蒲冬潔，繆華麗，陳雅君，劉今強(qiáng)

(浙江理工大學(xué)a.材料與紡織學(xué)院;b.生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心;c.先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310018)

十甲基環(huán)五硅氧烷(Decame thylcyclo pentasiloxane，簡(jiǎn)稱D5)是一種無(wú)色無(wú)嗅易揮發(fā)無(wú)油性的液體環(huán)狀硅氧烷，可以作為基礎(chǔ)物質(zhì)或者載體，化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示[1-3]。研究表明，90%的D5會(huì)在使用中或者使用后逸散進(jìn)入大氣，且很快分解成對(duì)環(huán)境無(wú)害的物質(zhì)，目前已被廣泛用在化妝品和人體護(hù)理產(chǎn)品中[4-5]，并且在干洗領(lǐng)域作為洗滌介質(zhì)得到應(yīng)用[5]。

圖1 D5的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemicalstructure of D5

近年來(lái)，繆華麗等[6-7]報(bào)道了活性染料、分散染料以D5為介質(zhì)的染色技術(shù)研究，認(rèn)為D5作為介質(zhì)的染色，節(jié)水節(jié)能，減少污染，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。本研究用D5為介質(zhì)，進(jìn)行了D5中酸性染料對(duì)蠶絲纖維染色的試驗(yàn)。

傳統(tǒng)的蠶絲酸性染料染色工藝以水為介質(zhì)，整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生大量染色廢水，對(duì)環(huán)境造成污染。采用D5染色技術(shù)，可顯著減少染色用水，達(dá)到有效減少?gòu)U水排放量、降低污染的目標(biāo)。D5與水不相容，且易于回收。本試驗(yàn)對(duì)染色中各種因素進(jìn)行分析，并優(yōu)化工藝參數(shù)，以期初步建立蠶絲的酸性染料/D5染色體系，開(kāi)發(fā)新的染色技術(shù)。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:真絲織物02雙縐(平方米質(zhì)量65.72g/m2，浙江華泰絲綢有限公司)，弱酸性紅RS(成品染料，德國(guó)巴斯夫公司)，D5(工業(yè)級(jí)，GE Toshiba Silicones公司)，冰醋酸(分析純，杭州高晶精細(xì)化工有限公司)，去離子水。

儀器:RY-25016III型高溫高壓紅外染色機(jī)(杭州三錦科技有限公司)，Datacolor SF 600X電腦測(cè)色配色儀(美國(guó) Datacolor公司)，AB104-N型分析天平(梅特勒—托利多上海有限公司)，22PC型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司)，DSHZ-300A型旋轉(zhuǎn)式恒溫振蕩器(太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠)，QM-ISPO4型行星式球磨機(jī)(南京大學(xué)儀器廠)。

1.2 方 法

1.2.1 酸性染料/D5懸浮體系

酸性染料/D5懸浮體系的制備工藝:向球磨罐中加入弱酸性紅RS(1g)、D5介質(zhì)(20mL)、分散劑油酸(15%，相對(duì)染料質(zhì)量)、球磨珠(90g)，置于行星式球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨速度600 r/min，球磨3 h，得高濃度酸性染料/D5懸浮漿;將球磨所得高濃度酸性染料/D5懸浮漿轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶，加D5介質(zhì)進(jìn)行定容，攪拌、搖勻形成染料/D5懸浮體系。

以D5代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水為介質(zhì)進(jìn)行非水介質(zhì)染色。染色絲綢試樣質(zhì)量(0.5g±0.01g)，浸軋清水，以一定帶液率入染，控制染料相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，浴比(織物質(zhì)量∶D5質(zhì)量)為1︰10～1︰60，不加任何助劑，按圖2所示流程進(jìn)行染色。染色時(shí)，染料通過(guò)與織物的頻繁碰撞而逐漸溶解于織物表面的水膜中而在纖維上發(fā)生吸附，進(jìn)而通過(guò)擴(kuò)散滲透完成上染過(guò)程[8]。

圖2 D5染色基本工藝流程Fig.2 Basic technological process of dyeing with D5

固色條件:固色劑(實(shí)驗(yàn)室提供)4g/L，醋酸1mL/L，溫度60 ℃，時(shí)間10min，浴比1︰50。

1.2.2 常規(guī)水浴染色

為了對(duì)比，試驗(yàn)中也同時(shí)進(jìn)行常規(guī)水浴的染色實(shí)驗(yàn)，其工藝條件和流程如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)水浴染色基本工藝流程Fig.3 Basic technological process of traditional dyeing with water bath

傳統(tǒng)酸性染料染色條件為:蠶絲織物0.5g，染料相對(duì)于織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，溫度90℃，保溫時(shí)間60min，36% 醋酸1mL/L，浴比1︰30，固色處理，水洗，晾干。

1.3 染色工藝的優(yōu)選

1.3.1 帶液率的優(yōu)選

懸浮體系染色時(shí)，織物須預(yù)先浸軋清水，這是本染色方法成功的關(guān)鍵。試驗(yàn)采用浸軋方式，通過(guò)對(duì)織物稱重和調(diào)整壓輥壓力的方法，來(lái)獲得不同的帶液率。

選擇不同帶液率(100%、120%、140%、160%、180%、200%、220%、240%)進(jìn)行染色，其他工藝參數(shù)初步定為:染料相對(duì)于織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、溫度90℃、保溫時(shí)間30min、浴比(對(duì)D5)1︰40，以染色后織物的勻染性和K/S值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出合適的帶液率。

1.3.2 染色保溫時(shí)間t、溫度T的優(yōu)選

在1.3.1所優(yōu)選出的帶液率的基礎(chǔ)上，選擇不同保溫時(shí)間(10、20、30、40、50、60 min)、不同染色溫度(60、70、80、90、100 ℃)進(jìn)行染色，以染色后織物的勻染性和K/S值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出合適的保溫時(shí)間、溫度。

1.3.3 浴比的優(yōu)選

在1.3.1、1.3.2 所優(yōu)選出的帶液率、染色保溫時(shí)間、溫度的基礎(chǔ)上，選擇不同浴比(1︰10、1︰20、1︰30、1︰40、1︰50、1︰60)進(jìn)行染色，以染色后織物的勻染性和K/S值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出合適的浴比。

染色工藝確定后，對(duì)織物選擇不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1%～6%)的染料在紅外染色機(jī)中進(jìn)行染色。

1.4 染色性能測(cè)試

1.4.1 上染率的測(cè)定

分別測(cè)定D5染色及常規(guī)水浴染色染色前后染液的吸光度，其中D5染色殘液中的染料用去離子水萃取，定容后測(cè)量其吸光度。根據(jù)式(1)計(jì)算上染率。

式中:A0為染色前染液的吸光度;A1為染色后殘液的吸光度。

1.4.2 K/S 值的測(cè)定

用Datacolor SF 600X電腦測(cè)色配色儀測(cè)試織物的K/S值。使用測(cè)配色儀時(shí)，采用D65光源，10°視角，織物折成4層進(jìn)行測(cè)試，試樣至少測(cè)4次求平均值。

1.4.3 勻染性的測(cè)定

染色品勻染性通過(guò)人眼在D65光源下直接觀察測(cè)定，并對(duì)勻染性進(jìn)行評(píng)級(jí)。

1.4.4 色牢度的測(cè)定

摩擦色牢度按GB/T 3920—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定;耐洗色牢度按GB/T 3921.3—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度:試驗(yàn)1》測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 帶液率對(duì)染色試樣K/S值和勻染性的影響

采用1.3.1中所述方法，對(duì)具有不同的帶液率的試樣進(jìn)行染色試驗(yàn)，測(cè)定所染布樣的K/S值及染色均勻性，結(jié)果見(jiàn)圖4和表1。

圖4 帶液率對(duì)D5染色真絲織物K/S值的影響Fig.4 Effect of liquid rate on K/S value ofsilk fabrics dyed with D5

表1 帶液率對(duì)D5染色真絲織物勻染性的影響Tab.1 Effect of liquid rate on levelling property ofsilk fabrics dyed with D5

從圖4數(shù)據(jù)和表1結(jié)果可以看出，隨著帶液率的增大，織物K/S值逐漸增大，勻染性提高;帶液率達(dá)到160% 時(shí)，K/S值和染色勻染情況都趨于穩(wěn)定，隨著帶液率的增加，K/S值基本不再增加，染色均勻性已經(jīng)很好。分析表明，在D5染色體系中，帶液率對(duì)K/S值的影響較小，而對(duì)勻染性則有重要意義。帶液率越高，勻染性越好，但綜合考慮勻染性和K/S值，并盡量減少水的用量，將最佳帶液率確定為160%。

2.2 染色時(shí)間對(duì)染色試樣K/S值的影響

采用1.2中所述方法，選擇不同染色時(shí)間對(duì)試樣進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，其他相同染色條件為:帶液率160%，浴比1︰40，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，染色溫度90℃;測(cè)定所染布樣的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 染色時(shí)間對(duì)D5染色真絲織物K/S值的影響Fig.5 Effect of dyeing time on K/S value ofsilk fabrics dyed with D5

從圖5可以看出，在其他染色條件相同情況下，真絲織物染色樣的K/S值隨染色時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，染色保溫時(shí)間達(dá)到30 min后，K/S值基本保持穩(wěn)定。本試驗(yàn)中，織物入染時(shí)會(huì)帶入少量的水，由于水與D5不相容，故會(huì)在織物表面形成一層薄薄的水膜;酸性染料為水溶性染料，幾乎不溶解于D5，故在染液循環(huán)過(guò)程中，懸浮體系中的染料顆粒不斷與織物發(fā)生碰撞，每次碰撞都有單分子染料脫離染料顆粒而溶解進(jìn)入織物表面的水膜中，最終，絕大多數(shù)的染料都會(huì)從D5中轉(zhuǎn)移到織物表面。這種染料從D5介質(zhì)向織物表面水膜的運(yùn)動(dòng)是單向的(類(lèi)似于萃取過(guò)程)，也是此染色方法在不加醋酸情況下就可以獲得很高上染率的關(guān)鍵。當(dāng)染料溶解于織物表面的水膜后，通過(guò)擴(kuò)散滲透，上染蠶絲纖維，此階段上染機(jī)理與水浴相同。綜合考慮染色效率和K/S值，染色保溫時(shí)間選30min為佳。

2.3 染色溫度對(duì)染色試樣K/S值的影響

采用1.2中所述方法，選擇不同染色溫度對(duì)試樣進(jìn)行染色試驗(yàn)，其他相同染色條件為:帶液率160%，浴比 1︰40，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%，染色時(shí)間30min;測(cè)定所染布樣的K/S值，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 染色溫度對(duì)D5染色真絲織物K/S值的影響Fig.6 Effect of dyeing temperature on K/S value ofsilk fabrics dyed with D5

由圖6可知，染色初始階段，所染布樣的K/S值隨染色溫度的升高而逐漸增大;但達(dá)到一定溫度后K/S值有所降低，這可能是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，水分子運(yùn)動(dòng)加劇，少量的水從織物表面脫離進(jìn)入到懸浮體系中，同時(shí)將少量的染料帶離織物表面，使染料利用率下降，宏觀表現(xiàn)為染色楊K/S值稍有降低。而且100℃下溫度過(guò)高，長(zhǎng)時(shí)間染色會(huì)使蠶絲受損傷，影響絲綢的光澤。綜上所述，染色溫度應(yīng)選為90℃左右。

2.4 浴比對(duì)染色試樣勻染性的影響

采用1.3.3中所述方法，選擇不同浴比對(duì)試樣進(jìn)行染色試驗(yàn)，其他染色條件為:帶液率160%，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，染色時(shí)間30 min，染色溫度90℃;在只改變?cè)”鹊那闆r下，染色織物勻染性與染色溫度的關(guān)系，評(píng)價(jià)所染布樣的勻染性，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 浴比對(duì)D5染色真絲織物勻染性的影響Tab.2 Effect of bath ratio on levelling property ofsilk fabrics dyed with D5

由表2可以看出，當(dāng)浴比小于1︰40時(shí)，染色試樣勻染性不高，浴比大于1︰40時(shí)，試樣勻染情況顯著改善。在本研究中，染色介質(zhì)為D5，浴比直接由織物和D5的量決定。由于蠶絲織物質(zhì)地輕薄，當(dāng)染色浴比過(guò)小時(shí)，染液不易將被染織物均勻浸沒(méi)，在染液循環(huán)過(guò)程中部分織物會(huì)漂浮在染液液面上，造成染料吸附速率或上染速率不均勻，導(dǎo)致染色不勻。綜合考慮勻染性等因素，將最佳染色浴比確定為1︰40。

2.5 D5染色和常規(guī)水浴染色的比較

2.5.1 不同染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)、上染率的比較

為更全面地了解懸浮體系染色這種全新的染色方法，在優(yōu)選的最佳工藝基礎(chǔ)上，對(duì)織物選擇不同染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1% ～6%，相對(duì)于織物)在紅外染色機(jī)中進(jìn)行染色，并與常規(guī)水浴染色加以比較，結(jié)果如圖7所示。

圖7 D5染色、常規(guī)水浴染色上染百分率和染色K/S值的比較Fig.7 Comparison of dye uptake and K/S value of dyeing with D5 and conventional dyeing with water bath

從圖7可以看出，不同染料濃度下，D5染色與傳統(tǒng)水浴染色染料的上染百分率均很高，且兩者總體相差很小。以上結(jié)果說(shuō)明，以D5為介質(zhì)的弱酸性染料在不加醋酸的情況下對(duì)真絲染色30 min的染色效果已基本達(dá)到常規(guī)水浴加醋酸染色60min的染色效果。D5染色優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了酸性染料的少水染色，并且在不加醋酸的條件下就達(dá)到了傳統(tǒng)水浴染色添加醋酸時(shí)的上染率(醋酸起促染作用)。

試驗(yàn)結(jié)果還表明，在較高染料濃度染色時(shí)，相比于常規(guī)水浴染色，D5染色中染料利用率更大，上染百分率也更高，更有優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)镈5染色過(guò)程中，染料從D5介質(zhì)向織物表面水膜的運(yùn)動(dòng)是單向的，染料在D5與水中并不存在分配關(guān)系，無(wú)分配平衡問(wèn)題，這是此染色方法在不加醋酸情況下就可以獲得很高上染率的關(guān)鍵;而常規(guī)水浴染色則存在染料在介質(zhì)(水)與纖維之間的分配問(wèn)題，致使高染料濃度時(shí)，染料利用率降低，殘留染料量增加。

2.5.2 染色試樣的K/S值比較

由圖7可以看出，D5染色、常規(guī)水浴染色所染織物K/S值均隨著染料濃度的增加而增大，而且K/S值相差很小，基本一致。以上結(jié)果說(shuō)明，以D5為介質(zhì)的弱酸性染料對(duì)真絲織物染色30min的染色效果已基本達(dá)到常規(guī)水浴染色60min的染色效果。

2.6 染色試樣色牢度評(píng)價(jià)

將D5染色與常規(guī)水浴染色織物干、濕摩擦色牢度、耐水洗色牢度比較，結(jié)果如表3所示。

表3 D5染色與常規(guī)水浴染色織物干、濕摩擦色牢度、耐水洗色牢度比較Tab.3 Comparison of color fastness to dry friction，wet friction and washing of fabrics dyed with D5 and conventional water bath

表3表明，在染料濃度、固色處理?xiàng)l件相同的情況下，D5染色織物各項(xiàng)牢度均較好，與常規(guī)水浴染色效果相差不大。說(shuō)明，以D5為介質(zhì)的弱酸性染料在不加醋酸的條件下對(duì)真絲染色30min的染色效果已基本達(dá)到常規(guī)水浴加醋酸染色60min的染色效果。此外，D5染色體系染色過(guò)程中用水量非常少，極大地節(jié)約了水資源，減少了廢液排放，且D5可以循環(huán)使用，因此D5非水介質(zhì)染色更為環(huán)保，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)論

1)采用十甲基環(huán)五硅氧烷(D5)代替水作為染色介質(zhì)對(duì)蠶絲纖維進(jìn)行弱酸性染料染色，在不加醋酸的條件下保溫30min的染色效果已基本達(dá)到常規(guī)水浴加醋酸染色60 min的染色效果;較高染料濃度染色時(shí)，D5染色對(duì)染料的利用率更高，即獲得相同的上染百分率D5染色而節(jié)約染料用量。

2)D5染色體系中，織物只需以一定的帶液率入染，節(jié)約了大量水資源，并極大地降低了污水排放。

3)縮短了染色保溫時(shí)間，在一定程度上提高了染色效率，并降低了能耗，符合生態(tài)染整節(jié)能減排的要求。

4)前期試驗(yàn)優(yōu)化的D5染色體系工藝為:弱酸性染料相對(duì)于織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，浴比1︰40，帶液率160%，溫度90℃，染色時(shí)間30min。

[1]CHANDRAMOULI B，KAMENS R M.The photochemical formation andgas-particle partitioning of oxidation products of decamethylcyclopentasiloxane and decamethyltetrasiloxane in the atmosphere[J].Atmospheric Environment，2001，35(1):87-95.

[2]BROWN S L，SILVERMAN B G，BERGW A.Rupture ofsilicone-gel breast implants:causes，sequelae，and diagnosis[J].The Lancet，1997，350(9090):1531-1537.

[3]FALANY C N，LI G.Effects of age and pregnancy on cytochrome P450 induction by octamethyltetracyclosiloxane in female Sprague-Dawley rats[J].Journal of Biochemical and Molecular Toxicology，2005，19(2):129-138.

[4]LEIGH A B，RICHARD W M，PAAL C K.Toxicology and humoral immumity assessment of decamethylcyclopentasiloxane(D5)following a l-month whole body inhalation exposure in fischer 344 rats[J].Toxicological Sciences.1998，43(4):28-38.

[5]NAYLOR D M，STANNETT V T，DEFFIEUX A，etal.The radiation-induced polymerization of dimethylcyclosiloxanes in the liquidstate:3.copolymerization of D3 with D4 and D4 with D5，reactivities and interpretation[J].Polymer，1994，35(7):1964-1968.

[6]繆華麗，付承臣，李永強(qiáng)，等.活性染料/D5懸浮體系應(yīng)用于蠶絲織物染色的研究[J].蠶業(yè)科學(xué)，2012，38(6):1051-1057.MIAO Huali，F(xiàn)U Chengchen，LIYongqiang，etal.Astudy on dyeing ofsilk fabrics with reactive dye/D5suspensionsystem[J].Science of Sericulture，2012，38(6):1051-1057.

[7]李深正，劉今強(qiáng)，李永強(qiáng)，等.以D5為介質(zhì)的滌綸分散染色性能[J].印染，2012，38(2):1-4.LIShenzheng，LIU Jinqiang，LI Yongqiang，etal.Dyeing behavior of polyester with disperse dyes in decamethylcyclopentasiloxane(D5)media[J].Dyeing and Finishing，2012，38(2):1-4.

[8]繆華麗，李永強(qiáng)，付承臣，等.蠶絲織物活性染料/D5懸浮體系染色動(dòng)力學(xué)研究[J].絲綢，2012，12(49):1-5.MIAO Huali，LIYongqiang，F(xiàn)U Chengchen，etal.Study on kinetics of dyeing for reactive dye/D5suspensionsystem ofsilk fabrics[J].Journal of Silk，2012，12(49):1-5.