任曉峰，楊新華，劉園園，汪 陽(yáng)，胡勝超

（浙江恒逸石化研究院有限公司，浙江杭州 311209）

目前紡織印染工業(yè)仍然是高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)，在可持續(xù)發(fā)展的綠色工業(yè)理念導(dǎo)向下，開(kāi)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)低排放的新型染料和染色工藝以及可以實(shí)現(xiàn)低能耗生產(chǎn)加工目標(biāo)的化學(xué)纖維，是目前紡織印染行業(yè)的重要課題之一［1］。

液體分散染料是近幾年新開(kāi)發(fā)的可以免水洗的分散染料，由于染料顆粒粒徑在亞納米級(jí)范圍，低于粉體分散染料的顆粒粒徑，有更好的分散性和滲透性，相比粉體分散染料具有更高的上染率、更低的污水COD 和更好的色牢度。目前各染料廠家研發(fā)的液體分散染料，由于分散劑的高溫穩(wěn)定性影響和部分非離子表面活性劑存在濁點(diǎn)的影響，一些液體分散染料在高溫染色時(shí)會(huì)出現(xiàn)色花和色點(diǎn)等疵點(diǎn)現(xiàn)象，影響液體分散染料的推廣應(yīng)用。而常溫常壓染色方式更加適合毛滌類產(chǎn)品和滌錦、滌棉等混紡和交織產(chǎn)品，并且液體分散染料在常溫染色能夠避免高溫染色產(chǎn)生的疵點(diǎn)問(wèn)題，從而得到更好的應(yīng)用。

普通聚酯纖維大分子排列規(guī)則整齊，結(jié)晶度高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)都較高，常規(guī)高溫高壓法染色要在130 ℃以上進(jìn)行，能耗高，產(chǎn)生大量廢水，廢水的COD 較高。隨著環(huán)保和節(jié)能減排的要求越來(lái)越嚴(yán)格，技術(shù)人員開(kāi)始研發(fā)低溫改性聚酯，聚酯纖維的改性一般通過(guò)引入含間位或者鄰位苯環(huán)結(jié)構(gòu)的二元酸、含柔性基團(tuán)的脂肪族聚酯或者聚醚，在聚合時(shí)通過(guò)嵌段共聚和接枝共聚，在大分子鏈上引進(jìn)柔性鏈段，使纖維的超分子結(jié)構(gòu)更加疏松，無(wú)定形區(qū)增加，染料更加容易進(jìn)入纖維內(nèi)部，從而得到可以低溫染色的性能［2-3］。

本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選液體分散染料，與粉體分散染料進(jìn)行染色性能對(duì)比，并在改性聚酯纖維上進(jìn)行染色溫度、染色時(shí)間、pH 等的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)上染率、染色牢度和殘液COD 的測(cè)定，優(yōu)化改性聚酯纖維的染色工藝，使常壓染色即可達(dá)到較高的上染率，同時(shí)又降低了污水的COD 排放，進(jìn)而獲得優(yōu)異的色牢度，還能避免液體分散染料在高溫高壓時(shí)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，確定該工藝更加適合改性聚酯纖維的染色，使液體分散染料得到更廣泛的推廣應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

液體分散染料橙MX-2G、紅玉MX-2GN、藏青MX-GN［菲諾染料化工（無(wú)錫）有限公司］，粉體分散染料橙S-4RL、紅玉S-5BL、藏青S-3BG（上海七彩云電子商務(wù)有限公司），去油劑、純堿、保險(xiǎn)粉、冰醋酸，N,N-二甲基甲酰胺（西隴化工股份有限公司），低溫改性聚酯纖維（浙江恒逸石化研究院有限公司）。

1.2 儀器

MS3000 激光粒度分析儀、ECO-18S 紅外小樣染色機(jī)（廈門瑞比精密機(jī)械有限公司），SW-12A 耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州方圓儀器有限公司），Y571B 摩擦色牢度儀［米恩檢測(cè)儀器（上海）有限公司］，電子天平（賽多利斯儀器有限公司），鼓風(fēng)干燥箱（上海慧泰儀器制造有限公司），pH 計(jì)（奧豪斯儀器常州有限公司），DSC4000 差示掃描量熱儀（PerkinElmer 公司），水質(zhì)分析儀（北京連華永興科技發(fā)展有限公司），KU483 襪帶針織機(jī)（無(wú)錫市振榮針紡機(jī)械有限公司），UV2600 紫外-可見(jiàn)分光光度儀［島津儀器（蘇州）有限公司］。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 前處理

染色前要去除纖維上的油劑和織造帶入的雜質(zhì)，前處理工藝配方為：去油劑2 g/L，純堿1 g/L，溫度80 ℃，時(shí)間30 min，浴比1∶20。

1.3.2 染色

實(shí)驗(yàn)1：液體分散染料和粉體分散染料以不同溫度染色時(shí)，測(cè)試在改性聚酯纖維上的上染率。具體工藝配方為：染料用量2%（omf），溫度80～130 ℃，時(shí)間40 min，pH 5.5，浴比1∶20。

實(shí)驗(yàn)2：液體分散染料在100 ℃上染改性聚酯纖維時(shí)，測(cè)試染色時(shí)間和染色pH 對(duì)上染率的影響。具體工藝配方為：染料用量2%（omf），溫度100 ℃，時(shí)間20～50 min，pH 4～7，浴比1∶20。

1.3.3 后處理

分散染料在染中深色時(shí)，為了提高色牢度，要進(jìn)行還原清洗。具體工藝配方為：純堿1 g/L，保險(xiǎn)粉2 g/L，溫度75 ℃，時(shí)間20 min，浴比1∶20。

1.3.4 烘干

清洗后脫水，并在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)50 ℃烘干，用于檢測(cè)色牢度。

1.4 測(cè)試

1.4.1 粒徑

先將液體分散染料和粉體分散染料分別按照5 g/L 配制成水溶液，取樣5 mL 稀釋100 倍后，按照儀器操作標(biāo)準(zhǔn)在激光粒度分析儀上測(cè)量，讀取D90的數(shù)據(jù)，同一個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值。

1.4.2 DSC

稱取5.5 mg 樣品，待設(shè)備準(zhǔn)備工作完成后，以50 ℃/min 快速升溫至280 ℃，保持3 min，以10 ℃/min降溫至30 ℃，再以10 ℃/min 升溫至280 ℃，讀取待測(cè)樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)數(shù)據(jù)并繪制曲線圖。

1.4.3 上染率

染色結(jié)束后，在還原清洗前先將織物用蒸餾水洗凈（少量多次），洗滌液與殘液一起倒入容量瓶中，按1∶1 體積比加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液，使分散在水中的染料溶解到DMF 溶液中，再用DMF溶液稀釋［V（水）∶V（DMF）=1∶1］，直到符合用紫外-可見(jiàn)分光光度儀檢測(cè)的濃度范圍，測(cè)量染色殘液在染料最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度，以同樣的方法測(cè)量已知染液空白液的吸光度［4-5］。

當(dāng)光程長(zhǎng)一定時(shí)，吸光度與溶液濃度成正比，故同一種物質(zhì)的溶液，在以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)時(shí)可以繪制該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。當(dāng)體積一定時(shí)，根據(jù)吸光度即可以計(jì)算染料的量。根據(jù)下列公式計(jì)算上染率：

式中：Nx為染色殘液的稀釋倍數(shù)；Ax為染色殘液的吸光度；N0為染色空白液的稀釋倍數(shù)；A0為染色空白液的吸光度。

1.4.4 色牢度

耐皂洗色牢度：參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取?，在耐皂洗色牢度試?yàn)機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)，鼓風(fēng)干燥機(jī)50 ℃烘干，在標(biāo)準(zhǔn)光源箱中按照判色灰卡評(píng)級(jí)。

耐摩擦色牢度：參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取?，在耐摩擦色牢度儀上檢測(cè)，濕摩擦檢測(cè)布經(jīng)鼓風(fēng)干燥機(jī)50 ℃烘干，在標(biāo)準(zhǔn)光源箱中按照判色灰卡評(píng)級(jí)。

1.4.5 染色殘液COD

采用重鉻酸鉀氧化法進(jìn)行檢測(cè)。取過(guò)量的重鉻酸鉀溶液，180 ℃加熱10 min 氧化定量的殘液，采用水質(zhì)分析儀檢測(cè)三價(jià)鉻的吸光度，按照朗伯-比爾定律系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算COD［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散染料粒徑

由表1 可以看出，液體分散染料的粒徑為0.4～0.7 μm，粉體分散染料的粒徑為2～4 μm，分散染料在水中以顆粒狀態(tài)存在，染色時(shí)，在溫度的作用下，染料顆粒運(yùn)動(dòng)動(dòng)能增大，不斷變小至分子狀態(tài)，擴(kuò)散到聚酯纖維內(nèi)部，所以染料顆粒越小越容易上染。

表1 液體分散染料與粉體分散染料的粒徑對(duì)比

2.2 低溫改性聚酯的熱性能

聚酯纖維的熱性能對(duì)染色有重要影響，同類纖維不同批次會(huì)略有差異。由圖1 和表2 可知，改性聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度要低于常規(guī)聚酯。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低導(dǎo)致分子鏈的柔順性變好，分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，分子間空隙增大，從而導(dǎo)致染料分子更容易滲透進(jìn)入聚酯織物內(nèi)部，所以改性劑的加入可以降低聚酯纖維織物的染色溫度，提高分散染料對(duì)聚酯纖維織物的上染率［7-8］。

圖1 試樣的DSC 曲線

表2 試樣的DSC 數(shù)據(jù)

2.3 分散染料上染改性聚酯纖維

液體橙MX-2G、液體紅玉MX-2GN、液體藏青MX-GN 和對(duì)應(yīng)的粉體橙S-4RL、粉體紅玉S-5BL、粉體藏青S-3BG 是常用的同類型同結(jié)構(gòu)的染料，不同之處在于粒徑和分散劑種類。由圖2 可以看出，在相同的染色溫度條件下，液體分散染料的上染率都高于粉體分散染料，上染率都隨著溫度的升高而提高；100 ℃時(shí)，粉體分散染料的上染率在85%左右，而液體分散染料的上染率達(dá)到95%及以上，接近粉體分散染料高溫高壓染色的上染率，所以液體分散染料上染改性聚酯可以實(shí)現(xiàn)常壓染色。

圖2 液體分散染料和粉體分散染料對(duì)改性聚酯纖維的上染率

2.4 100 ℃常壓染色時(shí)影響上染率的因素

2.4.1 時(shí)間

液體分散染料在不同保溫時(shí)間下的上染率見(jiàn)圖3。

圖3 液體分散染料在不同保溫時(shí)間下的上染率

由圖3 可知，在保溫30 min 時(shí)，上染率已經(jīng)達(dá)到95%左右，分散染料按照染色深度染色保溫時(shí)間一般控制在20～60 min，一般在達(dá)到上染平衡時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間有助于分散染料的勻染，本實(shí)驗(yàn)染色深度為2%，故確定保溫時(shí)間為40 min。

2.4.2 pH

受染料結(jié)構(gòu)和性能的影響，分散染料染色需要在弱酸性條件下進(jìn)行，才能保證染料的染色穩(wěn)定性和色光的一致性。由圖4 可知，3 種染料在pH 為5 和6時(shí)上染率比較接近，都達(dá)到95%左右，而pH 在4 和7時(shí)都會(huì)對(duì)上染率和色光造成一定的影響，故染色pH確定在5.5左右。

圖4 液體分散染料在不同染色pH 下的上染率

2.5 色牢度

由表3 可以看出，經(jīng)過(guò)后處理還原清洗后，檢測(cè)耐摩擦以及耐皂洗色牢度都達(dá)到4～5 級(jí)，液體分散染料由于上染率高，織物表面浮色少，容易清洗，并且能夠達(dá)到和粉體分散染料染色相一致的色牢度水平。

表3 分散染料染色試樣的色牢度

2.6 染色殘液COD

由表4 可以看出，液體分散染料的殘液COD 是粉體分散染料殘液的60%～70%，染色工廠的COD 主要源于前處理退漿、染色殘液和后處理工藝過(guò)程，而染色殘液COD 的降低會(huì)使染色后水洗等工藝的COD 排放減少，所以在染色過(guò)程中減少COD 的排放非常重要。

表4 分散染料染色殘液的COD

3 結(jié)論

（1）液體分散染料由于粒徑小，更容易上染改性聚酯，在100 ℃染色時(shí)，上染率在95%以上，高于粉體分散染料染色，可以實(shí)現(xiàn)常壓染色。

（2）液體分散染料在常壓上染改性聚酯時(shí)，優(yōu)化染色工藝條件為：染料用量2%，溫度100 ℃，時(shí)間40 min，染色pH 5.5。

（3）經(jīng)還原清洗后的改性聚酯，耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均可以達(dá)到4～5級(jí)。

（4）液體分散染料在常壓上染改性聚酯時(shí)，殘液COD 低，能夠減少污水排放，更加環(huán)保。