何穎婷， 李 敏， 王瑞豐， 王春霞， 付少海,3

(1. 江蘇省紡織品數(shù)字噴墨印花工程技術研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點 實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122； 3. 國家先進印染技術創(chuàng)新中心， 山東 泰安 271000)

能耗高、耗水量大、印染廢水處理成本高昂是目前印染企業(yè)面臨的主要問題。滌綸作為常見的紡織材料，通常采用高溫高壓染色法。該方法屬于間歇式染色，耗水量大，且生產(chǎn)效率低[1-2]。連續(xù)式軋染作為滌綸的另一種染色方法，可有效解決高溫高壓染色法存在的問題。然而，因為軋染過程中需對織物進行高溫焙烘，而高溫條件下染料會發(fā)生泳移，在織物表面形成浮色，所以滌綸軋染織物色牢度和勻染性不及高溫高壓染色織物[3-4],因此，在連續(xù)式軋染中通常需要對染色織物進行還原清洗，這將額外消耗大量的水和能源。針對這一問題，需要尋找一種無需還原清洗的連續(xù)式軋染工藝，在達到節(jié)能減排效果的同時，提升染色織物的顏色性能和色牢度。

為了減少泳移現(xiàn)象，常添加防泳移劑用于減少烘干及焙烘過程中染料的遷移，從而提高染色織物的勻染性[5]。Solangi等[6]發(fā)現(xiàn)，在涂料印花漿料中加入黏合劑可有效提高織物的耐摩擦色牢度。Sis等[7]發(fā)現(xiàn)，潤濕劑有助于降低表面張力，提高顏料在水中的潤濕性。此外，在染色棉織物固色后處理中，陽離子固色劑可與纖維及染料發(fā)生交聯(lián)，提高織物的耐水洗色牢度[8]。這也是滌綸織物提升色牢度的途徑之一。

本文對經(jīng)分散研磨處理后的C.I.分散藍291分散體的Zeta電位、黏度等性能進行測試分析，研究防泳移劑、黏合劑、滲透劑等助劑對滌綸軋染效果的影響以及陽離子固色劑對染色織物色牢度的作用，對比了空白樣、染色樣和陽離子固色處理后織物的顏色性能及色牢度，并研究了染色過程對織物強力及熱力學性能的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

實驗材料：滌綸斜紋機織絨布(面密度為46.37 g/m2，絨毛長度為2 mm，經(jīng)熱定形處理)，山東鴻泰紡織有限公司；C.I.分散藍291(純度為99%)，上海安諾其數(shù)碼科技有限公司；分散劑DM-1501(固體，木質(zhì)素磺酸鈉)、防泳移劑PA(固含量約為14%，丙烯酸共聚物)、滲透劑DXA-603(固含量約為24%，復合陰離子表面活性劑)、黏合劑DM-5128(固含量約為34%，聚丙烯酸酯)、陽離子固色劑YR(固含量約為32%，陽離子聚合物)，德美化工有限公司；COD-1試劑(主要成分為重鉻酸鉀)、COD-2試劑(主要成分為濃硫酸)，天津眾科創(chuàng)譜科技有限公司。

實驗儀器：R-3型定型焙烘機(瑞比染色試機有限公司)；CI7600臺式積分球式分光光度儀(美國愛色麗公司)；Nano-ZS90型Zeta電位及粒徑分析儀(英國Malvern公司)；ZMD-400型實驗室分散研磨機(上海眾時機械有限公司)；Minifer型實驗室循環(huán)砂磨機(上海耐馳機械儀器有限公司)；UV-2600型紫外-可見分光光度計(日本島津有限公司)；HAAKE MARS 60型旋轉流變儀(賽默飛世爾科技(中國)有限公司)；MI-88S型智能型多參數(shù)水質(zhì)測定儀(天津眾科創(chuàng)普科技有限公司)；TA型熱重分析儀(德國耐馳儀器制造有限公司)；TAQ-200型差示掃描量熱儀(沃特世科技(上海)有限公司)；YG(B)026D-250型電子織物強力機、SW-24E耐洗色牢度試驗機、YB571-I耐摩擦牢度試驗儀(溫州大榮紡織儀器廠)。

1.2 分散藍291分散體的制備

取C.I.分散藍291濾餅(質(zhì)量分數(shù)為15%)和分散劑DM-1501(質(zhì)量分數(shù)為1.5%)放入去離子水中，使整個體系質(zhì)量為400 g，加入200 mL鋯珠(直徑為0.5 mm，密度為3.57 g/cm3)，在2 000 r/min條件下用實驗室分散研磨機分散2 h。然后將混合物轉移到實驗室循環(huán)砂磨機中，加入150 mL鋯珠后在3 000 r/min條件下分散6 h，得到C.I.分散藍291分散體。

1.3 染色工藝

染液處方：C.I.分散藍291分散體質(zhì)量分數(shù)為6.67%,防泳移劑質(zhì)量分數(shù)為0%～9%,黏合劑質(zhì)量分數(shù)為0%～9%,滲透劑質(zhì)量分數(shù)為0%～3%。固色處方：陽離子固色劑YR質(zhì)量分數(shù)為0%～3.0%。將滌綸斜紋機織絨布試樣(7.56 g, 30 cm×6 cm)按圖1步驟進行染色。

圖1 染色工藝Fig.1 Dyeing process

1.4 測試方法

1.4.1 粒徑和Zeta電位

取0.05 mL C.I.分散藍291分散體，用去離子水稀釋2 000倍，使用Zeta電位及粒徑分析儀測定Zeta電位及粒徑。

1.4.2 黏度和剪切應力

使用旋轉流變儀在溫度為(25±0.1)℃，剪切速率為1～1 000 s-1條件下測定染料分散體的黏度和剪切應力，使用錐形板(直徑為60 mm，外錐角α為1°，間隙為0.5 mm)。

1.4.3 吸光度

使用紫外-可見分光光度計測定染色滌綸織物皂洗殘液的吸光度。

1.4.4 顏色性能

使用臺式積分球式分光光度儀在D65和10°標準光源下測定染色滌綸織物的表觀色深K/S值及色差ΔE。

1.4.5 色牢度

使用耐摩擦牢度試驗儀，按照GB/T 29865—2013《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定染色滌綸織物的耐干、濕摩擦色牢度；使用耐洗色牢度試驗機，按照GB/T 12490—2014《紡織品 色牢度試驗 耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度》測定染色滌綸織物的耐皂洗色牢度。

1.4.6 斷裂強力

使用電子織物強力機測定尺寸為25 cm×5 cm染色滌綸織物的經(jīng)緯向斷裂強力，經(jīng)緯向各測5次，取平均值。

1.4.7 化學需氧量

取3 mL樣品與1 mL COD-1試劑、4 mL COD-2試劑混勻后在165 ℃消解15 min，冷卻至室溫后使用水質(zhì)測定儀測定樣品的化學需氧量(COD值)。

1.4.8 熱力學性能

使用差示掃描量熱儀對染色滌綸織物從40 ℃以10 ℃/min速度升溫至300 ℃，再以20 ℃/min降溫至40 ℃，接著以10 ℃/min升溫至300 ℃，通過熱焓-溫度關系圖分析織物的熱力學性能；使用熱重分析儀在N2氣氛下由30 ℃以10 ℃/min速度升溫至600 ℃，通過染色滌綸織物的質(zhì)量-溫度關系圖分析其熱力學性能。

2 結果與討論

2.1 C.I.分散藍291分散體的性能

圖2示出分散藍291分散體在最佳條件下的Zeta電位以及不同剪切速率下黏度及剪切應力的變化。由圖2(a)可知，分散體Zeta電位為-60.9 mV，說明染料顆粒間具有較大靜電斥力，具有良好的分散穩(wěn)定性。由圖2(b)可知，該分散體黏度較小，不隨剪切速率的增加而變化，且剪切應力與剪切速率間為線性關系。說明染料顆粒被分散劑完全包裹，顆粒間的團聚減少，該分散體更接近牛頓流體[9]。

圖2 C.I.分散藍291分散體的分散性能Fig.2 Dispersion property of C.I. Disperse Blue 291.(a) Zeta potential; (b) Viscosity and shear stress

2.2 軋染工藝

圖3示出分散體粒徑與染色滌綸織物K/S值之間的關系。

從圖3看出：當分散體粒徑較大(大于300 nm)時，隨著分散體粒徑的減小，滌綸織物K/S值不斷提高；當染料分散體粒徑在280～325 nm之間時，染色滌綸織物的K/S值達到最大值。因為小粒徑分散體比表面積大，易發(fā)生升華形成單分子染料形態(tài)對滌綸進行上染，所以在相同焙烘溫度及時間下，隨著分散體粒徑的減小，發(fā)生升華并上染纖維的染料量增加，使得染色滌綸織物的K/S值提高[10-11]。然而，當粒徑小于250 nm后，繼續(xù)減小分散體粒徑，織物的K/S值低于粒徑為280 nm時織物的K/S值。因為過小的分散體顆粒間具有較強的團聚傾向，在染色過程中易發(fā)生聚集，導致染色滌綸織物的K/S值降低。

表1示出助劑種類及質(zhì)量分數(shù)對染色滌綸織物顏色及色牢度的影響?？梢钥闯觯敺烙疽苿㏄A質(zhì)量分數(shù)達到7%時，染色滌綸織物ΔE值由未加防泳移劑時的2.25降至1.37，勻染性明顯提高。這是因為防泳移劑分子上含有的極性基團可以在染料顆粒周圍形成物理屏障，阻止染料分子發(fā)生泳移[5]。當黏合劑DM-5128質(zhì)量分數(shù)為7%時，與未加黏合劑時相比染色滌綸織物各項色牢度明顯提高。這是因為高溫焙烘時，黏合劑分子間交聯(lián)成膜，將織物表面未上染的染料包覆在膜中并牢固地黏附在織物上[12-13]，因此，織物表面的浮色被固著，色牢度提高。此外，染液中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%的滲透劑DXA-603可以提高染料的潤濕滲透性能，使染色滌綸織物的K/S值提高至41.65。因為染料的強疏水性會導致其在染色過程中對織物的滲透性差，而滲透劑促進了分散體在織物內(nèi)滲透，故染色滌綸織物的K/S值提高[7]。當滲透劑用量過高時，織物吸附大量分散體卻無法將其全部固著在織物上，反而導致染色滌綸織物色牢度變差。

表1 助劑種類及質(zhì)量分數(shù)對染色滌綸織物顏色及色牢度的影響Tab.1 Effects of reagents type and dosage on color parameters and color fastness of dyed polyester fabric

2.3 固色工藝

雖然染液中添加的防泳移劑、黏合劑和滲透劑改善了染色滌綸織物的顏色性能和色牢度；但吸附在織物上的助劑在洗滌過程中會發(fā)生脫落，導致皂洗殘液的COD值較高，因此，在固色工藝中使用陽離子固色劑YR對滌綸織物進行處理。表2示出陽離子固色劑質(zhì)量分數(shù)與染色滌綸織物色牢度及皂洗殘液COD值的關系?？梢钥闯觯捎觅|(zhì)量分數(shù)為3.0%的陽離子型固色劑YR對染色滌綸織物進行固色，織物的耐干摩擦色牢度提升至5級，耐濕摩擦色牢度提升至4～5級，耐皂洗色牢度提升至5級，且皂洗殘液COD值相比未加固色劑時降低了54.70%。這是因為陽離子型固色劑上的正電基團可以與纖維表面的染料和陰離子助劑發(fā)生離子鍵結合，降低了助劑和染料的極性和溶解度，減少助劑和染料脫離，從而提高染色滌綸織物的色牢度，降低皂洗殘液COD值[14-15]。

表2 陽離子固色劑質(zhì)量分數(shù)對染色滌綸織物 色牢度及COD值的影響Tab.2 Effect of cationic agent on color fastness and COD value of dyed polyester fabric

2.4 染色滌綸織物顏色性能

為準確測量滌綸織物絨面的顏色性能，均順著織物絨毛方向進行K/S值測試。因為蓬松織物具有較低的光反射率，所以測得染色滌綸織物具有較高的K/S值。為了對比染色工藝改進前后染色滌綸織物在各項性能上的差異，制備了原樣(未染色滌綸絨毛織物)、空白樣(未添加助劑的C.I.分散藍291分散體染色織物)、染色樣(添加助劑后的C.I.分數(shù)藍291分散體染色織物)、陽離子改性樣(3%陽離子型固色劑處理后的染色織物)4種樣品。圖4示出空白樣及染色樣的顏色效果對比。表3示出織物的K/S值、色牢度及皂洗殘液COD值。

圖4 空白樣及染色樣的顏色效果Fig.4 Color effect of blank and dyed samples.(a) Front of blank sample; (b) Front of dyed sample (c) Fluff of blank sample; (d) Fluff of dyed sample

空白樣具有很高的K/S值但色牢度很差，因為染色過程中染料發(fā)生明顯泳移，染料移動至織物表面而非滲透進織物內(nèi)部，導致織物表面顏色較深，絨毛顏色淺(見圖4(a)、 (c))。在分散體中加入助劑后，染色樣的表面顏色變淺，絨毛部分顏色變深(見圖4(b)、 (d))。這是因為染色過程中染料分散體進入纖維內(nèi)部均勻分布并固著，故色牢度得到提升。但織物上吸附的助劑在水洗過程中脫落，導致較高的皂洗殘液COD值。經(jīng)陽離子助劑固色后，染色滌綸織物色牢度得到進一步提升，皂洗殘液COD值降低至201.4 mg/L(見表3)。

表3 織物的K/S值、色牢度及皂洗殘液COD值Tab.3 K/S value, color fastness and COD value of washing residue of samples

對于染色滌綸織物不僅要求有優(yōu)良的顏色性能，還要有良好的熱力學性能和強力。圖5示出染色前后滌綸織物的熱力學性能測試結果。由圖5(a)、(b)可知，原樣和染色樣的起始分解溫度在390 ℃左右，質(zhì)量損失率在84%左右，熱穩(wěn)定性基本相同。由圖5(c)可知，2個樣品的熔融峰溫度幾乎相同(253.45和255.83 ℃)，而染色樣的吸收熱從42.91 J/g略微下降到38.71 J/g。

圖5 原樣及染色樣的熱力學性能Fig.5 TG(a), DTG(b) and DSC(c) curves of original sample and dyed sample

表4示出染色前后滌綸織物斷裂強力的變化?？梢?，染色時的高溫焙烘過程對滌綸織物強力沒有負面影響。染色滌綸織物經(jīng)向斷裂強力提高是由于黏合劑在纖維表面成膜，使得拉伸過程中紗線間的作用力增大[16]。

表4 染色過程對滌綸織物斷裂強力的影響Tab.4 Effect of dyeing process on breaking strength of polyester fabrics

3 結 論

1)本文制備了分散性能較好的C.I.分散藍291分散體，并研究了分散體粒徑與染色滌綸織物K/S值的關系。結果表明，分散體粒徑在280 nm左右時，染色滌綸織物K/S值達到最大值。通過在染料分散體中加入質(zhì)量分數(shù)為7%的防泳移劑、質(zhì)量分數(shù)為7%的黏合劑和質(zhì)量分數(shù)為0.5%的滲透劑，提高了染色織物的勻染性、色牢度及K/S值。為降低染色滌綸織物皂洗殘液的COD值，采用質(zhì)量分數(shù)3%的陽離子型固色劑YR對染色滌綸織物進行固色，減少助劑及染料的脫落。

2)對滌綸連續(xù)式軋染工藝進行優(yōu)化后，得到的染色滌綸織物K/S值達到41.65，耐濕摩擦色牢度為4～5級、耐干摩擦色牢度為5級、耐皂洗色牢度為5級，皂洗殘液COD值降低了54.70%。且染色過程對滌綸織物的熱力學性能和強力沒有影響。