王國新,王遵元,張大省,2
(1.青島新維紡織開發(fā)有限公司,山東青島 266000;2.北京服裝學(xué)院,北京 100105)
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維的性價(jià)比高,占全球化學(xué)纖維產(chǎn)量的70%以上,在我國更是占化學(xué)纖維總量的75%以上。但由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)上的苯環(huán)剛性強(qiáng)、對位結(jié)構(gòu)規(guī)整、又沒有可與染料相互結(jié)合的染座,因此只能用分散染料在125~130 ℃的高溫高壓下染色,能耗大、耗時(shí)長、效率低。分散染料常壓可染聚酯(easy disperse dyeable polyester,縮寫為EDDP)纖維是聚酯纖維染色改性的重要品種之一[1-2]。本文所述為新型分散染料常壓深染聚酯(new type easy disperse dyeable polyester,縮寫為NEDDP)纖維(注冊商標(biāo)為迭代?滌綸-D)[3-5],是對EDDP 的改進(jìn),主要是其纖維織物不僅可實(shí)現(xiàn)包括黑色在內(nèi)的全色系常壓深染,且具有優(yōu)良的色牢度。
PET 為聚對苯二甲酸乙二醇酯,NEDDP 是一種共聚醚酯,其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下所示。將兩個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比可知,NEDDP 化學(xué)結(jié)構(gòu)中引入了間苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元,適度破壞了PET 的結(jié)構(gòu)規(guī)整性,以擴(kuò)大無定形區(qū),有利于染料的滲透;還引入了PEG 的結(jié)構(gòu)單元以提高大分子鏈段的柔性,降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,有利于大分子鏈段的運(yùn)動(dòng),可有效降低染色溫度。
使用NEDDP切片在大生產(chǎn)線上完成了POY-DTY纖維加工,NEDDP 切片特性黏數(shù)為0.762 dL/g,熔點(diǎn)為248 ℃,端羧基含量為4.57 mol/t,DEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.23%,B值為5.0;生產(chǎn)的纖維為75d/72f 圓形截面纖維,斷裂強(qiáng)度為3.8 cN/dt,斷裂伸長率為22.4%。并與同規(guī)格PET 纖維(斷裂強(qiáng)度4.21 cN/dt,斷裂伸長率21.6%)做染色性能對比研究。
利用上述兩種75d/72f 圓形截面纖維織造成襪筒,采用可控溫高溫高壓小樣染色機(jī)染色,選用了高溫型、中溫型及低溫型多種型號、多種顏色的染料在不同溫度下染色。PET 的染色曲線如常規(guī),升溫至130 ℃并保持50 min,而后還原清洗。
NEDDP纖維織物的染色過程升溫曲線如下所示:
與PET 纖維織物不同的是,NEDDP 纖維織物需要依據(jù)自身特點(diǎn)制定染色工藝,關(guān)鍵點(diǎn)是:(1)面料必須低溫入浴;(2)升溫至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近時(shí)保持一段時(shí)間,使染料充分滲透入纖維;(3)慢速升溫至95~100 ℃,保持規(guī)定時(shí)間,使染色達(dá)到平衡,然后便可趁熱排掉殘液,含氨綸量較高的面料需要緩慢降溫,再進(jìn)行酸性或堿性還原清洗。
1.3.1 K/S值
用Datacolor 600測色儀檢測染色織物的K/S值。
1.3.2 色牢度
耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y試。
耐水洗色牢度按照GB/T 12490—2014《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)图彝ズ蜕虡I(yè)洗滌色牢度》測試。
升華色牢度按照J(rèn)ISL 0854:2001《升華色牢度》測試。
選用了5 種不同型號、不同顏色的染料染色,染色效果見圖1,K/S值見表1。由圖1 和表1 可以看出,在100 ℃常壓沸染時(shí),NEDDP 纖維織物可以獲得多種深淺各異的顏色,只是不同染料的色相與在130 ℃高溫染色時(shí)略有差異。在兩種不同染色溫度下,NEDDP 纖維織物的K/S值只是個(gè)別染料的顏色產(chǎn)生些許差異。
圖1 兩種染色溫度下NEDDP 纖維織物的染色效果
將NEDDP 與PET 織物在85~125 ℃進(jìn)行染色,并逐一測定不同染色溫度時(shí)的K/S值,得到如圖2 所示的規(guī)律:(1)無論使用何種染料,隨著染色溫度的升高,PET 纖維織物的K/S值緩慢升高,最高值出現(xiàn)在大于等于125 ℃時(shí)。(2)NEDDP 纖維織物在染色溫低于100 ℃時(shí),K/S值便迅速提高,最高值大多出現(xiàn)在95~100 ℃。(3)在100 ℃染色時(shí),NEDDP 纖維織物的K/S值遠(yuǎn)高于PET 纖維織物。(4)低溫玫瑰紅、低溫艷藍(lán)和中高溫紫等染料在100 ℃染色NEDDP 纖維織物時(shí),K/S值出現(xiàn)峰值,繼續(xù)升高染色溫度,K/S值反而下降。這是因?yàn)樵谌旧笃?,纖維內(nèi)的染料濃度高于染液內(nèi)的染料濃度,形成染料從纖維內(nèi)部向染液遷移的推動(dòng)力,在高溫染色時(shí)NEDDP 大分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇,相對分子質(zhì)量較小的低溫型染料,已上染的染料更易從纖維內(nèi)部的無定形區(qū)向纖維表面遷移,并最終遷移至染液。但低溫嫩黃染料染NEDDP 纖維時(shí)未出現(xiàn)此現(xiàn)象,隨著染色溫度的升高,K/S值持續(xù)提升,應(yīng)該與嫩黃染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。(5)使用各種高溫型染料染色的NEDDP 纖維織物K/S值均隨染色溫度的升高而升高,大多在高于100 ℃時(shí)達(dá)到平衡。這表明NEDDP 纖維可在常壓條件下染深色。
圖2 NEDDP 與PET 纖維織物在不同染色溫度下的K/S 值
以不同溫度下高溫大紅GS 染色的NEDDP 及PET 纖維織物試樣為實(shí)例,使用光學(xué)顯微鏡觀察織物的染色情況,結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可看出,NEDDP或PET 纖維織物在使用分散染料染色的過程中,首先是分散染料向纖維表面吸附并著色,然后逐漸向纖維內(nèi)部滲透擴(kuò)散,最終進(jìn)入纖維內(nèi)部達(dá)到透染。NEDDP 纖維在100 ℃染色時(shí),只是表面著色,105 ℃時(shí)基本透染,直至110 ℃及更高染色溫度時(shí),才完全透染。而PET 纖維在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的染色效果均達(dá)不到NEDDP 纖維,直到染色溫度為130 ℃時(shí),芯部仍可見白色影像,仍未達(dá)到透染。顯微鏡的觀察結(jié)果與K/S值的測試結(jié)果基本相符。
圖3 NEDDP 及PET 纖維織物染色的光學(xué)顯微鏡觀察
NEDDP 纖維具有良好的常壓染色性能,有較高的K/S值,還必須具有良好的染色牢度。
2.4.1 耐干摩擦色牢度
對10 種染料在不同染色溫度下染色NEDDP 纖維織物的耐干摩擦色牢度進(jìn)行比較。由表2 可以看出,除高溫深藍(lán)HGL 染料的耐干摩擦色牢度不甚滿意外,其他染料在研究范圍內(nèi)的染色溫度下,染色織物均具有很好的耐干摩擦色牢度。
表2 不同染料染色NEDDP 纖維織物的耐干摩擦色牢度
2.4.2 6 纖沾色牢度
上述10 種染料在100、115 ℃下染色NEDDP 纖維織物的6 纖沾色牢度見表3。由表3 可以看出,只有嫩黃3G 對醋酯、PA6、PET 和羊毛的沾色牢度不良,其余染料在100 ℃染色的織物對6 種纖維均具有很好的沾色牢度。需研究沾色牢度與嫩黃3G 染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在115 ℃下染色的織物對個(gè)別纖維也出現(xiàn)了沾色牢度不良的現(xiàn)象。
表3 不同染料染色NEDDP 纖維織物的耐水洗沾色牢度
2.4.3 其他多項(xiàng)色牢度
表4 為50d/72f DTY 的NEDDP 纖維織物的多項(xiàng)染色牢度。由表4 可以看出,在100 ℃染色織物的光亮度L值最低,即染色最深,更高染色溫度時(shí)L值反而上升,其原因已如前所述。100 ℃染色時(shí)多項(xiàng)色牢度均達(dá)到滿意的效果。良好的染色牢度取決于NEDDP 化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及合理的纖維成形加工工藝。
由圖4 的NEDDP DSC 分析譜圖可見,NEDDP 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較PET 降低了約22 ℃,是實(shí)施常壓染色的必要條件;冷結(jié)晶溫度較PET 降低了21 ℃左右,且峰形尖銳,表明其易結(jié)晶且具有良好的結(jié)晶性能,不會導(dǎo)致上染后的染料在染色后期向外遷移,提高了上染率和色牢度。
圖4 NEDDP 的DSC 分析譜圖
NEDDP 纖維的染色升溫曲線必須依據(jù)其性能來決定,面料必須低溫入浴,慢速升溫,升溫至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近保持適當(dāng)時(shí)間,然后慢速升溫至100 ℃,保持規(guī)定時(shí)間,再還原清洗。NEDDP 與PET 纖維在使用多種染料和多個(gè)溫度條件下的染色結(jié)果表明,NEDDP 纖維在100 ℃染色時(shí)已達(dá)平衡深染,其染色K/S值遠(yuǎn)高于PET 纖維,與用光學(xué)顯微鏡觀察的直觀描述有很好的一致性;NEDDP 纖維織物在100 ℃下染色具有良好的染色牢度。