（纺织化学与染整工程专业论文）荧光腈纶纱线的染色技术及荧光性能研究.pdf

摘要 荧光纺织品结合了科技的发展和荧光纱线新纤维品种的开发，不仅外观特性新颖，而 且可以迎合许多特殊要求。它作为一种具有防护和识别功能的高能见度产品，其使用范围 正不断得到扩展，不仅在安全领域起着越来越重要的作用，而且在装饰、服饰领域的需求 也越来越大。荧光腈纶纱线就是一种充分利用纤维中荧光物质吸收太阳能中紫外线或可见 光的特性加工而成的纤维，具有装饰和警示安全等特点。鉴于国内市场尚未出现此类产品， 所以具有新颖性；投放市场后，由于其特殊的性能及广泛的应用范围，一定会得到迅速的 推广和应用。 本文以荧光腈纶纱线为主要研究对象，通过单因素分析和正交实验，确定能使荧光腈 纶纱线具有最佳荧光效果的三原色染料和染色工艺；并通过三原色染料拼色染色，使荧光 腈纶纱线具有更齐全的色谱；同时通过染料与荧光增白剂拼混染色进一步提高荧光腈纶纱 线的荧光效果；另外，从荧光和染色两方面出发，深入分析荧光腈纶纱线的荧光性能及染 色动力学。 首先，通过单因素分析和正交实验，以荧光反射率、上染率和染色牢度为主要测试指 标，重点研究染色工艺因素对荧光腈纶纱线荧光效果的影响。筛选出了一套能使荧光腈纶 纱线保持较好荧光效果的三原色阳离子染料：荧光黄1 0 g f f 、艳红x 5 g n 和蓝x - g r r l ； 同时得出荧光腈纶纱线阳离子染料染色的最佳工艺：染色温度8 5 c ，染色时间7 5 m i n ，染 色p h 值3 5 ，浴比1 ：1 0 0 。荧光腈纶纱线经该最佳染色工艺染色后仍能保持一定的荧光效 果，且耐皂洗牢度和耐酸汗渍牢度达到4 级以上，耐日晒牢度达到5 级。 然后，在最佳染色工艺下，用三原色阳离子染料荧光黄1 0 g f f 、艳红x 一5 g n 和蓝 x - g r r l 对荧光腈纶纱线进行拼色染色以及与荧光增白剂的拼混染色。实验结果表明：在 三原色染料拼色染色时，选择合适的染料配比能使荧光腈纶纱线在具有较好荧光效果的基 础上，获得较为齐全的色谱；在染料和荧光增白剂拼混染色时，荧光增白剂t f 9 2 0 可进 一步提高荧光黄1 0 g f f 和艳红x 一5 g n 染色纱线的荧光效果： 最后，在分析荧光腈纶纱线和阳离子染料结构和官能团等基础上，通过各种现代测试 手段，对荧光腈纶纱线的荧光性能以及染色动力学等进行理论研究。通过绘制上染速率曲 线，测定染料的扩散系数和上染速率常数等动力学参数，直观地分析和讨论了阳离子染料 对荧光腈纶纱线的上染规律，结果表明阳离子染料对荧光腈纶纱线染色时8 5 下的上染和 扩散性能优于7 5 c 、8 0 c ，相同温度( 8 5 c ) 下染色，荧光腈纶纱线的上染和扩散性能优 于普通腈纶纱线；通过红外光谱等分析手段测试得出，由于荧光物质的存在，荧光腈纶的 结构与普通腈纶有所差异；通过对染液和纱线在各种状态下的荧光光谱分析表明，染料浓 度、染色p h 值和染色时问等都是影响荧光光谱的重要因素；用最佳工艺染色后的荧光腈 纶纱线确实具有较好的荧光性能。 关键词：荧光腈纶纱线：染色；反射率；拼色；增白；荧光光谱 s t u d yo nd y e i n gp r o c e s sa n df l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e so f f l u o r e s c e n ta c r y l i cf i b e r a b s t r a c t c o m b i n i n gt h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n dn e wt y p eo ff l u o r e s c e n ty a m ，f l u o r e s c e n c e t e x t i l en o to n l yh a sn o v e la p p e a r a n c e ，b u ta l s oc a t e r sf o rm a n yk i n d so fs p e c i a lr e q u e s t s f l u o r e s c e n c et e x t i l ei sah i 曲v i s i b i l i t yp r o d u c tw i t hd e f e n s ea n di d e n t i f yf u n c t i o n s i tp l a y sm o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l en o to n l yi ns e c u r i t yf i e l d ，b u ta l s o i nd e c o r a t i o na n dc o s t u m ef i e l d f l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mi ss u c haf i b e rw i t ht h ef e a t u r eo f s e c u r i t ya n dc a u t i o n i ti sp r o c e s s e db y m a k i n gf u l lu s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c st h a tf l u o r e s c e n ts u b s t a n c ei nf i b e rc a na b s o r bu l t r a v i o l e t r a d i a t i o no rv i s i b l el i g h ti ns u n l i g h t f l u o r e s c e n ta c r y l i cf i b e ri sn o v e lb e c a u s ei th a sn o t a p p e a r e di nh o m em a r k e ta tp r e s e n t t h e r e f o r e ，i tw i l lb ea p p l i e da n de x t e n d e dr a p i d l yi nv i e w o f s p e c i a lp e r f o r m a n c ea n de x t e n s i v ea p p l i c a t i o na f t e rl a u n c h i n gi n t ot h em a r k e t i nt h i sp a p e r , t h ef l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mw a st a k e na s t h em a i nr e s e a r c ho b je c t t h e t r i - c h r o m a t i cc a t i o nd y e sa n dt h eo p t i m u md y e i n gp r o c e s sf o rf l u o r e s c e n ta c r y l i cf i b e rh a v i n gt h e b e s tf l u o r e s c e n te f f e c tw e r eo b t a i n e db yt h es i n g l ef a c t o ra n a l y s i sa n do r t h o g o n a le x p e r i m e n t s c o m b i n a t i o nd y e i n gw a sa l s os t u d i e dt oo b t a i nm o r ec o m p l e t ec h r o m a t o g r a mo ff l u o r e s c e n t a c r y l i cy a m m e a n w h i l e ，c o m b i n a t i o nd y e i n gw i t hf l u o r e s c e n tw h i t e n i n ga g e n t sa n dc a t i o n i c d y e sw a sc a r r i e do u tt oi m p r o v et h ef l u o r e s c e n te f f e c t i na d d i t i o n , t h ef l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e s a n dd y e i n gd y n a m i c so ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mw e r ea n a l y z e dd e e p l yf r o mt h ef l u o r e s c e n c ea n d t h ed y e i n g f i r s t l y , t h ei n f l u e n c eo ft h ed y e i n gf a c t o r so nt h ef l u o r e s c e n te f f e c to ff l u o r e s c e n ta c r y l i c y a mw a si n v e s t i g a t e dm a i n l yb yt h es i n g l ef a c t o ra n a l y s i sa n do r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t a k i n g f l u o r e s c e n tr e f l e c t i v i t y , d y eu p t a k ea n dc o l o rf a s t n e s sa sm a i nt e s ti n d e x as e to fd y e sw e r e s c r e e n e do u tt h a ts u i t a b l ef o rd y e i n gf l u o r e s c e n ta c r y l i cy a r n , a m o n gw h i c hf l u o r e s c e n ty e l l o w io g f f , b r i l l i a n tr e dx 一5 g na n db l u ex g r r lc a nk e e pp r e f e r a b l ef l u o r e s c e n te f f e c t a tt h e s a m et i m e ，t h eo p t i m u md y e i n gp r o c e s so ff l u o r e s c e n ta c r y l i cf i b e rw a so b t a i n e da sf o l l o w ：t h e d y e i n gt e m p e r a t u r ei s8 5 。c ，t h ed y e i n gt i m ei s7 5 m i n , t h ep hv a l u ei s 3 5a n dt h ed y e i n gb a t h r a t i oi s1 ：10 0 t h ef l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mc a ns t i l lk e e pf a v o r a b l ef l u o r e s c e n te f f e c ta f t e rd y e d 、析t hc a t i o nd y e su n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n t h ec o l o rf a s t n e s st ow a s h i n ga n dt h ec o l o r f a s t n e s st oa c i dp e r s p i r a t i o nc a na c h i e v e4 g r a d e ，a n dt h ec o l o rf a s t n e s st os u n l i g h tc a na c h ie v e 5 i i i g r a d e s e c o n d l y , t r i c h r o m a t i cc a t i o n i cd y e ss u c ha sf l u o r e s c e n ty e l l o w io g f f , b r i ll i a n tr e d x - 5 g na n db l u ex g r r lw e r eu s e di nc o m b i n a t i o nd y e i n go ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mi nt h e o p t i m u md y e i n gp r o c e s s m e a n w h i l e ，c o m b i n a t i o nd y e i n gw i t hf l u o r e s c e n tw h i t e n i n ga g e n t sa n d c a t i o n i cd y e sw a sp e r f o r m e do nf l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mw i t ht h eo p t i m u md y e i n gp r o c e s s t h e r e s u l t ss h o wt h a tm o r ec o m p l e t ec h r o m a t o g r a mo ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a r nc a nb eo b t a i n e dw i t h s u i t a b l ep r o p o r t i o no fm i x e dd y e s t u f fi nt h ec o m b i n a t i o nd y e i n g t f 一9 2 0 ，af l u o r e s c e n t w h i t e n i n ga g e n t ，c a nf u r t h e ri m p r o v et h ef l u o r e s c e n te f f e c td u r i n gt h ec o m b i n a t i o nd y e i n g p r o c e s so ft f - 9 2 0w i t hf l u o r e s c e n ty e l l o w10 g f fo rb r i l l i a n tr e dx - 5 g n f i n a l l y , t h ef l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e so ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a ma n dt h ed y e i n gd y n a m i c so f c a t i o nd y e sw e r es t u d i e db yu s i n gv a r i o u sm o d e mt e s tt e c h n i q u e sb a s e do nt h es t r u c t u r ea n d f u n c t i o n a lg r o u po ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a ma n dc a t i o nd y e s t h ek i n e t i cp a r a m e t e r ss u c ha st h e c o e f f i c i e n to fd y ed i f f u s i v i t ya n dt h ed y e i n gr a t ec o n s t a n tw e r em e a s u r e db yt h ed y e i n gr a t e c u r v e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i f f u s i b i l i t yo ff l u o r e s c e n ta c r y l i cy a mi ss u p e r i o rt ot h a to f c o m m o na c r y l i c ，a n dt h ed i f f u s i b i l i t yo ff l u o r e s c e n ty a md y e i n gi n 8 5 ci ss u p e r i o rt ot h a to f 7 5 a n d8 0 t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo ff l u o r e s c e n ta c r y l i ca n dc o m m o na c r y l i ca r ed i f f e r e n t d u et ot h ee x i s t e n c eo ff l u o r e s c e n ts u b s t a n c et h r o u g ht e s t i n go ff t i r t h ef l u o r e s c e n c es p e c t r a o fd y el i q u i da n dy a r n sw e r es t u d i e di nv a r i o u sc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed y e c o n c e n t r a t i o n ，p hv a l u ea n dd y e i n gt i m ea l ea l lt h ei m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o r so ff l u o r e s c e n t s p e c t r a t h ef l u o r e s c e n ta c r y l i cy a md y e dw i t l lt h eo p t i m u mp r o c e s sh a sf a v o r a b l ef l u o r e s c e n t e f f e c ti n d e e d k e yw o r d s ：f l u o r e s c e n ta c r y l i cy a m ；d y e i n g ；r e f l e c t i v i t y ；c o m b i n a t i o nd y e i n g ；w h i t e n i n g ； f l u o r e s c e n ts p e c t r a 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：诫靓 日期：一2 卯8 年1 月) 弓日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 学位论文作者签名：喃靓 日期：一2 卯8 年j 月歹；日 年解密后使用本版权书。 浙江理工大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 荧光腈纶纱线的研究概况 1 1 1 荧光纤维 在黑暗中，常常由于无法看清周围环境而产生诸多不便，例如发生爆炸事故的矿井中， 一片漆黑给救援工作带来了极大的困难；黑夜里的交通道路上，司机无法看清行人或障碍 物，常导致车祸的发生。因此，寻找无需光源也可持续发光的新型材料十分必要n 1 。同时， 由于国内外能源的日益紧缺，人们把目光转向了新能源的开发，特别是对太阳能的利用受 到了大家的普遍关注。此外，随着纤维技术的发展，人们已广泛开展对各种功能纤维和具 有高附加值新合纤的研究和应用工作。荧光纤维正是结合了科技的发展和纤维新品种的开 发，是一种具有安全、警示、防护和识别功能的高能见度产品，还可以节约能源、美化环 境，给人们的生活带来便利。如今，荧光纤维不仅在安全领域起着越来越重要的作用，而 且在装饰服饰领域的需求也越来越大，还可广泛应用于建筑装潢、交通运输、航空航海、 夜间作业、消防应急及日常生活等领域。 目前，荧光纤维主要分为荧光防伪纤维和光致变色纤维。 荧光防伪纤维又称为安全纤维，包括红外荧光防伪纤维和紫外荧光防伪纤维。红外荧 光防伪纤维是指在红外光激发下能发射出不同的颜色( 红、蓝、绿、黄色) 的一种新型的防 伪纤维。紫外荧光纤维是指在紫外光激发下会闪烁光彩，能发射出各种不同的颜色，当紫 外光消失后，又能回复到原色的纤维。目前有关红外防伪纤维的文献资料很少。在紫外荧 光防伪纤维方面，东华大学的研究已有成效，并申请了专利口瑚；天津南开戈德集团有限 公司和苏州丝绸科学研究所有限责任公司分别开发了紫外荧光纤维，并获得了中国专利。 荧光纤维作为防伪材料可广泛应用于票据、证件、商标等方面，如：天津南开戈德集团有 限公司和天津南开大学戈德防伪技术有限公司采用“复合溶剂渗透染色法一工艺研制出 含紫外荧光纤维的防伪纸和相关生产工艺，实现了防伪纸的产业化生产，为我国防伪市场 提供了具有高防伪可靠性、低成本的防伪纸。目前已应用于火车票、发票等重要国家经济 领域，并可用于邮票、商标的防伪，这将帮助国家挽回达5 亿1 0 亿元年的损失，极大地 维护了国家正常经济秩序，社会效益非常突出。 光致变色纤维在紫外光或可见光的照射下会变色，而当光线消失之后又会可逆地变到 原来的颜色。光致变色化合物应用于纤维及其制品上的工艺途径主要有：油墨印刷、涂料 印花和原液着色。上世纪7 0 年代初，美国就将光致色化合物应用于衣料中，以达到军事伪 1 浙江理： 大学硕士学位论文 装的目的。目前市场上销售的日本钟纺和东丽生产的光敏变色服装是利用对紫外线敏感的 光致变色材料，它在室外受到紫外线照射时，衣服上浮现出图案花纹，进入室内不受到紫 外线照射时，图案就消失了，取得了良好的市场效果。目前，我国已能小批量生产有机光 致变色涂料和染料，并可用来生产变色t 恤衬衫。 1 1 2 荧光腈纶纱线 荧光腈纶纱线是将荧光物质加入腈纶纺丝液中加工而成。它能充分发挥腈纶纤维中荧 光物质吸收太阳能中紫外线或可见光的特性，具有防护、装饰和警示安全等特点。利用这 种荧光腈纶纱线可作为飞机上的地毯，宾馆地毯中的夜间指示路径，儿童的服装和鞋子上 或玩具中的发光部位( 如眼睛等) ，给小朋友们带来欣喜等等嘲。鉴于国内市场尚未出现此 类产品，所以具有新颖性。义乌建新毛纺厂的y l o 荧光特种纱线虽然弥补了这个产业上的 空白，但是由于该纱线基本是白色的，也就限制了其应用。而且经过常规的腈纶染色工艺 加工后，荧光腈纶纱线的荧光效果会大大降低、甚至完全消失，从而失去荧光腈纶纱线原 有的警示安全等特点。因此，深入研究荧光腈纶纱线的染色技术显得格外需要。 1 2 荧光腈纶纱线染色技术的研究概况 1 2 1 腈纶纤维阳离子染料染色原理及技术 腈纶的化学名称为聚丙烯腈纤维，即为丙烯腈与少量其他乙烯基系单体的二元或三元 共聚物。由于某些可以离子化的乙烯基系单体的引入，使腈纶纤维中含有酸性基团，因而 能用阳离子染料染色。阳离子染料染腈纶纤维具有色彩鲜艳、色谱齐全、色牢度好和工艺 简便等优点。因为阳离子染料在染浴中可以离子化而成为色素阳离子，当腈纶纤维进入阳 离子染料的染浴中时，染料阳离子向腈纶纤维表面移动，腈纶纤维表面吸附阳离子染料； 当腈纶纤维达到玻璃化温度时，染料开始向纤维结构内部扩散和渗透；最后，腈纶纤维大 分子结构中的酸性基与染料阳离子主要以离子键的形式结合，染料与腈纶纤维之间也存在 一定范德华力及氢键。反应式如下： 纤维一x y + d z = 纤维一x d + y z x ：活性的酸性基；d ：染料阳离子；y 和z ：简单的阳离子和阴离子嘲。 阳离子染料在腈纶纤维上的染色主要依靠提高温度来完成。在二级转变点以下，染料 主要是机械地吸附于纤维表面；而在二级转变温度以上，染料才迅速上染并同纤维相结合。 除了温度以外，染料用量、染色p h 值、染色时间、匀染剂、浴比等因素对腈纶纤维的染色 效果都有影响。 浙江理：【大学硕士学位论文 1 2 2 荧光染料 2 0 世纪以来，荧光染料作为重要精细化学品之一，以其独特的性能在越来越多的领域 内起着重要的作用，广泛应用于纺织、塑料染色、印刷用颜料等多种行业，引起了众多研 究者的关注。它是最近发展起来的一种新型染料，属于一种特殊的功能性染料，既具有常 规染料的着色特性，可吸收其色光的互补色使织物呈现颜色；又能发射出荧光，使得织物 的饱和度和鲜艳度提高。其作用原理是染料分子吸收特定频率的紫外光后，引起电子由低 能级向高能级跃迁，跃迁至第一、第二激发态的不同振动能级和转动能级，而处于高能级 的电子是一种不稳定的状态，会向低能级跃迁，当跃迁到第一激发态时，其能量不转化为 可见光；继续由第一激发态回落至基态的不同能级时，部分能量以可见光的形式释放，既 产生荧光效应聃h 1 。目前，适用于纺织纤维染色的荧光染料品种不多，主要有香豆素衍生 物、l ，8 一萘酰亚胺衍生物等。香豆素类染料在固态时会发生荧光猝灭，荧光只在溶剂中 体现，而且随溶液的p h 值的增高，波长向红移，主要用于涤纶及其混纺织物的染色和印花； 1 ，8 一萘酰亚胺类荧光染料因其色彩鲜艳，荧光强烈，广泛用作分散染料、荧光增白剂及 有机颜料，近年来国际上对它用于合成纤维染色的研究非常活跃。 由于荧光腈纶纱线经染色后会大大降低荧光效果，因此为攻克该难题，需要选择一些 阳离子荧光染料和具有荧光效果的阳离子染料，如阳离子嫩黄x - t g l l 、阳离子艳红x - s g n 、 阳离子红青莲3 r 、阳离子红6 b 、阳离子艳大红r h 、阳离子艳桃红b 、碱性玫瑰精6 g d n 、碱 性玫瑰精b 、碱性桃红f f 等，目前常用的有荧光黄i o g f f 和荧光黄4 g l 。 1 2 3 荧光增白剂 荧光增白剂实际上是一种带荧光的白色染料。它与被增白的物体不发生化学反应，而 是依靠光学作用增加物体的白度，是利用荧光给予视觉器官以增加白度的感觉。荧光是一 种光致发光现象，一个化合物欲作为荧光增白剂使用，必须同时具备下列条件：( 1 ) 化合物 本身接近无色或浅色：( 2 ) 有较高的荧光量子产率；( 3 ) 对被作用物( 底物) 具有较好的亲和 性，但相互间不可发生化学作用；( 4 ) 有较好的热化学和光化学稳定性。荧光增白剂之所 以有增白作用，原因是吸附有荧光增白剂的物质不仅能将照射在物体上的可见光发射出 来，而且还将不可见的紫外光转为可见光反射出来，增加了物体对光的反射率。由于反射 出来的可见光量的增加，反射光强度超过了投射在被处理物体上原来可见光的强度，致使 物质产生了荧光增白效果。 腈纶纤维因为有3 个单体组成，不仅受到含有染座的第三单体影响，还受到聚合度的影 响，这就给选用荧光增白剂品种带来一定的复杂性。但是腈纶本身有较好的白度，增白前 浙江理丁：大学硕士学位论文 不需要漂白，因此，对荧光增白剂的耐氯漂和耐氧漂要求较低。因为腈纶染席是带阴电荷 的酸性基卧所以腈纶增白大多是阳离子型荧光增白剂。一般来说，大部分阳离子型荧光 增白剂都适用腈纶增白，一些分散型荧光增白剂如吡唑啉、香豆素、萘酰亚胺类也可用于 腈纶增白。如果所用的荧光增白剂不需要有耐氯漂性能，则可使用价格低廉则又有效的非 离子型荧光增白剂。如荧光增白齐u d c b ，由于我国缺乏阳离子型的荧光增白剂品种，故这 个品种在我国被大量用于腈纶的增白。 1 3 课题的研究意义、内容及创新点 1 3 1 课题的研究意义和目的 荧光纺织品不仅外观特性新颖，而且可以迎合许多特殊要求。如交警服和环卫工人的 职业服装上镶嵌了荧光染料染色的条纹，使其在阳光或月光下特别醒目；夜间作业及特种 作业的人员也正在将荧光染料染色制品作为服装和施工标志使用，增加了安全系数；还有 荧光染料在一些运动服、鞋帽、广告品中的应用，都能够提高制品的美学价值n 。目前国 内在荧光纺织品的研究方面虽有所报道，但是并未将荧光纤维应用到生产纱线和面料的产 业中去，没有真正达到实际推广和产业化应用水平。因此，致力于荧光纱线的研究和产品 的开发具有非常重要和深远的意义，它对提高纺织品的附加值、增加就业、提高人民生活 水平及推动生产力的发展起到了积极作用。荧光腈纶纱线一旦开发成功、投放市场后，由 于其特殊的性能及广泛的应用范围，将得到迅速的推广和应用。 目前的荧光腈纶纱线基本上是白色的，为使这种纱线具有丰富的色彩就需对其进行染 色。然而，用常规的染色工艺对其染色后，纱线的荧光效果会减弱、甚至消失，可能是其 中的荧光物质遭到破坏或发生淬灭所致。因此有必要针对荧光腈纶纱线的特殊性，对其染 色技术及荧光性能进行深入研究，使该纱线在经过染色加工后，不仅具有五彩缤纷的颜色， 而且还能保持较好的荧光效果。本课题拟通过荧光腈纶纱线染色技术的研究，开发出一套 三原色染料和最佳染色工艺，使其染色后既能保持良好的荧光效果，又能获得色谱齐全的 效果；同时通过现代测试手段，研究荧光腈纶纱线的荧光性能以及染色动力学。 1 3 2 课题的研究内容 1 、通过各染色单因素分析和正交实验，确定适合荧光腈纶纱线的三原色染料及最佳 染色工艺，使荧光腈纶纱线在最佳染色工艺染色后，仍能保持较好的荧光效果。 2 、在最佳染色工艺条件下，将三原色染料相互拼色，在保持荧光腈纶纱线荧光性能 的基础上，使其达到色谱更齐全的效果；同时将三原色染料与荧光增白剂拼混染色，以增 强荧光腈纶纱线的荧光效果及其耐久性。 浙江理t 大学硕十学位论文 3 、在分析荧光腈纶纱线和阳离子染料结构和官能团等基础上，通过各种现代测试手 段，对染色前后的染液和纱线进行测试，研究荧光腈纶纱线的荧光性能和染色动力学。 1 3 3 课题的创新点 l 、研究一套能兼顾荧光腈纶纱线的荧光效果及染色性能的染色技术。 2 、运用现代测试手段，研究荧光腈纶纱线的荧光性能及染色动力学。 浙江理j f 大学硕士学位论文 第二章荧光腈纶纱线的单色染色工艺研究 由于现有的荧光腈纶纱线基本是白色的，需要进行合适的染色，使纱线在保持荧光性 能的基础上，达到丰富多彩的最佳效果。但荧光腈纶纱线是一种特殊的腈纶纱线，目前所 采用的普通染色工艺使荧光腈纶纱线染色后的荧光效果大大降低，故不能满足要求。 本章以荧光腈纶纱线为主要研究对象，用阳离子染料对其进行染色，重点研究染色工 艺因素对荧光腈纶纱线荧光效果的影响，并通过测试荧光反射率、上染率和染色牢度等指 标来确定适合荧光腈纶纱线染色的染料和最佳染色工艺。最终使荧光腈纶纱线在保持较好 荧光效果的基础上，又具有鲜艳的色泽和齐全的色谱。 2 1 实验部分 2 1 1 实验材料、药品和仪器 实验材料：荧光腈纶纱线( 义乌建新毛纺厂提供) 实验药品：荧光黄i o g f f 、嫩黄4 g l 、翠蓝x - g b 、艳红x - 5 g n 、金黄x 书l 、嫩黄x - 8 g l 、 蓝x g r r l 、红x - g r l ( 均为阳离子染料) ；冰乙酸、元明粉( 均为a r 级) 、表面活性剂1 2 2 7 ( 工业品) 实验仪器：s p s 2 0 2 f 型电子天平( 梅特勒一托利多( 常州) 称重设备系统有限公司) ， p h s 一3 c 精密p h 计( 上海安亭昌吉路1 4 9 号雷磁仪器厂) ，s m c 恒温振荡水浴锅( 常州国华 电器有限公司) ，2 2 p c 可见分光光度计( 上海棱光技术有限公司) ，s f 6 0 0 xd a t a c o l o r 测色 配色仪( 山特电子( 深圳) 有限公司) ，y g ( b ) 9 8 2 x 型标准光源箱( 温州市大荣纺织标准 仪器厂) 2 1 2 实验及测试方法 2 1 2 1 染色方法1 力一1 4 1 染色工艺：7 0 c 纱线入染一升温到一定温度下保温一定时间一自然冷却一水洗一烘干 染色配方：染料浓度0 3 ( 0 w f ) - - 2 0 ( 0 霄f ) ；染浴p h 值3 5 - - - , 5 5 ；浴比1 ：1 0 0 。 2 1 2 2 正交实验法 正交实验设计是一种研究多因素多水平的设计方法，它根据正交性、均衡性和独立性 从实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整 可比的特点，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。本文在对染料种类、染料浓 度、染色温度、染色时间、染色p h 值和染色助剂等单因素进行分析的基础上，采用正交 实验法，以染色温度、染色时间和染色p h 值作为三因素进行研究，具体设计见表2 1 n 小n 羽。 浙江理 大学硕十学位论文 表2 1 正交实验表 注：a 为染色温度( ) ；b 为染色时间( r a i n ) ；c 为染色p h 值 2 1 2 3 荧光反射率测定n 阳 荧光反射率在一定程度上可以表征荧光效果的强弱，因此可用s f 6 0 0 xd a t a c o l o r 计算 机测色配色仪测定，在d 6 5 光源l o 。视角下，设定u v 透过率为1 0 0 和0 ，分别测定纱线的 反射率，计算其差值，即为荧光反射率斤( ) 。 测色过程中尽量使用大孔测色；将纱线紧密缠绕于硬纸板上，并尽量使其平整；每块 以不同点测定3 次，取平均值。测定波长4 0 0 - - 7 0 0n m ，每间隔l o n m 记录数据。 月( ) = 冠( ) 一届( ) 式中：届( ) 一透过率为1 0 0 时的反射率； 届( ) - - - - u v 透过率为0 时的反射率。 2 1 2 4 上染率测定呦1 按下式计算染料上染百分率： 上染率( ) = ( 卜a 属) 1 0 0 式中：丘：染色残液的光密度； 属：空白染液的光密度。 2 1 2 5k s 值测定 表面得色深度用鹏值表示，其大小用k u b e l k a m u n k 公式来表示，即肜譬( 卜励2 尼 浙江理工大学硕士学位论文 刀为最大吸收波长处的反射率。在d a t a c o l o rs f 6 0 0 型计算机测色配色仪上采用d 6 5 光源， 观察角1 0 。按规定进行测试1 。 2 1 2 6 匀染性测定 按数理统计原理，先任取八点测定纱线的表观深度即船值，然后按下面公式算出八 个点的平均值，并计算各点彤各值对平均值k s 的标准偏差s r ，以此来表示不匀性。偏 差越小，则匀染性越好州。 厮吉善( k s ) s t ( x ) = 式中，n 为测量点数。 2 1 2 7 色牢度测定 耐皂洗牢度参照g b t 3 9 2 1 3 - 1 9 9 7 纺织品色牢度试验耐洗色牢度试验方法测试； 耐汗渍牢度参照g b t 3 9 2 2 1 9 9 5 纺织品耐汗渍色牢度试验方法测试；耐日晒牢度参照 g b t 8 4 2 6 一1 9 9 8 纺织品色牢度试验耐光色牢度：日光试验方法测试。 2 2 结果与讨论 2 2 1 染色工艺单因素分析 将荧光腈纶纱线分别放入不加任何染料，只加醋酸或不加醋酸的水浴中，在9 0 处理 一段时间后，测试其荧光反射率，结果如表2 2 所示。 表2 2 不加染料处理对荧光反射率的影响 由表2 2 可知，荧光腈纶纱线在不加染料条件下热水处理后比处理前标样的荧光效果 有所降低但并不明显，说明该纱线中的荧光物质并不是水溶性物质，故可以在染浴中进行 纱线染色；且加醋酸处理比不加醋酸处理的荧光反射率略高，说明酸性条件对荧光效果可 能有所影响，因此有必要对p h 值对纱线的荧光效果进行研究。另外，对荧光腈纶纱线进 行常规染色工艺染色后，发现纱线的荧光效果大大降低、甚至完全消失，说明一般的腈纶 纱线染色工艺并不适合于荧光腈纶纱线的染色。从而推测：染色过程中的染料、染色温度 和元明粉等染色助剂都会对纱线的荧光效果产生影响，因此有必要对荧光腈纶纱线的染色 一8 浙江理j 亡大学硕士学位论文 技术进行研究。本文对染料种类、染料浓度、染色温度、染色时间、染色p h 值和染色助 剂等单因素进行分析，并在此基础上确定合适的水平、因子范围，从而通过j 下交实验法来 确定荧光腈纶纱线的最佳染色工艺。 2 2 1 1 染料种类 上染织物的荧光染料的荧光反射率，取决于紫外光源的强度和上染织物的荧光物质量 以及荧光物质的荧光量子效率嗍。相同浓度的不同染料荧光反射率不同，这可能与荧光染 料的荧光量子效率有关，即与染料的结构有关。因此，合理选择染料不仅可以解决由于纤 维因素造成的染色牢度问题，而且对于纱线的荧光效果也是一个重要的影响因素。本文选 用8 只阳离子染料对荧光腈纶纱线进行染色，并测试染后纱线的荧光反射率，结果见表2 3 。 表2 3 染色种类对荧光反射率的影响 染料荧光黄i o g f f 嫩黄4 g l 翠蓝x - - g b 艳红x - s g n 金黄) l 嫩黄x - 8 g l 蓝x - - g r r l 红h r l a r 1 4 3 64 2 30 6 31 2 6- - 0 4 5- 0 2 95 9 20 4 4 注：荧光标样r 为2 4 8 8 由表2 3 可知，荧光腈纶纱线经阳离子染料染色后，荧光效果都有不同程度的下降， 说明染料种类对纱线荧光效果的影响较大。用翠蓝x 吨b 、金黄x - g l 、嫩黄x - 8 g l 和红x - g r l 染色后，纱线的荧光效果几乎完全丧失，荧光反射率接近于零、甚至出现了负值s 这可能 是因为这些染料本身没有荧光性能，染色后染料进入到纱线内部以及停留在纱线表面，掩 盖了纱线本身的荧光。用嫩黄4 g l 、荧光黄i o g f f 、艳红x - 5 g n 和蓝x - g r r l 染色后，纱线 的荧光反射率下降较少，尤其是荧光黄i o g f f 染色后的荧光反射率最高。这可能是因为荧 光黄i o g f f 本身是荧光染料，因此用其染色的纱线荧光反射率下降最少。故选择能保持较 好荧光效果的三原色染料，即荧光黄i o g f f 、艳红x - 5 g n 和蓝x - g r r l ，并继续下面实验。 2 2 1 2 染料浓度 由于染料用量对荧光反射率影响较明显，浓度过高会使荧光效果大大降低从而影响其 安全警示作用。因此本实验选取荧光黄io g f f 、艳红x - 5 g n 和蓝x - g r r l 在0 3 - 2 0 9 6 ( o w f ) 几档浓度下对荧光腈纶纱线染色，并测试染后纱线的荧光反射率，结果如图2 1 所示。 浙江理工大学硕士学位论文 誓 o 30 51 o1 52 0 染料浓度 + 荧光黄i o g f f5 1 0 h m - 卜艳红x 一5 g n6 4 0 n t o + 蓝x - - g r r l4 3 0 h m 图2 1 染料浓度对荧光反射率的影响 注：荧光标样刀为2 5 3 9 图2 1 表明，相同浓度的不同染料荧光反射率不同，这可能与染料的荧光效率不同有 关嘲。一般来说，当荧光物质在某临界浓度以下时，若光源发射的紫外光强度一定，织物 所含荧光染料量越大，发射荧光粒子数越多，发射荧光的能力就越强，即荧光强度与织物 上的染料量成正比。对荧光黄i o g f f 来说，它是一只荧光染料，在某一浓度范围内荧光反 射率随纤维所含荧光染料数量的增加而增大；当纱线上染着的荧光物质浓度达到某一临界 值( 临界浓度) 时，荧光反射率达到最大；超过临界浓度后荧光反射率反而有所下降。由图 2 1 可知荧光黄i o g f f 浓度为1 0 9 6 ( o w f ) 时刀最高；染料浓度为0 5 ( 0 w f ) 时 月次之。对蓝x - g r r l 来说，随着染料用量增加刀明显下降，这可能是因为蓝x - g r r l 本 身是非荧光染料，因此染料用量越高，纱线本身的荧光被掩盖得越多。对艳红x - 5 g n 来说， 染料用量对月影响较小，浓度为1 o ( o w f ) 时曰最高，0 5 ( o w f ) 时月次之。 综合考虑三原色染料，并结合上染率等因素，初步选择染料浓度为o 5 1 0 ( 0 w f ) 。 2 2 1 3 染色温度 腈纶染色时，温度是一个非常重要的因素。一方面可赋予染料扩散所需要的能量，另 一方面可使纤维膨化，减小染料在纤维内的扩散阻力，由此它对纱线染色后的荧光效果也 有较为显著的影响。通常腈纶染色的始染温度宜在玻璃化温度以下，当温度低于玻璃化温 度时，染料对纤维的吸附速率较慢；而染色温度应稍高于玻璃化温度，以便于染料分子向 纤维内部渗透；但若染色温度高出玻璃化温度太多，局部渗透加快，容易染花，也会造成 纤维的损伤。所以，必须严格控制升温条件，在保证均匀吸附的基础上获得最佳的荧光效 果乜7 1 。本实验选取7 0 * ( 2 为始染温度，用0 5 ( o w f ) 的荧光黄i o g f f 、艳红x - 5 g n 和蓝x - g r r l ， 在7 5 9 5 五个不同温度下染色，结果如图2 2 所示。 1