1原理

利用缓冲溶液对H+或OH-的作用,以控制溶液的pH值,从而使溶液的pH值基本稳定。此原理应用于印染行业中,可达到改进染整技术、提高产品质量、降低成本和增加效益的目的。

缓冲溶液中含两种物质,一种是能抵消H+的物质;另一种是能抵消OH-的物质,其混合后称缓冲溶液。缓冲溶液能使溶液pH值在一定范围内基本不变,这样可根据实际需要选择弱碱或弱酸盐作为酸的缓冲剂;弱酸或弱碱盐作为碱的缓冲剂。

2缓冲作用在印染中的应用

2.1染色

在织物染色中,染浴的pH值往往因以下因素而发生波动:

(1)织物前处理清洗不彻底,以致少量碱性或酸性物质带入染浴中。

(2)染色时,添加的非中性添加剂(如助剂等)使染浴的pH值受影响。

(3)有些染料本身的pH值过高或过低,若加入染浴中,会引起染浴的pH值变化。如分散染料福隆艳黄SE26GFL的pH值为8.60;福隆大红S23GFL的pH值为10.60。

(4)锅炉在供汽时,有时出现负压,将其他容器内的碱性或酸性溶液倒吸入蒸汽管道中,在加热染浴时,将碱性或酸性物质带入染浴中。

大多数染料对染浴的pH值较敏感,染浴的pH值控制稍有不当,便会出现色浅、色差、色花等染疵。为了使染液的pH值具有良好的稳定性,染浴中须适当配制有相应的缓冲溶液。

2.1.1分散染料染色

以高温高压溢流染色机分散染料染涤纶织物为例。由于许多分散染料对染浴的pH值较敏感,在不同的pH值条件下染色,得到色泽差异较大,只有在弱酸性(pH=5±0.5)的染浴中染色,得到的色泽最浓艳纯正。为了使染浴的pH值在染色时始终保持良好的稳定性,可配制醋酸2醋酸钠缓冲溶液。

醋酸2醋酸钠对pH值控制的实际用量计算:

(1)醋酸与醋酸钠的比值

设HAc初始浓度为Camol/L,NaAc初始浓度为Cbmol/L,HAc电离部分浓度为xmol/L。

则存在:

HAc-----H++Ac-

NaAc=Na++Ac-

[HAc]=Ca-x≈Ca

[Ac-]=Cb+x≈Cb

电离常数Ka=[H+]・[Ac-]/[HAc]≈xCb/Ca

由于pH值控制在5左右,以pH=4.80±0.20为宜。

pH=-lg[H+]=4.80

[H+]=1.5印染废水工艺流程9×10-5mol/L

[H+]=x=Ka・Ca/Cb=1.8×10-5mol/L・(Ca/C)b=1.59×10-5mol/L

Cb=1.13Ca

即醋酸∶醋酸钠=1∶1.13

由于高温高压条件下,弱酸的电离平衡常数Ka值仍很小,对醋酸2醋酸钠缓冲体系的pH值影响不大,仍可按醋酸Ka=1.80×10-5计算。

(2)醋酸与醋酸钠浓度

缓冲剂浓度正比于缓冲量,根据实际生产对缓冲容量的要求,计算醋酸2醋酸钠实际浓度。

在染色中,酸性物质进入染浴的可能性小,一般情况以防碱为主。

设由各种因素带入高温高压溢流机染浴的碱量为150g,且150g是全部碱性物质水解成NaOH的重量。

若溢流染色机染浴以3000L计算,带入染浴的碱浓度为

150/3000÷40=0.00125mol/L。

由于pH值要求为4.80±0.2<5,同时Cb=1.13Ca,按电离平衡常数得:

[H+]=Ka・Ca/Cb

1×10-5=1.8×10-5×(Ca-0.00125/1.13Ca+0.00125)

Ca=0.00522mol/L

Cb=1.13×Ca=0.0059mol/L

即醋酸浓度为0.00522mol/L,100%醋酸浓度为0.3132g?L;醋酸钠浓度为0.0059mol/L,100%醋酸钠浓度为0.484g/L。

在高温高压溢流染色中,若3000L的染浴中,带入的碱浓度为0.00125mol?L(假定是烧碱浓度),则可将100%醋酸0.3132g/L和100%醋酸钠0.484g?L配成缓冲液加入染浴中,可有效地将染浴的pH值控制在所要求的范围内。

2.1.2羊毛弱酸性染料和活性染料染色

弱酸性染料或高温活性染料Lanasol染羊毛纤维时,必须严格控制染浴整个染色过程的pH值在弱酸性条件下(染浴的pH值是由染印染废水工艺流程色深度和染色所用助剂决定)。因酸起促染作用,若酸性较强,染浴中染料很容易吸附在羊毛纤维表面,甚至在纤维表面超当量上染,染料分子发生聚集而染花。一般染色介质酸性越强,染料上染率越快,匀染性越差(特别温度80℃以上更为突出)。染色时若采用NH3・H2O2(NH4)2SO4或HAc2NaAc等混合缓冲剂来控制染浴的pH值,可使其保持在所需的范围内,从而使羊毛纤维能获得较高的吸尽率和匀染性(特别是中浅色)。

2.1.3活性染料冷轧堆染色

活性染料冷轧堆染色采用缓冲混合碱作为固色碱,对提高染液稳定性及消除风印有极大的好处。

二氯均三嗪型染料较活泼,冷轧堆染色采用Na2CO3-2NaHCO3作固色碱,染色织物布面的“发毛”与不匀等染疵较单独用Na2CO3碱剂有所改善,特别是染料用量超过30g/L情况及个别匀染性差和难染品种,采用Na2CO3-2NaHCO3(比例2∶1)的固色碱可得到良好的匀染性,并提高染料的固色率。

此外,硫化染料中硫化黑在上染过程中,极易发生氧化,产生染斑。若加入Na2CO32NaHCO3(比例2.2%～4.2%)的混和碱来控制染浴pH值,可减少氧化速度,对减轻染斑有很好的效果。

2.2印花

活性印花一步法的固色碱剂若采用碱性较高的Na2CO3(pH=12左右),当色浆与织物接触时,染料极易被活化,急剧提高染料对纤维的亲和力,而染料渗透扩散能力相应会降低,导致在纤维表面固着不匀;而采用NaHCO3作固色碱剂会影响染料的固色率。只有采用Na2CO3

2NaHCO3混合碱作碱剂,印花色浆更稳定,汽蒸后织物色泽更正,得色量也相应提高。

涂料印花中,用作配制印花色浆的粘合剂(反应性)或交联剂(自交),往往是弱酸性溶液,带有弱正电荷,常使乳液分散稳定性降低,而不利于印花。若加某些缓冲剂,如NH3・H2O2NH4Cl或NH3・H2O2(NH4)2SO4等,可使色浆的pH值稳定在7～8范围内,印花色浆的粘度和流变性也最理想,同时防止交联反应过早发生,提高色浆稳定性,减少塞网,保证印花顺利进行,对提高产品质量极为有利。

3结语

利用缓冲溶液保持溶液酸碱度稳定作用,可有效控制染浴的pH值在所要求的范围内,即使溶液中带入了影响其酸(碱)度的各种因素或溶液适当变稀,缓冲溶液都能使溶液所需的pH值基本稳定,从而有利于印染加工,确保产品质量。