陽(yáng)離子染料常壓可染新型改性滌綸的熱性能及染色性能

楊肖婉， 王建明， 張大省

(北京服裝學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100029)

陽(yáng)離子染料常壓可染新型改性滌綸的熱性能及染色性能

楊肖婉， 王建明， 張大省

(北京服裝學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100029)

針對(duì)常規(guī)滌綸常壓難以上染的問題，對(duì)一種新型改性滌綸的熱性能和染色性能進(jìn)行研究。使用掃描電子顯微鏡、差示掃描量熱法和熱失重分析等對(duì)纖維形貌及熱性能進(jìn)行表征和測(cè)試。結(jié)果表明：纖維具有縱向溝槽及橫向十字形結(jié)構(gòu)；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為62 ℃，結(jié)晶溫度為131 ℃，熔點(diǎn)為241 ℃，初始熱分解溫度為402.8 ℃。利用亞甲基藍(lán)上染纖維，測(cè)得纖維的染色飽和值為5.8。使用Maxilon陽(yáng)離子染料(紅、金黃、藍(lán)、黑)對(duì)織物進(jìn)行染色并繪制上染速率曲線，結(jié)果表明：入染30 min后可達(dá)到染色平衡，染色保溫時(shí)間為30 min，染色樣品色牢度均能達(dá)到4級(jí)左右;黑色染料用量為5%(o.w.f)時(shí)，K/S值變化趨于平緩，干濕摩擦牢度為4～5級(jí)。

陽(yáng)離子染料； 改性滌綸； 染色性能； 色牢度

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維的染色改性一般是采用添加第3組分或第4組分改性劑，改變PET的分子結(jié)構(gòu)，以降低其結(jié)晶能力，提高其染色性能。目前陽(yáng)離子染料可染改性聚酯纖維的代表品種主要有高溫高壓型陽(yáng)離子染料可染改性聚酯(CDP)、常壓沸染型陽(yáng)離子染料可染改性聚酯(ECDP)及被稱高含量、高性能CDP的陽(yáng)離子染料可染改性滌綸(HCDP)和低溫陽(yáng)離子染料可染新型改性聚酯纖維(如Parster纖維)[1-2]。通常CDP的特性黏度一般為0.54 dL/g左右，其纖維強(qiáng)度較低，需要在115～120 ℃才能上染，且難于染深色；ECDP的特性黏度可達(dá)到0.58 dL/g，可在100 ℃上染，若將其用于制備復(fù)合紡絲法的超細(xì)纖維，其纖維強(qiáng)度低，若通過非相容高聚物共混紡絲技術(shù)制備更細(xì)的超細(xì)纖維基本是無(wú)法實(shí)施的。以對(duì)苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)及間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉(SIPE)為基本原材料，添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎?、穩(wěn)定劑等，適當(dāng)?shù)母淖冊(cè)吓浔?，?jīng)酯化、縮聚而得到的一種陽(yáng)離子染料常壓可染新型滌綸，稱之為NECDP纖維，經(jīng)過改變?cè)吓浔群铣傻腘ECDP，可使其特性黏度達(dá)到0.74 dL/g以上，有利于紡絲效率的提高，將NECDP與低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混紡絲或復(fù)合紡絲，經(jīng)甲苯溶除LDPE后即可制得NECDP超細(xì)纖維，纖維線密度小于0.06 dtex[3-4]。間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉(SIPE)的加入不僅引入了磺酸鈉染座，從而與陽(yáng)離子染料結(jié)合，還將間位結(jié)構(gòu)引入破壞了大分子的規(guī)整結(jié)構(gòu)，使染料分子易于進(jìn)入聚酯，纖維具有陽(yáng)離子染料常壓沸染特性[5-6]。同時(shí)第3、4單體的加入有利于降低NECDP的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶溫度，有利于染料分子的進(jìn)入[7]。本文主要研究了常規(guī)線密度NECDP纖維的熱性能及其染色性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

陽(yáng)離子染料：Maxilon Red SL 200%(紅)、Maxilon?Golden Yellow GL EC 400%(金黃)、Maxilon? Blue SL 200%(藍(lán))和Maxilon? Black FBL-01 300%(黑)，亨斯邁公司。

藥品：醋酸鈉，分析純，北京化工廠；醋酸，分析純，北京化學(xué)試劑公司。

儀器：HC21K化纖染色試驗(yàn)編織機(jī)(無(wú)錫市宏成紡織機(jī)械電子有限公司)；JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社)；SEIKO EXSTAR DSC 6200熱性能分析儀、SEIKO EXSTARTG DTA/TG 6300型差熱-熱重聯(lián)用分析儀(日本精工株式會(huì)社)；Lambda 750 UV/VIS Spectrometer 紫外可見近紅外分光光度儀(珀金埃爾默股份有限公司)；電熱恒溫水浴鍋(余姚市東方電工儀器廠)；電磁爐；PHB-5酸度計(jì)(天津市賽得利斯實(shí)驗(yàn)分析儀器制造廠)；722可見分光光度計(jì)(上海欣茂儀器有限公司)；MINOTLA CM-3600d 電腦測(cè)色配色系統(tǒng)(意大利奧林泰克斯(北京)有限公司)；M228 ROTAWASH水洗色牢度儀 (SDLATLAS 公司)；M238A摩擦牢度測(cè)試儀(SDLATLAS 公司)；Q-SUN XE-3 XENON TEST CHAMBER日曬牢度儀(美國(guó)Q-LAB公司)。

1.2 纖維制備及織物規(guī)格

紡絲機(jī)螺桿直徑為Φ35 mm，單紡位6頭，采用POY-DTY工藝制備NECDP異形截面纖維。紡絲溫度為272 ℃，紡絲速度為2 800 m/min。采用HC21K化纖染色試驗(yàn)編織機(jī)編織襪筒，引入2根87.6 dtex/72 f 復(fù)絲進(jìn)行緯平針織造，織物規(guī)格為：橫密81縱行數(shù)/5 cm； 縱密64橫列數(shù)/ 5 cm；面密度113.0 g/m2。

1.3 染色工藝

染色溫度為100 ℃，浴比為1∶100，用醋酸和醋酸鈉調(diào)節(jié)pH為4.5，升溫速率控制在1 ℃/min，入染溫度為50 ℃。

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 NECDP纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

試樣先經(jīng)鍍金處理，用JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡觀察纖維縱向及橫斷面的外貌形態(tài)結(jié)構(gòu)并記錄。

1.4.2 NECDP纖維的熱性能

采用SEIKO EXSTAR DSC 6200熱性能分析儀研究NECDP的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶溫度及熔點(diǎn)等性能。須先將樣品消除熱歷史而后進(jìn)行DSC掃描，升溫速度為20 ℃/min，掃描溫度范圍為30～300 ℃。

采用SEIKO EXSTAR DTA/TG 6300熱分析儀在N2下研究NECDP纖維的熱性能，升溫速度為10 ℃/min，掃描溫度范圍為室溫到700 ℃。

1.4.3 NECDP織物的染色飽和值

實(shí)驗(yàn)條件參照GB/T 2401—2006《陽(yáng)離子染料染腈綸時(shí)纖維飽和值、染料飽和值及飽和因數(shù)的測(cè)定》。 根據(jù)亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線以及下式計(jì)算殘液中染料用量[8-10]。

式中：C為殘液中染料用量，%(o.w.f)；c為測(cè)得的吸光度所對(duì)應(yīng)的染料質(zhì)量濃度， mg/mL；B為從500 mL的染液中吸取的體積，mL；A為將B稀釋后的體積，mL；M為纖維質(zhì)量，mg。

按照下式計(jì)算NECDP纖維的染色飽和值：

式中：D為圖中直線交點(diǎn)縱坐標(biāo)讀數(shù)，%(o.w.f)；98.5%為亞甲基藍(lán)的純度；90%為測(cè)定要求的上染百分率；5/4為相對(duì)分子質(zhì)量為400的陽(yáng)離子染料和相對(duì)分子質(zhì)量為320的亞甲基藍(lán)的比值。

1.4.4 上染率

用722型可見光分光光度計(jì)測(cè)試染色原液與殘液的光密度, 由下式計(jì)算染料對(duì)纖維的上染率[11-12]：

式中：R為上染率，%；A0為原液的光密度；A1為殘液的光密度。

1.4.5K/S值

使用MINOTLA CM-3600d 電腦測(cè)色配色系統(tǒng)測(cè)定染色后試樣的表面得色深度K/S值。

1.4.6 色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定耐摩擦色牢度。參照GB/T 3921. 3—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取窚y(cè)定耐皂洗色牢度。參照GB/T 8426—1998《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)凸馍味龋喝展狻窚y(cè)定日曬牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 NECDP纖維的物理力學(xué)性能

表1示出POY及DTY異形纖維的部分物理力學(xué)性能。由表可知，纖維的斷裂強(qiáng)度增加是由于經(jīng)拉伸過后的POY絲取向度的增加。

表1 纖維的物理性能Table 1 Physical and mechanical properties of fiber

2.2 NECDP纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

圖1示出纖維的縱向表面和橫斷面形態(tài)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡(SEM)照片。由圖1(a)可知，纖維縱向有明顯的溝槽,圖1(b)橫斷面顯示出十字形結(jié)構(gòu)。異形十字形纖維使纖維比表面積增大，有利于提高染色速率。

2.3 NECDP纖維的熱性能

圖2示出NECDP纖維的TG及DSC分析譜圖。圖2(a)顯示NECDP纖維的初始熱分解溫度為402.8 ℃，具有很好的熱穩(wěn)定性能。由圖2(b)可見，NECDP纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為62.2 ℃，低于常規(guī)PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有利于纖維的常壓染色；結(jié)晶溫度為131.3 ℃；NECDP的熔點(diǎn)為241.0 ℃，冷結(jié)晶峰溫度、起始結(jié)晶溫度均比常規(guī)PET有較大幅度降低，結(jié)晶峰和熔融峰形仍比較尖銳，表明NECDP纖維的結(jié)晶較完善。

2.4 NECDP織物的染色

2.4.1 NECDP織物的染色飽和值

以亞甲基藍(lán)為染料，染色殘液中染料用量為橫坐標(biāo)，原始染料的含量為縱坐標(biāo)作曲線，然后從原點(diǎn)作斜率為10的直線。圖3示出染浴中剩余染料含量與原始染浴中染料含量的關(guān)系。

由圖3的2條直線相交點(diǎn)D值求得原始染料的含量為5.2%(o.w.f)。又根據(jù)染色飽和值公式得出該NECDP纖維的染色飽和值Sf為5.8。

2.4.2 NECDP織物上染速率曲線測(cè)定

圖4示出紅、金黃、藍(lán)、黑染料的上染速率曲線，染料用量為5%(o.w.f)。圖中曲線斜率反映了染料在纖維上的上染速率，在上染初期纖維上染料濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)增加得較快，之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，增加越來(lái)越慢，最后纖維上的染料濃度不再隨染液的增加而增加，即達(dá)到了染色平衡。其中藍(lán)色染料上染速率較快，達(dá)到染色平衡所需要的時(shí)間相對(duì)較短，在入染25 min后基本達(dá)到染色平衡。其他3種在30 min左右達(dá)到染色平衡。金黃色上染速率較慢。染色達(dá)到平衡后，再保溫30 min即可。染料的上染百分率均能達(dá)到98%以上。表2示出NECDP織物的染色牢度。表中NECDP織物染色后，NECDP織物耐洗、干、濕摩擦、日曬牢度均較好。

表2 NECDP 織物染色牢度Tab.2 Color fastness of NECD 級(jí)

2.4.3 NECDP織物的黑色染料染色

染料的用量分別為1%(o.w.f)～7%(o.w.f)。不同用量的黑色染料對(duì)NECDP織物的染色K/S值和摩擦色牢度見表3。由表可見，染料用量在5%(o.w.f)后，K/S值趨于穩(wěn)定，5%(o.w.f)的染料用量值接近2.4.1所測(cè)的Sf值。不同用量黑色染料對(duì)NECDP織物的染色具有很好的干、濕摩擦色牢度。7%(o.w.f)以下用量的牢度級(jí)別基本沒有變化，都能達(dá)到4～5級(jí)。

表3 NECDP 織物的K/S值及色牢度Tab. 3 K/S value and color fastness of NECDP fabric

3 結(jié) 論

1)NECDP纖維表面有明顯的溝槽，橫斷面為十字形結(jié)構(gòu)。纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為62.3 ℃、結(jié)晶溫度為131.3 ℃、熔點(diǎn)為241.0 ℃，熱分解溫度為402.8 ℃。

2)所測(cè)NECDP纖維的染色飽和值為5.8。在上染過程中藍(lán)色染料上染速率較快，入染25 min后基本達(dá)到染色平衡，染料的上染百分率均能達(dá)到98%以上，且染色后的各項(xiàng)牢度都在4級(jí)左右。

3)黑色染料在用量為5%(o.w.f)時(shí)，K/S值為29.50，隨著用量的增加,K/S值的變化趨于平緩，說明染色已經(jīng)達(dá)到飽和，與染色飽和值接近。

FZXB

[1] 葛鳳燕,王俊,謝其成,等.陽(yáng)離子染料可染改性聚酯纖維及其染色加工概況[C]//超柔軟易染聚酯纖維開發(fā)應(yīng)用研討會(huì)論文集.上海:東華大學(xué),2011:3. GE Fengyan, WANG Jun, XIE Qicheng,et al. Modified polyester fiber dyeing with Cationic dyes and dyeing process[C]//Super soft and easy to dye polyester fiber development and Application Symposium. Shanghai: Donghua University, 2011:3.

[2] 吳海霞,楊韜,周靜宜,等.聚酯纖維的染色改性[J].聚酯工業(yè),2000(3):1-5. WU Haixia,YANG Tao,ZHOU Jingyi,et al.Ways of dyeing modification for polyester fiber[J].Polyester Industry,2000(3):1-5.

[3] 張大省,王銳,陳放,等.NECDP/LDPE共混纖維的結(jié)構(gòu)性能[J].紡織導(dǎo)報(bào),2012(1):95-96. ZHANG Dasheng,WANG Rui,CHEN Fang, et al.Structure and properties of NECDP/LDPE blend fiber[J].China Textile Leader,2012(1):95-96.

[4] 張大省.一種陽(yáng)離子染料可染的聚酯及其超細(xì)纖維: ZL 2011 1 0225265.8[P].(2011-08-08) ZHANG Dasheng. A kind of cationic dye can be dyed polyester and its ultra - fine fiber: ZL 2011 1 0225265.8[P].2011-08-08.

[5] 張大省,趙國(guó)樑,吳政,等.我國(guó)陽(yáng)離子染料可染聚酯 用第三單體的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].石油化工動(dòng)態(tài),1999(3):40-43. ZHANG Dasheng,ZHAO Guoliang,WU Zheng, et al.Developing status and application prospects of SIPM used for cationic dyeable polyesters in China[J]. Petrochemical Industry Trends,1999(3):40-43.

[6] 史烽. 陽(yáng)離子染料可染聚酯合成和性能的研究[D].蘇州：蘇州大學(xué),2005:1-30. SHI Feng.Study on the polymerization process and properties of CDP[D].Suzhou: Soochow University,2005:1-30.

[7] 郭華,秦慶才,王永奇.新型聚酯纖維的開發(fā)及其應(yīng)用[J]. 紡織導(dǎo)報(bào),2005(9):55-56. GUO Hua,QIN Qingcai,WANG Yongqi.Development and application of a new type of polyester fiber[J].China Textile Leader,2005(9):55-56.

[8] 吳倩梅.陽(yáng)離子染料可染聚酯染色飽和值的測(cè)定[J].廣東化纖,1998(2):34-40. WU Qianmei.The test to saturation value of dyeing of cationic dye dyeable polyester[J].Chemical Guangdong Fiber,1998(2):34-40.

[9] 李艷玲,楊文芳,孟憲獻(xiàn),等.ECDP短纖維染色飽和值的測(cè)定[J].合成纖維工業(yè),2013(2):67-69. LI Yanling，YANG Wenfang，MENG Xianxian，et al.Determination of dyeing saturation value of ECDP staple fiber[J].China Synthetic Fiber Industry,2013(2):67-69.

[10] 梁慶忠,楊麗,路碩,等.陽(yáng)離子染料可染滌綸短纖維染色飽和值的測(cè)定[J].合成纖維業(yè),2015(2):71-74. LIANG Qingzhong，YANG Li，LU Shuo，et al.Determination of dyeing saturation value of cationic dyeable polyester staple fiber[J].China Synthetic Fiber Industry,2015(2):71-74.

[11] 陳英.染整工藝實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：中國(guó)紡織出版社,2009:99-101. CHEN Ying. Experimental Course of Dyeing and Finishing Process[M].Beijing:China Textile & Apparel Press,2009:99-101.

[12] 趙濤.染整工藝原理:下冊(cè)[M].北京：中國(guó)紡織出版社,2009:195. ZHAO Tao. Principle of Dyeing and Finishing Ⅱ[M].Beijing: China Textile & Apparel Press,2009:195.

Thermal and dyeing properties of novel cationic-dyeable polyester fabrics under atmospheric pressure

YANG Xiaowan, WANG Jianming, ZHANG Dasheng

(SchoolofMaterialsScience&Engineering,BeijingInstituteofFashionTechnology,Beijing100029,China)

In view of the problem of the conventional polyester fiber on the difficulty in dyeing under atmospheric pressure, the thermal and dyeing properties of a novel modified polyester fiber were studied. The morphology and thermal properties of the fibers were characterized and tested by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analysis.The results show that the fiber has longitudinal grooves and cross-shaped structures; the glass transition temperature ,crystallization temperature, melting point and initial thermal decomposition temperature of fiber are 62, 131 and 241 ℃, respectively. The dyeing saturation value of fiber was measured by using methylene blue dye on the fiber, and the dyeing saturation value is 5.8. The fabrics are dyed with Maxilon cationic dyes(red, golden yellow, blue and black), and the dyeing rate curves are drawn. The results show that the dyeing balance can be reached after 30 min, the holding time is 30 min and the color fastness is about 4 grade. The fabric is dyed with Maxilon Black, and the results show that theK/Svalue tends to be stable when the dye concentration is about 5% (o.w.f), and the dry and wet rubbing fastness is 4-5 grade.

cationic dye; modified polyester; dyeing performance; color fastness

10.13475/j.fzxb.20160105405

2016-01-26

2016-09-02

楊肖婉(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)槿菊庸ば录夹g(shù)。王建明，通信作者，E-mail:wangjm1502@163.com。

TQ 342.21； TS 193.6

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