郝相帥，沈國峰，傅軼凡，朱 逸，尹翠玉

(1.天津工業(yè)大學(xué) 天津市先進(jìn)纖維與儲能技術(shù)重點實驗室，天津 300387; 2.天津市和平區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，天津 300052;3.浙江東華纖維有限公司，浙江 義烏 311241)

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CDP與ECDP短纖維染色性能的測定與分析

郝相帥1,2，沈國峰3，傅軼凡1，朱 逸3，尹翠玉1

(1.天津工業(yè)大學(xué) 天津市先進(jìn)纖維與儲能技術(shù)重點實驗室，天津 300387; 2.天津市和平區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，天津 300052;3.浙江東華纖維有限公司，浙江 義烏 311241)

CDP；ECDP；短纖維；染色飽和值；染色性能

陽離子染料可染改性滌綸是采用陽離子染料可染改性PET(CDP和ECDP)紡制的纖維，分為陽離子染料可染改性滌綸(CDP)和陽離子染料易染改性滌綸(ECDP).用陽離子染料進(jìn)行染色，改性滌綸的染色性能可得到改善，具有色譜齊全、色澤鮮艷、價格低廉、染色工藝簡單等優(yōu)點；還可以與天然纖維(如羊毛)實現(xiàn)一浴染色，使混紡織物的染色工藝大大簡化；與其他纖維混紡、交織后一浴染色能獲得異色或多色的效果，為紡織品增加花色品種開辟了新途徑；所染織物染料吸盡率高，大幅度減少了印染廢水的排放，又因染色溫度降低節(jié)約了大量的能源[2-3].

以FZ/T 50019—2013《陽離子染料可染改性滌綸染色飽和值試驗方法》為依據(jù)，通過測試陽離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值來表征和比較CDP和ECDP短纖維的染色性能[4]，探討了不同染料、不同品種和不同來源對陽離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值的影響.

1 實驗

表1 亞甲基藍(lán)及孔雀綠質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 The quality indicators of methylene blue and malachite green

1.1 原料與試劑

CDP與ECDP短纖維：1.56 dtex×38 mm,浙江東華纖維有限公司、江蘇三房巷集團(tuán)有限公司、中石化天津分公司生產(chǎn)；

亞甲基藍(lán)：分子式為C16H18ClN3S·3H2O，純度為98%，天津市染料化學(xué)第三廠生產(chǎn),質(zhì)量指標(biāo)見表1；

孔雀綠：分子式為C23H25ClN2，純度為94.5%，天津市染料化學(xué)第三廠生產(chǎn),質(zhì)量指標(biāo)見表1；

冰乙酸、結(jié)晶乙酸鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn).

1.2 儀器和設(shè)備

高溫高壓染色機(jī)：TPC 3001單浴槽，Roaches International生產(chǎn)；分光光度計：UV-1800 雙光束紫外可見分光光度計，日本 Shimadzu生產(chǎn)；電子天平：千分之一，天津精誠電子衡器有限公司生產(chǎn).

1.3 實驗方法

1.3.1 纖維的處理

用非離子型洗滌劑去除陽離子染料可染改性纖維表面的油劑，用手?jǐn)D去水分待用[5].

1.3.2 染色條件

(1)染色浴比為1∶100；

(2)染色處方：染料(owf)為1%～10%，冰乙酸體積分?jǐn)?shù)為1%，結(jié)晶乙酸鈉體積分?jǐn)?shù)為1%；

(3)染液pH值為4.5～4.8；

(4)染色溫度與染色工藝：CDP短纖維染色溫度為125 ℃，染色過程總計260 min；ECDP短纖維染色溫度為100 ℃，染色過程總計200 min.

圖1 染色工藝曲線Fig.1 Curves of dyeing process

陽離子染料可染改性纖維經(jīng)染前處理、擠水后放入染杯，按圖1所示的染色工藝曲線染色.染畢，取出纖維并擠去多余的殘液于染杯中，用少量40 ℃溫水洗滌1次，再用室溫水洗滌直至洗凈浮色，洗液全部收集并與染色殘液合并，冷卻至室溫后加水定容至500 mL，用于光密度值的測定[6].

1.4 光密度的測定

將待測殘液根據(jù)顏色的深淺稀釋成適宜的濃度(光密度為0.1～1.0)，配制合適濃度(約為2.5 mg/L)的標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴，利用分光光度計，在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(一般為最大吸收波長)下分別測定1.3.2中定容后的殘液及標(biāo)準(zhǔn)染液的光密度值.

1.5 數(shù)據(jù)處理與纖維飽和值的計算

以性能穩(wěn)定的亞甲基藍(lán)陽離子染料(相對分子質(zhì)量為320)的精制品(純度≥98.0%)為測定用染料，按5檔不同的濃度在規(guī)定條件下對纖維進(jìn)行染色，以染料對纖維的上染百分率達(dá)90%作為飽和界限，計算100 g纖維上染的亞甲基藍(lán)的質(zhì)量，再換算成相對分子質(zhì)量為400的陽離子染料孔雀綠的質(zhì)量，即為該纖維的染色飽和值Sf.

圖2 染色殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系Fig.2 The relationship between the amount of dye residuein the original amount of dye in the dye bath

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴和各檔濃度殘液的光密度值，根據(jù)式(1)計算殘液中染料對陽離子染料可染改性纖維質(zhì)量的百分比.

(1)

式中：V為染色殘液加浮色洗滌液定容的體積,mL；ρ0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋前的質(zhì)量濃度,mg/L；E0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋后的光密度；n0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋倍數(shù)；E為殘液稀釋后的光密度；n為殘液稀釋倍數(shù)；m為陽離子染料可染改性纖維的質(zhì)量,mg.

染色殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系見圖2.如圖2所示，以殘液中染料對陽離子染料可染改性纖維質(zhì)量(%，owf)為橫坐標(biāo)，以染色前原始染浴中染料對陽離子染料可染改性纖維質(zhì)量(%，owf)為縱坐標(biāo)，A線為從原點作斜率為10的直線，在該直線上任意一點的上染百分率均為90%，再根據(jù)從配制的不同染浴濃度殘液吸光度的測試結(jié)果找出直線A兩側(cè)相鄰的兩點作直線為B線.直線A與直線B相交點D的縱坐標(biāo)Dy即為被測陽離子染料可染改性纖維達(dá)到上染百分率為90%時染料對陽離子染料可染改性纖維的質(zhì)量(%，owf)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的染色飽和時染料對陽離子染料可染改性纖維的質(zhì)量(%，owf).按式(2)計算得陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf：

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同染料對陽離子染料可染改性纖維染色飽和值的影響

按圖1的曲線升溫，分別以亞甲基藍(lán)與孔雀綠為染料進(jìn)行同一CDP短纖維的飽和值對比實驗，結(jié)果見表2和圖3.

表2 不同染料測試的CDP短纖維染色殘液中染料對纖維質(zhì)量Tab.2 Fiber weight of CDP staple fiber dyeing raffinate with different dyeing tests

圖3 不同染料飽和值的對應(yīng)關(guān)系Fig.3 Correspondence between the different dye saturation value

從20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，孔雀綠及其代謝產(chǎn)物無色孔雀綠具有高毒素、高殘留、高致癌、高致畸和致突變等副作用.鑒于亞甲基藍(lán)較為常用且穩(wěn)定、易購、毒性小，所以采用亞甲基藍(lán)為實驗染料是合理的選擇.

2.2 不同品種短纖維對染料濃度的選擇及纖維染色飽和值的影響

2.2.1 CDP短纖維飽和值

在測試?yán)w維飽和值時，選用染料濃度(owf)應(yīng)為1%～10%，測試CDP短纖維時染料濃度選取了1%，2%，3%，4%，5%，6%和7%.以表3中Ⅰ企業(yè)為例，繪制殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系圖，如圖4所示.其中，直線A與直線B相交點D的縱坐標(biāo)Dy即為被測纖維達(dá)到90%的上染百分率時染料對纖維的質(zhì)量(%,owf)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的染色飽和時染料對纖維的質(zhì)量(%,owf)，按式(2)計算可得出陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf.

圖4 殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系Fig.4 The relationship between the amount of dye residue and the original amount of dye in the dye bath

表3 CDP(1.56 dtex×38 mm)纖維染色殘液中染料對纖維質(zhì)量Tab.3 Dye fiber weight of CDP (1.56 dtex × 38 mm) fiber dyeing raffinate

2.2.2 ECDP短纖維的飽和值測試

測試ECDP短纖維時，染料濃度(owf)為1%～10%，間隔1%，ECDP短纖維不同染料濃度的染色殘液中染料對纖維質(zhì)量如表4所示.以表4中Ⅰ企業(yè)為例，繪制殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系圖，如圖5所示.同2.2.1的計算方法，可得出陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf.

圖5 殘液中染料質(zhì)量與原始染浴中染料質(zhì)量的關(guān)系Fig.5 The relationship between the amount of dye residue and the original amount of dye in the dye bath

表4 ECDP(1.56 dtex×38 mm)纖維染色殘液中染料對纖維質(zhì)量Tab.4 Dye fiber weight of ECDP (1.56 dtex × 38 mm) fiber dyeing raffinate

與2.2.1中CDP短纖維相比，ECDP的染色飽和值顯然大很多，這是因為CDP是在常規(guī)PET聚合中加入了含有磺酸基團(tuán)的第三單體共聚改性所得的聚合物，陽離子可染性得到了一定程度的改善；ECDP是在常規(guī)PET聚合中，在加入含有磺酸基團(tuán)的第三單體的同時加入了含有羧酸基團(tuán)或其他柔順性基團(tuán)的第四單體共聚改性所得的聚合物，不僅陽離子的可染性得到了一定程度的改善，而且PET規(guī)整的結(jié)構(gòu)被破壞，染料更容易滲透，故ECDP短纖維可以常壓沸染，也被稱為陽離子易染纖維[7].

2.2.3 染料濃度的選擇

在測試?yán)w維飽和值時，染料濃度(owf)原則上為1%～10%.從表3、表4和圖4、圖5中可以看出，CDP短纖維的A，B兩線的交點值Dy較低，而ECDP較高.染料濃度(owf)為1%～4%時，ECDP短纖維殘液中染料對纖維質(zhì)量(owf)基本測不出，也就是說染色性好、上染率很高，染料幾乎吸盡.因此，在測試CDP短纖維飽和值時染料濃度選擇1%，2%，3%，4%，5%即可，而在測試ECDP短纖維時染料濃度應(yīng)選擇5%，6%，7%，8%，9%[8].

表5 陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值SfTab.5 The dyeing saturation value(Sf) of cationic dyeable modified polyester

2.3 不同企業(yè)產(chǎn)品的染色飽和值

依據(jù)表3與表4的數(shù)據(jù)，按式(2)計算可得出不同企業(yè)生產(chǎn)CDP和ECDP短纖維的染色飽和值Sf，見表5.從中可以看出，不同企業(yè)生產(chǎn)的陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf不同，原因是不同企業(yè)生產(chǎn)的陽離子染料可染改性滌綸的生產(chǎn)工藝、裝備和共聚單體的加入量都會有所不同.

3 結(jié)語

通過對不同染料、不同品種和不同來源的陽離子染料可染改性滌綸短纖維染色飽和值測試結(jié)果的分析與比較可知：

(2)陽離子染料可染滌綸(CDP)染色實驗時染料的濃度應(yīng)選擇1%，2%，3%，4%，5%，而陽離子染料易染滌綸(ECDP)染色實驗時染料的濃度選擇5%，6%，7%，8%，9%較為適合.

(3)與CDP短纖維相比，ECDP的染色飽和值大很多，說明其染色性能更好.

(4)不同企業(yè)生產(chǎn)的陽離子染料可染改性滌綸的染色飽和值Sf不同.

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.FZ/T 50019—2013陽離子染料可染改性滌綸染色飽和值試驗方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[2] 陽段梅,張貴,皮建兵.陽離子染料染改性滌綸的探討[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2015,44(4):38-41.

[3] 孫玉.陽離子染料可染共聚酯的制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究[D].天津:天津工業(yè)大學(xué),2008．

[4] 李鵬剛,張斌.陽離子染料可染滌綸纖維的染色工藝[J].化纖與紡織技術(shù),2011,40(1):1-5.

[5] 酒泉.陽離子染料可染改性滌綸纖維染色的研究[J].染料與染色,2011,48(6):23-25.

[6] 梁慶忠,楊麗,路碩,等.陽離子染料可染滌綸短纖維染色飽和值的測定[J].合成纖維工業(yè),2015,38(2):71-74.

[7] 鄭夢橋,穆萬春.影響陽離子染料可染滌綸染色飽和值測定的因素[J].合成纖維,2014,43(5):6-9.

[8] 李艷玲,楊文芳,孟憲獻(xiàn)，等.ECDP短纖維染色飽和值的測定[J].合成纖維工業(yè),2013,36(2):67-69.

The measurement and analysis of the dyeing properties of CDP and ECDP staple fibers

HAO Xiangshuai1,2，SHEN Guofeng3，F(xiàn)U Yifan1，ZHU Yi3，YIN Cuiyu1

(1.TianjinMunicipalKeyLaboratoryofAdvancedFiberandEnergyStorage，TianjinPolytechnicUniversity，
Tianjin300387，China;2.Instituteof(Products)QualitySupervisionandInspection，HepingDistrict，Tianjin300052，China;3.ZhejiangDonghuaFiberCo.，Ltd.，Yiwu311241，China)

CDP；ECDP；staple fibers；dyeing saturation value；dyeing properties

2016-06-07

郝相帥(1986-)，男，天津人，助理工程師，主要從事材料測試與檢驗方面的研究.

尹翠玉(1962-)，女，河南鄭州人，教授，博士，主要從事改性與功能纖維方面的研究.E-mail：yincuiyu@tjpu.edu.cn.

TQ342.1

A

1674-330X(2016)04-0005-05