活性染料皂洗工艺原理

导读简单阐述活性染料染色后皂洗机理，分析浮色、碱剂、电解质去除过程，分析影响皂洗效果的工艺条件。

活性染料是目前纤维素纤维及其混纺织物染色的主要染料品种，活性染料结构中含有活性基团，在碱性条件下能与纤维素纤维上的羟基反应，通过亲核加成或亲核取代反应形成共价键结合而上染。

固色反应中纤维素结构中的羟基电离成为亲核试剂，染色介质水的电离，形成另一个亲核试剂氢氧根离子，与活性染料反应形成水解染料。

水解染料和未固着染料是影响染色牢度的主要因素，必须通过皂洗去除。

染色后皂洗的目的就是为了去除纺织品上未固着的染料、水解染料、电解质、碱等，提高染色产品的色牢度、鲜艳度、手感和其它服用性能。
1· 皂洗机理（图 1）

皂洗机理如图所示，皂洗剂吸附到纤维表面，并渗透至纤维缝隙中；通过降低表面张力，降低未固着染料和水解染料与纤维的结合力，经机械作用脱离纤维；通过皂洗剂对染料的润湿、乳化、分散、增溶和络合作用，形成稳定体系，阻止染料沾染纤维。

水洗时存在 3 种洗除染料的过程：

1）纤维表面或纤维间毛细网络染液中的染料，水洗时被水稀释交换而去除；

2）纤维孔道中的染料先从纤维孔道染液中扩散到纤维表面，经解吸再被水洗稀释交换去除；

3）纤维表面一些难溶的染料聚集体主要通过机械力脱离纤维，分散到洗液中。皂洗剂对未固着染料和水解染料的乳化、螯合、分散作用直接影响到洗涤效果。

水解染料对纤维具有一定的直接性，它不仅存在于纤维表面，更多的是在纤维内部孔道中，洗涤时除纤维表面通过水的稀释交换，多是通过解吸、扩散，从纤维内孔道壁上解吸，扩散到纤维表面，然后再通过水的稀释交换、皂洗剂的螯合分散去除。

电解质对纤维基本没有直接性，主要通过水洗液的稀释交换作用去除。热水洗可以溶胀纤维素纤维，使孔道中的电解质快速向纤维表面扩散，经稀释交换有效去除电解质。

碱剂中氢氧根负离子对纤维素纤维有一定的直接性，在孔道中扩散相对比较慢，一旦到达纤维表面，与水浴中酸中和而去除。大量流动水冲洗可快速去除；酸的渗透性好，将有助于快速中和纤维表面及孔道内残留的碱。

传统的皂洗过程是通过酸中和染色后残留的碱，95 ℃高温皂洗去除未固着染料和水解染料，水洗去除电解质，洗涤用水量大，洗涤时间长，能耗大。为提高效率，实现低温皂洗，研究者们开发了表面活性剂类、螯合类、螯合分散类和复配类等多种皂洗剂，可有效去除电解质、碱和浮色。

2· 皂洗剂种类
表面活性剂是皂洗剂配方中的核心部分，具有润湿、分散、乳化和增溶等作用。常用的阴离子表面活性剂有磺酸盐类、硫酸酯盐、羧酸盐和磷酸盐等，非离子表面活性剂有聚乙二醇基、聚氧乙烯型、脂肪酸多元醇酯和聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯等。

近年来国内外研发的皂洗剂有皂洗酶、低温皂洗剂、天然高分子改性皂洗剂、酸性皂洗剂系列。

2.1 皂洗酶
皂洗酶可破坏染料的发色团，从而达到使染料脱色的目的，浮色去除更加充分。
荷兰拓纳公司的皂洗系统BERRP包含BaylaseRP（酶组分）和Baylase AssistRP（体系特殊过程调节剂），应用于大豆纤维的活性染料染色后酶洗，室温处理，达到常规皂洗的色牢度，浮色去除率视染料结构不同有所不同。

EurolanRP皂洗酶在85 ～ 90 ℃条件下，能够催化分解未固着染料和水解染料，分解产物的溶解度高，能使织物上的浮色更易充分去除，在确保色泽、色牢度的前提下，减少水洗次数、节约加工时间、降低水洗温度。

将皂洗酶应用于活性深蓝B-ZGLN、活性蓝K-3RL和活性艳兰KN-R染色后水洗，75 ℃酶洗处理后染色织物皂洗沾色牢度和摩擦牢度均优于传统皂洗后处理，且织物表面色深略高于传统工艺，色光与传统工艺处理相比变化很小，色泽鲜艳度相同。

虽然生物酶皂洗可以在较低的温度下有效去除织物上的浮色，但酶的专一性导致其不能适用于所有染料染色后的皂洗。

2.2 低温皂洗剂
低温皂洗剂是通过复配增效技术制得的高分子表面活性剂复配产品，在低温下具有良好的润湿渗透、乳化分散、防止染料再沾污性能。

磺酸型Gemini表面活性剂可降低皂洗温度；聚乙烯吡络烷酮（PVP）类是性能良好的防沾污剂；低粘度的聚丙烯酸酯盐可作分散螯合剂，替代多膦酸盐或膦酸酯。

复配产品可以与水解染料相互作用，形成络合物，防止水解染料再吸附或沉积在纤维表面，降低了染料对纤维的直接性，易于洗除，因此提高了染色产品的色牢度。

目前，低温皂洗剂的皂洗工艺温度在60 ℃左右。
低温皂洗剂JY-1103D是丙烯酸-乙烯吡络烷酮-马来酸酐三元共聚产物，产品具有胶体特性。在60 ～ 70℃条件下，聚乙烯吡络烷酮结构中的内酰胺结构使其与染料分子中的羟基、氨基和羧基有很强的结合力，与染料形成络合物，防止染料反沾到织物上。

低温低泡防沾色皂洗剂K-5，主要成分是特殊高分子聚合物的复配物，易溶于水，属阴/非离子型表面活性剂。K-5能够实现60 ℃低温皂洗，与常规90 ～ 95 ℃皂洗工艺相比，可节省蒸汽，减少 1 ～ 2 次热水洗，节水省时，生产效率大幅提高。用于活性染料印花后的皂洗，能有效去除浮色及未反应的水解染料，提高各项染色牢度，防止白底沾色，对色光影响微小。

2.3 天然高分子改性皂洗剂
温和等应用多种特殊的高活性聚合物复合而成的高效节能皂洗剂在针织染整产品中，发现其对染色残液中水解染料具有分解、消色和乳化分散作用，不但可提升染色织物的皂洗牢度，还可直接减少印染污水的处理费用。以天然钙基膨润土为原料，通过活化、阳离子改性制得一种生态型皂洗剂。在70 ℃处理，使染色织物具有优良的色牢度，且皂洗残液的CODCr值大幅降低。防沾剂DolecolCLY1973是对天然有机矿物质改性的高分子表面活性剂，在70 ～ 90 ℃条件下可吸附染料形成稳定体系，防止印花产品的白底沾色。

2.4 酸性皂洗剂
由高聚物复配的酸性皂洗剂，有*强的分散性和螯合力，对水解活性染料和未固着的活性染料有*强的亲和力，能减少生产工序，明显地降低用水量，同时可显著提高织物的染色牢度，但其处理温度为95 ℃

3· 皂洗工艺对皂洗效果的影响
皂洗温度是影响皂洗效果的主要因素。

温度高，纤维溶胀充分，染料的扩散系数高，亲和力低，有利于染料的解吸，并从溶胀的孔道中向纤维表面扩散，高温水洗液对染料、盐的溶解性高，因此传统皂洗温度在95 ℃。

然而高温使活性染料的断键稳定性下降，水解加剧，特别是在有残留碱的情况下，高温还会使表面活性剂乳化、分散能力下降，与水解染料形成的胶束稳定性下降。

60 ℃及以下的低温皂洗则可减少水解染料的产生，使水解染料与高分子表面活性剂形成稳定的胶束，有利于染料浮色的洗脱，达到预期的色牢度和表面色度。皂洗酶的温度则根据酶活性的*佳温度而定。

机械作用是影响皂洗效果的另一重要因素。

机械作用促进织物内外溶液的交换，减少边界层厚度，加速染料由内向外扩散。

如溢流染色机内织物的运转速度高，织物与染液的相对运动加剧，借助皂洗剂的作用，染料浮色与纤维的结合力减弱，浮色容易被洗脱。

浴比：浴比越大，越有利于稀释溶解纤维表面染料，但耗水量增加。小浴比皂洗则遵循少量多次的原则，浴数较多，而耗水较少，是与小浴比染色配套的节能减排措施。