染色工艺设计

染色工艺设计配色打样的最终目的是为了制定出切实可行的染色生产工艺，生产出符合要求、且具有一定数量和经济效益的染色产品。因此，制定染色打样方案时，要充分考虑到大生产的可操作性和工艺质量的稳定性，尤其是小样与大样生产时的色差问题，一直以来就是染整技术人员控制和考虑的重点。染色时，如何减少大样与小样之间的色差是很复杂的问题，造成此色差的原因是多方面的，如打样对色时的精确性，拼色染料的配伍性，大样与小样所用染化料的称量误差，还有染浴的浴比、工艺流程、工艺条件、实际操作以及染色前半制品的质量等等均会不同程度地影响到大样与小样的得色量，造成一定程度的色差。因此，在实际生产中，通常除了尽可能做到染色大小样工艺条件一致外,还需要根据具体情况和生产实践经验测算出调整系数，然后做出适当的调整，才能满足产品质量的要求。小样染色工艺设计的内容包括染色的小样质量、染色浴比、染料品种与浓度、助剂品种与浓度、工艺流程及操作的具体要求或注意事项。本章将较为详细地介绍这些内容，其中染色操作及注意事项安排在工艺实例中。第一节染色浴比设计众所周知，印染企业是耗水大户，同时又是污水排放大户。随着全球经济变暖，气候不断恶化，水资源越来越少，用水成本不断提高。从某种程度来说，水资源匮乏已制约了我国经济的发展。节能减排已成为国家宏观经济调控的重点，印染行业作为用水大户，肩负纺织行业节能减排的重任。因此，近20年来，印染设备不断创新，从小浴比染色设备的普及，到无水超临界CO2染色技术的研究开发等等。但是，从目前来看，染色要完全脱离用水还是无法实现的。由于水分子进入纤维内部可以使纤维吸湿溶胀，增大纤维间的空隙，有利于染色在短时间内完成。所以一般染色仍是以水作介质，在一定的温度、pH值等条件下进行。而水的用量多少即浴比大小，既影响染色的质量，又影响染色的成本。一、浴比及其意义浴比是指被加工制品的单位质量与加工所需溶液的体积之比。通常以1：V表示。在前处理、染色及后处理加工中，凡是采用浸染（包括卷染）方式加工的，均以此方法确定用水量。印染加工中通常所指练液、染液及固色液即为此意。如浴比为1：20，表示1g被加工物需要20ml练液、染液或固色液，或者1kg被加工物需要20L练液、染液或固色液。浴比大小对于印染加工意义重大。不仅仅是涉及水的消耗问题，还会影响到很多因素。对于印染加工而言，浴比小，生产用水少，升温加热耗能低，印染助剂用量减少，染料利用率提高，企业生产成本大大降低，效益提高。同时，排污减少，对环境污染减少，社会成本降低。相反，浴比的增大，必然降低了染料在染液中的浓度，影响了染料的上染百分率，至使染料的利用率下降，导致织物上染料少，颜色差距大。要想得到同样的色泽，就需要增加染料用量来提高染色浓度，这样，不仅提高了染色成本，而且也增加了印染污水处理的负担，降低了经济效益。但是，加工浴比并不能无限制地降低，浴比过小，加工过程中，染液及织物循环差，使染液温度、染液浓度及助剂浓度分布不均，被染织物浸渍不充分，而且易使被染物局部暴露在空气中，致使被染物吸色不匀不透，造成染色匀染性差，导致染色不匀。同时过小的浴比会增加生产设备对织物的磨损，影响织物的外观及手感，加工的疵病增多，严重降低产品合格率。所以，只有恰当的浴比才能达到效益最优。二、染色打样浴比的设计依据1、染料性能染料的溶解性对生产质量的影响较大。溶解性好的染料，在染液中稳定、分布均匀，一般较易获得均匀的染色效果，如强酸性染料、活性染料等。溶解性差的染料，小浴比易使染料浓度过饱和而析出，或与水中的钙、镁离子结合产生沉淀，产生色点或色花疵病，如直接染料、还原染料隐色体的上染。此时，增大染色浴比可有效克服染色不匀。染料的直接性对染料的上染具有双重作用。直接性大的染料上染率高，染料的利用率高，不仅加工成本低，且可降低污水排放浓度。然而，直接性大的染料往往因吸附过快而引起染色不匀，特别是小浴比染色时，因织物及染液循环差，染液浓度分布不均，更易产生染色疵病。相反，直接性小的染料对纤维吸附慢，容易匀染。对于这类染料染色，浴比越大，因染液中染料浓度的相对减小，上染率及利用率降低。所以，一般直接性大的染料适当增大浴比，直接性小的染料适当减小浴比。2、织物的组织结构织物的组织结构、规格及纱支的粗细等决定了织物的单位质量，相同质量轻薄的织物体积大，厚实的织物体积小。如前所述，染色浴比是以被加工物的质量为基础计算出来的。浴比一定时，相同质量的织物不管体积大小，染液体积是相同的。在浴比相对较小时，轻薄的织物产生色花的机率要比厚实织物大。在实际设计染色浴比时，一般轻薄的织物相对高些。另外，对于稀薄、易磨损的贵重织物如蚕丝等，为了防止织物磨损擦伤等，染色浴比要适当放大，一般控制在1：40～80甚至1：100，以保证织物品质不受影响。3、染色浓度同种染料染色浓度不同，浴比对于染色的匀染性及得色深浅影响亦不同。这种情况在染浅、淡色时尤为明显。一般染深浓色时，染色浓度高，相对于纤维，染料的上染达到了饱和。批量生产时，即使不调整小样处方，染料的上染也不会再提高，得色深度及染色的匀染性一般均有保障。只是会造成染料的浪费，增加成本，增加排污。如某企业采用高压喷射溢流J型缸染色一批涤纶织物，色泽为黑色。打小样的浴比为1：20，对样后，用同样处方在J型缸染色，每缸织物的重量控制在320kg左右，染缸注水量为4t，此时的染色浴比约为1：12。从实际的生产情况来看，打样染色浴比与生产染色浴比相差8，仍能保证对色且染色均匀，满足实际生产需要。当然，按照成本核算来说，这种做法是不科学的。如果是染浅、淡色，浴比对染色的匀染性及得色量影响较大，一是生产浴比小，从小样过渡到生产，相对染色浓度增加，容易色深；二是浴比小，织物及染液循环差，染色容易出现色花。反之，如果小样浴比较生产浴比小，同样要进行处方浓度调整。从上可知，小样与生产样浴比不同，对工艺设计带来很多不便。4、生产加工的浴比小样染色最终是为生产加工提供合适的染色工艺。一个合适的染色工艺可以提高染色的一次对样率，减少二次回修，可以大大降低生产成本。从这个意义上讲，小样与大样之间工艺条件的一致性越强，染色工艺的重现性和实用性会越强。但是，生产加工的浴比与设备的结构及织物的运行状态密切相关，如卷染机浴比为1：3～5，溢流喷射染色机浴比为1：12～15，有的针织物染色甚至达到1：6～8，方形架染色浴比则高达1：100～200。可见，不同设备染色浴比的差异很大。在选择染色打样的浴比时，尽可能与生产设备的加工浴比相同。当生产设备浴比过小时，在保证染色匀染性的前提下，尽可能缩小打样与设备加工浴比的差距。即使如此，仍要对染色处方进行适当调整，最好进行中试放样。5、小样染色的合适浴比所谓小样染色的合适浴比，是指在保证染色质量特别是匀染性的前提下，可以采用的浴比范围。对于浸染法小样染色来说，被染物全部浸渍于染液中是保证匀染性的前提，即小样染色有最低浴比限制。从各种小样染色样机的实际使用可知，1：20的染色浴比几乎就是最低极限。亦即织物采用大浴比设备生产时，小样染色浴比可以做到与生产的浴比相同。若是采用小浴比设备生产，如卷染、溢流染色机等，染色浴比甚至小到1：6，这种情况要实现小样与生产相同的浴比染色，就目前的小样染色机来说是不可能实现的。总之，染色打样浴比与生产加工浴比不同，会给生产对样造成很大的困难，严重降低一次对样率。在选择染色打样的浴比时，要根据染料、纤维的性能，织物的组织规格，染色工艺条件和加工设备的特性来选择合适的小样及大样染色浴比，尽可能做到小样与生产设备的加工浴比相同。在生产设备浴比过小时，在保证染色匀染性的前提下，尽可能缩小打样与设备加工浴比的差距。即使如此，仍要对染色处方进行适当调整，最好进行中试放样。值得说明的是，一般情况下，打样染色浴比也与布样质量、染杯体积等因素有关。若要做到织物能够完全浸没于染液中，同种布样，质量大需要的浴比小；布样质量小时，相对需要的浴比要大一些。在企业化验室打样时，小样质量一般控制在4-5克左右，一方面，是为了能够减小浴比，争取与生产浴比相同或相近。二是为了便于观察染色均匀性。织物块面过小，不能全面反映织物得色情况。另外，在实际生产时，控制浴比也是很重要的。由于不同型号的染缸实际内径有较大差异，有时甚至是同型号的染缸实际内径也有差异，所以生产车间应对每台染色机的实际容量进行测定，并在液位标尺上注明实际缸内液量。染色时按被染物质量和浴比计算出所需水量，然后先加水至规定量(不包括溶解染料的水量)，再加入织物进行染色，使染色浴比能够得到有效控制。目前，已有液位电脑控制装置应用于实际生产中，可将各染色机控水量和电脑集控系统相联，这样就可以由电脑集控管理员根据加工产品的重量和染色浴比，对各染缸的进水量进行合理的控制，从而达到有效控制浴比的目的，减少因浴比变化而造成对产品质量的影响。三、常用小样染色浴比根据染料、纤维性能和目前生产设备的实际情况，通常采用的大、小样染色浴比如表2-3-1。在实际小样染色时，可根据小样质量对浴比做部分调整。表2-3-1常用染料浸染时染色浴比染料类别加工材料大样生产浴比打样浴比小样质量（g）活性染料棉织物绳状1：20-30卷染1：2-31：304还原染料棉织物绳状1：10-20卷染1：3-51：304直接染料粘胶织物绳状1：20-40卷染1：2-31：304分散染料涤纶织物绳状1：10-20卷染1：1-31：205弱酸性染蚕丝织绳状1：20卷染1：3-51：303料物强酸性染料羊毛织物绳状1：10-201：303中性染料锦纶织物绳状1：20-30卷染1：3-51：304阳离子染料腈纶织物绳状1：30-501：304第二节染色处方设计染色处方是染色的核心。在经过纤维分析及确定了染料具体类型之后，下一步工作就是设计出可执行的染色处方。首次设计的染色处方合理，则能减少处方调整次数，提高拼色效率。由于染料浓度与色泽的丰富多样性，如果不是经验十分丰富的打样人员，人们是不能凭着记忆或想象去设计染色处方的。染色处方的内容包括染料具体品种及浓度，染色使用的助剂及其浓度，以及上面所述的织物质量及染色浴比。织物质量及染色浴比在上一节已经介绍，本节重点讲述染料品种、浓度及助剂选择。一、染色处方设计的方法配色打样是一项依靠长期经验积累的工作，对于一个熟练的打样人员来说，染色处方设计是一项简单的工作。而对于初学者，要设计一个染色处方不难，但设计一个合适的处方是有很大困难的。什么是合适的染色处方？简单地说，就是要达到染色后与来样色泽相符，处方调整的次数尽可能的少。如经调整，2～3次即可对样，那么开始设计的处方就很合适。如果调整数次方能对样甚至不对样，就要反复打样，那么开始设计的处方就不合适，会浪费很多时间，降低打样效率，甚至影响正常生产。染色处方设计的方法说来简单，就是依据客户对染色牢度、环保等方面的要求，确定了染料的类型之后，在分析来样色泽的基础上，按照对色方法，将来样与现有样卡放在一起相比较，找出与来样色泽相同或相近的处方。根据配色的规律，拼色染料只数越少，色泽越鲜艳，染色结果受工艺因素的影响程度越小，染色工艺越容易控制。所以比较选择的原则是，首先从一次色样中寻找，其次从二次色样中寻找，依次三次色、四次色等。之所以说设计一个合适的处方比较困难，是因为在实际设计时：第一，从样卡制作可知，无论是单色样卡还是三原色拼色样卡，其中浓度的大小及浓度间隔的比例，都是制卡人员根据具体情况预先设计的，任一样卡的制作不可能做到该染料的所有染色浓度都呈现出来。所以说，打样人员手中的参考资料是有限的。从配色规律知道，任何染料的单色还是不同染料的拼色，其色泽是无穷尽的。由于颜色的多样性特点，有时很难找到与来样色光及深度完全相同的处方。第二，由于来样加工织物的组织与样卡织物组织不可能完全相同，呈现出对染料吸色能力的差异及对色泽表现的差异，所以同样处方不同织物染色后色光差别较大。如缎纹织物与绉类织物由于反射光程度不同，染色后在外观上有很大差别。一般染料在缎纹织物上的色泽鲜艳度比在平纹、斜纹、提花织物上好，但在颜色深度上又