第12卷 第1期
武 汉 纺 织 工 学 院 学 报Vo1. 12No. 1
还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨
陈启宏 夏 军 周 莉 周立民 谢茂忠 方忠梅
(纺化系) Ξ
摘 要 论述了以Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 和TEA 为氧化还原媒介对还原艳绿FFB 行的间接电化学染色的各种影响因素, 关键词 间接电化学还原 还原染料 染色
分类号 TS 193. 5
0, 色泽鲜艳, 色谱齐全等优点。但是, 在染色中存在工艺流程复杂, 还原剂用量消耗大且不稳定及产生大量的废水等特点。
由于还原染料对纤维素纤维染色前必须经过还原过程, 除了用还原剂进行还原外, 另一种
1〕〔2〕方法为电化学还原, 〔其原理为:在间接电解工艺中, 阴极的还原能力通过可溶性的可逆氧
化还原系统而转移到溶液中, 使染料在阴极区被还原, 这个可逆的氧化还原系统在阴极不断地再生, 因而获得了还原剂的更新。与还原剂染色相比, 间接电化学染色有下列优点:(1) 在染液中有稳定的还原条件; (2) 能再现染色结果, 与常规方法有相似的染色效果; (3) 化学物质用量少, 废水处理简单; (4) 染液可再循环使用。为此本文以一种铁盐络合物作为氧化还原系统的间接电化学染色方法进行探讨, 分析不同的染色条件对染色效果的影响, 为今后进一步的研讨打下一定的基础。
1 实验部分
1. 1 实验装置:自制的间接电化学染槽(见图1)
1. 2 实验方法:染料
后处理
Θ
电化学处理
收稿日期:1998-12-29, 修改稿收到日期:1999-01-18
陈启宏, 男,1964年生, 副教授; 武汉, 武汉纺织工学院(430073)
Ξ
第1期 陈启宏等: 还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨 9
1. 3 实验材料:还原艳绿FFB , 氢氧化钠, 三乙醇胺(TEA ) ,
Fe 2(SO 4) 3・x H 2O (x =5～6) , 经处理的纯棉白布1. 4 测试方法
1. 4. 1 表面色深K/S 值的测试:用SF -600dat 2
acolor -SRICI 电子测色配色仪测染色试样的
K/S 值
1. 4. 2 摩擦牢度的测试:在Y571B 型染色牢度
摩擦仪上参照G B3920-83标准测试。
2 结果与讨论
2. 1 NaOH 浓度变化与K/S 的关系
NaOH 的作用是与氧化还原电极共同将还原
图1染料首先还原成隐色体钠盐, 然后才进行染色。
此外,NaOH , 2, TEA :34g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O g/, t :40, 0, 当NaOH 的浓度低于5g/l , 而在此条件下染料并没图2 NaOH 浓度变化与K/S 的关系 图3 三乙醇胺浓度改变对K/S 的影响有被还原, 因而没有被染色, 而只是染料在布相的沾色。随着NaOH 浓度的升高, 染料被还原的时间逐渐下降, 因而布样上的染色效果增加, 可以看到K/S 值也是增加。在NaOH 浓度为15g/l 时达到最大。当NaOH 浓度超过15g/l 时, 染色效果下降, 这可能是因为高浓度的NaOH 破坏了铁盐络合物的稳定生成条件(p H 值为11～12) 使得氧化还原效果下降。
2. 2 三乙醇胺浓度改变对K/S 的影响
三乙醇胺在染液中的作用是作为配位体与Fe 3+形成铁胺络合物。由图3可以看出, 当NaOH :15g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, t :40min , 外加电压:3. 0V 的条件下, 随着TEA 浓度的增加, 试样的K/S 也随之增加。在TEA 浓度为30g/l 时达到最大, 这是因为, 在TEA 浓度较低时, 由于形成的铁胺络合物的浓度较低, 在电解过程中具有氧化还原能力的铁胺络合物量较少, 因而被还原的染料量较少, 故染色的K/S 值低。当TEA 浓度超过30g/l 时, 可能是其对还原染料的络合而使还原染料难于被氧化还原, 而降低布样的K/S 值。
武 汉 纺 织 工 学 院 学 报 1999年10
2. 3 Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 值浓度改变时对K/S
值的影响
图4 Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 浓度改变对K/S 值的影响 图5 外加电压对K/S 值的影响 由图4可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l , T :40℃t :40min , V 的条件下, 随着Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 浓度的增加, 布样的增加, Fe 2426g/l 时, 布样的K/S 值达到最大, Fe 3+浓度较低时, , , 因而K/S 值较低, 当Fe 3+, +, p H 值, 随之降低了铁胺络合物的稳定性, , 因而使布样的K/S 值降低。
2. 4 S 值的影响
当外加电压低于2. 5V 时, 由于达不到Fe 3+的还原电位, 氧化还原过程不能进行。由图5可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, t
:40min 的条件下, 随着电压的升高, 布样的K/S 值升高, 当外加电压大于5. 0V 时, 此时染液出现浑浊。这是因为只有在电极电压超过一定值时, 氧化还原反应才能发生, 随着电压的升高, 氧化还原过程加快, 有更多的染料被还原, 但过高的电压也使氧化还原过程中产生的副反应的过程加快, 而使染料过度被还原而使其性质被破坏, 不能用于染色。
2. 5 染料温度对K/S 值的影响
图6 染料温度对K/S 值的影响 图7 染色的时间K/S 值的影响
由图6可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , t :40min , 外加电压:4.0V 的条件下, 在温度低于40℃时, 随着染浴中温度的升高, 布样的K/S 值增加, 在40℃时, 布样的K/S 值达到最大, 当温度高于40℃时, 布样的K/S 值又逐渐下降。这是因为
第1期 陈启宏等: 还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨 11在低温时, 染料的氧化还原能力较弱, 被还原的染料量较少, 随着温度的升高, 氧化还原能力逐渐增加, 当温度过高时, 由于氧化还原能力太强, 使得染料的性质遭到破坏, 从而影响染料的还原染色。
2. 6 染色时间对K/S 值的影响
由图7可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, 外加电压:4.0V 的条件下, 随着染色时间的增加, 试样的K/S 值随之增加, 在90min 时达到最大, 其后, 染色的K/S 值下降, 这是因为, 当上染率达到一定程度后, 染液中已达到了平衡, 在不改变其他条件的情况下, 延长染色时间已不能打破平衡, 并且, 随着时间的延长, 染料深入纤维内部, 从而降低了纤维表面的染料的量。
2. 7 电极面积对K/S 值的影响表1 电极面积与K/S 关系面积
K/S A 12. 0413/4A 11. 6411/2A 9. 417由表1可以看到, 随着电极面积
的增大, 通过电解槽的电流增大, 加快
(注:NaOH :15g/l , TEA :30g/l , Fe 2(SO 4) 3x H 2O :6g/l , 了染料的还原过程, 使K/S 值增加。
T :40℃, t :50, :4.0) 所以, 随着电极面积的增加, 布样的
K/S 值增加。
2. 8 染液的循环使用对K/S 表2关系
K/021812. 481212. 603312. 830413. 029513. 107613. 062713. 049812. 802913. 00 由表2可以看出, 染液循环使用9次K/S 值变化不大, 这样, 可增加染料的有效使用量, 减少废水污染。
表3 电化学染色式样与还原染色式样K/S 比较2. 9 与还原染色的结果比较
由表3可以看出, 间接电化学染色与染色式样电化学染色式样还原染色式样还原染色的布样的K/S 值相差不大, 干摩K/S 15. 63318. 720擦牢度均为4～5级左右, 湿摩擦牢度为3
～4级左右。干摩擦牢度湿摩擦牢度4～5级3～4级4～5级3～4级3 结论
通过上述研究, 得出以下结论:
3. 1 在实验条件下, 间接电化学染色的最佳染液组成为:NaOH 为15g/l , TEA 为30g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 为6g/l 。
3. 2 对用还原艳绿FFB 进行的较好的染色工艺条件为, 温度为40℃, 时间为50min , 外加电压4. 0V 。
3. 3 染液可循环使用, 具有较好的染色重现形。
参考文献
1 T. Bechtold. etc. The reduction of vat dyes by indirect electrolysis. J SDC. 1994;110:14～19
2 栾一凡译1还原染料通过间接电解的还原方法1印染译丛11995, (1) :39～44(下转第16页)
武 汉 纺 织 工 学 院 学 报 1999年16
3. 2 罩印印花色浆中添加剂或无机颜料颗粒的细度越小, 其遮盖力逐渐降低, 着色力逐渐增加, 造成罩印效果降低。因此, 控制一定的细度是保证良好罩印效果的前提。
3. 3 如果彩色罩印印花色浆中的添加剂或无机颜料为电解质物质, 则会造成罩印印花色浆中的合成糊料的粘度下降, 从而影响罩印印花色浆的稳定性, 因此应加入适当的助剂提高合成糊料的抗电解质能力。
参考文献
1 莫述诚等1有机颜料1北京:化学工业出版社,1988,12.
2 戴志成等1硅化合物的生产与应用1成都:成都科技大学出版社,1994,5.
3 Z lahat , Rlevene bzwilchovsky and Ymarmorash. One 2pass way pigment printing of bright colours on a dark tex 2tile background 11997,113
Study on the Character of Sun Xiangdong
Abstract :The preparation and application of cover printing auxiliary agent for pigment printing are introduced in this paper. By studying the physical chemical properties of the pigment cover printing pastes , we have discussed the methods of improving the effects of cover printing and the influence of the properties of cover printing auxiliary agents on the effects of cover printing.
K eyw ords :pigment printing ; cover printing paste ; cover printing auxiliary ; cover printing effect (上接第11页)
Study on Electrochemistry Indirect
R eduction of V at Dyes
Cheng Qihong Xia J un Zhou Li Zhou Limin Xe Maozhong Fang Zhongmei Abstract :The dyeing Conditions of green vat dye FFB in cellulose with the oxidation -reduction system of Fe 2(SO 4) 3・x H 2O and TEA by indirect electrolysis are discussed. The results of reduc 2ing agent and indirect electrolysis are compared.
K eyw ords :Indirect electrolysis reduction ; vat dye ; dyeing
第12卷 第1期
武 汉 纺 织 工 学 院 学 报Vo1. 12No. 1
还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨
陈启宏 夏 军 周 莉 周立民 谢茂忠 方忠梅
(纺化系) Ξ
摘 要 论述了以Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 和TEA 为氧化还原媒介对还原艳绿FFB 行的间接电化学染色的各种影响因素, 关键词 间接电化学还原 还原染料 染色
分类号 TS 193. 5
0, 色泽鲜艳, 色谱齐全等优点。但是, 在染色中存在工艺流程复杂, 还原剂用量消耗大且不稳定及产生大量的废水等特点。
由于还原染料对纤维素纤维染色前必须经过还原过程, 除了用还原剂进行还原外, 另一种
1〕〔2〕方法为电化学还原, 〔其原理为:在间接电解工艺中, 阴极的还原能力通过可溶性的可逆氧
化还原系统而转移到溶液中, 使染料在阴极区被还原, 这个可逆的氧化还原系统在阴极不断地再生, 因而获得了还原剂的更新。与还原剂染色相比, 间接电化学染色有下列优点:(1) 在染液中有稳定的还原条件; (2) 能再现染色结果, 与常规方法有相似的染色效果; (3) 化学物质用量少, 废水处理简单; (4) 染液可再循环使用。为此本文以一种铁盐络合物作为氧化还原系统的间接电化学染色方法进行探讨, 分析不同的染色条件对染色效果的影响, 为今后进一步的研讨打下一定的基础。
1 实验部分
1. 1 实验装置:自制的间接电化学染槽(见图1)
1. 2 实验方法:染料
后处理
Θ
电化学处理
收稿日期:1998-12-29, 修改稿收到日期:1999-01-18
陈启宏, 男,1964年生, 副教授; 武汉, 武汉纺织工学院(430073)
Ξ
第1期 陈启宏等: 还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨 9
1. 3 实验材料:还原艳绿FFB , 氢氧化钠, 三乙醇胺(TEA ) ,
Fe 2(SO 4) 3・x H 2O (x =5～6) , 经处理的纯棉白布1. 4 测试方法
1. 4. 1 表面色深K/S 值的测试:用SF -600dat 2
acolor -SRICI 电子测色配色仪测染色试样的
K/S 值
1. 4. 2 摩擦牢度的测试:在Y571B 型染色牢度
摩擦仪上参照G B3920-83标准测试。
2 结果与讨论
2. 1 NaOH 浓度变化与K/S 的关系
NaOH 的作用是与氧化还原电极共同将还原
图1染料首先还原成隐色体钠盐, 然后才进行染色。
此外,NaOH , 2, TEA :34g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O g/, t :40, 0, 当NaOH 的浓度低于5g/l , 而在此条件下染料并没图2 NaOH 浓度变化与K/S 的关系 图3 三乙醇胺浓度改变对K/S 的影响有被还原, 因而没有被染色, 而只是染料在布相的沾色。随着NaOH 浓度的升高, 染料被还原的时间逐渐下降, 因而布样上的染色效果增加, 可以看到K/S 值也是增加。在NaOH 浓度为15g/l 时达到最大。当NaOH 浓度超过15g/l 时, 染色效果下降, 这可能是因为高浓度的NaOH 破坏了铁盐络合物的稳定生成条件(p H 值为11～12) 使得氧化还原效果下降。
2. 2 三乙醇胺浓度改变对K/S 的影响
三乙醇胺在染液中的作用是作为配位体与Fe 3+形成铁胺络合物。由图3可以看出, 当NaOH :15g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, t :40min , 外加电压:3. 0V 的条件下, 随着TEA 浓度的增加, 试样的K/S 也随之增加。在TEA 浓度为30g/l 时达到最大, 这是因为, 在TEA 浓度较低时, 由于形成的铁胺络合物的浓度较低, 在电解过程中具有氧化还原能力的铁胺络合物量较少, 因而被还原的染料量较少, 故染色的K/S 值低。当TEA 浓度超过30g/l 时, 可能是其对还原染料的络合而使还原染料难于被氧化还原, 而降低布样的K/S 值。
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2. 3 Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 值浓度改变时对K/S
值的影响
图4 Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 浓度改变对K/S 值的影响 图5 外加电压对K/S 值的影响 由图4可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l , T :40℃t :40min , V 的条件下, 随着Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 浓度的增加, 布样的增加, Fe 2426g/l 时, 布样的K/S 值达到最大, Fe 3+浓度较低时, , , 因而K/S 值较低, 当Fe 3+, +, p H 值, 随之降低了铁胺络合物的稳定性, , 因而使布样的K/S 值降低。
2. 4 S 值的影响
当外加电压低于2. 5V 时, 由于达不到Fe 3+的还原电位, 氧化还原过程不能进行。由图5可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, t
:40min 的条件下, 随着电压的升高, 布样的K/S 值升高, 当外加电压大于5. 0V 时, 此时染液出现浑浊。这是因为只有在电极电压超过一定值时, 氧化还原反应才能发生, 随着电压的升高, 氧化还原过程加快, 有更多的染料被还原, 但过高的电压也使氧化还原过程中产生的副反应的过程加快, 而使染料过度被还原而使其性质被破坏, 不能用于染色。
2. 5 染料温度对K/S 值的影响
图6 染料温度对K/S 值的影响 图7 染色的时间K/S 值的影响
由图6可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , t :40min , 外加电压:4.0V 的条件下, 在温度低于40℃时, 随着染浴中温度的升高, 布样的K/S 值增加, 在40℃时, 布样的K/S 值达到最大, 当温度高于40℃时, 布样的K/S 值又逐渐下降。这是因为
第1期 陈启宏等: 还原染料电化学间接还原染色工艺的探讨 11在低温时, 染料的氧化还原能力较弱, 被还原的染料量较少, 随着温度的升高, 氧化还原能力逐渐增加, 当温度过高时, 由于氧化还原能力太强, 使得染料的性质遭到破坏, 从而影响染料的还原染色。
2. 6 染色时间对K/S 值的影响
由图7可以看出, 在NaOH :15g/l , TEA :30g/l ,Fe 2(SO 4) 3・x H 2O :6g/l , T :40℃, 外加电压:4.0V 的条件下, 随着染色时间的增加, 试样的K/S 值随之增加, 在90min 时达到最大, 其后, 染色的K/S 值下降, 这是因为, 当上染率达到一定程度后, 染液中已达到了平衡, 在不改变其他条件的情况下, 延长染色时间已不能打破平衡, 并且, 随着时间的延长, 染料深入纤维内部, 从而降低了纤维表面的染料的量。
2. 7 电极面积对K/S 值的影响表1 电极面积与K/S 关系面积
K/S A 12. 0413/4A 11. 6411/2A 9. 417由表1可以看到, 随着电极面积
的增大, 通过电解槽的电流增大, 加快
(注:NaOH :15g/l , TEA :30g/l , Fe 2(SO 4) 3x H 2O :6g/l , 了染料的还原过程, 使K/S 值增加。
T :40℃, t :50, :4.0) 所以, 随着电极面积的增加, 布样的
K/S 值增加。
2. 8 染液的循环使用对K/S 表2关系
K/021812. 481212. 603312. 830413. 029513. 107613. 062713. 049812. 802913. 00 由表2可以看出, 染液循环使用9次K/S 值变化不大, 这样, 可增加染料的有效使用量, 减少废水污染。
表3 电化学染色式样与还原染色式样K/S 比较2. 9 与还原染色的结果比较
由表3可以看出, 间接电化学染色与染色式样电化学染色式样还原染色式样还原染色的布样的K/S 值相差不大, 干摩K/S 15. 63318. 720擦牢度均为4～5级左右, 湿摩擦牢度为3
～4级左右。干摩擦牢度湿摩擦牢度4～5级3～4级4～5级3～4级3 结论
通过上述研究, 得出以下结论:
3. 1 在实验条件下, 间接电化学染色的最佳染液组成为:NaOH 为15g/l , TEA 为30g/l , Fe 2(SO 4) 3・x H 2O 为6g/l 。
3. 2 对用还原艳绿FFB 进行的较好的染色工艺条件为, 温度为40℃, 时间为50min , 外加电压4. 0V 。
3. 3 染液可循环使用, 具有较好的染色重现形。
参考文献
1 T. Bechtold. etc. The reduction of vat dyes by indirect electrolysis. J SDC. 1994;110:14～19
2 栾一凡译1还原染料通过间接电解的还原方法1印染译丛11995, (1) :39～44(下转第16页)
武 汉 纺 织 工 学 院 学 报 1999年16
3. 2 罩印印花色浆中添加剂或无机颜料颗粒的细度越小, 其遮盖力逐渐降低, 着色力逐渐增加, 造成罩印效果降低。因此, 控制一定的细度是保证良好罩印效果的前提。
3. 3 如果彩色罩印印花色浆中的添加剂或无机颜料为电解质物质, 则会造成罩印印花色浆中的合成糊料的粘度下降, 从而影响罩印印花色浆的稳定性, 因此应加入适当的助剂提高合成糊料的抗电解质能力。
参考文献
1 莫述诚等1有机颜料1北京:化学工业出版社,1988,12.
2 戴志成等1硅化合物的生产与应用1成都:成都科技大学出版社,1994,5.
3 Z lahat , Rlevene bzwilchovsky and Ymarmorash. One 2pass way pigment printing of bright colours on a dark tex 2tile background 11997,113
Study on the Character of Sun Xiangdong
Abstract :The preparation and application of cover printing auxiliary agent for pigment printing are introduced in this paper. By studying the physical chemical properties of the pigment cover printing pastes , we have discussed the methods of improving the effects of cover printing and the influence of the properties of cover printing auxiliary agents on the effects of cover printing.
K eyw ords :pigment printing ; cover printing paste ; cover printing auxiliary ; cover printing effect (上接第11页)
Study on Electrochemistry Indirect
R eduction of V at Dyes
Cheng Qihong Xia J un Zhou Li Zhou Limin Xe Maozhong Fang Zhongmei Abstract :The dyeing Conditions of green vat dye FFB in cellulose with the oxidation -reduction system of Fe 2(SO 4) 3・x H 2O and TEA by indirect electrolysis are discussed. The results of reduc 2ing agent and indirect electrolysis are compared.
K eyw ords :Indirect electrolysis reduction ; vat dye ; dyeing