CDP與ECDP短纖維染色性能的測(cè)定與分析

郝相帥，沈國(guó)峰，傅軼凡，朱 逸，尹翠玉

(1.天津工業(yè)大學(xué) 天津市先進(jìn)纖維與儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387; 2.天津市和平區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，天津 300052;3.浙江東華纖維有限公司，浙江 義烏 311241)

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CDP與ECDP短纖維染色性能的測(cè)定與分析

郝相帥1,2，沈國(guó)峰3，傅軼凡1，朱 逸3，尹翠玉1

(1.天津工業(yè)大學(xué) 天津市先進(jìn)纖維與儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387; 2.天津市和平區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，天津 300052;3.浙江東華纖維有限公司，浙江 義烏 311241)

CDP；ECDP；短纖維；染色飽和值；染色性能

陽(yáng)離子染料可染改性滌綸是采用陽(yáng)離子染料可染改性PET(CDP和ECDP)紡制的纖維，分為陽(yáng)離子染料可染改性滌綸(CDP)和陽(yáng)離子染料易染改性滌綸(ECDP).用陽(yáng)離子染料進(jìn)行染色，改性滌綸的染色性能可得到改善，具有色譜齊全、色澤鮮艷、價(jià)格低廉、染色工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；還可以與天然纖維(如羊毛)實(shí)現(xiàn)一浴染色，使混紡織物的染色工藝大大簡(jiǎn)化；與其他纖維混紡、交織后一浴染色能獲得異色或多色的效果，為紡織品增加花色品種開(kāi)辟了新途徑；所染織物染料吸盡率高，大幅度減少了印染廢水的排放，又因染色溫度降低節(jié)約了大量的能源[2-3].

以FZ/T 50019—2013《陽(yáng)離子染料可染改性滌綸染色飽和值試驗(yàn)方法》為依據(jù)，通過(guò)測(cè)試陽(yáng)離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值來(lái)表征和比較CDP和ECDP短纖維的染色性能[4]，探討了不同染料、不同品種和不同來(lái)源對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值的影響.

1 實(shí)驗(yàn)

表1 亞甲基藍(lán)及孔雀綠質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 The quality indicators of methylene blue and malachite green

1.1 原料與試劑

CDP與ECDP短纖維：1.56 dtex×38 mm,浙江東華纖維有限公司、江蘇三房巷集團(tuán)有限公司、中石化天津分公司生產(chǎn)；

亞甲基藍(lán)：分子式為C16H18ClN3S·3H2O，純度為98%，天津市染料化學(xué)第三廠(chǎng)生產(chǎn),質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1；

孔雀綠：分子式為C23H25ClN2，純度為94.5%，天津市染料化學(xué)第三廠(chǎng)生產(chǎn),質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1；

冰乙酸、結(jié)晶乙酸鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn).

1.2 儀器和設(shè)備

高溫高壓染色機(jī)：TPC 3001單浴槽，Roaches International生產(chǎn)；分光光度計(jì)：UV-1800 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本 Shimadzu生產(chǎn)；電子天平：千分之一，天津精誠(chéng)電子衡器有限公司生產(chǎn).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 纖維的處理

用非離子型洗滌劑去除陽(yáng)離子染料可染改性纖維表面的油劑，用手?jǐn)D去水分待用[5].

1.3.2 染色條件

(1)染色浴比為1∶100；

(2)染色處方：染料(owf)為1%～10%，冰乙酸體積分?jǐn)?shù)為1%，結(jié)晶乙酸鈉體積分?jǐn)?shù)為1%；

(3)染液pH值為4.5～4.8；

(4)染色溫度與染色工藝：CDP短纖維染色溫度為125 ℃，染色過(guò)程總計(jì)260 min；ECDP短纖維染色溫度為100 ℃，染色過(guò)程總計(jì)200 min.

圖1 染色工藝曲線(xiàn)Fig.1 Curves of dyeing process

陽(yáng)離子染料可染改性纖維經(jīng)染前處理、擠水后放入染杯，按圖1所示的染色工藝曲線(xiàn)染色.染畢，取出纖維并擠去多余的殘液于染杯中，用少量40 ℃溫水洗滌1次，再用室溫水洗滌直至洗凈浮色，洗液全部收集并與染色殘液合并，冷卻至室溫后加水定容至500 mL，用于光密度值的測(cè)定[6].

1.4 光密度的測(cè)定

將待測(cè)殘液根據(jù)顏色的深淺稀釋成適宜的濃度(光密度為0.1～1.0)，配制合適濃度(約為2.5 mg/L)的標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴，利用分光光度計(jì)，在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)(一般為最大吸收波長(zhǎng))下分別測(cè)定1.3.2中定容后的殘液及標(biāo)準(zhǔn)染液的光密度值.

1.5 數(shù)據(jù)處理與纖維飽和值的計(jì)算

以性能穩(wěn)定的亞甲基藍(lán)陽(yáng)離子染料(相對(duì)分子質(zhì)量為320)的精制品(純度≥98.0%)為測(cè)定用染料，按5檔不同的濃度在規(guī)定條件下對(duì)纖維進(jìn)行染色，以染料對(duì)纖維的上染百分率達(dá)90%作為飽和界限，計(jì)算100 g纖維上染的亞甲基藍(lán)的質(zhì)量，再換算成相對(duì)分子質(zhì)量為400的陽(yáng)離子染料孔雀綠的質(zhì)量，即為該纖維的染色飽和值Sf.

圖2 染色殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系Fig.2 The relationship between the amount of dye residuein the original amount of dye in the dye bath

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴和各檔濃度殘液的光密度值，根據(jù)式(1)計(jì)算殘液中染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維質(zhì)量的百分比.

(1)

式中：V為染色殘液加浮色洗滌液定容的體積,mL；ρ0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋前的質(zhì)量濃度,mg/L；E0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋后的光密度；n0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋倍數(shù)；E為殘液稀釋后的光密度；n為殘液稀釋倍數(shù)；m為陽(yáng)離子染料可染改性纖維的質(zhì)量,mg.

染色殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系見(jiàn)圖2.如圖2所示，以殘液中染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維質(zhì)量(%，owf)為橫坐標(biāo)，以染色前原始染浴中染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維質(zhì)量(%，owf)為縱坐標(biāo)，A線(xiàn)為從原點(diǎn)作斜率為10的直線(xiàn)，在該直線(xiàn)上任意一點(diǎn)的上染百分率均為90%，再根據(jù)從配制的不同染浴濃度殘液吸光度的測(cè)試結(jié)果找出直線(xiàn)A兩側(cè)相鄰的兩點(diǎn)作直線(xiàn)為B線(xiàn).直線(xiàn)A與直線(xiàn)B相交點(diǎn)D的縱坐標(biāo)Dy即為被測(cè)陽(yáng)離子染料可染改性纖維達(dá)到上染百分率為90%時(shí)染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維的質(zhì)量(%，owf)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的染色飽和時(shí)染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維的質(zhì)量(%，owf).按式(2)計(jì)算得陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf：

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同染料對(duì)陽(yáng)離子染料可染改性纖維染色飽和值的影響

按圖1的曲線(xiàn)升溫，分別以亞甲基藍(lán)與孔雀綠為染料進(jìn)行同一CDP短纖維的飽和值對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2和圖3.

表2 不同染料測(cè)試的CDP短纖維染色殘液中染料對(duì)纖維質(zhì)量Tab.2 Fiber weight of CDP staple fiber dyeing raffinate with different dyeing tests

圖3 不同染料飽和值的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 Correspondence between the different dye saturation value

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，孔雀綠及其代謝產(chǎn)物無(wú)色孔雀綠具有高毒素、高殘留、高致癌、高致畸和致突變等副作用.鑒于亞甲基藍(lán)較為常用且穩(wěn)定、易購(gòu)、毒性小，所以采用亞甲基藍(lán)為實(shí)驗(yàn)染料是合理的選擇.

2.2 不同品種短纖維對(duì)染料濃度的選擇及纖維染色飽和值的影響

2.2.1 CDP短纖維飽和值

在測(cè)試?yán)w維飽和值時(shí)，選用染料濃度(owf)應(yīng)為1%～10%，測(cè)試CDP短纖維時(shí)染料濃度選取了1%，2%，3%，4%，5%，6%和7%.以表3中Ⅰ企業(yè)為例，繪制殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系圖，如圖4所示.其中，直線(xiàn)A與直線(xiàn)B相交點(diǎn)D的縱坐標(biāo)Dy即為被測(cè)纖維達(dá)到90%的上染百分率時(shí)染料對(duì)纖維的質(zhì)量(%,owf)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的染色飽和時(shí)染料對(duì)纖維的質(zhì)量(%,owf)，按式(2)計(jì)算可得出陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf.

圖4 殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系Fig.4 The relationship between the amount of dye residue and the original amount of dye in the dye bath

表3 CDP(1.56 dtex×38 mm)纖維染色殘液中染料對(duì)纖維質(zhì)量Tab.3 Dye fiber weight of CDP (1.56 dtex × 38 mm) fiber dyeing raffinate

2.2.2 ECDP短纖維的飽和值測(cè)試

測(cè)試ECDP短纖維時(shí)，染料濃度(owf)為1%～10%，間隔1%，ECDP短纖維不同染料濃度的染色殘液中染料對(duì)纖維質(zhì)量如表4所示.以表4中Ⅰ企業(yè)為例，繪制殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系圖，如圖5所示.同2.2.1的計(jì)算方法，可得出陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf.

圖5 殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系Fig.5 The relationship between the amount of dye residue and the original amount of dye in the dye bath

表4 ECDP(1.56 dtex×38 mm)纖維染色殘液中染料對(duì)纖維質(zhì)量Tab.4 Dye fiber weight of ECDP (1.56 dtex × 38 mm) fiber dyeing raffinate

與2.2.1中CDP短纖維相比，ECDP的染色飽和值顯然大很多，這是因?yàn)镃DP是在常規(guī)PET聚合中加入了含有磺酸基團(tuán)的第三單體共聚改性所得的聚合物，陽(yáng)離子可染性得到了一定程度的改善；ECDP是在常規(guī)PET聚合中，在加入含有磺酸基團(tuán)的第三單體的同時(shí)加入了含有羧酸基團(tuán)或其他柔順性基團(tuán)的第四單體共聚改性所得的聚合物，不僅陽(yáng)離子的可染性得到了一定程度的改善，而且PET規(guī)整的結(jié)構(gòu)被破壞，染料更容易滲透，故ECDP短纖維可以常壓沸染，也被稱(chēng)為陽(yáng)離子易染纖維[7].

2.2.3 染料濃度的選擇

在測(cè)試?yán)w維飽和值時(shí)，染料濃度(owf)原則上為1%～10%.從表3、表4和圖4、圖5中可以看出，CDP短纖維的A，B兩線(xiàn)的交點(diǎn)值Dy較低，而ECDP較高.染料濃度(owf)為1%～4%時(shí)，ECDP短纖維殘液中染料對(duì)纖維質(zhì)量(owf)基本測(cè)不出，也就是說(shuō)染色性好、上染率很高，染料幾乎吸盡.因此，在測(cè)試CDP短纖維飽和值時(shí)染料濃度選擇1%，2%，3%，4%，5%即可，而在測(cè)試ECDP短纖維時(shí)染料濃度應(yīng)選擇5%，6%，7%，8%，9%[8].

表5 陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值SfTab.5 The dyeing saturation value(Sf) of cationic dyeable modified polyester

2.3 不同企業(yè)產(chǎn)品的染色飽和值

依據(jù)表3與表4的數(shù)據(jù)，按式(2)計(jì)算可得出不同企業(yè)生產(chǎn)CDP和ECDP短纖維的染色飽和值Sf，見(jiàn)表5.從中可以看出，不同企業(yè)生產(chǎn)的陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf不同，原因是不同企業(yè)生產(chǎn)的陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的生產(chǎn)工藝、裝備和共聚單體的加入量都會(huì)有所不同.

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同染料、不同品種和不同來(lái)源的陽(yáng)離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值測(cè)試結(jié)果的分析與比較可知：

(2)陽(yáng)離子染料可染滌綸(CDP)染色實(shí)驗(yàn)時(shí)染料的濃度應(yīng)選擇1%，2%，3%，4%，5%，而陽(yáng)離子染料易染滌綸(ECDP)染色實(shí)驗(yàn)時(shí)染料的濃度選擇5%，6%，7%，8%，9%較為適合.

(3)與CDP短纖維相比，ECDP的染色飽和值大很多，說(shuō)明其染色性能更好.

(4)不同企業(yè)生產(chǎn)的陽(yáng)離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf不同.

[1] 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).FZ/T 50019—2013陽(yáng)離子染料可染改性滌綸染色飽和值試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[2] 陽(yáng)段梅,張貴,皮建兵.陽(yáng)離子染料染改性滌綸的探討[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2015,44(4):38-41.

[3] 孫玉.陽(yáng)離子染料可染共聚酯的制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究[D].天津:天津工業(yè)大學(xué),2008．

[4] 李鵬剛,張斌.陽(yáng)離子染料可染滌綸纖維的染色工藝[J].化纖與紡織技術(shù),2011,40(1):1-5.

[5] 酒泉.陽(yáng)離子染料可染改性滌綸纖維染色的研究[J].染料與染色,2011,48(6):23-25.

[6] 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].合成纖維工業(yè),2015,38(2):71-74.

[7] 鄭夢(mèng)橋,穆萬(wàn)春.影響陽(yáng)離子染料可染滌綸染色飽和值測(cè)定的因素[J].合成纖維,2014,43(5):6-9.

[8] 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),2013,36(2):67-69.

The measurement and analysis of the dyeing properties of CDP and ECDP staple fibers

HAO Xiangshuai1,2，SHEN Guofeng3，F(xiàn)U Yifan1，ZHU Yi3，YIN Cuiyu1

(1.TianjinMunicipalKeyLaboratoryofAdvancedFiberandEnergyStorage，TianjinPolytechnicUniversity，
Tianjin300387，China;2.Instituteof(Products)QualitySupervisionandInspection，HepingDistrict，Tianjin300052，China;3.ZhejiangDonghuaFiberCo.，Ltd.，Yiwu311241，China)

CDP；ECDP；staple fibers；dyeing saturation value；dyeing properties

2016-06-07

郝相帥(1986-)，男，天津人，助理工程師，主要從事材料測(cè)試與檢驗(yàn)方面的研究.

尹翠玉(1962-)，女，河南鄭州人，教授，博士，主要從事改性與功能纖維方面的研究.E-mail：yincuiyu@tjpu.edu.cn.

TQ342.1

A

1674-330X(2016)04-0005-05