们的关系为:
从上述关系可以看出,用基本色(原色)来拼色虽可获得任何色泽,但它们间的色相变化大。
c.非余色拼色。在选择染料色光时,要正确掌握余色原理。所谓余色,即两种颜色有相互消减的特性。因此,在一般情况下,不能用互为余色的两种染料为主色来拼色。例如,一种带红光的蓝色,如果认为红光太重,可加入微量的绿色(红色的余色)染料来消减,但用量不可过多,否则会影响色泽的鲜艳度。各颜色的余色关系(对角线两端的颜色称为余色)如下:
②特性相近原则。
a.亲和力相近、反应性能相似。拼色染料之间应具有相近的亲和力、扩散性和反应速率。活性染料印花用染料尤其要符合这一要求,这是获得均一色泽的重要保证。
b.工艺条件相近。染料拼色时,还需要考虑各拼色染料的类型及所需工艺条件的一致性。一般情况下,应以同类型染料拼色为宜。
(2)色牢度最佳。色牢度是衡量印花织物质量的重要指标之一。色牢度的好坏,也直接影响产品的声誉,色牢度达不到客户的要求,也是较为常见的质量问题之一。因此,不仅要选用色牢度相对较好的,而且还必须选择色牢度相近似的染料进行拼色。
(3)正确核对色光。
①使用标准光源,或严格按客户要求的光源核对色光,注意不同光源下的色变,即同色异谱问题,俗称“跳灯”现象。
②核对色光时,必须统一目光标准。由于仿色试样与实际生产存在一定差异,因此还需要根据具体情况对仿色拟订的配方作适当调整,尽量缩小仿色样与生产大样间的差距。
4.打样 在花样审理工作中,花型的回头、尺寸、结构、套色和色泽任何改变,都会引起花样变化。目前,常用的打样方法有手工筛网打样(俗称A4版)、数码喷射印花打样、大车打样和专用打样机打样等。
5.编写印花指定书
(1)印花指定书。花样经过上述工艺设计后,即可拟订具体工艺配方,仿色试样,编写印花指定书,然后付诸生产。
印花指定书的内容,包括各色回的染化料配方,色浆排列(也即筛网或花筒)顺序,后处理要求以及印花操作时的注意事项。
(2)印花色浆配方注意事项。仿色试样工作是以基本工艺为基础,进一步合理选用染化料。选用染料时要考虑色光和服用牢度以及工艺条件的一致性、拼色的合理性。
糊料是影响印制效果的一个重要因素,它除了在印制过程中起着传递、分散、匀染和防止渗化的作用外,还决定着印花运转性能以及染料的表面给色量、花型轮廓清晰度等,应根据印花方式、印花方法、花型结构、织物品种、染料性能以及所制订的印花工艺来指定合适的糊料。
(二)印花方式和印花方法
1.印花方式 印花方式按机械设备的不同可分为:
(1)平版筛网印花。平版筛网印花有两种形式,一种是框动筛网印花,另一种为布动式筛网印花。
①框动筛网印花。框动筛网印花是将被印的织物粘贴在温度约为45℃的热台板上,依次将绷紧在框架上、刻制有花纹的绢网上的印花色浆,用橡胶刮刀刮印到织物上,这样就可以一版接一版地在织物上印成完整的花型。其生产方式有手工操作和自动平网印花框架两种。
②布动式筛网印花。布动式筛网印花是在自动筛网印花机上进行。该设备是冷台板,其长度较短,台板上装置一张无接缝的圆环形橡胶导带,被印的织物平整地粘贴于导带上,并随导带行进一个花回的距离后,随即停下,筛网框升降架自动下降至筛网紧贴织物后,刮刀根据电磁控制的刮印次数往复刮印,色浆被刮印到织物上后,筛网框立即向上抬起,导带按规定的距离前行,如此一版接一版地自动完成印制程序。印花结束后,织物即进入烘房烘干。
平版筛网印花对单元花样大小及套色数限制较少,印制花纹的色泽较浓艳,织物承受的张力小,特别适宜于容易变形的真丝织物、合成纤维织物和针织物的印花。
(2)圆网印花。圆网印花机是在布动式自动平版筛网机的基础上,把平版绢网改为圆筒状镍网,并安装在一个平台可以旋转的固定位置上,刮刀(或磁棒)安装在空心镍网中,色浆用给浆泵通过刮刀的轴心注入网内。印花时,织物随橡胶导带在平台上运行,刮刀(或磁棒)使色浆受压透过网孔印到织物上。
(3)滚筒印花。滚筒印花在20世纪60年代是应用最广泛的一种印花方式,它劳动生产率高,适宜于大批量生产,因此生产成本较低,但它受到花回大小及所印的套色制约,且织物幅宽越阔,布两边与中间对花精度越差,存在着一定的缺陷,因此已逐渐为圆网印花所替代。
2.印花方法 根据印花工艺的不同印花方法可分为以下三种:
(1)直接印花。直接印花是将含有染料(或涂料)、化学药剂、糊料的色浆印制在白布或染有地色的织物上,印花之处染料上染固着,获得各种花纹图案,未印花之处,仍保持白地或原来的地色的印花方法。它是目前应用最广泛的一种印花方法。
(2)拔染印花。拔染印花是用含有拔染剂的色浆印到已经染有地色的织物上,以破坏织物上印花部位的地色,从而获得各种花纹图案的印花方法。用拔染剂印在地色织物上,获得白色花纹的拔染,称为拔白印花。如果在破坏地色的同时,将一种耐拔染剂的染料色浆印在地色织物上,获得有色花纹的印花方法,就称为着色拔染印花。
拔染印花织物的地色丰满、花纹精细、轮廓清晰、花纹与地色之间没有第三色,效果良好。但该工艺较为繁复,印花时疵病也较难发现,且印花成本较高,适宜于拔染的地色染料也不多,所以应用上有一定的局限性。
(3)防染印花。防染印花是先用防染剂(或染料+防染剂)的色浆印于织物上,然后在染色机上进行染色,因印花处已有防染剂存在,地色染料就不能上浆,因此印花处仍保持洁白的白地或有色花纹的印花方法。用防染印花方法印制的花纹,一般不及拔染印花方法精细。
在印花机上进行防白或色防印花称为防印印花。防印印花又可分为两种,一种是防和染同时在印花机上一次完成的印花法(也称湿罩湿防染印花法);另一种是第一次印防染浆,烘干后,第二次印地色色浆的二次印花法(也称为湿罩干防染印花法)。
防染印花工艺较短,适用的地色染料也较多,但若工艺和操作控制不当,花纹轮廓易渗化而不光洁,或发生罩色造成白花不白、花色变萎的缺陷。
(三)印花方式与色浆的关系
印花糊料的物理性能对印制效果的影响很大,涉及印制效果的物理性能有黏度、流变性、触变性、曳丝性(以上总称为流动性能)、黏弹性,可塑性、抱水性、渗透性、其中糊料的流动性能为衡量印制效果的主要指标。
良好的印制效果主要由花纹精细度和满地大块面均匀性来决定。由于目前印染厂用于印花的糊料大多以属于假塑性流体,其黏度随着切变应力的增加而降低,具有流动性,可以用旋转式黏度计测定的黏度变化来衡量。
要在织物上印制出符合原样精神的图案,不论采用何种印花方式,都要求糊料具有良好的抱水性,以保证印花色浆在印花后汽蒸时的吸湿性,否则会影响花纹轮廓的清晰度。同时,要获得均匀的印制效果,要求糊料具有一定的透网性和渗透性。
糊料还应具有良好的分散性,使染料、化学药剂和助剂溶解或均匀地分散在其中,一般固含量高的糊料分散性好。
不同印花方式,由于刮印方式的不同,因而对糊料的流动性能也有不同的要求。
1.手工台板印花 手工台板印花是将可移动的印花网框压在贴于印花台板的织物上,用人工刮印的方式来印花。其过程是将印花色浆倒入筛网框内,用橡胶刮刀往复刮印,通过刮刀的压力挤压和刮印,将色浆挤压过花纹部位透过网孔到织物上。该操作施予印花色浆的剪切力较小,因此,要求原糊有较好的流变性和透网性。即在印花刮刀刮印时黏度下降,使之透过网孔转移到织物上,并向织物内部渗透,当刮印停止时,剪切应力消失,它的黏度又能迅速回复到原来的水平,保证了印制到织物上的花纹轮廓清晰。因此,手工台板印花用糊料要求有一定的稠厚度,但流变性能要好,触变性要小。
2.平版筛网印花 平版筛网印花时,把印花色浆倒入筛网框内,借助刮刀(或磁棒)的往复刮印,色浆受到刮刀(或磁棒)给予的压力和剪切应力,是以“压”为主,“刮”为辅助联合动作,将色浆刮印转移到织物上。因此,要求印花原糊具有良好的流变性和透网性。即要求在刮刀(或磁棒)刮印时黏度下降,色浆通过筛网网孔转移到织物上,当色浆所受到的剪切应力消除后,它的黏度又能迅速回复到原来的水平。这样可以保证筛网网框升起时,色浆不下漏,并防止色浆的飞溅而造成印花疵病。因此,平版筛网印花所用的糊料应该是厚而不黏,曳丝性差,而触变性要小。
3.圆网印花 圆网印花是将印花色浆用给浆泵注入镍圆网的内壁,同样通过刮刀(或磁棒)将色浆挤压,通过镍网的网孔转移到织物上。由于圆网印花是连续式印制,色浆仅靠一次刮印完成印制过程,因此,必须要求糊料既容易从网孔中刮出,又能保持具有光洁的轮廓和均匀的表面。因此,印花色浆必须具备比平版筛网印花更好的流变性能和透网性,且要求有良好的渗透性和适当的曳丝性。所以应选用游移性较低、固含量高且黏度较低的糊料,例如低聚合度的海藻酸盐。
4.滚筒印花 滚筒印花是传统的印花方式,色浆在给浆辊、印花刮刀与印花花筒之间受到较大的剪切应力,色浆由给浆辊传到印花花筒,再用印花刮刀将花筒的花纹部位外的色浆全部刮除,使花纹凹处的色浆压印到织物上,色浆是受到先“刮”后“压”的力,并在一瞬间完成的。因此,滚筒印花所用的糊料曳丝性要好。
(四)印花色浆的调制
印花色浆是由染料(或颜料)、化学药剂和助剂经溶解(或分散呈悬浮状)后,在不断搅拌的情况下,根据工艺要求,按顺序缓慢地将上述物料加入印花原糊中,经充分混合后制成的。
印花用的染料大部分为水溶性,为了帮助染料的溶解,也有加入尿素、溶解盐B等助剂来提高其溶解度。但有小部分染料,例如还原染料、分散染料,它们在水中的溶解度很小,甚至是不溶性的,因此,需将其制成染料的悬浮体后,加入印花原糊中。
悬浮体印花工艺用的还原染料必须具备一定的细度(平均细度应在2μm以下)。如果染料颗粒没有达到超细粉的标准,必须将染料进行研磨。以前,染料的研磨用钢球球磨机,将染料与润湿剂(例如丙三醇)以1∶(1~2)(质量比)混合后,加入球磨机进行球磨,约经60h后才能达到要求的细度,耗时较长。
现在采用砂磨机,其具体操作是将染料、水与助剂加入不锈钢桶中,拌匀,然后加入玻璃球(染料与玻璃球的质量比为2∶1),启动搅拌器高速搅拌5~6h,用锦纶筛网袋把玻璃球滤出,即可得到悬浮体的染料液。
一般化学药剂的溶解性能均较好,用温水即能使其溶解。个别难溶的物料,可用热水(或加热)来提高其溶解度。助剂一般可直接加入,个别的则需先用水稀释后加入印花原糊中。
1.色浆调制的计量 印花色浆中的各种染料,化学药剂、助剂和原糊,根据它们的形状,其计量方式有重量法和容量法两种。
粉状、粒状的物料均采用重量法。液状、浆状的物料以容量为主,但也有采用重量法的。
重量法的计量用具,按所称重量的多少,有药物天平、台秤、磅秤等多种,它们的感量一般为1/100。为了提高称量的精确度,各工厂均配置了高精度的电子秤。容量法计量一般采用量筒、量杯或自制的容器计量标尺和容具来进行计量。
从计量精确度来称量,色浆的调制还是以重量法为宜。
2.色浆的调制操作 印花色浆的调制必须按拟订的操作程序进行,尤其在启动高速搅拌机时,不能提速过快,以防止色浆飞溅或某些对皮肤有伤害的化学品溅到人体。
印花色浆调至总量后,应对该色浆的黏度进行测定(一般可用手提式旋转式黏度计),这是为了保证批量生产前后印制效果的一致性,以及便于今后翻单时的重现性。
3.安全操作 粉状物料,尤其是染料,为有色的有机化合物,其组成中难免含有对人体有害的物质,吸入后,会对人体造成危害。因此,称取染料时应戴好防毒、防尘口罩。染料溶解时,若较易产生粉尘的,应在有排气装置的排毒罩下进行。不溶性偶氮染料中的显色基重氮化时,会产生有毒害的黄棕色氮的氧化物,对人体有害,必须将毒害气体排出室外。化学药剂,尤其是强酸、强碱,不仅有刺激性气雾逸出,而且会腐蚀皮肤。因此,使用这些药剂时,要戴好橡胶保护手套和防护眼镜。
由于色浆调制区域地面潮湿,加之印花色浆在调制过程中难免有原糊溅落到地面上,造成地面又湿又滑。因此,除将其地面铺设防滑砖和保证积水畅流外,操作者应穿防滑胶鞋,以免滑倒造成工伤。
(五)印花调配色
印花调配色有手工调配色和自动调配色。
1.手工调配色 目前,因内大部分印染厂的调浆配色操作还停留在手工操作上,因此存在以下问题。
(1)由于手工调制色浆完全凭操作者的经验,随意性大,经常造成小样与大生产的结果不一致,出现较大的偏差,甚至同一操作者,每次调出的色浆也常不相同。
(2)精度低,准确性差,人为因素影响大。
(3)自动化程度低,劳动强度大,操作环境较差,生产效率也低。
(4)技术档案和资料完全依靠人工经验的积累和人工记录,无法实现技术档案的计算机信息化管理,不能执行技术数据的在线调配和核对。
2.自动印花调配色 自动印花调配色系统是集机械、电子、精密称量和计算机软硬件技术为一体的高技术产品。它的主要作用是通过计算机系统自动,准确和适时地调制出印花生产所需的色浆。主要特点有:
(1)采用计算机系统控制、演算、调配出所需的色泽和黏度的色浆,在重复调配时,能得到完全的重现性,便于准确调配色浆和实施工艺。
(2)配备高精度的称量装置,能准确配制色浆量,并根据色浆重量,自动调整搅拌转速和时间。
(3)具有色浆消耗计算功能,即根据不同织物每平方的耗浆量,印花宽度,按该色的图案面积百分比,精确计算所需的色浆量,避免多制色浆而造成浪费。
(4)具有残留色浆的回收利用功能。
(5)缩短了小样操作流程,减少打样次数,提高了生产效率和产品质量。
(6)对调制色浆的全过程采用计算机来控制操作,去除了称量和容量的误差,且能保证糊料黏度的一致,从而保证生产样与小样的一致性。
(7)提高了色浆调制的准确性。计算机储存配方,确保再次调制时的颜色色光的稳定性和重现性。
(8)使用全自动封闭式的调浆方式,不仅净化工作环境,降低劳动强度,减少操作人员,且便于生产管理。
3.自动印花调浆系统 自动印花调浆设备在20世纪80年代已在国外推广使用,现在技术已经成熟。我国早在十多年前就引进荷兰斯托克(Stork)公司的IPS1200自动调浆设备,但由于多种原因没能很好地应用,影响了该技术的推广,随着计算机技术的突飞猛进,调浆系统的完善及市场竞争的压力,该技术已得到印染厂的青睐。我国广东、江苏等地印染厂先后应用了国内生产的自动调浆系统。现在以杭州开源电脑技术有限公司的爱丽(Alick)印花调浆系统为例进行简单介绍。
开源公司的爱丽印花调浆系统是专门为印染厂印花车间配套设计的一套用于糊料制备和母液配色称料的系统、是由糊料准备系统、调色浆系统以及软件管理系统所组成。
(1)印花原糊准备系统。该系统可以独立使用,也可与调色系统配合使用,主要由四个部分组成,其组分和功能为:
①水粉的强制混合。该系统特别设计了自动吸粉功能。其原理为:高速水流在通过文丘里管时产生真空,将初步匀化与搅拌的粉料吸至文丘里管,在文丘里管内将粉料以雾状形式喷出,与水充分混合,同时,设备自动将水冲入打浆装置内,经由高速搅拌机快速打浆,充分混合水和粉制成原糊。
②高效打浆装置。糊料准备系统配置了两套打浆电动机,其中高速搅拌机的转速为2900r/min,低速搅拌机的转速为50~60r/min。当文丘里管将粉状糊料自动吸入管内,并以雾状形式喷出时,设备会自动将水冲入打浆装置内,经高速搅拌机快速打浆,使之与糊料充分混合。之后,在低速搅拌机搅拌下,把糊料搅拌均匀,整个过程为45~60min,打浆时间比传统方式减少一半。
③高目数的过滤装置。尽管前面两道过程已将糊料和水充分混合,并达到预定的黏度,但在实际操作中仍然发现还有残留的小粉团出现在印花色浆中,造成色斑或堵塞网孔,所以增加了一道高目数的过滤网,即通过87网孔数/cm(22目)的精细过滤网,以去除残留的粉团。该装置包括加料阀和过滤器。
④高精度的分配系统。分配系统由分配头、汽缸、打印机、计算机等组成。其作用是对不同黏度的糊料按照计算机程序所设定的参数进行分配。分配系统可根据需要与否,可以和调浆机合用,也可以单独分开使用。当和调浆机合用时,由管道连接储罐和调浆机的分配系统;当单独使用时,由管道连接储罐和分配系统。
(2)印花色浆调制系统。杭州开源公司的爱丽调浆机结构由储罐系统、管路系统、分配系统、生产称量装置、小样称量装置、控制系统、搅拌系统、送桶系统组成。
①储罐系统。储罐系统由储存罐、机架、隔膜泵、过滤器等组成。主要用于存放母液(染料液、化学药剂、助剂),每只储存罐的容积为200L,最多可配置36只储罐。
②管路系统。管路系统由隔膜泵、过滤器、输送胶管、气管、缓冲器组成。管路系统是一个循环系统,浆料在隔膜泵作用下,从储存罐由输送胶管经隔膜泵送到缓冲器,再经缓冲器到过滤器,过滤后的浆料经输送胶管到分配头,再经输送胶管回到储存罐。这个循环的过程,保证了浆料始终不会沉淀,也保证了颜色的新鲜度和一致性。
③分配系统。分配系统由分配头、汽缸、打印机、计算机等部分组成。其作用是对色浆和糊料按照计算机程序所设定的参数,对染料液(或糊料)进行分配。
④生产称量装置。调浆系统配备高精度电子秤装置,称量精度可达0.1g。
⑤控制系统。控制系统主要由电器元件、导线、电动机、伺服电动机、电磁阀等组成。其作用是根据程序所设定的要求对机器的操作动作进行控制。比如,控制加料的时间,控制机器定位、控制汽缸动作等。
⑥送桶系统。送桶系统由金属导轨、电动机、推杆等组成,其作用是对桶进行移动操作。
⑦搅拌系统。搅拌系统由升降机构、搅拌头、刮刀、清洗罐等组成。其作用是对色浆和糊料混合后的印花色浆进行充分混合。
自动印花调浆系统由高位架、称料台(配备有一高精度的电子秤)、配浆盘、搅拌器和操作软件(自动配浆系统的操作软件由计算机控制)等组成,如图2-4所示。
图2-4 自动配浆系统示意图
1—染液储放槽 2—水槽 3—原糊储放槽 4—高位架 5—微机操纵台6—配浆 7—电子秤 8—原糊加料口 9—待搅拌色浆 10—搅拌器
(3)软件管理系统。与色浆调制系统配套的软件是Ancolor,它有三个模块:色彩校正模块、发料驱动模块、配方管理模块。
①色彩校正模块。颜色采样系统主要用于实验室小样,功能是采集布样的颜色,以计算识别的数据格式存放在服务器中。通过使用色彩校正模块,可以对布样的颜色进行精确识别和管理,通过颜色偏差趋势的分析,帮助工艺员调整新的配方方案。
②发料驱动模块。发料驱动模块可以实现整个调浆配色系统的分配控制。
③配方管理模块。它是通过计算机和网络,将企业销售订货单、印花工艺、小样制作、生产数据进行全面记录和跟踪,并进行统计分析,使企业能够对印花的整个生产过程了解清楚。
自动调配色浆操作系统采用全程计算机控制技术,把传统的调浆工艺参数进行量化数据处理,可以根据不同的生产工艺进行调整,完全实现整套工艺的信息化操作。
自动调色系统根据人工经验制订的配方草案与客户提供的颜色要求,可以直接输入配方数据库管理系统中进行试样,颜色配方库中调用的配方可以直接在配方库管理系统中进行数据操作。中试的母液也从生产系统的同一母液罐取得,以保证中试与生产的母液一致。通过中试可以实现配方校正和母液的标定,最后确认该配方后,直接由生产系统调用。
经过中试确认的配方由生产系统调用后,生产系统可以根据客户订货单的要求,比如印花织物单位面积耗浆量,加工数量等计算出该订单浆料消耗量,并根据桶的容量要求自动计算出分桶数量,最后获得数据进行生产分配,在生产过程中,也可以根据织物上色光情况进行修正,其修正的色光要求人工调整。数据库系统通过网络小样分配系统和生产分配系统连接,整个操作流程如图2-5所示。
图2-5 爱丽Alick印花调浆系统流程图
五、调色机械操作常识
(一)调色配液设备
1.调色研磨设备 调制色浆前,先将所用染化料进行充分研细,方能保证印花色浆所要求的细度和匀染度,通常染料颗粒细度要求至少在5μm以下,才能使印花顺利进行,在实践中,因为有的已经由染料厂研细,所以并不是所有染化料都要经过这一工序,而应按实际情况酌情处理。
(1)球磨机。研磨设备种类很多,最陈旧的一种如球磨机,是由铸铁制成的扁圆形的磨臼,内有大小不等的钢球数只,染化料混合液在臼内滚动铁球的压研下,渐渐变细,这种设备效果差,费时长,由于长期研磨中,钢球逐渐被剥下铁质,混入被研磨的液体中而影响色浆质量。
(2)胶体磨机。胶体磨机是利用高速旋转的转子磨片将染料在间隙中通过,研磨效率较高,一般达到1μm左右的细度,但是被研物必须用水稀释成较薄溶液加入,所以要求浓度较高的色浆不宜采用这种设备进行研磨。
(3)砂磨机。砂磨机是将染料和石英砂混合在一起,在高速转动下,借石英的高硬度和大接触面的有利条件,达到细度较高的研磨效果,但也存在着如胶体研磨机的同样缺陷,不能获得较浓色浆。
(4)三辊轧研机。三辊轧研机原来用作轧油墨颜料,能达到0.8μm细度,现兼用作轧制涂料,效果相同,同时还由于是膏状轧研,最后得到稠厚丰固状态,染料或涂料的浓度很高,对制备高浓度色浆有利,它的操作也较简单,只要将粉状染料和助剂用少量水调成半固体浆状,往复多次通过钢辊轧研即可。
另外,还有超声粉碎机等设备。
2.调色锅 除无搅拌叶片外,基本上都和煮糊锅相同,容量根据实际用量分成8L、10L、24L、50L等多种。
3.煮糊锅 煮糊常用煮糊锅,也有用快速煮糊器或不锈钢薄板式煮糊机煮糊煮成的原糊,从流变性能来说,还是煮糊锅好。
煮糊锅为一夹层锅,如图2-6所示,外壳为承受锅身主重力而以铸铁制成,内层为了有利于导热而以紫铜制成锅身位于机架中心,夹层可通入蒸汽和流动冷水,作为加热或冷却之用。
图2-6 煮糊锅
1—紫铜夹层锅 2—机架 3—蒸汽管 4—压力表 5—放汽阀门 6—浆锅回转控制盘7—法兰婆司(搅拌器) 8—搅拌器 9—传动齿轮 10—密合攀手 11—搅拌叶传动齿轮12—齿轮转动手盘 13—钢丝绳 14—滑盘 15—重锤16—搅拌主动叶 17—搅拌被动叶
4.搅拌设备 目前多采用1000r/min以上的快速搅拌器,效果较好,对色浆调制质量,较过去手工操作有很大提高,由于转速高,叶子形式不能采用如煮糊锅那样的叶子,而采取同搅拌轴相垂直的圆平面形式。
由于内圆镂成四个空隙,在高速中造成旋涡离心作用,有助于均匀度。
5.过滤设备 色浆在印制前必须经过过滤手续以去除不应有的杂质,保证正常运转,目前大多采用半机械化的设备,用布袋挤压过滤,也有采用大容量的真空过滤机,效果较显著,但不适用小批量的印花用色浆。
(二)调色机械操作常识
1.设备检查
(1)设备的完好和正常运转是使用设备的必备条件,在使用设备前,先了解设备的构成,动力系统及紧急关机等零部件。
(2)所用设备的周围环境,是否有安全隐患。
(3)所用设备的安全使用装置是否完好。
(4)劳动保护装置是否安好,如排毒、排气等设备。
2.几种主要调浆配液设备的使用规程
(1)汽缸滑轨式搅拌机。
①搅拌叶片必须完好,转动轴跳动度符合技术要求。
②滑标,汽缸按规定做好润滑工作,保证使用正常。
③运转时不得与调浆桶发生碰撞或摩擦。
④升降调节,要保持一定的缓冲,严防野蛮操作。
(2)双速乳化器。
①限位开关灵敏、可靠,使升降范围始终控制在规定范围内。
②搅拌叶片应无缺损、歪斜等不良现象。
③升降螺杆按规定做好润滑工作,确保灵活。
④调色时,不得与调色桶接触碰撞,以免使转动轴造成弯曲。
(3)调浆锅。
①搅拌系统工作正常,叶片完好,与锅壁无接触摩擦现象。
②蒸汽及冷水启闭阀无漏气、漏水,使用灵便。
③调浆锅加热须待冷凝水完全排除后,方可进行。
④勺取样应将搅拌系统关闭后,方可进行。
⑤升降调节等系统要灵活,并按要求做好润滑工作。
(4)球磨机。
①球磨角度调节要灵便,离合器操纵必须灵活,准确可靠。
②钢球的使用情况需定期检查,发现磨损及时更换。
③运转时,各部位无显著震动现象,否则,应立即停机检查处理。
3.注意事项
(1)印花色浆调制区域地面潮湿,部分地方温度偏高,一些化学药剂有异味,粉状物料粉尘飞扬,操作环境较差,粉状染料和物料,为有色、有机化合物,其组成中难免含有对人体有害物质,因此,要做好个人劳动保护工作,称取染料和助剂时要戴好防尘、防毒口罩,溶解染料时容易产生粉尘,应在排气装置的排毒罩下进行。
(2)化学药剂,特别是强酸、强碱,不仅有刺激性气雾逸出,而且会腐蚀皮肤;在使用这些药剂时,要戴好橡胶保护手套和防护眼镜。
(3)由于色浆调制区域地面潮湿,在色浆调制过程中,会有原糊溅落在地面上,造成地面湿滑,因此,除将地面铺成防滑砖和确保积水畅流外,操作者应穿防滑胶鞋,以免滑倒造成伤害。
六、色彩基础知识
有色物质(如染料、印染后的织物)本身不发光,因此在黑暗中是不可见的,也就是说任何物体的颜色只有在光存在时,才显示出来。
人们的眼睛能看见东西,能分辨出物体的颜色,是因为人产生色彩感觉的全过程为:光→照射到彩色物体上→反射或透射光被人眼接收→被大脑识别,产生色感觉。
美丽的七色光谱将色与光科学地联系起来了。因为色就是从光中来的。在光线下,人们看见各种物体都具有颜色;但在黑暗中不要说物体的色彩,就连物体的轮廓都看不见,俗话说:“伸手不见五指”。这是由于黑暗中没有光,因而要看见东西,除了具有眼睛的条件外,还必须有光。同样,印花后的织物,本身不发光,因此在黑暗中是不可见的,也就是说任何物体的颜色,只有在光存在时才显示出来,于是产生各种颜色。
1.色 牛顿做了分光的实验,将一束太阳光(白光)射进暗室,通过一狭缝,再通过一个玻璃棱镜照射到一白纸屏上,在白纸屏上就可以看到色光带,这色光带就称为可见光谱,如图2-7所示。在色光带中能够分辨出来的主要颜色有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫几种。
图2-7 可见光谱
色并不等于光,它是当光射入人的肉眼,刺激视网膜而产生的视神经活动送到大脑,为大脑所认识的感觉之一,这时把刺激视网膜引起的色感觉的光,叫做“色刺激。”
2.光 光是一种电磁波,它从光源以非常快的速度,呈波浪形在空间中进行。这种波在1s内反复多少次,以Hz来表示。电磁波包括X射线、γ射线、红外线、紫外线以及可见光,它们都有不同的波长和频率。
380~700nm的电磁波会刺激人的视网膜,因而成为可见光部分。光既然是一种不同能量的电磁波,那么各种不同能量的电磁波在人的视觉神经上就会引起不同颜色的反应,叫做“色”,又称光谱色。如将各种光谱综合起来,则变成白色。
物质产生颜色的原因有两种不同的情况。一种由于光的折射引起的,这与物质本身分子结构无关;另一种是物质吸收光波所引起的。当太阳光或灯光投射到某一物质时,该物质吸收了其中的一部分光波后,而将其余的光波反射出来,它的颜色就是吸收光的补色。其关系见表2-6。
表2-6 吸收光谱波长与物质的颜色
但人们发现,由于光源不同,其相对辐射照度也各不同,因此照射到物体上所呈现出来的颜色也有所差异。光谱组成相同的颜色,称为“同色”。可见光的波长在不相同情况下,在某一种照明时,看起来完全一样的颜色称为假同色或异谱同色;在不同光源照射下,发生色泽的差异,其原因就在于此。
染料(或涂料)能选择吸收一定波长的光波,具有一定的颜色。而大部分有机化合物都没有颜色,这与染料的分子结构有关。
3.色感觉的三属性 在各种测色装置中,肉眼看物质时,由于前房水和晶状体的透镜作用,在网膜上形成物体的像。在网膜上,有锥体和杆状两种视觉神经细胞,它们感受光线。锥体细胞在明亮的照明下,引起色感觉,杆状细胞在明亮的照明下,则变质而失去感光性,但到黑暗的地方,锥体细胞不能感觉时,杆状细胞就回复其感光性,但不是起色感觉,而只是赋予亮度的变化,即在黑暗的地方也能够略微区别明暗。即:
锥体细胞——三色素(白天)
杆状细胞——光强弱(夜间)
(1)色相。色相是指色彩相的名称。在色感觉中有着能区别红、黄、绿、蓝等色的特性。色相可以按照光谱显现红、橙、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、蓝紫,再加上紫、红紫,首尾相接排列成环状,这种排列的环状称为色相环。此外,具有色相的色叫做有彩色,而像白、灰、黑不具有色相的色叫做无彩色(或叫做消色)。
(2)明度。也称为亮度、深浅度。明度是指色彩的明亮程度。无彩色中,最亮的是白色,最暗的是黑色,其中间有不同亮度的灰色,这种亮度程序叫做深浅度。在有彩色上也有这种亮度的区别。
(3)纯度。对于色相、深浅度一定的色泽,还可以按照其鲜艳程度而加以区别,这一属性称为纯度或饱和度,分别以纯度的高低来指明色泽是鲜艳的或者萎暗。
因此,眼睛观察物质而感受到的色泽,即色相(色光)、明度(亮度)和纯度(彩度),称为色视觉的三属性。
人们常发现,肉眼的功能以及反映它的大脑,根据每一个人而有所差别,即使同一个人对物体的色感觉也会受到不同环境和年龄的影响,肉眼的前房水和晶状体发生变化,致使产生不同的色感觉。
以色立体来表示色视觉的三属性,如图2-8所示。
图2-8 色立体
4.标准光 国际标准照明委员会(CIE)规定了具有特定的相对光谱功率分布的几种标准照明光。不同相对光谱功率分布的照明光具有不同的色光,而不同的色光可影响人们对物质颜色的视觉观察。制定标准照明体是为了统一颜色测量数据,使它们具有可比性。
目前常用的光源有:
(1)标准光A(即标准光F)标准黄色光(钨丝灯),色温为2865K,是完全放射体所放射的光。它可用于鉴定染料及颜料的同色异谱现象。
(2)标准光B:代表正午的太阳直射光,色温为4874K。
(3)标准光C:代表阴天日光,色温为6744K。
(4)标准光D65:标准光D65与天然日光,标准B及标准C相比还有些差别,其波长范围为300~830nm,包括紫外光区部分,色温为6500K。目前已被推荐为普遍应用的标准照明体。
(5)D75光源:北方天空自然光,色温为7500K。部分美国客户指定为对色光源。
(6)CWF光源:色温为4150K。美国商店灯。
(7)TL84光源:色温为4100K。为三基色荧光,欧盟客户常用。
(8)UL30光源:色温为3000K。部分美国客户指定为对色光源。
(9)UV光源:紫外光,用于比较白度及荧光增白剂的含量。
5.色的混合
(1)加色混合。色光的混合,叫做加色混合,有直接光源混合和间接光源混合。两种色光的颜色如互为补色,则增加了视觉亮度(即比原来的色光更亮)。其混合关系如图2-9所示。
(2)减色混合。凡在织物上使用染料或颜料(涂料)所呈现物理性的效果叫做减色混合。也就是说,一种色彩在白色光线下形成选择吸收,减掉某一色光,同时又剩余该色光的补色(两色混合成白色者,则互称为补色,在白光中,减去一色所剩的另一色,则称为余色)的结果,即减去越多,说明吸收越多。因此,减色混合使用的颜色越多,混合后色光越暗。其混合关系如图2-9、图2-10所示。
图2-9 加色混合
图2-10 减色混合
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