基本介紹
- 中文名：染料還原實驗
- 外文名：Dye reduction experiment
- 還原染料：不能直接溶解於水
- 關鍵：還原劑的選擇
- 實驗目的：還原後成為能溶於水的可溶狀態
- 例子：保險粉
染料還原實驗,還原染料的特點,染料還原實驗中還原劑的選擇,國內外傳統還原體系的研究概況,二氧化硫脲體系,雕白粉體系,二氧化硫脲與保險粉的復配體系,新型還原染色技術,催化加氫預還原,還原過程中超音波的套用,電化學還原技術,
染料還原實驗
還原染料不能直接溶解於水，必須以強還原劑還原後成為能溶於水的可溶狀態才能上染纖維，是棉用高級染料品種之一，它色澤鮮艷，色譜齊全，具有全面的染色堅牢度，耐曬和耐洗堅牢度尤為突出，是其他染料所不及的。染料還原實驗的過程是在鹼液中使用還原劑將染料轉變成可溶性的隱色體鈉鹽從而上染到纖維內部，再經過水洗、氧化處理，使染料隱色體恢復為染料色淀而吸附在纖維上。還原劑提供電子，產生足夠的還原電位，將染料分子上的羰基還原成醇基而轉變成隱色體。
還原染料的特點
棉是目前世界上使用最廣泛的紡織纖維之一，而且從長遠來看，棉花仍將是最主要的紡織用材料。常用的棉用染料有活性染料、直接染料、染料還原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料等。進入21世紀，我國染料還原染料生產的年均增長率達10%左右，發展較快;這一方面與出口增長有關，另一方面，人們對紡織品的質量檔次、織物色牢度要求的提高，也是染料還原染料需求量大增的一個非常重要的原因。
染料還原染料染棉纖維具有一系列的優點：(1)色澤以中間色居多，而且這些中間色基本上是單一組分，染色重現性良好。例如，綠色活性染料一般是用黃色和翠藍色活性染料拼混。為了把染色性能不同的活性染料拼混好，染色時的控制很重要。染料還原染料中有好幾個單一結構的綠色品種，不但能滿足不同的需要，而且與活性染料相比具有優良的染色重現性。(2)優異的耐光牢度和各種耐光的複合牢度。當前，對棉織物以耐光牢度為基礎的各種複合牢度要求越來越高，特別是淺色。染料還原染料與其他類別棉用染料相比，在這方面具有很大的優勢。因此特別適用於工作服、運動服、夏季服裝、窗簾、家具外罩物等染色和印花。(3)染料還原染料還具有優異的耐氯牢度，可達到4級以上，此外還具有優異的洗滌牢度等。因此，染料還原染料適用於用氯消毒和耐洗滌性要求高的場合，如旅館和醫院用的織物、被褥、床單、衣服等的印花和染色。(4)染料還原染料對紅外線有很好的吸收作用。可用作軍服的生產和特殊部門的工作服等。(5)適於混紡織物的一浴同色染色，錦/棉、滌/棉等混紡織物的一浴同色染色越來越受印染行業的歡迎。染料還原染料具有這種同色性染色的特徵，適用於混紡織物的一浴法連續染色、印花和浸染等同色染色。
綜上所述，染料還原染料與其他棉用染料相比有上述一系列的優點，因此目前染料還原染料仍是一類值得重視的棉用染料。染料還原染料染色的過程是在鹼液中使用還原劑將染料轉變成可溶性的隱色體鈉鹽從而上染到纖維內部，再經過水洗、氧化處理，使染料隱色體恢復為染料色淀而吸附在纖維上。
染料還原實驗中還原劑的選擇
還原劑提供電子，產生足夠的還原電位，將染料分子上的羰基還原成醇基而轉變成隱色體。還原劑的套用是染料還原染料染色的關鍵所在。目前工業生產中最常用的還原劑是保險粉，化學名稱連二亞硫酸鈉，保險粉具有還原能力強、使用方便和得色鮮艷等優點。但保險粉的化學穩定性差，暴露於空氣中易吸收氧氣而發生分解，並結塊發出刺激性酸味;與水接觸迅速分解，放出大量的熱和易燃的氫和硫化氫氣體，引起劇烈燃燒;遇氧化劑、少量水或吸收潮濕空氣能發熱、冒黃煙、燃燒，甚至爆炸。保險粉有毒，對眼睛、呼吸道黏膜有刺激性。因此染浴中保險粉濃度下降快，還原電位損失大。當還原電位低於染料的還原電位時，還原能力迅速降低，染料不能充分還原。這是保險粉用量大的原因。若還原液溫度達到50℃時，3秒鐘就有20%的保險粉損失;達到80℃時，3秒鐘就有50%損失掉。
在工廠實際套用中，為使染浴內具有需要的還原能力，保險粉的用量都大大超過理論用量，因而造成了極大浪費。這不但增加生產成本，還給生產控制帶來一定困難。並且保險粉實際上是不“保險”的，在運輸和貯藏中屢屢發生燃燒進而形成火災的危險性是巨大的。同時保險粉分解所產生的硫酸鹽及亞硫酸鹽對環境產生了較大的危害。針對保險粉在套用中存在著用量大、不容易儲存、環境污染等缺點，近年來人們一直在研究一些新型還原方法，以降低其使用量或替代保險粉。
國內外傳統還原體系的研究概況
目前用於國內外研究的還原劑主要有：二氧化硫脲、雕白粉、硼氫化鈉、1－羥基乙烷亞磺酸、以及還原劑BurcoReductT和BurcoClearMCL。還有人用二氧化硫脲和保險粉復配、保險粉和葡萄糖復配等復配體系來替代保險粉，都取得一定的成果。
二氧化硫脲體系
二氧化硫脲也可作為染料還原染料的還原劑，且已在工廠中使用。二氧化硫脲在鹼性溶液中的副產品是尿素和硫酸鈉，兩者都對水沒有污染，化學性質穩定，常溫下不分解。在鹼性溶液中，加熱轉化為不穩定的異構體———甲眯亞磺酸，進一步分解為尿素和強還原劑次硫酸。所以，二氧化硫脲在鹼性溶液中是一種強還原劑。其還原電位可高達－1000mv～－1200mv，而且下降的速度非常緩慢。其還原能力和穩定性較保險粉均佳。用量約為保險粉的五分之一，對染料還原染料的還原速率較保險粉快2～3倍，燒鹼的用量可相應的減少。薛迪庚曾採用二氧化硫脲的改進劑穩妥EX作為還原劑並收到良好的效果。但是二氧化硫脲易引起某些染料還原染料(特別是藍蒽酮和黃蒽酮類染料)的過度還原，使染料直接性降低，染色品色光萎暗，得色量下降。這種過度還原是難以恢復的，因而在使用時必須加入適當的過還原防止劑，例如可在還原液中加入弱氧化劑或易加氫還原的有機物亞硝酸鈉、糠醛等物與二氧化硫脲反應以降低它對染料還原染料的還原電位。還可加入抑制劑，如多價螯合劑、尿素、黃糊精、酮等物，使其發生螯合，或者形成氫鍵，或形成中間加成物降低它對染料還原染料的還原速率。二氧化硫脲和抑制劑的合理套用可以取代保險粉。
雕白粉體系
對於雕白粉(羥甲基亞磺酸鈉)只有在蒸化過程中才能發揮充分作用，其還原效果不如保險粉，並且羥甲基亞磺酸鈉在受熱時會釋放出甲醛，對人身體有害，不環保。目前，最常用的保險粉替代品為雕白粉－丁二酮肟鈷絡合物，在染料還原染料懸浮體軋染工藝中使用該還原體系所得染樣的染色牢度和得色量均達到了傳統工藝的水平。其染料還原染料懸浮體軋染工藝為：浸軋染液(室溫，二浸二軋，濃度30.0g/L，軋余率70%)—烘乾(熱風50℃左右，烘乾為止)—浸還原液(室溫)—蠟浴還原(代替汽蒸還原)—熱水洗(65℃左右)—氧化(1%雙氧水，55℃，1分鐘)—皂洗—冷水洗—烘乾。雕白粉－丁二酮肟鈷體系溶液中的雕白粉比保險粉穩定，而且在蠟浴還原條件下對染料有較強的還原能力。得色量、鮮艷度和牢度均與套用保險粉的效果接近。套用此方法，降低染色成本至少四倍，經濟效益可觀。這使得雕白粉－丁二酮肟鈷體系可以取代保險粉，但在染色時要注意還原浴的最佳組分，組分過高過低都會使染料過還原或還原不足。
二氧化硫脲與保險粉的復配體系
用二氧化硫脲與保險粉拼混作還原劑軋染，總體效果良好，無條花，色澤純正。各項物理試驗，包括皂洗牢度、刷洗牢度、乾摩擦和濕摩擦等，均達到預定效果。二氧化硫脲具有良好的穩定性和很高的還原電位。在實際生產中既降低了保險粉用量，又能保持最佳還原電位，是一種較理想的還原體系。
新型還原染色技術
近年來，不斷湧現出新的還原染色技術，主要包括還原過程中採用超音波技術、染料的預還原及電化學還原技術等。
催化加氫預還原
該方法是在氫氣壓力為0.2MPa～0.4MPa、溫度為60℃～90℃的條件下採用催化劑，對鹼性、漿狀靛藍染料進行預還原，是靛藍生產過程中環境友好的製備方法。因為需要在一定的氫氣壓力和催化劑下進行，存在爆炸的危險，不適合印染廠的現場染色工藝，只能由染料廠為印染廠提供商品級的預染料還原染料。在染色過程中只要加入少量還原劑保持染液穩定性就可以直接使用，大大降低了還原劑的用量，也降低了染液中硫酸鹽及亞硫酸鹽的含量，減少污水排放量及染色成本。
還原過程中超音波的套用
在染料還原染料的還原過程中，超音波對不溶性的染料懸浮體顆粒具有較強的粉碎作用，增加染料顆粒與還原劑的反應面積;同時超音波有類似攪拌的作用，利於增加兩者的接觸，因此能大大提高還原速率，提高染料的上染速率和上染百分率，降低保險粉及染料用量，同時還可以降低染色溫度及燒鹼用量，因為部分燒鹼是用來中和由於過量保險粉分解所產生的酸性物質硫酸氫鈉的。
電化學還原技術
染料還原染料的電化學還原染色方法是環境友好的新型染色方法，具有還原劑使用量少或不使用還原劑、排放的廢水少、染色過程易於控制等特點，是一種可供選擇的替代保險粉的新型還原技術。主要包括媒質電化學還原、直接電化學還原和電催化氫化。
