ECDP纖維染色性能的研究

楊正華，陳鑫濤，梅海霞，蔣龍宇

（1.江蘇聯(lián)發(fā)高端紡織技術(shù)研究院，江蘇南通 226600；2.江蘇聯(lián)發(fā)紡織股份有限公司，江蘇南通 226600）

普通滌綸纖維（PET）是疏水性的合成纖維，滌綸大分子排列緊密，染料分子不易進(jìn)入纖維內(nèi)部，致使染色困難，需要在高溫高壓下用分散染料進(jìn)行染色。為解決滌綸染色困難的問題，從業(yè)者在纖維改性方面做了許多研究［1-2］，如陽離子染料可染滌綸（簡稱CDP）和陽離子染料易染滌綸（簡稱ECDP）。CDP纖維是在常規(guī)PET纖維的二元單體基礎(chǔ)上，添加少量含磺酸基團(tuán)的第三單體共聚而得，使其可用陽離子染料染色。但由于其纖維超分子結(jié)構(gòu)仍與常規(guī)滌綸相似，玻璃化溫度也較高，需要在一定的壓力下染色，最高上染溫度比常規(guī)PET纖維下降了10～15℃。ECDP纖維是在CDP纖維的基礎(chǔ)上，添加少量一定相對分子質(zhì)量的聚乙二醇或脂肪族聚酯二醇作為第四單體得到的一種聚酯。柔性鏈段的引入使ECDP纖維大分子結(jié)構(gòu)更疏松，無定形區(qū)增大，陽離子染料更容易擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，與纖維上的磺酸基團(tuán)結(jié)合，因而ECDP纖維的染色條件更溫和，可在較低的溫度下進(jìn)行染色［3］。ECDP纖維不僅解決了滌綸染色困難的問題，而且比常規(guī)滌綸更加節(jié)能、環(huán)保，可使產(chǎn)品多樣化，具有廣闊的發(fā)展前景［4-5］。但目前對ECDP纖維的染色性能缺乏系統(tǒng)的研究［6］，本實(shí)驗(yàn)研究染料的平衡上染率、染色溫度、染色時(shí)間及pH對ECDP纖維染色飽和值的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：ECDP長絲（75D），亞甲基藍(lán)、冰醋酸、醋酸鈉。

儀器：Datacolor 650分光光度計(jì)（美國Datacolor公司），R4958-1CN124紅外線試樣機(jī)（宏益科技股份有限公司），YG063T單紗強(qiáng)力儀（陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司），JA1103N電子天平（上海民橋精密科技儀器有限公司）。

1.2 前處理工藝

在染色前需通過前處理工藝去除紡絲過程中的各種油劑。具體工藝參數(shù)為：去油劑1 g/L，浴比1∶8，溫度90℃，時(shí)間15 min。

1.3 染色工藝

染色配方：亞甲基藍(lán)X，冰醋酸1%(omf)，醋酸鈉1%(omf)，浴比1∶10。

染色飽和值的確定：在相同染色工藝下，采用不同用量的亞甲基藍(lán)對ECDP纖維進(jìn)行染色，控制最終的上染率，繪制平衡上染率與染色飽和值的曲線圖。

染色溫度的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同溫度（80、90、100、110、120℃）對ECDP纖維進(jìn)行染色，繪制染色溫度與染色飽和值的曲線圖，并測試染色前后纖維的強(qiáng)力，繪制染色溫度與降強(qiáng)率的曲線圖。

染液pH的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同pH（3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0）的染液對ECDP纖維進(jìn)行染色，并繪制pH與染色飽和值的曲線圖。

染色時(shí)間的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同染色時(shí)間（80、90、100、110、120 min）對ECDP纖維進(jìn)行染色，繪制染色時(shí)間與上染率的曲線圖，并研究染色時(shí)間對染色飽和值穩(wěn)定性的影響，繪制染色時(shí)間與染色飽和值的曲線圖。

1.4 測試

1.4.1 上染率

測試染色前后染液的吸光度，按下式計(jì)算染料的上染率：

上染率=(1-A殘/A原)×100%

式中，A殘表示染色后殘液的吸光度［7］，A原表示染色前染液的吸光度。

1.4.2 染色飽和值

陽離子染料上染ECDP纖維屬于定位吸附，用染色飽和值表征單位質(zhì)量纖維上含有可容納陽離子染料的陰離子染座數(shù)量。按下式計(jì)算纖維的染色飽和值Sf（g/100 g）。

Sf=DY×90%×98%×5/4

式中，DY表示上染率達(dá)到90%時(shí)染料對纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（g/100 g）［8］。

1.4.3 強(qiáng)力

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《紡織原紗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》測定紗線強(qiáng)力，用降強(qiáng)率F表示強(qiáng)力下降的幅度，具體按照下式計(jì)算：

F=(1-F測/F原)×100%

式中，F(xiàn)測表示染色后紗線的強(qiáng)力，cN；F原表示原紗的強(qiáng)力，cN。

2 結(jié)果與討論

2.1 染色飽和值的確定

由圖1可以看出，平衡上染率對染色飽和值有很大的影響，平衡上染率在80%以下時(shí)，ECDP纖維的染色飽和值隨平衡上染率的升高而提高；平衡上染率在80%～90%時(shí)，ECDP纖維的染色飽和值基本無變化，說明ECDP纖維的染色飽和值在4.0 g/100 g左右；在90%以上時(shí)，ECDP纖維的染色飽和值隨著平衡上染率的增加迅速減小，原因是平衡上染率太高，可能ECDP纖維上存在未被占據(jù)的染座，使測量的數(shù)值不準(zhǔn)確。因此，進(jìn)行ECDP纖維染色飽和值的測定時(shí)，必須將染料的平衡上染率控制在80%～90%，才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 平衡上染率對染色飽和值的影響

2.2 染色溫度的選擇

2.2.1 染色溫度對染色飽和值的影響

染色溫度對ECDP纖維染色飽和值的影響如圖2所示。

圖2 染色溫度對染色飽和值的影響

由圖2可以看出，ECDP纖維染色飽和值隨著染色溫度的升高而增加，100℃以上時(shí)趨于穩(wěn)定，染色飽和值處于4.0 g/100 g左右。這說明100℃以上，升高染色溫度對染色飽和值的影響不大。

2.2.2 染色溫度對降強(qiáng)率的影響

圖3是染色溫度對ECDP纖維降強(qiáng)率的影響。由圖3可以看出，ECDP纖維的強(qiáng)力隨著染色時(shí)間的延長而下降；相同時(shí)間下，染色溫度越高，強(qiáng)力下降越明顯。由于ECDP纖維是經(jīng)拉伸定形的成品纖維，結(jié)構(gòu)中有大量折疊鏈晶體，并以不折疊鏈段互相連接，形成結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)，高溫或長時(shí)間的熱處理會(huì)使纖維內(nèi)部晶粒大小發(fā)生改變，晶粒表面出現(xiàn)缺陷，內(nèi)部形成空隙，導(dǎo)致斷裂伸長降低，引起強(qiáng)力下降。

圖3 染色溫度對降強(qiáng)率的影響

綜上所述，選擇100℃的染色溫度更加保險(xiǎn)。

2.3 染液pH的選擇

圖4是染浴pH對ECDP纖維染色飽和值的影響。由圖4可以看出，pH低于4.5時(shí)，染色飽和值波動(dòng)較大。因?yàn)橐话愕娜旧珕误w帶有羧基，羧基的電離受溶液pH影響明顯，pH低時(shí)電離受到抑制，從而影響ECDP纖維對陽離子染料的吸附，平衡上染率下降；pH大于4.5時(shí)，ECDP纖維的染色飽和值較穩(wěn)定。陽離子染料可染改性滌綸在染色生產(chǎn)中一般采用弱酸性染浴，因此將pH控制在4.5～5.0較適宜。

圖4 染液pH對染色飽和值的影響

2.4 染色時(shí)間的選擇

2.4.1 染色時(shí)間對上染率的影響

染色時(shí)間對ECDP纖維上染率的影響如圖5所示。由圖5可以看出，ECDP纖維的上染率隨著染色時(shí)間的延長而增大，當(dāng)染色時(shí)間達(dá)到100 min以上時(shí)，上染率趨于穩(wěn)定；繼續(xù)延長染色時(shí)間，上染率浮動(dòng)幅度不大。

圖5 染色時(shí)間對上染率的影響

2.4.2 染色時(shí)間對染色飽和值穩(wěn)定性的影響

圖6是染色時(shí)間對ECDP纖維染色飽和值的影響。由圖6可以看出，ECDP纖維保溫100 min，染色飽和值處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，基本在4.0 g/100 g左右浮動(dòng)；若將染色時(shí)間延長至110、120 min，染色飽和值隨染料用量的變化波動(dòng)較大，因?yàn)镋CDP纖維長時(shí)間處于高溫、高濕狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)與性能會(huì)發(fā)生變化，從而影響染色性能。

圖6 染色時(shí)間對染色飽和值的影響

綜上所述，染色時(shí)間在100 min時(shí)，ECDP纖維染色飽和值的重現(xiàn)性較好。

3 結(jié)論

ECDP纖維染色的最佳工藝為：染色溫度100℃、染色時(shí)間100 min、pH 4.5～5.0，染料的平衡上染率能達(dá)到80%～90%，且纖維性能優(yōu)越。