高力份分散橙288液體染料制備、穩(wěn)定性及染色性能

胡會(huì)娜 石瑜博 朱亞偉 肖瀛洲

摘要： 高力份和穩(wěn)定的液體分散染料制備存在技術(shù)上的困難，為制備高力份和穩(wěn)定的分散橙288液體染料，文章研究了助劑對液體染料穩(wěn)定性的影響，比較了軋烘汽蒸工藝和浸染染色工藝對滌氨綸針織物染色性能的影響。結(jié)果表明：采用L229超支鏈聚合物能明顯提高分散橙288液體染料的穩(wěn)定性，優(yōu)于其余超支鏈聚合物（LD20、LD12、TS420）、乙二醇和甘油，分析了液體染料雙電層的穩(wěn)定機(jī)理。制備的分散橙288液體染料采用軋烘汽蒸工藝和浸染染色工藝都能獲得優(yōu)良的染色性，僅需要采用熱水洗的染色后處理工序，摩擦色牢度達(dá)4～5級及以上，是一種能免除傳統(tǒng)還原清洗的短流程染色工藝，采用軋烘汽蒸工藝，滌氨綸針織物的頂破強(qiáng)度損傷較小。

關(guān)鍵詞： 液體分散染料;滌氨綸針織物;穩(wěn)定性;染色;色牢度

中圖分類號(hào)： TS190.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2021）01000805

引用頁碼： 011102

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.01.002（篇序）

Preparation， stability and dyeing performance of high strength disperse orange 288 liquid dye

HU Huina1， SHI Yubo1， ZHU Yawei1， XIAO Yingzhou2

（1.College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China;2.Zhuji Yuezhou New Material Co.， Ltd.， Shaoxing 311803， China）

Abstract：

There are technical difficulties in the preparation of high-strength and stable liquid disperse dyes. In order to prepare high-strength and stable disperse orange 288 liquid dyes， the effect of auxiliaries on the stability of liquid dye was studied， and the effects of rolling， drying and steaming process and dip dyeing process on the dyeing performance of polyester spandex knitted fabric were compared. The results showed that the use of L229 hyperbranched polymer could significantly improve the stability of disperse orange 288 liquid dye， which was better than other hyperbranched polymers（LD20， LD12， TS420）， ethylene glycol and glycerin. The stability mechanism of double electric layer of liquid dye was analyzed. The prepared disperse orange 288 liquid dye could obtain excellent dyeing property by rolling， drying and steaming process and dip dyeing process. Only the post-treatment process of hot water washing was needed， and the friction color fastness reached Grade 4-5 and above. It is a short process dyeing process that could avoid reduction cleaning. The bursting strength of polyester and spandex knitted fabric was less damaged by rolling， drying and steaming process.

Key words：

liquid disperse dye; polyester spandex knitted fabric; stability; dyeing; color fastness

與粉末狀分散染料相比，液體分散染料在染料制造過程中可免除噴霧干燥，在染料應(yīng)用過程中無粉塵污染和計(jì)量準(zhǔn)確，以及廢水排放量低和廢水色度低等優(yōu)勢，是近幾年研究的熱點(diǎn)課題[1]。這是因?yàn)樵诜稚⑷玖现苽溥^程中，采用更少的高效表面活性劑替代了傳統(tǒng)陰離子分散劑（分散劑MF、CNF等），而過量的分散劑抑制了分散染料對聚酯纖維的上染和固著，增加了纖維表面的浮色，因此需要通過還原清洗工序來提高染色制品色牢度，加重了廢水排放量和廢水色度[2-3]。與粉末狀分散染料的高力份和優(yōu)良儲(chǔ)存穩(wěn)定性相比，液體分散染料存在力份低和易產(chǎn)生沉降的不足[4-6]。采用乳液/微乳液聚合法、溶劑法、高壓均質(zhì)法、超聲波法、機(jī)械研磨法等[7-9]，雖然能制備出納米級的液體分散染料，但高力份液體分散染料仍存在放置穩(wěn)定性較差的問題，在液體分散染料制備過程中助劑的選擇仍是十分重要和必要的[10]。

分散染料常用于滌氨綸針織物的間歇式浸染高溫染色工藝，存在干/濕摩擦色牢度較差的問題[11-12]。為提高滌氨綸針織物的染色牢度，可加入防氨綸沾色勻染劑，降低染料對氨綸的沾色[13];也可以加入高效還原清洗劑，提高對纖維上浮色染料的去除[14]。

分散橙288是重要的分散染料染色用染料，但高力份和穩(wěn)定的液體分散染料制備仍存在技術(shù)上的困難，容易出現(xiàn)難研磨和產(chǎn)生絮凝和沉降問題。本文試制了力份為340%的分散橙288液體染料，考察助劑對液體染料穩(wěn)定性的影響，并從液體染料雙電層原理分析了影響液體染料穩(wěn)定性的因素，比較了兩種染色工藝對滌氨綸針織物染色性及廢水色度的影響，這將對液體分散染料的推廣提供技術(shù)支撐。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：75 dtex×20 dtex，滌綸92%、氨綸8%的滌氨綸針織物（吳江和盛至美時(shí)裝面料有限公司）。

試劑：分散橙288原染料（江蘇亞邦染料股份有限公司），勻染劑MP（陰離子潤濕劑和滌用勻染劑復(fù)合物，諸暨市悅洲新型材料有限公司），乙二醇和甘油（市售），研磨劑PA（陰/非離子表面活性劑復(fù)合物）、流平劑L229（端羥基超支化聚酯）、中等聚合度LD20（苯乙烯丙烯酸共聚）、低聚合度LD12（苯乙烯丙烯酸共聚）和TS420（端羧基超支化聚酯）（蘇州常春藤進(jìn)出口有限公司），均為工業(yè)級。

儀器：EL-400型立式軋車（上海朗高紡織設(shè)備有限公司），M-7-24P染色小樣機(jī)（無錫博景印染機(jī)械有限公司），1L氧化鋯研磨裝置（自制），TGL-16G高速離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），YG（B）026G型電子織物強(qiáng)力機(jī)（溫州市大榮紡織儀器有限公司），Zetasizer Nano ZS90粒度儀（英國Malvern公司），Ultranscan-XE電腦測色配色儀（美國Hunter Lab公司），TU-1810可見光分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司），Model670摩擦色牢度儀（英國James H. & Heal公司），H-9500ETEM透射電鏡（日本日立公司）。

1.2 方 法

1.2.1 分散橙288液體染料制備

在氧化鋯研磨裝置中將46.75 g分散橙288干品原染料、14.03 g研磨劑PA、0.5 g防沉助劑和53.25 g水混合，研磨一定時(shí)間，經(jīng)過濾制得340%力份的分散橙288液體染料。防沉助劑分別為L229、LD20、LD12、TS420、乙二醇和甘油。

1.2.2 染色工藝

1）連續(xù)式軋烘汽蒸工藝：配制染液（5.0～20.0 g/L液體橙288，10.0 g/L勻染劑MP和余量水）→二浸二軋（帶液率85%）→烘干→高溫汽蒸（180 ℃，5 min）→熱水洗→烘干。

2）間歇式浸染高溫工藝：配制染液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～4.0%水基染料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%勻染劑MP和余量水，浴比1︰15）→升溫（2 ℃/min）→保溫（130 ℃×30 min）→降溫至60 ℃（3 ℃/min）→熱水洗→烘干。

3）熱水洗條件：溫度80 ℃，時(shí)間15 min，浴比1︰10。

1.3 性能測試

1.3.1 液體染料性能

在Zetasizer Nano ZS90粒度儀上測試液體分散橙288的平均粒徑D50（nm），分散指數(shù)PDI和Zeta電位（mV）。

在H-9500ETEM透射電鏡上觀察液體分散橙288的微觀形貌，分析染料顆粒與助劑結(jié)合形態(tài)。

采用TGL-16G高速離心機(jī)進(jìn)行離心試驗(yàn)，評價(jià)離心管上層和下層染料液的吸光度，考察液體分散橙288的穩(wěn)定性;離心試驗(yàn)條件為轉(zhuǎn)速4 000 r/min，時(shí)間15 min。

1.3.2 織物染色性能

在Ultranscan-XE電腦測色配色儀上測試K/S值，測試條件為D65光源，10°視角。布樣折疊為4層，測10次，取平均值。

在Model670摩擦色牢度儀上，按GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y試色牢度。

在TU-1810可見分光光度計(jì)上測試染色和水洗殘液吸光度。

1.3.3 頂破強(qiáng)度

在YG（B）026G型電子織物強(qiáng)力機(jī)上，按FZ/T 01030—2016《針織物和彈性機(jī)織物接縫強(qiáng)力和擴(kuò)張度的測定頂破法》測試頂破強(qiáng)度。測試條件為預(yù)加張力1 N，拉伸速度300 mm/min。測試5次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 助劑對分散橙288液體染料性能的影響

表1為6只助劑（L229、LD20、LD12、TS420、乙二醇和甘油）對分散橙288研磨時(shí)間、粒徑、PDI、Zeta電位和離心管上下層液體染料吸光度的影響。由表1可知，橙288原染料經(jīng)不同時(shí)間研磨，加入的6只助劑都能制備出粒徑和PDI值分別為68.6～465.4 nm和0.10～1.00的分散橙288液體染料。其中，L229和LD20的研磨效率較高，染料顆粒粒徑分布較均勻，粒徑和PDI值分別為68.6～122.0 nm和0.10～0.34，研磨時(shí)間較短（4.5～5.5 h）;其次為乙二醇、甘油和LD12，粒徑和PDI值分別為167.4～288.4 nm和0.24～0.63，研磨時(shí)間為7.0～8.0 h;TS420的研磨效率最低，染料粒徑較大且粒徑分布不均勻。除LD12和甘油的Zeta電位為正值外，其余4只助劑都具有較弱的負(fù)Zeta電位（-0.48～-1.68 mV）。5只助劑（TS420、乙二醇、LD12、LD20和甘油）上層和下層染料吸光度差值都高于0.80，即制備的分散橙288液體染料的離心穩(wěn)定性較差;其中，加入LD20下層染料吸光度值要低于上層吸光度，這是在離心過程中染料產(chǎn)生明顯的分層，染料相互聚集形成很硬的塊狀物，導(dǎo)致下層液中染料質(zhì)量濃度更低。加入L229，離心管上層和下層染料吸光度差值為0.17，說明制備的分散橙288液體染料具有優(yōu)異的離心穩(wěn)定性。

圖1為添加L229制備的分散橙288液體染料的透射電鏡圖。圖1（a）是根據(jù)染料的TEM透射電鏡圖建立的液體染料雙電層擴(kuò)散原理示意，顯示出研磨劑PA具有很強(qiáng)的溶劑化和分散能力，能完全包裹染料成球形;相鄰溶劑化染料球能發(fā)生相互作用形成兩個(gè)界面明顯的雙球，這是染料和助劑相互作用的結(jié)果;溶劑化染料球的內(nèi)核為染料納米聚集體，因研磨程度差異，其納米聚集體（包括部分染料聚集體與表面活性劑的相互作用）呈不同粒徑的變化，可用Stern電位來描述;染料納米聚集體外層吸附表面活性劑形成擴(kuò)散層，在擴(kuò)散層的外層存在著表面活性劑擴(kuò)散層和反離子區(qū)，形成Zeta電位;相鄰溶劑化染料球相互接近時(shí)，溶劑化染料球之間的相互作用形

成了雙電層交聯(lián)區(qū);交聯(lián)區(qū)內(nèi)染料聚集體的排斥力占優(yōu)勢時(shí)，相鄰染料球分開，提高了液體染料的穩(wěn)定性;反之，交聯(lián)區(qū)內(nèi)染料聚集體的吸引力占優(yōu)勢時(shí)，相鄰染料球呈聚集傾向，會(huì)壓縮擴(kuò)散層，引起滑動(dòng)層變薄，增加了染料聚集體之間的聚集，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生絮凝。圖1（b）顯示出溶劑化染料球形的粒徑約200～230 nm，且相鄰溶劑化染料球能發(fā)生相互作用形成兩個(gè)界面明顯的雙球;溶劑化雙球之間存在雙電層交聯(lián)和擠壓區(qū)，而L229的超支鏈樹枝狀支鏈分子能完全將溶劑化染料球包裹在樹枝支鏈分子內(nèi)，有效防止溶劑化染料球之間的相互作用。圖1（c）顯示出包裹溶劑化染料球的相互擠壓和聚集，因L229超支鏈分子的相互作用，阻止了染料與染料的相互聚集和團(tuán)聚，明顯提高了耐離心力的作用引起的染料顆粒之間的聚集，提高了液體分散染料的分散穩(wěn)定性。

因此，液體染料的穩(wěn)定性主要取決于下列因素：1）染料分子間的排斥力和吸引力的相互作用勢能直接影響到液體染料的穩(wěn)定性，染料分子間表現(xiàn)排斥力時(shí)有利于染料聚集分散體系的穩(wěn)定;反之，染料分子間的吸引力會(huì)加劇染料絮凝和聚沉。2）染料與助劑相互作用時(shí)形成的雙電層排斥力也是影響液體染料穩(wěn)定性的主要因素，當(dāng)溶劑化染料聚集體相互接近時(shí)，其雙電層排斥力越大，液體染料體系越穩(wěn)定;但當(dāng)液體染料質(zhì)量濃度較高時(shí)，因雙電層交聯(lián)區(qū)的染料聚集體的擠壓或交聯(lián)作用，會(huì)直接壓縮擴(kuò)散層的滑動(dòng)區(qū)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使滑動(dòng)區(qū)消失，增強(qiáng)了染料分子間的吸引力，加速引起染料聚集和沉降。3）在分散橙288液體染料中加入超支鏈樹枝狀的L229，因超支鏈樹枝狀高分子物的流變性和空間作用，能有效防止溶劑化染料聚集體的相互擠壓而引起的聚集，能制備出穩(wěn)定性優(yōu)異的納米級液體染料，本文采用該液體染料進(jìn)行染料性能分析。

2.2 分散橙288液體染料的染色性能

表2為滌氨綸針織物采用軋烘汽蒸工藝，不同質(zhì)量濃度分散橙288液體染料對熱水洗前后K/S值、摩擦色牢度和水洗殘液吸光度的影響。由表2可知，當(dāng)染料質(zhì)量濃度不高于10 g/L，橙288具有很好的K/S值提升性，如質(zhì)量濃度為10 g/L的熱水洗滌氨綸針織物K/S值是質(zhì)量濃度為5 g/L的2.6倍，增加了159.6%;繼續(xù)增加染料質(zhì)量濃度，K/S值增加幅度較小，如質(zhì)量濃度為20 g/L的熱水洗滌氨綸針織物K/S值僅比質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)增加了26.0%。與未熱水洗相比，經(jīng)熱水洗的K/S值稍有增加，這可能是熱水洗能很好地去除纖維表面的少量助劑和染料的原因;隨著染料質(zhì)量濃度增加，熱水洗殘液吸光度呈增加的變化，但水洗殘液吸光度較低，說明染料利用率較高，纖維表面染料浮色較少。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，滌氨綸針織物具有優(yōu)良的干態(tài)和濕態(tài)摩擦色牢度，經(jīng)熱水洗對提高干態(tài)摩擦色牢度是有益的，且高染料質(zhì)量濃度時(shí)其干/濕摩擦色牢度都達(dá)4～5級。這說明滌氨綸針織物采用軋烘汽蒸工藝，染料利用率較高，織物表面浮色較少，能獲得優(yōu)良的摩擦色牢度，且其后處理任務(wù)較輕，僅需要熱水洗工序，免除了還原清洗工序。

表3為滌氨綸針織物采用浸染高溫工藝，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)分散橙288液體染料對熱水洗前后K/S值、摩擦色牢度、染色殘液和水洗殘液吸光度的影響。由表3可知，當(dāng)染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～2.0%時(shí)，橙288具有很好的K/S值提升性，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的熱水洗滌氨綸針織物K/S值是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的2.2倍，增加了115.4%;繼續(xù)增加染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，K/S值增加幅度較小，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%的熱水洗滌氨綸針織物K/S值僅比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)增加了26.5%。隨著染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，染色殘液吸光度和熱水洗殘液吸光度呈增加變化，但殘液吸光度較小，觀察到殘液色度較淺，染料對纖維上染率較高。經(jīng)熱水洗織物的干/濕摩擦色牢度都達(dá)5級，當(dāng)染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，熱水洗能提高其干摩擦色牢度;這說明織物表面浮色較少，僅需要熱水洗工序，就能達(dá)到還原清洗的作用。

滌氨綸針織物的頂破強(qiáng)力測試表明，未經(jīng)染色織物、軋烘汽蒸工藝染色織物和浸染高溫工藝染色織物的頂破強(qiáng)力分別為1 147.9、1 111.9 N和1 041.8 N;與未經(jīng)染色滌氨綸針織物相比，軋烘汽蒸工藝染色織物的頂破強(qiáng)力下降了3.1%，浸染高溫工藝染色織物的頂破強(qiáng)力下降了9.2%。這說明采用180 ℃的汽蒸工藝，因加工時(shí)間較短，對氨綸纖維的強(qiáng)度損失較小;而采用130 ℃的浸染工藝，因加工時(shí)間較長，反而加大了對氨綸纖維的強(qiáng)度損失。與浸染工藝相比，汽蒸工藝的頂破強(qiáng)力降低較少。

3 結(jié) 論

采用合適的研磨技術(shù)能制備出滿足節(jié)能減排和市場需求的高力份液體分散染料。

1）在液體分散染料制備中添加L229超支鏈聚合物，能提高液體染料的分散穩(wěn)定性，能制備出力份達(dá)340%的分散橙288液體染料。

2）制備的分散橙288液體染料采用軋烘汽蒸工藝和浸染高溫工藝，具有優(yōu)良染色性、廢水色度低、色牢度優(yōu)異、后處理任務(wù)輕的優(yōu)勢，能有效降低廢水排放。

3）滌氨綸針織物的軋烘汽蒸工藝對織物頂破強(qiáng)力的影響較低，與浸染染色工藝相比，汽蒸工藝的頂破強(qiáng)力降低較少。

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