自制環(huán)保載體在滌綸常壓染色中的應(yīng)用

宋慧君，王 明，高玉梅，張文國(guó)

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.蘇州工業(yè)園區(qū)科信化工有限公司，江蘇 蘇州 215131)

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自制環(huán)保載體在滌綸常壓染色中的應(yīng)用

宋慧君1，王 明1，高玉梅1，張文國(guó)2

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.蘇州工業(yè)園區(qū)科信化工有限公司，江蘇 蘇州 215131)

為實(shí)現(xiàn)滌綸織物常壓染色，制備了穩(wěn)定性良好的環(huán)保無(wú)味載體乳液，探討了保溫染色溫度、染色時(shí)間、載體用量對(duì)染色滌綸織物表觀色深K/S值的影響，優(yōu)化了載體染色的工藝條件，測(cè)試了蒸餾水處理滌綸纖維及載體處理并經(jīng)后處理的滌綸纖維的熱穩(wěn)定性.結(jié)果表明，載體染色的最佳保溫溫度為98 ℃，最佳保溫時(shí)間為60 min，載體的最佳用量隨分散染料用量的增加而增加，載體染色與高溫高壓染色織物的色牢度相同、顏色特征相似，均具有良好的勻染性，熱重分析表明載體染色后易脫載.

載體；滌綸；染色工藝；常壓染色

滌綸織物因具有耐磨、挺括滑爽、耐穿易干、免熨燙等優(yōu)良性能而深受消費(fèi)者的喜愛，但滌綸纖維是疏水性的合成纖維，在水中的膨化程度低，分子結(jié)構(gòu)中缺少能夠和染料結(jié)合的活性基團(tuán)，而且滌綸纖維有較高的結(jié)晶度和取向度，在常壓下染色困難，通常采用高溫高壓染色.高溫高壓染色不但成本高，而且浪費(fèi)能源，給一些不耐高溫的纖維如羊毛、蠶絲、醋纖、氨綸等與滌綸纖維混紡織物的染色帶來(lái)了技術(shù)上的難題[1-3].目前，降低滌綸的染色溫度已成為研究的熱點(diǎn).研究表明，染液中加入載體可有效降低滌綸的染色溫度，但有些載體有毒或有氣味[4-5],有些載體含有APEO不環(huán)保,有些環(huán)保載體適宜的染色溫度仍在100 ℃以上[6]，需要高溫高壓染色，生產(chǎn)成本較高.因此，有必要開發(fā)既環(huán)保又能降低滌綸織物染色溫度的載體，以實(shí)現(xiàn)常壓染色.

本課題選用環(huán)保的非離子型表面活性劑脂肪酸聚氧乙烯酯LAE-9與陰離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES的復(fù)配物為乳化劑，對(duì)無(wú)味環(huán)保載體原油N-烷基鄰苯二甲酰亞胺進(jìn)行乳化,制備環(huán)保無(wú)味、穩(wěn)定性好、不含APEO的載體乳液.用該載體乳液對(duì)滌綸織物進(jìn)行載體染色并優(yōu)化了染色工藝條件，比較了載體染色與傳統(tǒng)高溫高壓的染色效果與色牢度.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：斜紋滌綸半成品，無(wú)味環(huán)保載體原油 N-烷基鄰苯二甲酰亞胺(蘇州科信化工有限公司生產(chǎn))，非離子型表面活性劑脂肪酸聚氧乙烯酯LAE-9、陰離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES(江蘇省海安石油化工廠生產(chǎn))，擴(kuò)散劑NNO、分散紅3B、分散藍(lán)2BLN、皂片均為工業(yè)級(jí)，磷酸二氫銨、純堿均為分析純.

儀器：RC-Z2400型振蕩式常溫染樣機(jī)、RC-IR24S型紅外線高溫染樣機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司生產(chǎn))，CE-7000A高精度測(cè)色儀(沈陽(yáng)彩普科技有限公司生產(chǎn))，SW-12A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州方圓儀器有限公司生產(chǎn))，M571B型摩擦牢度儀(青島山紡儀器有限公司生產(chǎn))，STA449 F3同步熱分析儀(德國(guó)Netzsch公司生產(chǎn)).

1.2 染色工藝

高溫高壓染色處方：分散染料(owf)為x%，擴(kuò)散劑NNO的質(zhì)量濃度為1 g/L，磷酸二氫銨的質(zhì)量濃度為2 g/L，pH值為5～6，浴比為1∶30.

載體染色處方：分散染料(owf)為x%，環(huán)保載體乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y%，擴(kuò)散劑NNO的質(zhì)量濃度為1 g/L，磷酸二氫銨的質(zhì)量濃度為2 g/L，pH值為5～6，浴比為1∶30.

圖1 染色工藝曲線Fig.1 The curve of dyeing process

染色工藝曲線如圖1所示.

染畢，水洗→皂煮(皂片的質(zhì)量濃度為2 g/L，純堿的質(zhì)量濃度為2 g/L，95 ℃×10 min，浴比1∶30)→水洗→烘干.

1.3 測(cè)試

用CE-7000A高精度測(cè)色儀測(cè)定染色后織物的顏色特征，每個(gè)試樣測(cè)4次，求平均值.

(1)

根據(jù)公式(2) 計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值：

(2)

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值越小，勻染性越好.

耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度實(shí)驗(yàn) 耐皂洗色牢度》[7]進(jìn)行測(cè)試.耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》[8]進(jìn)行測(cè)試.

滌綸纖維的熱穩(wěn)定性測(cè)試：取98 ℃去離子水處理滌綸纖維60 min及98 ℃載體處理60 min后水洗、皂洗、水洗后的滌綸纖維，將其剪成粉末，用STA449 F3同步熱分析儀對(duì)試樣進(jìn)行熱重分析，升溫速率為20 ℃/min，氮?dú)夥諊?

2 結(jié)果與討論

2.1 載體的乳化

取適量水加入非離子型表面活性劑LAE-9及陰離子型表面活性劑AES，m(LAE-9)∶m(AES)=38∶5，充分?jǐn)嚢瑁苽浔砻婊钚詣┗旌先芤?，m(載體原油)∶m(表面活性劑混合溶液)=1∶5的比例將載體原油滴入表面活性劑混合溶液中充分?jǐn)嚢瑁苽漭d體乳液.所用的載體原油與乳化劑均為環(huán)保無(wú)味試劑，故制備的載體乳液環(huán)保、無(wú)味，不含APEO，貯存1年不破乳、不飄油，穩(wěn)定性好.

圖2 保溫染色溫度對(duì)織物K/S值的影響Fig.2 Effect of dyeing temperature on K/S value of dyed fabric

2.2 保溫染色溫度對(duì)染色織物K/S值的影響

分散染料用量(owf)1%，載體乳液用量(owf)3%，保溫染色時(shí)間為60 min，保溫染色溫度對(duì)染色織物K/S值的影響見圖2.

由圖2可知，隨著保溫溫度的升高，染色織物的K/S值增加；染色溫度升到98 ℃以后，繼續(xù)升高染色溫度，織物的K/S值增加不明顯.隨著溫度的升高，染料分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，染色速率常數(shù)和染料擴(kuò)散系數(shù)增加.同時(shí)，纖維分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)加劇[9]，纖維內(nèi)形成的瞬時(shí)空隙變大增多，有利于染料上染纖維.當(dāng)染色溫度不超過(guò)100 ℃時(shí)，可以使用常壓染色設(shè)備染色，保溫染色溫度越低，保溫染色前所需升溫的時(shí)間及保溫染色后所需的降溫時(shí)間越短，從生產(chǎn)效率和成本考慮，染色溫度以98 ℃為最佳.

圖3 保溫染色時(shí)間對(duì)染色織物K/S值的影響Fig.3 Effect of dyeing time on K/S value of dyed fabric

2.3 保溫時(shí)間對(duì)織物K/S值的影響

分散染料用量(owf)1%，載體乳液用量(owf)3%，98 ℃保溫染色，保溫染色時(shí)間對(duì)染色織物K/S值的影響見圖3.

由圖3可知，隨著保溫染色時(shí)間的延長(zhǎng)，K/S值增加；保溫時(shí)間延長(zhǎng)到60 min后，K/S值變化趨緩；保溫時(shí)間延長(zhǎng)到100 min后，繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，K/S值幾乎不變，基本達(dá)到染色平衡.從生產(chǎn)效率和成本考慮，染色時(shí)間應(yīng)選擇60 min.

2.4 載體用量對(duì)織物K/S值的影響

分散染料用量(owf)分別為1%，2%，3%，98 ℃保溫染色60 min，載體用量對(duì)染色織物K/S值的影響見圖4.

圖4 載體用量對(duì)染色織物K/S值的影響Fig.4 Effect of carrier amount on K/S value of dyed fabric

由圖4可知，當(dāng)分散染料用量不變時(shí)，載體用量增加，K/S值變大；載體用量增加到一定程度后，繼續(xù)增加載體用量，K/S值反而下降.這是因?yàn)檩d體小分子能進(jìn)入滌綸纖維內(nèi)部，以氫鍵或范德華力方式與纖維結(jié)合，削弱了纖維內(nèi)分子鏈間的結(jié)合力，增加了大空穴產(chǎn)生的概率，染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率及上染百分率增加，K/S值變大.但載體用量過(guò)大時(shí)，載體會(huì)在染液中形成第三相，對(duì)分散染料產(chǎn)生顯著的增溶作用，使較多的分散染料殘留在染液中，降低染料對(duì)滌綸纖維的上染量[10].當(dāng)染料用量(owf)為1%時(shí)，載體的最佳用量(owf)為3.5%；當(dāng)染料用量(owf)為2%時(shí)，載體的最佳用量(owf)為5%；當(dāng)染料用量(owf)為3%時(shí)，載體的最佳用量(owf)為7%.

2.5 最佳工藝條件下載體染色與傳統(tǒng)高溫高壓染色的比較

對(duì)載體染色(98 ℃×60 min)滌綸織物與高溫高壓染色(125 ℃× 60 min)滌綸織物進(jìn)行性能測(cè)試，不同方法的染色效果和色牢度如表1所示.

表1 不同染色方法的染色效果和色牢度Tab.1 Dyeing effects and color fastness of dyed fabrics with different dyeing technology

由表1可知，載體染色織物與傳統(tǒng)的高溫高壓染色織物的最大吸收波長(zhǎng)一致，表觀色深很接近，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值都很小，這表明載體染色與高溫高壓染色的效果很接近，兩者的勻染性都很好；載體染色織物與高溫高壓染色織物的色牢度一致，這表明高溫高壓染色及載體染色都具有良好的色牢度.

圖5 滌綸纖維的熱重曲線Fig.5 Thermogravimetric curves of polyester fiber

2.6 滌綸纖維的熱穩(wěn)定性

去離子水處理和載體處理并經(jīng)后處理的滌綸纖維的熱重曲線見圖5.由圖5可知，蒸餾水處理的滌綸纖維與載體處理后經(jīng)后處理的滌綸纖維的熱重曲線基本重合，這表明經(jīng)后處理的滌綸纖維上的載體去除較充分，自制載體易脫載.

3 結(jié)論

(1)用復(fù)配的環(huán)保乳化劑乳化環(huán)保載體原油制備的載體乳液環(huán)保、無(wú)味且貯存穩(wěn)定性好，用于滌綸織物染色可實(shí)現(xiàn)100 ℃以下常壓染色.

(2)載體染色時(shí)，隨著分散染料用量的增加，載體的用量增加.

(3)載體染色與高溫高壓染色的效果很接近，勻染性好，色牢度一致.

(4)載體染色后，經(jīng)后處理即可去除載體.

(5)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用染料有限，不同類型分散染料的效果不完全一致，有待于進(jìn)一步探討.

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[8] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 3920—2008紡織品色牢度實(shí)驗(yàn) 耐摩擦色牢度[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

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Application of self-made environmental friendly carrier in the atmospheric pressure dyeing of polyester

SONG Huijun1,WANG Ming1,GAO Yumei1,ZHANG Wenguo2

(1.CollegeofMaterialandChemicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China;2.SuzhouIndustrialParkCowinChemicalCo.,Ltd.,Suzhou215131,China)

In order to achieve atmospheric pressure dyeing of polyester fabric,environmental friendly inodorous carrier emulsion with good stability was prepared. Effects of dyeing temperature and time,and carrier amount on color strengthK/Svalues of dyed polyester fabric were investigated,and carrier dyeing process conditions were optimized. The thermal stability of the polyester fiber treated with distilled water,as well as with carrier and after treatment was tested. The results showed that the optimum dyeing temperature was 98 ℃,and holding time was 60 min,the optimum carrier amount increased with the disperse dye amount increasing,carrier dyeing could obtain consistent color fastness,similar color feature with high temperature and pressure dyeing,both of two dyeing method had good levelness. Thermal gravimetric analysis showed that carrier could be easily removed after dyeing.

carrier; polyester; dyeing process; atmospheric pressure dyeing

2016-06-03

河南省科技廳科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目(112102310546)

宋慧君(1969-)，女，河南鄭州人，教授，博士，主要從事染整工藝及助劑的研究.

TS193.2

A

1674-330X(2016)04-0010-04