盧婷婷 殷燕華 甘學(xué)輝 紀(jì) 峰 王 妮 張瑞云

東華大學(xué) 紡織學(xué)院(中國)

聚酯因具有良好的物理化學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于纖維、包裝材料、工程塑料等多個(gè)領(lǐng)域。而隨著滌綸產(chǎn)銷量的不斷增多，不僅石油資源日趨緊張，聚酯污染也不斷增多，因此如何有效利用廢舊聚酯開始逐漸為人們所關(guān)注。目前廢舊聚酯的回收方法主要有物理法和化學(xué)法兩種[1-2]。其中，物理法再生滌綸是指將廢舊聚酯經(jīng)收集、分類、清洗、粉碎、凈化、干燥后熔融紡絲[3]，也包括物理化學(xué)法再生滌綸，即對(duì)廢舊聚酯熔融后進(jìn)行液相或固相增黏后紡絲，以物理法為主，輔以化學(xué)法調(diào)節(jié)其分子質(zhì)量，屬于物理法的改進(jìn)升級(jí)。其與原生滌綸的本質(zhì)區(qū)別為至少多了一次熔融加工過程[4]。化學(xué)法再生滌綸是指將廢舊聚酯解聚(水解、醇解、超臨界流體降解等)為單體后進(jìn)行精制、聚合與紡絲[5]。其與原生滌綸的本質(zhì)區(qū)別為至少多了一次高溫解聚和精制過程[6]。

本文系統(tǒng)研究了物理法與化學(xué)法再生滌綸拉伸變形絲(DTY)織物的染色性能，并與原生滌綸DTY織物進(jìn)行對(duì)比，確定再生滌綸DTY織物的染色工藝，為再生滌綸DTY紡織品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

物理法再生滌綸DTY由遠(yuǎn)紡工業(yè)(上海)有限公司生產(chǎn)；化學(xué)法再生滌綸DTY由浙江佳人新材料有限公司生產(chǎn)；原生滌綸DTY由桐昆集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。3種滌綸DTY規(guī)格均為111 dtex/96 f，結(jié)晶度如表1所示。

表1 3種滌綸DTY的結(jié)晶度

采用分散紅FB、分散黃E-3G和分散藍(lán)2BLN(工業(yè)級(jí)，低溫型分散染料，浙江閏土股份有限公司)染料進(jìn)行染色。試驗(yàn)用其他試劑包括工業(yè)級(jí)去油劑、碳酸鈉、冰醋酸、保險(xiǎn)粉和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。

試驗(yàn)采用儀器設(shè)備包括：東華大學(xué)紡織學(xué)院自制的小型織襪機(jī)、YABO MM7型紅外線染色機(jī)、DHG-903385-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、美國Datacolor公司的Datacolor 650型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀、美國PerkinElmer公司生產(chǎn)的Lambda 35型紫外可見近紅外分光光度計(jì)南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的SW-8A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)和Y571N型摩擦色牢度儀。

1.2 織物織造與染色

采用小型織襪機(jī)分別將物理法再生滌綸DTY、化學(xué)法再生滌綸DTY與原生滌綸DTY織成針織物。對(duì)織物進(jìn)行前處理，采用1 g/L去油劑和2 g/L碳酸鈉按照1∶20的浴比將織物在90 ℃條件下浸漬30 min。之后對(duì)織物進(jìn)行染色，染色工藝如下：用冰醋酸調(diào)節(jié)染浴pH值為4～5，浴比為1∶20，染料用量分別為1%、2%、3%、4%和5%(相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，o.w.f)。分別采用100、110、120、125和130 ℃的染色溫度和10、20、30、40、50和60 min的染色時(shí)間。還原清洗配方為保險(xiǎn)粉和碳酸粉，浴比為1∶30，溫度80 ℃，時(shí)間為15 min[7]。具體的染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

1.3 性能測(cè)試

將試樣折疊4層后在Datacolor 650型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀上測(cè)試表觀色深K/S值，采用20 mm孔徑、D65光源和10°觀察角，每塊試樣測(cè)試3次，取平均值。采用DMF分別溶解染色原液和染色殘液中的分散染料，通過Lambda 35型紫外可見近紅外分光光度計(jì)在染料最大波長處測(cè)試溶液的吸光度，按式(1)[8]計(jì)算上染百分率M。

(1)

式中：E0——染色原液的吸光度；

Ei——染色殘液的吸光度；

n0——染色原液的稀釋倍數(shù)；

ni——染色殘液的稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 染色溫度對(duì)染色性能的影響

圖2為染色溫度對(duì)3種滌綸DTY織物K/S值的影響測(cè)試結(jié)果。可以看出，物理法再生滌綸DTY的K/S值始終高于原生和化學(xué)法再生滌綸DTY的K/S值，而化學(xué)法再生和原生滌綸DTY的K/S值相差不大，前者略低。這可能是由于物理法再生滌綸DTY的結(jié)晶度較低，纖維內(nèi)部無定型區(qū)較大，使得染料分子容易滲透，染色較深，K/S值相對(duì)較大。

此外，從圖2還可看出，當(dāng)染色溫度在100～120 ℃時(shí)，3種滌綸DTY織物的K/S值上升較快，而當(dāng)溫度達(dá)120 ℃時(shí)，三者的K/S值基本保持不變或變化不大。這是由于，溫度較低時(shí)染料不易進(jìn)入纖維內(nèi)部，而隨著染色溫度的不斷升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，纖維的自由容積也不斷增大，織物K/S值不斷提高，當(dāng)溫度達(dá)120 ℃時(shí)，纖維與染液中的染料基本達(dá)到了動(dòng)態(tài)染色平衡。130 ℃時(shí)織物K/S值和120 ℃相差較小，在溫度達(dá)130 ℃時(shí)，染料從纖維上解析下來的速率可能會(huì)大于染料上染的速率[9]。因此從節(jié)能減排的角度考慮，分散紅FB、分散黃E-3G、分散藍(lán)2BLN 3種染料染再生滌綸DTY時(shí)，宜將染色溫度設(shè)定為120 ℃。

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

圖3為染色溫度對(duì)3種滌綸DTY織物上染百分率的影響測(cè)試結(jié)果。可以看出，與染色溫度對(duì)織物K/S值的影響相似，物理法再生滌綸DTY織物的上染百分率高于原生滌綸DTY織物和化學(xué)法再生滌綸DTY織物。此外，當(dāng)染色溫度為100～110 ℃時(shí)，3種滌綸DTY織物的上染百分率上升較快；當(dāng)染色溫度為110～120 ℃時(shí)，上染百分率上升較慢；而當(dāng)溫度超過120 ℃時(shí)，上染百分率基本保持不變，且再生滌綸DTY織物與原生滌綸DTY織物的上染百分率值也基本趨于一致。

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

2.2 染料用量對(duì)染色性能的影響

圖4為不同染料用量對(duì)3種滌綸DTY織物K/S值的影響?？梢钥闯?，隨著染料濃度的增加，物理法再生滌綸DTY織物的K/S值始終是最高的，而化學(xué)法再生滌綸DTY織物的K/S值略低于原生滌綸DTY。且隨著染料用量的增加，3種滌綸DTY織物的K/S值均不斷增加。

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

圖5為染料用量對(duì)3種滌綸DTY織物上染百分率的影響。

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

可以看出，當(dāng)染料用量為1%～5%(o.w.f)時(shí)，滌綸織物的上染百分率隨著染料用量的增加而呈先增大后減小的趨勢(shì)。其中，當(dāng)染料用量為2%(o.w.f)時(shí)，3種滌綸DTY織物的上染百分率均達(dá)到最高，分散紅FB、分散黃E-3G、分散藍(lán)2BLN 3種染料分別可達(dá)約94%、93%和97%。因此，基于節(jié)約資源的角度，分散紅FB、分散黃E-3G、分散藍(lán)2BLN染料染再生滌綸DTY時(shí)，較適宜的染料用量可定為2%(o.w.f)。

2.3 保溫時(shí)間對(duì)染色性能的影響

圖6為不同保溫時(shí)間對(duì)3種滌綸DTY織物K/S值的影響?？梢钥闯?，在不同的保溫時(shí)間下，物理法再生滌綸DTY織物的K/S值大于原生滌綸DTY織物，化學(xué)法再生滌綸DTY織物的K/S值最小。此外，隨著保溫時(shí)間的增加，3種滌綸DTY織物的K/S值呈小幅度上升趨勢(shì)，而當(dāng)保溫時(shí)間超過40 min時(shí)，K/S值變化已不再明顯。分析認(rèn)為，低溫型分散染料分子結(jié)構(gòu)簡單，相對(duì)分子質(zhì)量小，擴(kuò)散速率快，所以在保溫10 min時(shí)染料便會(huì)上染。隨著保溫時(shí)間的延長，有利于染料向纖維繼續(xù)轉(zhuǎn)移與勻染，保溫40 min后K/S值基本保持不變。因此，綜合考慮節(jié)約能耗和染色效果，分散紅FB、分散黃E-3G、分散藍(lán)2BLN這3種染料染再生滌綸DTY時(shí)，適宜的保溫時(shí)間可定為40 min。

圖7為分散紅FB、分散黃E-3G、分散藍(lán)2BLN這3種染料分別染3種滌綸DTY織物時(shí)不同保溫時(shí)間對(duì)上染百分率的影響。可以看出，隨著保溫時(shí)間從10 min增至60 min，3種滌綸織物的上染百分率呈逐漸上升趨勢(shì)，增幅均不超過2%。

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

a) 分散紅FB

b) 分散黃E-3G

c) 分散藍(lán)2BLN

3 結(jié)論

本文研究了物理法再生、化學(xué)法再生和原生滌綸DTY的染色性能。結(jié)果顯示，這3種滌綸DTY的染色性能由好至差依次為物理法再生滌綸DTY、原生滌綸DTY、化學(xué)法再生滌綸DTY。隨著染色溫度的升高，3種滌綸DTY的K/S值與上染百分率均呈上升趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過120 ℃時(shí)，K/S值與上染百分率基本保持不變。隨著染料用量的增加，3種滌綸DTY的K/S值均不斷增加，而上染百分率呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)染料用量為2%(o.w.f)時(shí)，上染百分率達(dá)到最高值。隨著保溫時(shí)間的延長，3種滌綸DTY的K/S值與上染百分率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但保溫時(shí)間超過40 min后，K/S值基本保持不變。