液體分散染料在改性聚酯纖維織物上的應用

任曉峰，楊新華，劉園園，汪 陽，胡勝超

（浙江恒逸石化研究院有限公司，浙江杭州 311209）

目前紡織印染工業(yè)仍然是高能耗、高污染產業(yè)，在可持續(xù)發(fā)展的綠色工業(yè)理念導向下，開發(fā)可以實現低排放的新型染料和染色工藝以及可以實現低能耗生產加工目標的化學纖維，是目前紡織印染行業(yè)的重要課題之一［1］。

液體分散染料是近幾年新開發(fā)的可以免水洗的分散染料，由于染料顆粒粒徑在亞納米級范圍，低于粉體分散染料的顆粒粒徑，有更好的分散性和滲透性，相比粉體分散染料具有更高的上染率、更低的污水COD 和更好的色牢度。目前各染料廠家研發(fā)的液體分散染料，由于分散劑的高溫穩(wěn)定性影響和部分非離子表面活性劑存在濁點的影響，一些液體分散染料在高溫染色時會出現色花和色點等疵點現象，影響液體分散染料的推廣應用。而常溫常壓染色方式更加適合毛滌類產品和滌錦、滌棉等混紡和交織產品，并且液體分散染料在常溫染色能夠避免高溫染色產生的疵點問題，從而得到更好的應用。

普通聚酯纖維大分子排列規(guī)則整齊，結晶度高，玻璃化轉變溫度和熔點都較高，常規(guī)高溫高壓法染色要在130 ℃以上進行，能耗高，產生大量廢水，廢水的COD 較高。隨著環(huán)保和節(jié)能減排的要求越來越嚴格，技術人員開始研發(fā)低溫改性聚酯，聚酯纖維的改性一般通過引入含間位或者鄰位苯環(huán)結構的二元酸、含柔性基團的脂肪族聚酯或者聚醚，在聚合時通過嵌段共聚和接枝共聚，在大分子鏈上引進柔性鏈段，使纖維的超分子結構更加疏松，無定形區(qū)增加，染料更加容易進入纖維內部，從而得到可以低溫染色的性能［2-3］。

本實驗優(yōu)選液體分散染料，與粉體分散染料進行染色性能對比，并在改性聚酯纖維上進行染色溫度、染色時間、pH 等的實驗，通過對上染率、染色牢度和殘液COD 的測定，優(yōu)化改性聚酯纖維的染色工藝，使常壓染色即可達到較高的上染率，同時又降低了污水的COD 排放，進而獲得優(yōu)異的色牢度，還能避免液體分散染料在高溫高壓時出現團聚現象，確定該工藝更加適合改性聚酯纖維的染色，使液體分散染料得到更廣泛的推廣應用。

1 實驗

1.1 材料

液體分散染料橙MX-2G、紅玉MX-2GN、藏青MX-GN［菲諾染料化工（無錫）有限公司］，粉體分散染料橙S-4RL、紅玉S-5BL、藏青S-3BG（上海七彩云電子商務有限公司），去油劑、純堿、保險粉、冰醋酸，N,N-二甲基甲酰胺（西隴化工股份有限公司），低溫改性聚酯纖維（浙江恒逸石化研究院有限公司）。

1.2 儀器

MS3000 激光粒度分析儀、ECO-18S 紅外小樣染色機（廈門瑞比精密機械有限公司），SW-12A 耐洗色牢度試驗機（溫州方圓儀器有限公司），Y571B 摩擦色牢度儀［米恩檢測儀器（上海）有限公司］，電子天平（賽多利斯儀器有限公司），鼓風干燥箱（上?；厶﹥x器制造有限公司），pH 計（奧豪斯儀器常州有限公司），DSC4000 差示掃描量熱儀（PerkinElmer 公司），水質分析儀（北京連華永興科技發(fā)展有限公司），KU483 襪帶針織機（無錫市振榮針紡機械有限公司），UV2600 紫外-可見分光光度儀［島津儀器（蘇州）有限公司］。

1.3 實驗方法

1.3.1 前處理

染色前要去除纖維上的油劑和織造帶入的雜質，前處理工藝配方為：去油劑2 g/L，純堿1 g/L，溫度80 ℃，時間30 min，浴比1∶20。

1.3.2 染色

實驗1：液體分散染料和粉體分散染料以不同溫度染色時，測試在改性聚酯纖維上的上染率。具體工藝配方為：染料用量2%（omf），溫度80～130 ℃，時間40 min，pH 5.5，浴比1∶20。

實驗2：液體分散染料在100 ℃上染改性聚酯纖維時，測試染色時間和染色pH 對上染率的影響。具體工藝配方為：染料用量2%（omf），溫度100 ℃，時間20～50 min，pH 4～7，浴比1∶20。

1.3.3 后處理

分散染料在染中深色時，為了提高色牢度，要進行還原清洗。具體工藝配方為：純堿1 g/L，保險粉2 g/L，溫度75 ℃，時間20 min，浴比1∶20。

1.3.4 烘干

清洗后脫水，并在鼓風干燥箱內50 ℃烘干，用于檢測色牢度。

1.4 測試

1.4.1 粒徑

先將液體分散染料和粉體分散染料分別按照5 g/L 配制成水溶液，取樣5 mL 稀釋100 倍后，按照儀器操作標準在激光粒度分析儀上測量，讀取D90的數據，同一個樣品測試3次，取平均值。

1.4.2 DSC

稱取5.5 mg 樣品，待設備準備工作完成后，以50 ℃/min 快速升溫至280 ℃，保持3 min，以10 ℃/min降溫至30 ℃，再以10 ℃/min 升溫至280 ℃，讀取待測樣的玻璃化轉變溫度和熔點數據并繪制曲線圖。

1.4.3 上染率

染色結束后，在還原清洗前先將織物用蒸餾水洗凈（少量多次），洗滌液與殘液一起倒入容量瓶中，按1∶1 體積比加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液，使分散在水中的染料溶解到DMF 溶液中，再用DMF溶液稀釋［V（水）∶V（DMF）=1∶1］，直到符合用紫外-可見分光光度儀檢測的濃度范圍，測量染色殘液在染料最大吸收波長處的吸光度，以同樣的方法測量已知染液空白液的吸光度［4-5］。

當光程長一定時，吸光度與溶液濃度成正比，故同一種物質的溶液，在以質量濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標時可以繪制該物質的標準曲線。當體積一定時，根據吸光度即可以計算染料的量。根據下列公式計算上染率：

式中：Nx為染色殘液的稀釋倍數；Ax為染色殘液的吸光度；N0為染色空白液的稀釋倍數；A0為染色空白液的吸光度。

1.4.4 色牢度

耐皂洗色牢度：參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》，在耐皂洗色牢度試驗機上進行檢測，鼓風干燥機50 ℃烘干，在標準光源箱中按照判色灰卡評級。

耐摩擦色牢度：參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》，在耐摩擦色牢度儀上檢測，濕摩擦檢測布經鼓風干燥機50 ℃烘干，在標準光源箱中按照判色灰卡評級。

1.4.5 染色殘液COD

采用重鉻酸鉀氧化法進行檢測。取過量的重鉻酸鉀溶液，180 ℃加熱10 min 氧化定量的殘液，采用水質分析儀檢測三價鉻的吸光度，按照朗伯-比爾定律系統(tǒng)自動計算COD［6］。

2 結果與討論

2.1 分散染料粒徑

由表1 可以看出，液體分散染料的粒徑為0.4～0.7 μm，粉體分散染料的粒徑為2～4 μm，分散染料在水中以顆粒狀態(tài)存在，染色時，在溫度的作用下，染料顆粒運動動能增大，不斷變小至分子狀態(tài)，擴散到聚酯纖維內部，所以染料顆粒越小越容易上染。

表1 液體分散染料與粉體分散染料的粒徑對比

2.2 低溫改性聚酯的熱性能

聚酯纖維的熱性能對染色有重要影響，同類纖維不同批次會略有差異。由圖1 和表2 可知，改性聚酯的玻璃化轉變溫度要低于常規(guī)聚酯。玻璃化轉變溫度降低導致分子鏈的柔順性變好，分子的熱運動加快，分子間空隙增大，從而導致染料分子更容易滲透進入聚酯織物內部，所以改性劑的加入可以降低聚酯纖維織物的染色溫度，提高分散染料對聚酯纖維織物的上染率［7-8］。

圖1 試樣的DSC 曲線

表2 試樣的DSC 數據

2.3 分散染料上染改性聚酯纖維

液體橙MX-2G、液體紅玉MX-2GN、液體藏青MX-GN 和對應的粉體橙S-4RL、粉體紅玉S-5BL、粉體藏青S-3BG 是常用的同類型同結構的染料，不同之處在于粒徑和分散劑種類。由圖2 可以看出，在相同的染色溫度條件下，液體分散染料的上染率都高于粉體分散染料，上染率都隨著溫度的升高而提高；100 ℃時，粉體分散染料的上染率在85%左右，而液體分散染料的上染率達到95%及以上，接近粉體分散染料高溫高壓染色的上染率，所以液體分散染料上染改性聚酯可以實現常壓染色。

圖2 液體分散染料和粉體分散染料對改性聚酯纖維的上染率

2.4 100 ℃常壓染色時影響上染率的因素

2.4.1 時間

液體分散染料在不同保溫時間下的上染率見圖3。

圖3 液體分散染料在不同保溫時間下的上染率

由圖3 可知，在保溫30 min 時，上染率已經達到95%左右，分散染料按照染色深度染色保溫時間一般控制在20～60 min，一般在達到上染平衡時適當延長保溫時間有助于分散染料的勻染，本實驗染色深度為2%，故確定保溫時間為40 min。

2.4.2 pH

受染料結構和性能的影響，分散染料染色需要在弱酸性條件下進行，才能保證染料的染色穩(wěn)定性和色光的一致性。由圖4 可知，3 種染料在pH 為5 和6時上染率比較接近，都達到95%左右，而pH 在4 和7時都會對上染率和色光造成一定的影響，故染色pH確定在5.5左右。

圖4 液體分散染料在不同染色pH 下的上染率

2.5 色牢度

由表3 可以看出，經過后處理還原清洗后，檢測耐摩擦以及耐皂洗色牢度都達到4～5 級，液體分散染料由于上染率高，織物表面浮色少，容易清洗，并且能夠達到和粉體分散染料染色相一致的色牢度水平。

表3 分散染料染色試樣的色牢度

2.6 染色殘液COD

由表4 可以看出，液體分散染料的殘液COD 是粉體分散染料殘液的60%～70%，染色工廠的COD 主要源于前處理退漿、染色殘液和后處理工藝過程，而染色殘液COD 的降低會使染色后水洗等工藝的COD 排放減少，所以在染色過程中減少COD 的排放非常重要。

表4 分散染料染色殘液的COD

3 結論

（1）液體分散染料由于粒徑小，更容易上染改性聚酯，在100 ℃染色時，上染率在95%以上，高于粉體分散染料染色，可以實現常壓染色。

（2）液體分散染料在常壓上染改性聚酯時，優(yōu)化染色工藝條件為：染料用量2%，溫度100 ℃，時間40 min，染色pH 5.5。

（3）經還原清洗后的改性聚酯，耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均可以達到4～5級。

（4）液體分散染料在常壓上染改性聚酯時，殘液COD 低，能夠減少污水排放，更加環(huán)保。