姚明鋒,李 青

（1.北京服裝學院,北京 100029;2.北京市服裝材料研究開發(fā)與評價重點實驗室,北京 100029）

研究探討

芳綸 /粘膠混紡織物在超臨界CO2中的染色研究

姚明鋒1,2,李 青1,2

（1.北京服裝學院,北京 100029;2.北京市服裝材料研究開發(fā)與評價重點實驗室,北京 100029）

文章對芳綸/粘膠混紡織物在經(jīng)過低溫等離子體和PEG-400處理后進行超臨界CO2染色。并研究了芳綸/粘膠混紡織物預處理前后在不同的溫度、壓力和時間下的染色性能。

芳綸/粘膠;超臨界CO2;低溫等離子體;PEG-400;K/S值;色牢度

超臨界CO2具有粘度低、密度大和擴散性高的特性,能很好地溶脹纖維,使染料進入纖維上染。同時,CO2作為染色介質(zhì),具有無毒、非可燃性,染色后不會殘留在纖維表面,上染速率快,勻染性和透染性好,價格低廉。超臨界CO2染色技術作為一種無水綠色工藝在近年來備受關注。

芳綸/粘膠混紡織物具有芳綸的難燃性、耐化學藥品性能和優(yōu)良力學性能的同時,又具有粘膠吸濕透氣的良好性能,目前得到廣泛應用。但是由于芳綸特殊的結構和較高的玻璃化溫度,染色困難,同時粘膠纖維中含有親水性基團,超臨界CO2不能攜帶染料進入到含有氫鍵交聯(lián)的纖維內(nèi)部進行上染,通過對織物改性,利用超臨界CO2對纖維有很好的溶脹性能和高滲透性,在一定程度上解決了這一問題。本研究通過低溫等離子體和PFG-400對織物進行處理,利用超臨界CO2染色技術,研究在不同染色條件下對芳綸/粘膠混紡織物的染色性能的影響,并且對染色后織物的摩擦牢度、阻燃性能等進行了測試分析。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

芳綸/粘膠織物（180 g/m2,芳綸1313 50%,粘膠50%,中紡海天）。

1.2 實驗藥品

分散藍79濾餅（杭州吉華化工有限公司）,聚乙二醇-400（PEG-400）,醚化2D樹脂（M 2D）,氯化鎂、檸檬酸。

1.3 實驗設備和儀器

超臨界CO2流體染色設備,低溫等離子體改性設備 HD-2型,電子分析天平（AR 5120）,ORNTEX測色配色系統(tǒng)（CM-3600D）,摩擦牢度儀。

1.4 實驗方法

工藝流程：等離子體處理→PEG-400處理→超臨界CO2染色

1.4.1 低溫等離子體處理織物

芳綸/粘膠混紡織物經(jīng)清洗,80℃烘干后放置于低溫等離子體改性設備中,抽真空至5 Pa,充入一定流量的N2達到所需壓強,按實驗條件處理織物。等離子體處理條件：壓強30 Pa,功率100 W,時間 3 min。

1.4.2 PEG-400處理織物

工藝條件與流程：

浸軋（PEG-400 25%,M 2D 5%,M gCl22%,檸檬酸2%,浴比 1：30,二浸二軋,軋余率 80%）→預烘（90℃,3 min）→焙烘（170℃,2.5 min）→放入干燥器中等待染色。

1.4.3 超臨界CO2染色

準確稱取一定量的分散藍79濾餅染料置于染料釜中,然后把剪裁好的布樣放入染色釜中,將染料釜和染色釜密封好,打開設備開關,加熱,加壓。當達到所需溫度和壓力時,關閉柱塞泵,開始循環(huán)染色。

1.4.4 耐洗實驗

在SW-12型耐洗色牢度實驗機上進行。

耐洗條件：洗衣粉2 g/L,純堿2 g/L,溫度40℃,時間15 min/次,浴比1∶30,織物經(jīng)洗凈晾干后,測定相關指標。

1.5 測試方法

1.5.1 表觀色澤深度（K/S值）

在ORIN TEX測色配色系統(tǒng)（CM-3600D）上,測定每個試樣的 K/S值,每個試樣取三個不同點進行測試,取其均值。

1.5.2 摩擦牢度

按照 GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度實驗耐摩擦色牢度》方法進行測試,用褪色灰色樣卡進行評定等級。

1.5.3 阻燃性能

按照 GB/T5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》方法進行測試。

1.5.4 耐高溫色牢度

把染色試樣放入180℃烘箱中處理30 min,取出冷卻至室溫。按照 GB/T250-2008《紡織品色牢度實驗評定變色用灰色樣卡》評定。

2 結果與討論

2.1 織物預處理對染色性能的影響

2.1.1 PEG-400處理對超臨界CO2染色性能的影響

芳綸/粘膠混紡織物中含有親水性基團,纖維分子鏈中含有大量羥基,超臨界CO2不能斷開纖維中足量的氫鍵,染料就不能向含有高度氫鍵交聯(lián)的粘膠纖維內(nèi)部擴散,又由于分散染料和粘膠纖維之間無親和力,染料很難上染,染色牢度差。因此織物染色前對其進行等離子改性和 PEG-400整理,提高了染料的上染量。

在溫度110℃下,對織物染色60 min,通過改變超臨界CO2染色系統(tǒng)的壓力,測定染色試樣的K/S值,其測試結果如表1所示。

表1 PEG-400處理對染色 K/S值的影響

由表1可知,PEG-400處理可明顯提高芳綸/粘膠混紡染色織物的 K/S值。這是由于聚乙二醇作為一種增塑劑、膨潤劑,在一定條件下形成不溶于水的纖維-聚合物三維網(wǎng)狀結構,可以將染料鑲嵌在孔隙中,產(chǎn)生封閉作用,能很大程度提高織物的染色性能,從而提高染料的上染量和纖維可染性。

2.1.2 醚化2D樹脂對超臨界CO2染色性能的影響

為了使得PEG-400整理效果有更好的耐久性,在整理液中加入醚化2D樹脂作為交聯(lián)劑,醚化樹脂在氯化鎂催化劑的作用下,可與PEG-400形成網(wǎng)狀的膜結構固著在纖維表面,在其它實驗條件相同的情況下（等離子處理和 PEG-400處理,染色溫度110℃,時間60 min,壓力25 M Pa）,其實驗結果如表2所示。

表2 醚化2D樹脂處理對織物染色效果的影響

由表2可知,經(jīng)醚化2D樹脂整理后的織物的染色深度增加,并且水洗牢度要好于未經(jīng)醚化樹脂整理過的織物,織物的摩擦牢度也有一定的提高,這說明經(jīng)醚化2D樹脂整理后,通過醚化2D樹脂和PEG-400在織物表面形成的交聯(lián)膜結構,有利于提高對織物的增深效果和耐久性。

試驗中加入的少量檸檬酸一方面調(diào)節(jié)了整理液的p H值,另一方面檸檬酸對織物的整理還能提高粘膠纖維與分散染料之間的親和性,從而利于染料分子的滲透,進一步提高染料上染量。

2.2 染色條件對染色性能影響

2.2.1 溫度對 K/S值的影響

在壓力為25 M Pa下,染色時間為60 m in,考察了不同溫度對處理前后的芳綸/粘膠混紡織物的 K/S值的影響,其結果如圖1所示。

從圖1中可見,溫度對芳綸/粘膠混紡織物處理前后的 K/S值有明顯的影響。在一定的溫度范圍內(nèi),芳綸/粘膠混紡織物樣品的 K/S值都會隨著溫度的升高而增加,經(jīng)過等離子體改性和PEG-400整理的織物染色效果明顯好于未經(jīng)處理的織物。在70℃時,織物的染料上染量較低,因為在溫度較低時,染料主要靠吸附留在纖維織物的表面,只有一小部分染料能夠進入纖維內(nèi)部,由于芳綸特殊的芳環(huán)結構,進入芳綸纖維內(nèi)部的染料就更少,所以染料不能很好的上染織物;在90～110℃之間,隨著溫度不斷升高使得纖維大分子鏈活動加劇而引起分子鏈段間孔隙尺寸增大,織物 K/S值增加較快。隨著溫度的升高,PEG-400的膨潤作用和超臨界CO2的增塑作用會更加明顯,此時染料分子通過這些微孔結構擴散到纖維內(nèi)部并且固著在纖維內(nèi)部,并且溫度的升高有利于染料向纖維內(nèi)部擴散,染料的上染主要發(fā)生在這個階段;當溫度高于110℃以后,織物 K/S值幾乎不再隨著溫度的增加而上升,這是因為纖維內(nèi)分子鏈段間孔隙基本上已經(jīng)被染料占據(jù),此時基本上達到了上染平衡,故在后續(xù)單因素試驗中,溫度選擇在110℃。

圖1 芳綸/粘膠混紡織物染色 K/S值與溫度的關系

圖2 芳綸/粘膠混紡織物染色 K/S值與壓力的關系

2.2.3 時間對 K/S值的影響

在壓力25 M pa下,染色溫度110℃,考察了不同時間對處理前后的芳綸/粘膠混紡織物 K/S值的影響,其結果如圖3所示。

圖3 芳綸/粘膠混紡織物染色 K/S值與時間的關系

2.2.2 壓力對 K/S值的影響

在溫度110℃下,染色時間為60 m in,考察了不同壓力對處理前后的芳綸/粘膠混紡織物 K/S值的影響,其結果如圖2所示。

從圖2中可以看出,壓力對織物 K/S值有顯著影響?？椢锏?K/S值隨壓力的升高而增加,經(jīng)過等離子體改性和 PEG-400整理的織物染色效果最好。在17 Mpa時,織物的 K/S值較低,此時染料的上染量較少,因為在溫度一定時,壓力越小對纖維的增塑作用越小,染料很難進入纖維內(nèi)部,隨著壓力升高,超臨界CO2的增塑作用不斷增大,染料更容易進入纖維內(nèi)部,并且隨著壓力的升高,染料在超臨界CO2中的溶解度也增加,更多的染料被超臨界CO2帶到纖維內(nèi)部,所以 K/S值不斷增加;在21～25 Mpa之間,CO2對織物有很好的增塑、溶脹作用,對染料有較大的溶解度,織物 K/S值增加速率較快;高于25 M pa后,K/S值基本上不隨壓力的升高而增大,故選擇25 M Pa為最佳染色壓力。

從圖3中可以看出,在10～40 min時間內(nèi),處理前后的織物染色有相近的 K/S值增長趨勢,經(jīng)過等離子體改性和 PEG-400整理的織物染色效果明顯;當染色時間大于40 min后,K/S值不再隨染色時間的延長而增大,由此可見,采用超臨界CO2染色相比常規(guī)水浴染色可以在較短的時間內(nèi)完成,織物的染色最佳時間為40 min。

2.3 染色牢度和阻燃性能測試

在110℃、25Mpa的條件下,染色 40 min,測定染色后織物的摩擦色牢度和耐高溫色牢度,其結果見表3。

表3 芳綸/粘膠混紡織物的染色牢度

由表3可以看出,經(jīng)過處理的織物的摩擦牢度優(yōu)于未經(jīng)處理的織物的牢度。在染色后芳綸/粘膠混紡織物有著很好的耐高溫色牢度。這是由于經(jīng)等離子處理后,纖維表面孔隙增多,更多的染料可以從溶脹的孔隙中進入纖維內(nèi)部,從而在一定程度上提高了織物的摩擦牢度;經(jīng)PEG-400處理后的織物,可以有效地將染料封閉在纖維內(nèi)部,所以通過對織物進行等離子體改性和 PEG-400整理,利于染料分子的滲透和上染,使得織物的摩擦牢度達到4級。

表4 芳綸/粘膠混紡織物的阻燃性能

從表4可以看出,處理前后與染色前后織物的續(xù)燃和陰燃時間均為0,織物的摧毀長度沒有明顯變化,經(jīng)過整理的試樣在染色前后都有很好的阻燃性能,說明超臨界CO2流體染色對芳綸/粘膠混紡織物的阻燃性能不會產(chǎn)生明顯影響。

3 結論

3.1 通過改性,芳綸/粘膠混紡織物可以在超臨界CO2中實現(xiàn)無水染色,并獲得良好的染色深度。

3.2 染色溫度、壓力和時間對分散藍79濾餅在超臨界CO2中上染芳綸/粘膠混紡織物有明顯的影響。

3.3 經(jīng)過等離子體改性和PEG-400整理的織物染色效果明顯,其在超臨界CO2中的最佳染色工藝為：溫度110℃,壓力25 M Pa,時間40 min。

3.4 等離子體改性和PEG-400整理可明顯提高織物的K/S值和摩擦牢度。染色后干摩擦牢度達到4級,濕摩擦牢度達到3級,耐高溫色牢度為4級;超臨界染色不會明顯影響芳綸/粘膠混紡織物的阻燃性能。

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Study on Dyeing Aram id/Viscose Fabric with Supercritical CO2

YAO M ing-feng1,2,L IQing1,2
（1.Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing 100029,China;2.Beijing Key Labo ratory of Clothing Material RD and Assessment,Beijing 100029,China）

A ramid/viscose blended spun fabric was dyed w ith supercritical CO2after being treated w ith low temperature p lasma and PEG-400.The dyeing p roperies befo re and after being theated in different temperature,p ressure and time condition were researched.

aramid/viscose;supercritical CO2;low temperature p lasma;PEG-400,K/S value;colour fastness

TS193.57

A

1009-3028（2010）06-0001-04

2010-10-12

北京市服裝材料研究開發(fā)與評價重點實驗室資助項目（2008ZK-03）;北京市人才強教計劃。

姚明鋒（1985-）,男,山東聊城人,碩士研究生。