前处理后纱线残留钙镁离子对染色的影响|钙镁离子

　　本文主要通过对前处理水质硬度的跟踪和研究，分析高温前处理后纱线残留高浓度Ca2+、Mg2+离子的来源。实验发现当Ca2+、Mg2+的在染浴中浓度大于 4.5 mmol/L时会对某些染料组合的浅蓝、浅紫、灰色等敏感色产生影响。在前处理后进行适当水洗可以有效去除纱线上残留的Ca2+和Mg2+。
　　The article analyzed the source of high concentration of residual Ca2+ and Mg2+ after high temperature pre-processing throughout analyzing the water hardness before and after pretreament. It shows that Ca2+ and Mg2+ have an great affect on the color shade, especially for light gray, blue and violet colors when the concentration is above 4.5 mmol/L. It is necessary to remove them by adding additional rinsing water.
　　
　　高温纱线前处理工艺因其明显的成本优势和较强的去杂效果被越来越多的企业采用，但随之也带来的筒子纱染色的命中率波动问题有待解决。作为其中重要因素之一，纱线高温前处理后Ca2+、Mg2+残留量偏高的问题应该得到更多的注意。
　　
　　1Ca2+、Mg2+离子残留带来的问题和危害
　　
　　活性染料染色是棉织物染色的主要染色方式之一，在实际染色体系中，影响活性染料染色命中率的因素很多，而Ca2+、Mg2+对颜色重现性的影响常被忽视。
　　活性染料其水溶性基团多以磺酸基多见，而染浴中的Ca2+、Mg2+会和染料分子中的磺酸根离子反应，生成不溶于水的磺酸钙和磺酸镁，从而削弱染料上染能力，影响颜色重现性，此外还容易形成色斑而影响染色质量，水洗时的浮色也不容易去除。
　　高温前处理工艺是现在色织行业内比较流行的纱线前处理方式，但生产中经常会出现染色的色光偏向不定，从而影响颜色重现性。在排除白度波动、残留H2O2和pH值的影响后，进行了残留Ca2+、Mg2+的测试（测试pH值和水质硬度工具：Merck KGaA.64271 Damstadt，Germany）。以下是对高温和低温两种前处理工艺各次水洗时水质硬度进行的同纱批跟踪测试（表 1）。
　　
　　低温前处理最后一道水洗的水硬度为 0.9 mmol/L，去除比较干净；而高温短流程前处理最后一次水洗的硬度为 4.0 mmol/L，硬度偏高。
　　
　　2前处理后纱线上Ca2+、Mg2+残留情况及对颜色影响
　　
　　2.1Ca2+、Mg2+残留情况
　　从以上结论可知，高温前处理较低温前处理确实会有Ca2+、Mg2+离子残留偏高的问题，于是对这个结论的普遍性和规律性进行了研究（图 1、图 2）。
　　
　　从图 1 可以看出高温和低温前处理后纱线都会有水质硬度残留问题，且高温前处理后纱线上残留水分的水质硬度高于低温前处理后纱线残留水分的水质硬度。这个现象可能原因有两个，一是低温前处理本身增加一次水洗提高了净洗效果，二是由高温和低温本身的差异造成。
　　从图 2 可以看出高温前处理后纱线上残留水份的水质硬度随着浴比的减小而增大。原因为浴比越小，净洗效果越差。低温前处理也有这样的趋势，当浴比较大时，纱线上残留水的硬度已经接近 0。
　　2.2Ca2+、Mg2+对染色的影响
　　从以上结论可以看出，高温前处理后纱线上残留水分水质硬度偏高的问题比较普遍，且随生产浴比的改变在变化具体影响分析如下。
　　2.2.1染浴中的Ca2+、Mg2+分别对染色效果的影响
　　水中的硬度是由Ca2+、Mg2+这两种离子共同引起的，一般检测Ca2+、Mg2+浓度也是一个共同值。针对到底是Ca2+产生的影响还是Mg2+产生的影响等问题，进行以下验证实验。
　　本实验主要是在小样室打样时，人为在染浴中分别加入 4.5 mmol/L的等量Ca2+和Mg2+，以验证这两种离子对染色效果的影响（表 2）。
　　
　　从表 2 可以看出因Ca2+导致的水硬度偏大对染色结果影响较小；Mg2+引起的水质硬度偏大对染色影响非常明显，其中以SS组合的敏感色比较严重。
　　2.2.2实际色纱生产时受Ca2+、Mg2+影响实验
　　本实验主要验证生产过程中前处理纱残留的Ca2+、Mg2+对实际染色的影响。寻找前处理后残留不同水质硬度的纱，将此纱一分为二，一份按照正常染色流程染色；另一份纱加强水洗去除Ca2+、Mg2+后染色，染色为小样染色。
　　以下 1 号和 2 号纱线上残留水的Ca2+、Mg2+含量分别为 4.0 mmol/L和 ＞ 4.5 mmol/L，以此两种纱分别进行打样对比。以正常染色小样为标准测定加强水洗后染色的小样颜色（表 3）。
　　
　　从 表 3 可以看出，当水质硬度为相当于 4.0 mmol/L Ca2+时，有Ca2+、Mg2+残留和没有Ca2+、Mg2+残留的纱样的染色差异并不明显，当水质硬度在相当于 4.5 mmol/L Ca2+以上时，染色差异非常明显，且不同染料组合受影响程度不同。
　　
　　3改进方案
　　
　　3.1高温前处理各种改进方案
　　（1）酸洗前加 1 次 80 ℃中温水洗
　　浴比 8.61，酸洗前加 1 次 80 ℃中温水洗前处理不同阶段Ca2+含量情况如下：105 ～ 130 ℃练漂Ca2+含量 > 50 mmol/L；80 ℃水洗Ca2+含量 4.0 mmol/L；增加 1 次 80 ℃水洗Ca2+含量 0.9 mmol/L；酸洗Ca2+含量 4.5 mmol/L。最后 1 道水的水质硬度相当于 4.5 mmol/L的CaO，几乎没有减少。由此可以看出即使增加 1 次强水洗，也不能有效降低高温前处理后酸洗时的水质硬度。因此酸洗可以释放出沉积在纱线上的Ca2+、Mg2+。
　　（2）酸洗后加 1 道冷水洗 5 ～ 10 min
　　浴比 8.61，酸洗后加 1 道冷水洗前处理不同阶段Ca2+含量情况如下：105 ～ 130 ℃练漂Ca2+含量 > 50 mmol/L；80 ℃水洗Ca2+含量 4.0 mmol/L；增加 1 次水洗Ca2+含量 0.9 mmol/L；酸洗Ca2+含量 4.5 mmol/L。酸洗后进行合适水洗，最后 1 道水的硬度相当于 0.9 mmol/L的CaO，去除比较干净。
　　（3）延长高温练漂时间 10 ～ 20 min
　　浴比 8.61，延长高温练漂时间前处理不同阶段Ca2+含量情况如下：105 ～ 130 ℃练漂Ca2+含量 > 50 mmol/L；80 ℃水洗Ca2+含量 2.7 mmol/L；酸洗Ca2+含量 4.0 mmol/L。即使高温延长高温练漂时间 10 ～ 20 min，酸洗时的硬度相当于 4.0 mmol/L的CaO，不能有效降低水质硬度。
　　3.2方案评定（表 4）
　　
　　从表 4 可以看出，在各个改进方案中，只有方案二即在高温前处理酸洗后适当加入 1 次水洗才可以有效去除纱线上残留的Ca2+、Mg2+。
　　3.3改进方案大货生产跟进
　　对方案二进行了大货验证，使用方案二前处理共生产浅蓝、浅紫、灰色等敏感颜色纱 378 缸纱，回修 26 缸，一次命中率 93.1%，较之前使用原有高温前处理工艺的平均 89.2% 的一次命中率提高了近 4 个百分点。可见方案二在高温前处理酸洗后进行适当水洗，可以有效去除前处理后纱线上残留的Ca2+、Mg2+，并提高生产的染色重现性。
　　
　　4结论
　　
　　（1）棉纱前处理时酸洗会释放出沉积在纱上的Ca2+、Mg2+，酸洗后再次进过适当水洗，这些离子便可以去除得比较干净。
　　（2）低温前处理后纱线上残留的Ca2+、Mg2+含量低于高温前处理后纱线上残留的Ca2+、Mg2+。因此可以认为引起酸洗过程中Ca2+、Mg2+升高的原因有两种：
　　① 在 105 ～ 130 ℃高温练漂阶段，纱线本身携带的大量可溶性无机盐溶解后产生了Ca2+、Mg2+，这些离子由于高温碱性条件而转化为CaCO3等沉淀物质沉积在纱线上（低温前处理时比较缓和），经过 80 ℃水洗不能彻底去除，在常温酸洗时沉积的CaCO3又重新被HAc溶解为Ca2+离子，引起酸洗时Ca2+、Mg2+离子浓度升高。
　　② 纱线本身附着的钙镁沉积物不溶于水，只有经过酸洗阶段才能被HAc溶解成Ca2+、Mg2+，从而引起浓度升高。
　　（3）当染浴中含有 4.5 mmol/L的Mg2+时，会对颜色产生很严重的影响。染浴中的Ca2+离子对颜色影响相对较小。
　　（4）高温前处理后纱线上残留水分的硬度达到相当于 4.5 mmol/L的Ca2+离子的水平时，会对颜色产生影响，特别是某些染料组合的敏感颜色。
　　
　　参考文献
　　[1] 张汛栓. 染整概论（第1版）[M]. 北京：中国纺织出版社，1989.