针织物在气流染色中的质量控制

 

    气流染色以其、节能和环保的特性，在印染行业已逐步得到应用。由于气流染色的浴比仅为l：3～l：4，染色的工艺时间（升温时间及染液与织物的交换频率）和能耗（水、蒸汽、染化料等） 都大为减少，并且还为针织物的生态加工提供了工艺条件。例如，具有生态加工特点的针织物酶处理工艺，就是利用气流染色的低浴比条件，始终保持酶的较高浓度和酶处理液的强烈循环运动，达到织物的*处理效果。此外，气流染色的小浴比条件还可以提高活性染料的直接性，降低盐的用量，减少排放液中盐的残留量，提高染料的利用率和染色深度。目前出现的低盐染色工艺，除活性染料本身的直接性提高外，还可采用气流染色的小浴比来提高染料的直接性，以达到节省染料和助剂的目的。

    气流染色虽说具有诸多的优点，但在过去十几年的具体应用中，人们并没有*掌握气流染色的工艺规律和设备特点（其中包括气流染色技术方面有些还不是很成熟），绝大部分还是采用传统的溢流或喷射染色工艺，因此经常会出现染色质量问题。相对传统的溢流或喷射染色工艺大浴比而言，气流染色的小浴比染色条件对染色要求更加苛刻。因为织物不是浸没在染液中，所以染料温度和浓度变化的差异，如果在被染织物各部分保持过长，肯定会出现染色不均匀，并且很难通过移染来达到匀染。除此之外，针织物编织过程中形成的内应力也会因为处理的条件不当而产生折痕。

    要保证织物染色质量，除了满足常规间歇式染色工艺对织物原坯、染化料、水质、染色工艺和操作规程等要求外，还要根据气流染色工艺的特点，进行染色全过程控制。与机织物相比，针织物的气流染色控制要求更加高一些，如张力和时间在整个加工过程中应处于zui低和zui短的状态，否则，不但会出现染色条痕而且还会导致织物的变形。因此，为了气流染色能够成为针织物具有高附加值和节能减排的有效加工方法，必须针对针织物湿加工的特点和要求，结合气流染色的特性设计出一个有效的过程控制，以达到被染物、染色工艺和设备的*统一。

    针织物因编织的组织结构原因成形较差，并且具有一定内应力，因此在整个湿加工过程中要求外界施加的作用力要尽可能小，作用的时间也要尽可能短，通常都是采用间歇式松式绳状加工。为了满足针织物湿加工的要求，应先了解一下有关针织物的一些特点。

    与机织物不同，针织物的编织组织比较松弛，同时又因纱线在编织过程中的变形而产生了一定内应力。这种内应力在一定的条件下会释放出来，容易在针织物的以绳状堆放加工中形成折痕。如果针织物堆放的形状位置长时间不改变，那么，在绳状染色过程中就会出现染料上染不均匀现象，zui终造成颜色深浅不一的条痕。因此，针织物在后续的湿加工之前，增加一道松弛过程，让织物的内应力充分释放；若对弹力针织物（含氨纶或合纤长丝）进行一次预定形，那将更有利于后续的湿加工。

针织物的松弛组织具有较高的吸水性，主要是纱线之间吸附的水量大，所以在湿加工中不能快速运行，原因是为了避免产生过大的拉伸而引起变形。如果说湿加工过程需要针织物与处理液有较快交换频率，那么只有加快处理液的循环速度，并且尽量减少针织物在运行过程中的含液量。在间歇式绳状染色中，的办法是织物不浸在染液中，并且织物与主体染液（循环染液）在喷嘴中完成交换后尽快分离。目前，气流染色已经具备了这项功能，槽体内的织物与主体染液是处于分离状态，织物在动程中所夹带的染液较少。

针织物在湿加工中的另一个特点，就是不能长时间处于某个具有张力的相对运行过程中。其原因是，针织物纤维弹性变形得不到回复而产生塑性变形（即织物形态变化后无法恢复原状），虽然可以通过zui后的拉幅定形得到缓解，但严重的经向拉伸变形，即使通过较大的超喂整理也是无法消除的。所以针织物的湿加工时间应该尽量缩短。

总之，针织物在湿加工中表现出的特性，必须充分考虑到采取的加工方法所具备的条件，要求能够在加工过程的时间尽量短，运行中产生的张力尽可能小。根据这个加工要求，气流染色通过设备的结构性能和控制程序，采用相应的染色工艺，对所有影响到染色质量的参数进行控制，zui终满足染色质量要求。

基于针织物湿加工中表现出的特性，要保证染色质量要求，就必须对气流染色的设备和工艺提出一些条件。这些条件从染色理论上讲还是属于染料吸尽法所要求的，只是形式上与传统溢流或喷射染色有所不同，但并不妨碍对染色质量的控制。

在织物间歇式染色工艺中，通常都是以时间来控制染色过程的每个工序，完成设定染色工艺所需的时间，实际上就是染料在被染物中上染和固色过程所需的时间。应用表明：温度、浴比、染液和织物的相对运动，对完成上染和固色过程所需的时间是有影响的，其中影响zui大的是染液与织物的交换频率，而它又体现在二者的相对运动程度上。如果说上染和固色过程需要一定的染液和织物的交换次数来实现，那么，完成一定交换次数所需的时间就反映出了染色时间的长短。

由此可见，要完成一定的染液和织物的交换次数，交换频率高的比交换频率低的所需的时间肯定要短。因此，气流染色过程应通过染液与织物交换次数来确定每个过程所需的时间，而不应套用大浴比的过程时间。实际上，在超出的时间里并不能上染更多的染料，甚至还有可能使部分染料产生水解，反而降低上染率，并且针织物处于长时间的运行对其纱线表面容易造成损伤或起毛。

气流染色过程中，织物与染液都处于相对运动，织物的运行状况和染液循环运动的激烈程度，都对染色的均匀性产生影响。染液的温度变化在染料的上染过程起着至关重要作用，而被染物各局部之间所含带染液和主体染液温度和浓度的均匀性，主要还是依靠染液和织物循环状态来保证。染液与被染织物的快速循环，可以增加二者的交换频率，提高染料的上染率，缩短时间，并且可保证整个被染织物的均匀上染率。对比表面积较大的超细纤维，具有更好的匀染性。染液快速循环的另一个好处，就是可以缩短染液温度和浓度在变化过程中出现织物所带染液和主体染液以及被染物各部分差异的滞留时间，减少织物吸附不匀和温差的影响。这种条件实际上提高了染料吸附的均匀性，而降低了对移染的依存性，对使用亲和力低的染料，可以获得更好的色牢度。

在传统溢流或喷射染色浴比较大的条件下，储布槽中的织物是悬浮在染液中，依靠染液的流动来进行缓慢移动。织物在染液中的相互挤压较轻，并且可自由松弛，不容易产生堆置折痕，但*缺陷就是织物之间容易相互纠缠，造成堵布打结现象频繁发生。而在气流染色的小浴比条件下，织物与染液在槽体内一般是分开的，即使加快染液循环，也不会扰乱织物的堆置和运行状况。设置的摆布装置，可保证织物左右折摆落在槽体内，同时，储布槽内设置光滑的聚四氟乙烯棒或者转毂，让织物在自重的条件向前缓慢滑行。采用这些结构形式，一般不会出现压布和堵布打结现象。但值得注意的是，织物循环的频率要高，尤其容易起皱织物，在槽体内滞留的时间不得超过2.5 min，同时织物通过喷嘴后要有一个扩展过程，不断对织物绳状进行解捻，这样就可以避免形成*性折痕。

    针织物在酶处理工艺中与处理液的快速交换，可以加快酶的反应速度，提高处理效果。而对超细纤维的针织物来说，超细纤维的比表面积较大，上染速率很快，容易产生上染不均匀。因此，能够提供染液和被染织物快速交换条件，对染料的均匀上染是十分有利的。在气流染色中，针织物因张力的原因，布速不能太快，但考虑到织物的循环周期对均匀上染和折痕产生的影响，所以对织物的单股长度也有限制。为了保证织物与染液的快速交换，一方面加快染液的循环频率，另一方面可以采用多股进布（尤其是轻薄织物）。这样一来，就可以发挥出气流染色不容易产生缠布堵布的优势，增加了容布量。可谓一举两得。

    在间歇式染色过程中，当染液温度变化或者加注染化料时，主体染液内部之间，被染物各局部所含带的染料之间，肯定会出现不同程度的差异。如果这种差异的时间保留过长，那么zui终反映出来的是织物各局部之间的颜色深浅不均匀，即所谓的色差或色花。因此，为了避免这种现象的产生，必须对升温速率以及加料方式进行控制，当然更主要的是加快染液的循环速度，在尽可能短的时间内，通过强制对流来达到染液和织物各处的温度和浓度的均匀性。

    气流染色中的织物在储布槽里，与主体染液是分离的，除织物中夹带染液外，其余自由主体染液积聚在主回液管中。处于这种条件下，当染液温度和浓度根据染色工艺要求发生变化时，其温度和浓度差若不尽快缩小，对染色的均匀性会产生很大影响。对此，除加快染液与织物的相对运动外，还须考虑设置染液循环旁路，采用低升温速率，缩小储布槽内织物与喷嘴和导布管中织物之间的温度差，并且达到平衡所需的时间应尽可能短。除此之外，染料和助剂的注入，要控制主体循环染液的浓度变化率不要太大，通过一定的注入方式和时间，保证均匀变化，并且尽快达到总体均匀一致。

    提高水洗效率主要是依靠工艺和设备。气流染色小浴比节水的真正含义应该是包括前处理、染色和后处理的全过程。目前间歇式溢喷染色可兼作前、后处理江艺，其中水洗过程的耗水所占比例zui大。这主要是传统大浴比水洗工艺都是采用溢流式水洗，以耗费大量水来不断稀释残留在织物中的废液而造成的。小浴比如果采用稀释水洗，由于织物残留的废液浓度相对较高，需要消耗更多的水量和时间才能达到水洗的要求，从而失去了小浴比节水的意义。因此，根据净洗基本原理，增大扩散系数和浓度梯度，缩短扩散路程能够加快净洗速度，也就是提高净洗效率。对这三个参数的控制是：扩散系数通过提高洗液温度来增大，扩散路程通过洗液水流速度的激烈程度来缩短，浓度梯度是通过新鲜洗液与污浊液的快速分离来提高。

    气流染色机由于自身结构的特点，织物在储布槽内与主体洗液分离，高温条件下自然形成一个汽蒸过程，而通过喷嘴时又有一个热洗的过程。织物在水洗的过程中，实际上是处于：汽蒸一热洗一汽蒸不断地交替过程。汽蒸可提高织物纤维的膨化效果，加速纤维、纱线毛细管孔隙中污杂质向外表面的扩散速度，热洗可尽快打破洗液平衡的边界层，缩短扩散路程并且提高浓度梯度。显然，这一过程为气流染色提高净洗效率提供了有利条件。

    基于气流染色上述的结构特点和水洗过程，可实施阶段受控，以消耗zui少的水和时间达到充分水洗效果。其受控方式是，根据水解染料、未上染的染料以及中性电解质在织物中的不同状况，分别以水流的速度和温度来控制水洗过程。

    实现气流染色工艺，必须对影响染色质量的相关要素，如染液温度、流量、浴比和助剂等，以及染色过程实施控制。就染色浴比而言，低浴比的染液浓度相对高一些，可以使活性染料表现出较高的直接性，提高上染率，如果浴比的控制不准确就可能产生缸差。此外，空气在常温和高温下的密度变化、热塑性纤维在高温条件下的收缩，也会影响到织物zui初设定的循环频率。对于这些变化，只要有可能影响到织物的匀染性，就应该实施过程控制。通过对织物运动的在线检测，由PLC和电脑进行动态控制。

    气流染色过程控制，已经涉及到了染液循环的比例分配，对织物进行高给量和低给量的控制。它是根据被染织物纤维比表面积大小的不同，以及染色与水洗所需水量的不同，去控制织物的带液量，保证上染速率快的织物在zui短的时间内达到*的匀染效果。超细纤维针织物在这种条件下的染色效果，显然比溢喷染色更好，这除了气流染色本身的结构性能外，还得益于染色的过程控制。

    染色理论和实验都表明，染料的直接性与染色温度、浴比有关系。染色温度和浴比越低，染料的直接性越高，因而所需的盐浓度也就越低，即盐的用量可大为减少。染液中盐的用量，应根据染色深度、浴比大小、染料溶解度和染料对纤维的亲和力等因素来确定。其中浴比的影响是：浴比越大，染液的含盐量越高，染料对纤维的直接性下降，盐的促染作用越明显。由于盐的用量过高，会使溶解度低的染料发生沉淀，所以匀染性差的染料就出现染色不匀现象。

3．1．1 染液浓度变化

    等量的同种染料，在不同浴比的染浴中，浓度是不一样的。浴比高的颜色浅一些，浴比低的颜色要深一些。如果是浓度相等的不同浴比，那么，浴比高的染浴所含的染料要多一些，而浴比低的染浴所含染料则要少一些。这是客观存在的事实。相对大浴比而言，染同样的深度，小浴比的染液浓度要高一些，仅仅依靠染料的移染性来保证织物的zui终的匀染性是不够的，尤其在相对较高染液浓度的条件下，更多的是通过染液与整个被染织物在染色过程中随时保持匀布的接触，才能有效地保证织物zui终的匀染性。这点对色牢度要求高的染色来说是很重要的，因为色牢度较好的染料移染性也较差。

3．1．2 对染料和助剂的影响

    染料在不同浴比条件下所表现出的直接性有所不同。例如活性染料在小浴比条件下，直接性会提高，也就是上染率会提高。而活性染料的直接性提高了，意味着对促染剂（如盐）依存性的降低，这不仅有利于提升活陛染料的上染率，同时还减少了盐对环境所造成的污染。

    许多染料需在一定的碱性条件下与织物纤维发生反应，如活性染料在碱性条件下与织物纤维形成化学键而固着，还原染料在碱性浴中进行还原。碱将染浴的pH值控制在一定的范围内，高浴比要消耗大量的碱，而像活性染料类的直接性又低，在碱性浓度较高的染浴中，会产生大量的染料水解，无法染成深色。相比之下，小浴比提高了染料的直接性，在相同碱性浓度下所消耗的碱量也小，染料的水解程度下降，有利于染深色，节省染料。

    在一定温度下，100g水所能溶解染料或助剂的zui大克数，为该染料和助剂在此温度下的溶解度。每种染料的溶解度大小都不相同，对于溶解度差的染料就不能制备浓的染液，故染深色困难。等量的染料，小浴比溶解度比大浴比大；对于溶解度相对差的染料，应考虑加入助剂，如尿素、溶解盐等，来帮助溶解。在小浴比条件下，染液的浓度较高，染料和助剂在要求的条件状态下应具有相对的稳定性，保证上染和固色过程顺利完成。

3．1．3 染化料的选用要求

    不同类别的活性染料拼色时，浴比对色差影响较大。引起色差主要是由于影响染料的直接性而产生的，因此，小浴比条件下的活性染料拼色应更加谨慎，尽量选择上染曲线相同的进行拼色。

    在间歇式染色加工中，染料吸附并固着在被染织物纤维上，需要染液与被染织物在一定的时间内经过反复交换才能够完成。然而，在一定的条件下缩短染色加工时间，不仅可以提高生产效率，而且还可以避免时间过长对染色带来的不利影响。例如，弹力针织物加工时间过长，张力的持续作用会导致弹力纤维（如氨纶）的疲劳损伤。又如，加工时间过长会造成某些染料（如活性染料）的水解，降低了染料的上染率。除此之外，一些娇嫩织物表面也会因长时间的加工而出现起毛现象。这些问题的存在都需要染色工艺给出一个合理的加工过程时间控制。气流染色韵低浴比，具有强烈的染液与织物交换程度，即使减少一定的交换次数，也能够完成整个上染和固色过程。同时，在染料上染率较低的温度区域内实现快速升温，可缩短升温时间。

    由此可见，缩短染色过程时间，必须是以技术上成熟、各项功能健全、自动化程度高的气流染色机为基础，再加严格的染色工艺程序才能够实现的。否则，可能又出现新的染色质量问题。正确制定气流染色工艺的方法是：既要考虑到低浴比为织物与染液提供了较高的交换频率，在完成整个染色过程所需的总循环次数一定时，所占用的时间要短；同时，又要注意到织物与染液在每次交换时的作用*，可适当减少总交换次数。只有在兼顾两者的作用条件下，以完成染料上染织物所需总交换次数来确定时间，才是真正的染色时间，并且染色工艺总时间是缩短的。

    温度对染料的上染率有很大影响，而上染率的控制是保证被染织物在整个上染过程达到均匀上染的基本条件，尤其对那些具有上染速率快的织物，如比表面积较大的超细纤维更是要控制上染速率。在气流染色条件下，被染织物除本身所吸附的染液外，与主体染液在槽体内不接触（所谓的布水分离），这就使得整个被染织物各处的温度在升温过程中出现分布不均匀现象，从而导致上染不均匀。如果在后面的过程中没有足够的移染时间，那么肯定会色花或色差。因此，温度是一个非常重要的参数，除了染色设备具备温度控制系统外，还要依靠染液和织物的循环来及时减少各部分之间的温差。

    气流染色的低浴比对染化料的浓度变化影响较大，染料和助剂在用回液进行溶解时，虽然在一定程度上要减成，但浓度的变化还是比较明显的。尤其注入时怎样保证使整个注入过程中的前后浓度不发生过快的变化，是溶解和注入系统所必须考虑的。从实际应用来看，采用动态溶解和注入的方式，可以较好地控制浓度的变化率。另外，染料和助剂在低浴比条件下刚开始加入时，主体染液与被染物所含带的染液存在一定浓度差，必须通过一定的循环系统进行稀释，以防这种差异存在的时间过长对匀染不利。

    由上述分析得知，在气流染色过程中，应根据染料的上染和固色规律，对染液循环频率、织物运行速度、温度的变化率、染料和助剂的注入方式进行实时控制。气流染色只有通过这种控制过程才能以zui短的时间和的手段（染化料、能源的zui低消耗），，保证针织物达到充分的匀染性和染色工艺的重现性。

    应用表明：针织物在气流染色过程中出现的染色质量问题，受针织物原坯本身、前处理、染化料、水质、染色工艺及染色设备等多方面影响，而且多年来，影响zui大的还是染色设备。由于气流染色设备的影响原因比较复杂，很大程度是其本身的技术不成熟或者不完善。所以这里不进行专门讨论，而仅针对技术上成熟的气流染色机，加工针织物过程中的常见问题及解决方法。

    色花、色差、色点、色斑等等，都是染色不均匀的表现，其影响因素较多，通常工艺的影响较大。染深色或活性染料染色容易产生色差，其原因是两者在染浴中都残留有部分未上染的染料。活性染料温差在2℃以上时，会产生色差。中、浅色容易形成色花，因其染料用量少而且是吸尽的；对温度或pH值敏感的染料，如控制不当，均易产生色花。色点多半是有未溶解颗粒染料或凝聚染料而造成的，换色时缸未清洗干净也可能出现。色斑属于染料未充分溶解而形成的。总之，严格执行染色工艺，使用具有成熟技术性能的气流染色机，是可以避免上述染色不均匀现象出现的。

    这里所指的是通过拉幅定形无法消除的*性折皱印，通常有纵向折皱、横档条痕、鸡爪印和细皱纹。这其中有升、降温速率过快的原因，但对气流染色来说，更多的是因织物运行速度不能达到足够快而造成的。实践证明，在气流染色的小浴比条件下，织物应该具有较高的运行速度，尽量在2～2．5 min内循环一周，不断改变织物在储布槽中相对位置，就难以形成*性折痕。当然这*取决于染色机的性能，否则，就要通过减载或者多股进布，缩短被染织物的总长，尤其是轻薄织物，要根据可能达到的zui高线速度来限制织物总长。

    在气流染色过程中，被染织物运行中所含带的染液量相对较少，织物内部之间，以及织物与导布管之间的相对摩擦阻力增加，对一些表面易起毛的针织物易产生擦伤，尤其是纯涤或纯绵纶长丝针织物更为严重。织物的擦伤与折皱印似乎是一对矛盾，布速快不易产生折皱印，但容易擦伤或起毛；而布速慢虽不形成擦伤或起毛，但却容易产生折皱印。

    如何解决这一矛盾，经验告诉我们：首先，织物高速通过的部位，如喷嘴、导布管等，应采用摩擦系数较小的材料，对织物可能接触到的表面应提高平滑度精度要求；其次，在染色过程中，根据不同克质量和纤维织物，通过实践去摸索选择在一个合理的运行速度范围内，并加注适当的平滑剂，保证织物在较高的速度条件下不出现擦伤或起毛现象。

针织物在气流染色中的质量控制，主要取决于针织物原坯、染化料、染色工艺、染色设备、操作以及生产管理等等方面，仅仅依靠几方面的控制是远远不够的，必须实现全过程控制才能达到一个真正的质量控制水平。在染色过程中，对已知的主要影响因素进行控制，可以减少或者避免因染色过程而产生的质量问题。随着气流染色技术应用的推广，适用的针织物的品种范围还在不断扩大，同时也伴随着新问题的时常出现，只要我们认真去分析和探索规律，就一定能够找到产生问题的原因和解决的方法，zui终让气流染色充分发挥出更为有效的作用，使之成为、节能、环保和高品质针织物染色的加工手段。

 

1、宋心远．活性染料低盐和无盐染色工艺和助剂开发／染整行业节能节水、清洁生产、环保新技术交流会资料集．杭州：浙江省印染行业协会，2007．