PHA/PET交織物染色性能研究*

廖杏梅，柳新江，沈永紅，王祥榮

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇蘇州 215021；2.湖州新南?？椩鞆S，浙江湖州313000)

聚羥基脂肪酸酯(PHA)是一類由3-羥基脂肪酸組成的線性高分子聚酯[1]，因其良好的生物特性和理化性能，被認(rèn)為是可替代部分石油基的材料。近幾年來，由于環(huán)保問題突出，PHA以其自身優(yōu)異性能吸引了眾多科研工作者的關(guān)注，在紡織領(lǐng)域的研究也逐漸深入[2-3]，通過共混改性等手段，形成了一系列PHA復(fù)合纖維[4-9]，也出現(xiàn)了PHA交織物的產(chǎn)品，如PHA/真絲交織物和PHA/PET交織物。由于分散染料既可以上染PHA纖維，也可以上染PET纖維[10-12]，因此使用分散染料對PHA/PET交織物進(jìn)行染色時(shí)，有必要提前了解分散染料對PHA/PET交織物中PHA纖維和PET纖維染色性能的差異性。

本實(shí)驗(yàn)以PHA/PET交織物為研究對象，探究了分散染料結(jié)構(gòu)、染色溫度、pH值對PHA/PET交織物染色性能的影響，比較了PHA/PET交織物中PHA纖維、PET纖維的染色差異性，為今后PHA/PET交織物染色過程中染料選擇，解決同色性、色光、色差等問題提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

織物：PHA/PET平紋交織物(經(jīng)向PET纖維，緯向PHA纖維，委托加工)

藥品：無水碳酸鈉、無水乙酸鈉、無水乙酸、丙酮(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，上述藥品均為分析純；精練劑(實(shí)驗(yàn)室自制)；實(shí)驗(yàn)用分散染料如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)用分散染料

儀器：紅外染樣機(jī)(無錫亞博紡織設(shè)備有限公司)；紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用有限公司)；分光測色儀(美國Hunter Lab公司)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)；數(shù)顯控溫水浴鍋(上海浦東新區(qū)電理儀器廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)織物前處理：加入精練劑、碳酸鈉，質(zhì)量濃度均為2 g/L，浴比1∶50，升溫至95 ℃后，放入PHA/PET交織物，保溫50 min后取出，熱水洗，冷水洗，晾干，放于干燥器內(nèi)備用。

(2)溫度敏感性實(shí)驗(yàn)：染料用量為2%(omf)，用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)染液pH值為5，浴比設(shè)為1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升溫至指定溫度，保溫40 min。染樣機(jī)轉(zhuǎn)速為46 r/min。染色完成后，取出織物水洗晾干，留用測試，并收集染色殘夜，測試上染百分率。

(3)pH值敏感性實(shí)驗(yàn)：染料用量為2%(omf)，用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)染液pH值至指定值，浴比設(shè)為1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升溫至100 ℃，保溫40 min。染色完成后，取出織物水洗晾干，留用測試，并收集染色殘夜，測試上染百分率。

(4)提升性實(shí)驗(yàn)：取不同用量的染料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)染液pH值為5，浴比設(shè)為1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升溫至100 ℃，保溫40 min。染色完成后，取出織物水洗晾干，留用測試。

1.3 測試方法

(1)上染百分率測試：分別取染色原液和染后殘夜10 mL，用丙酮定容至50 mL，搖勻。采用TU-1810紫外可見分光光度計(jì)測定染料原液吸光度A0和殘夜的吸光度A1，上染百分率采用式(1)計(jì)算。

(1)

式中：A0、A1分別為原液、殘液的吸光度。

(2)K/S值測試：先將染色后PHA/PET交織物的經(jīng)向與緯向拆開，分別測試PET纖維(經(jīng)向)和PHA纖維(緯向)的K/S值。將整理好的PHA纖維和PET纖維放入儀器所帶散纖維固定盒，采用UltraScan PRO型分光測色儀，在D65光源10°視角下測試4次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對PHA/PET交織物中兩種纖維K/S值的影響

按照1.2方法，分別在85、95、100、105、115 ℃下對PHA/PET交織物進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，結(jié)束后測試分散染料在PHA/PET交織物上的混合上染百分率及染后織物經(jīng)向(PET纖維)和緯向(PHA纖維)的表觀色深K/S值，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果見圖1、圖2和圖3。

圖1 染色溫度對PHA/PET交織物上染百分率的影響

圖2 染色溫度對PHA/PET交織物中的PHA纖維K/S值的影響

圖3 染色溫度對PHA/PET交織物中的PET纖維K/S值的影響

由圖1可知，隨著染色溫度的升高，PHA/PET交織物中兩種纖維的混合上染百分率逐漸增加，不同結(jié)構(gòu)的分散染料的變化趨勢一致。

圖2和圖3對比可知，對于分散藍(lán)56染料，染后PHA纖維K/S值隨著溫度的升高不斷減小，而染后PET纖維K/S值隨溫度的升高不斷增加，說明溫度較低時(shí)，染料先上染PHA纖維，隨著溫度逐漸升高，染料開始先上染PET纖維。其余10只染料，對于PHA纖維而言，在溫度較低時(shí)，隨著溫度的升高，染色后PHA纖維的K/S值逐漸增加，當(dāng)溫度超過100 ℃后，分散藍(lán)183、分散藍(lán)60、分散紅86三只染料染料染色后PHA纖維的K/S值隨著染色溫度的升高繼續(xù)升高，其余7只染料染色后PHA纖維的K/S值幾乎不再變化，染色達(dá)到飽和；對于PET纖維，隨著溫度的升高，染色后PET纖維的K/S值一直呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢；說明大部分染料優(yōu)先上染PHA纖維，后上染PET纖維。

2.2 pH值對PHA/PET交織物中兩種纖維K/S值的影響

按照1.2方法，分別在pH值為3、4、5、6的條件下對PHA/PET交織物進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，計(jì)算不同染料對PHA/PET交織物中兩種纖維的混合上染百分率，測量染色后織物緯向(PHA纖維)和經(jīng)向(PET纖維)的表觀色深K/S值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 pH值對PHA/PET交織物上染百分率的影響

圖5 pH值對PHA/PET交織物中的PHA纖維K/S值的影響

圖6 pH值對PHA/PET交織物中的PET纖維K/S值的影響

從圖4可知，染色pH值對PHA/PET交織物的上染百分率影響不大。由圖5和圖6對比可知，隨著pH值的增大，PHA/PET交織物中兩種纖維的K/S值稍有波動(dòng)；pH值對PET纖維K/S值的影響程度稍大于PHA纖維。

從分散染料結(jié)構(gòu)看，7只偶氮結(jié)構(gòu)分散染料染色后，PHA纖維的K/S值大于染色后PET纖維的K/S值，而對于大部分蒽醌結(jié)構(gòu)染料，染色后PHA纖維的K/S值小于染色后PET纖維的K/S值。

2.3 染料用量對PHA/PET交織物中兩種纖維K/S值的影響

按照1.2方法，選用11種不同結(jié)構(gòu)分散染料，分別在pH值為5、溫度為100 ℃的條件下對PHA/PET交織物進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，染色后織物測量緯向(PHA纖維)和經(jīng)向(PET纖維)的表觀色深K/S值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7和圖8。

圖7 染料用量對PHA/PET交織物中的PHA纖維K/S值的影響

圖8 染料用量對PHA/PET交織物中的PET纖維K/S值的影響

由圖7和圖8可知，分散染料在PET纖維上的提升性優(yōu)于在PHA纖維上的提升性。對于PHA纖維，分散藍(lán)56染料的提升性較佳；其余10只染料在染料用量超過2%(omf)后，染后纖維的K/S值幾乎不變，提升性較弱。對于PET纖維，分散紅152、分散藍(lán)183、分散藍(lán)60和分散紅86這4只染料的提升性較弱；其余7只染料隨著染料用量的增加，其在PET纖維上的K/S值隨之增大，提升性較好。

2.4 PHA/PET交織物中兩種纖維染色差異性比較

選取溫度100 ℃、pH值為5的染色條件對PHA/PET交織物進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，探究優(yōu)化工藝下交織物中兩種纖維的染色差異性，所得結(jié)果如表2和表3所示。

表2 分散染料對PHA/PET交織物中兩種纖維K/S值與最大吸收波長的影響

表3 分散染料對PHA/PET交織物中兩種纖維顏色特征值和色差的影響

表中K/S比值ΔK為K/S(PHA/PET交織物中的PHA纖維)與K/S(PHA/PET交織物中的PET纖維)之比；Δλ為最大吸收波長差值；ΔE為色差。

由表2可知，從K/S值角度來看，偶氮結(jié)構(gòu)的7只分散染料中，染色后兩種纖維的ΔK均大于1，可見偶氮結(jié)構(gòu)的分散染料在PHA纖維上的上染量大于在PET纖維上的上染量。蒽醌結(jié)構(gòu)的4只分散染料中，分散藍(lán)56和分散藍(lán)60這2只染料的ΔK小于1，說明這兩只染料在PET纖維上的上染量大于在PHA纖維上的上染量，而分散紅60和分散紅86這2只染料染后兩種纖維的ΔK大于1，分散紅60染料染色后PHA纖維和PET纖維的ΔK為1.02，說明用分散紅60染料染色后兩種纖維的染色同色性較好。因此選用ΔK接近1的分散紅60和分散藍(lán)183染料對PHA/PET交織物進(jìn)行染色，可獲得較好的同色性[13]。

色相與物質(zhì)吸收光譜中被吸收光的波長有關(guān)，吸收光波長變長，發(fā)生深色效應(yīng)，吸收光波長變短，則發(fā)生淺色效應(yīng)[14]。由表2可知，從最大吸收波長λmax的角度看，Δλ值大于10 nm的染料有分散紅167、分散藍(lán)183、分散藍(lán)56，說明用這3只染料染色后兩種纖維的色相角有較大差別，由此引起色光有一定的差別。Δλ值為0 nm的染料有分散藍(lán)79、分散紅152、分散藍(lán)60，其染色后兩種纖維的最大吸收波長沒有差別，說明選擇這3只染料染色后PHA纖維和PET纖維二者色相角一致，不會(huì)產(chǎn)生異色效果，具有較好的色光一致性[15]。

從表3可知，從色差的角度分析，使用分散紅167、分散藍(lán)79和分散紅86這3只分散染料對PHA/PET交織物染色后，PHA纖維和PET纖維的色差相對較大，ΔE超過了10；其他8只染料染色后兩種纖維的色差值在5.3～8.4之間，色差相對較小。不管是偶氮結(jié)構(gòu)染料還是蒽醌結(jié)構(gòu)染料，色差值均有大有小，染料的結(jié)構(gòu)和色差之間并無直接的聯(lián)系，選用色差較小的染料對PHA/PET交織物染色，可以獲得更好的染色同色性。

3 結(jié)論

(1)對于PHA/PET交織物中的兩種纖維，大部分染料先上染PHA纖維，后上染PET纖維，分散染料在PET纖維上的提升性優(yōu)于在PHA纖維上的提升性。

(2)從染料結(jié)構(gòu)來看，偶氮結(jié)構(gòu)分散染料在PHA纖維上的上染量大于在PET纖維上的上染量，用分散紅60染料染色后兩種纖維的K/S值相差最小，染色同色性最好。

(3)從色光角度看，分散藍(lán)79、分散紅152、分散藍(lán)60染料的Δλ值為0 nm，說明這3只染料染色后PHA纖維和PET纖維二者的色相角一致，具有較好的色光一致性。

(4)從色差的角度看，染料結(jié)構(gòu)和色差之間并無直接聯(lián)系，選用色差較小的分散橙29、分散紅152等染料對PHA/PET交織物染色，可獲得更好的同色性。