（纺织化学与染整工程专业论文）聚酯超细纤维染色相容性的研究.pdf

摘 色y 3 0 g o 6 s 哆c 本文对影响聚酯超细纤维染色初始吸附的因素进行 了全面的探讨，发现影响初始吸附的主要因素是染浴的 p h 值、匀染剂、染料的浓度及纤维表面的物理状态。 并从微观的角度对分散染料的扩散系数与初始吸附对染 色相容性的影响进行了深入的研究，提出了初始吸附是 影响聚酯超细纤维染色相容性的重要因素，并在理论的 基础上结合实验结果对此进行了分析。 关键词：聚酯超细纤维 扩散系数 染色初始吸附 相容性 a b s t r a c t t h i s p a p e rc o m p r e h e n s i v e l y d i s c u s s e st h ef a c t o r s w h i c hi n f l u e n c ei n i t i a l a d s o r p t i o n o f d y e i n gp o l y e s t e r m i c r o f i b r e ，a n df i n d st h a tt h ep r i m a r yf a c t o r sa r ep ho f d y eb a t h ，l e v e l l i n ga g e n t ，c o n c e n t r a t i o no fd y e s a n dt h e p h y s i c a lc o n d i t i o no f 蠡b r es u r f a c e 。f o rt h ei n f l u e n c eo f d i s p e r s i o n c o e f f i c i e n to f d i s p e r s ed y e s a n di n i t i a l a d s o r p t i o n o nt h e d y e i n gc o m p a t i b i l i t y ，w e m a d e d e e p g o i n g r e s e a r c h e sf r o mt h e m i c r o p o i n t a n d p u t s f o r w a r dt h a tt h ei n i t i a la d s o r p t i o ni st h em o s ti m p o r t a n t f a c t o rw h i c hi u f l u e n c e st h e d y e i n gc o m p a t i b i l i t y o f p o l y e s t e r m i c r o f i b r e t h i sp a p e ra n a l y z e st h e s eo nt h e b a s i so ft h e o r i e sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s k e y w o r d s ：p o l y e s t e rm i c r o f i b r e d y e i n g i n i t i a l a d s o r p t i o n d i s p e r s i o nc o e f f i c i e n t c o m p a t i b i l i t y 第一部分绪论 一 聚酯超细纤维发展的国内外现状 近年来，消费者对服装的要求发生了很大的变化，人们开始追求穿 着的舒适性和保健性，因此天然纤维再度受到人们的青睐。然而，天然 纤维虽然具有柔软、丰满的手感和穿着舒适等优点，但它们的保型性 差，易起皱等缺点又给消费者带来诸多不便。因此，唯一可以代替天然 纤维犹如真丝的就是聚酯超细纤维。 超细纤维是七十年代在日本发展起来的一种新型合成纤维，因其单 丝纤度远较常规涤纶纤维为细而得名。 何谓超细纤维? 欧美和日本的看法并不一致。s a n j a yg u p t a 对各种 聚酯纤维的单丝纤度范围的规定如表1 1 所示：【i l 表1 - 1 各种聚酯纤维单丝纤度范围 纤维分类单丝纤度 常规纤维和短纤维 24 7 0 d t e x 细旦长丝和短纤维l 2 4 d t e x 微细纤维 0 3 1 0 d t e x 超细纤维o 3 d t c x 以下 通常，一根微纤维可以含有4 倍于一般纤维的单纤。因此，它将比 其它纤维具有更大的比表面积和体积，这就赋予了它与众不同的性质， 如手感柔软、轻盈飘逸、悬垂性好、吸湿、光泽优雅、蓬松丰满、穿着 舒适等特点，所有这些性质都超出了合成纤维的传统性能易保管性 和尺寸稳定性。纯聚酯微纤维，织造成高密机织物可有防水、抗风效果 这就是所谓的抗气候性。微纤维的这些特点，都远远超出现今的常规涤 棉混纺和纯棉高密织物。1 2 1 由于这些与众不同的性质，微纤维较集中地适用于以下领域： ) s 一面1 分f 论 功能性的运动服，像滑雪服、雨衣及航海服等，要求透湿、透 。i ，但需防水的场合。 时装外衣，像女士便裤、套装、短上衣、裙子等，还有男士防 风夹克，往往需经刷毛以获得一系列表面效应，从桃皮效果到麂皮、天 鹅绒效果。 时髦的运动装，如径赛服、跑跳服，还有一种汗衫，它含有 经、纬针织双层里，这是专门为体内的汗湿能传出体外而设计的。 效仿真丝。 一些用途批量小品种多的应用领域也相继出现，像用作睡袋、过滤 材料、镜头擦、家用纺织品、帐篷、羊皮纸等。1 3 1 超细纤维纺织品自1 9 8 8 年畅销至今已有十个年头了，它的发展引 起了世界各国的关注。1 9 9 2 年的世界产量估计在8 万吨左右，1 9 9 5 年 美国聚酯超细纤维的产量已占长丝产量的5 0 左右。1 4 i ，【”1 在我国超细纤维的发展始于8 0 年代后期，9 0 年代开始深化，但发 展速度较慢。以1 9 9 5 年为例，超细纤维产量3 - 4 万吨，仅占长丝产量 的5 左右。预计到2 0 0 0 年产量可达到1 8 2 0 万吨，所以，有很大的发 展潜力。1 8 除了不断提高产量外，超细纤维新产品的研究开发也越来越受到世 人的重视，迄今日本生产的第二代聚酯超细纤维，细度已达到 0 0 1 - 4 ) 0 0 1 旦，其直径已达到o 0 0 1 微米。随着具有特殊功能的纤维的 不断开发，超细纤维将成为人造纤维研究开发的重点所在。”1 二 聚酯超细纤维的染色 虽然聚酯超细纤维具有许多优良的性能，但因其单丝纤度远小于常 规纤维，且超细纤维横截面呈不规则形状，所以比表面积增大，表现为 染色初期染料吸附速度变快，从而给染色带来很多问题，诸如不易匀 染、不易染深、染色牢度低、洗净性能劣化以及齐聚物增多等等。 与此同时，正因为初始吸附高，聚酯超细纤维的拼色也比常规纤维 困难得多。譬如，从d i s p e r s o l 藏青c 2 g 和d i s p e r s o l 藏青d 3 g r 的提升 | 批而盼囊融 曲线来看，对于常规涤纶纤维，两只染料只有少量的相对染色强度方面 的差异( 1 和2 ) ； 但对于涤纶超细纤维采用相应的两只染料其相对染 色强度方面的差异即被扩大化了( 3 和4 ) ，如图1 - 1 。【i 因此，聚酯超 细纤维拼色时对染料相容性的要求就比较高。 所用染科耀腱 图1 - 1 不同分散染料在不同纤度聚酯纤维上染色提升性差异比较 l 一常规长丝，d i s p e r s o l 藏青c 2 g2 一常规长丝，d i s p e r s o l 藏青d 3 g r 3 一超细长丝d i s p e r s o l 藏青c 2 g4 _ 超细长丝，d i s p e r s o l 藏青d 3 g r 由此可见，相同的染料组合染聚酯常规纤维相容性还比较好，但染 聚酯微细纤维或聚酯超细纤维就很差了，这就是说，在常规纤维上相容 性好的染料，用到超细纤维上其相容性却不一定好，因此，被染纤维单 丝纤度的变化与染料相容性密切相关。 为了解决这一问题，国内外染料商做了大量的工作，同时也纷纷推 出了自己的产品，如d y s t a r 公司的复配d i a n i xa c e 三原色， h o e c h s t - - 三菱公司的u p h 三原色，z e n e c a 公司的d i s p e r s o lc 型( 中 温型) 和d 型( 高温型) 染料等，但这些染料的性能各不相同。1 1 5 1 所以，从理论上重新给出一个客观、准确的评价相容性的方法是非 常必要的，以便更有效地指导实际生产。 三本课题研究内容 我们以部分国产和进口染料为基础，对聚酯超细纤维染色相容性的 问题进行了理论上的探索。通过对聚酯超细纤维初始吸附的实验，联系 1 僻分憾 扩散系数以及染色基本理论，从而探讨初始吸附及扩散系数对相容性的 影响，提出评价聚酯超细纤维染色相容性的新方法。 j 蛤画l ：铲墓摹薯帮 第二部分基本理论 一聚酯纤维染色的e 染机理 上染过程的四个阶段为： ( 1 ) 流动的染液把染料输送到纤维表面附近的液层中( 动力边界 层) ； 但1 由于扩散边界层中存在浓度梯度，染料以扩散方式通过扩 散边界层到达纤维表面； r 3 ) 到达纤维表面附近的染料迅速被纤维表面吸附； ( 4 ) 在纤维内外染料浓度梯度推动下，吸附于纤维表面的染料向 纤维内部扩散，直至平衡，完成上染过程。如图2 l 所示： 1 8 i ，1 1 6 i ，1 1 引 图2 - 1 染料的上染过程示意图 l 一染料随染液流动靠近扩散边界层2 一染料通过扩散边界层靠近纤维表面 3 一染料被吸附在纤维表面4 一染料从纤维表面扩散进入纤维内部 上述上染过程对常用染料都是适用的，这在染色动力学中已经讲 得很清楚了，但染料性质不同，其上染性能也不同。 j 蠊俩盼蒜4 淫瘤- 分散染料精于菲离子型染科，溶解度低。染瓣在染液中在分散 剂的作用下形成稳定的悬浮液，此时染料存在着单分子、结晶状态 和热溶状态，这三耱妆态保持如下平蕊： 染瓣晶毂竺溶簿凝态染瓣；主动羯胶团中染料 1 【 染料分子聚集体 缀大量研究涯实，只有单分子状态的染料直接参与染色过程， 它的存在状态直接影响染色速度和染色平衡。因此，一切影响单分 子状态染料数量的因豢都会对染色产生一定影响。 我们知道，无论聚酯常筑纤维还怒超细纤维，它们的染像往髓 都与纤维本身的超分子结构有关。而分散染料在聚酯纤维中的扩散 符合蠢由体积模墅。这重所撩静蠡由体积是籀无定鳖离分子秘总俸 积中没有被分子链占据的那部分体积。它形成微小的孔穴形式散布 在蠢分子耪璧。当絷液蕊于聚鼯熬玻璃纯潺浚惹，纾缝大分予链豹 某些熬价键克服了能阻，发生转动，有些原来分散的微小孔穴会合 并戏为较大一些兹孑0 穴，嚣锬大分子链段麓够发生连镀懿绕韵，羁 发生了链段跳跃。也就是说，染料吸附在纤维大分子链上，幽温度 足以菠磐维大分子豹链段发生绕动，造戒太小超过菜一临界镶的孔 穴以届，染料分子才能循着这些不断变化的孔穴，逐个孑l 穴“跳跃 扩散”。因此，分散染料在聚熊纤维中的扩散主要取抉于纤维内自 由体积的大小，自由体积越大，贝扩散越容翁。此外，扩散还和染 料分予的大小、形状、纤维取向度以及染料和纤维分子间作用力的 性质等有关。l l o l 二 染料棚容性的评价方法 所谓相容性是指在染色过程中，参与拼色的不同染料上染纤维或织 魏豹圈多稳。辐褰牲努懿染辩进行携营爵像涯强懿重演瞧，因热，穗容 性是评价染料性能的重要指标。 j ，= | 醇匮擀。毒爿q 雩静 前人所做的有关相容性的评价方法有很多，如： t 通过绘裁不黼染糕豁上染鏊线髓察。一i ：染静线较接近瓣染料襁容 性好，举例说明，见图2 2 ：1 。耐圆( r a i n ) 7 0 辩1 t 0t s8再f 盛虞) d i a n xa c e 三原陡的上涎曲线 ：, i a n x u p h 三原笆的匕染曲线 2 将以同一配方，同一工艺染色的织物在不同时间取出，观察 它镁豹色榻变穗，惫穗一致剐糖密瞧驽。 3 将以同一配方，同一工慧染色的织物在到达1 2 0 。c 及1 3 0 0 c 保滋3 0 分镑，于这段对闯内每闯隔一定时润取出，鼹寨它鲣色 相的变化，色相一致则相容性好，如图：1 1 2 1 、逮璺时问 1 0 m i n2 0 m i m3 0 r a i n4 5 m i n6 0 r a i n 染色濑度 处1 2 0 $ t 方11 3 0 0 c社撑& 处1 2 0 。( 2 幸球 孬稃箨 方21 3 0 0 c撑样& 可见，相容性的评价方法大多为从实际染色结果出发，即用表观的 缍浆译绘，这些方法有一定豹实用侩篷，稳获分数染辩茨絷怠实器来 看，对染料的选择并不方便。主要是因为相容性与染料用墩有关，丽染 料蠲量与染料的上絷率之阉却没有确定的娥律。漂瑞士s a n d o z 公霹 j b 南盼毒苹窖舯 曾经以微观的量扩散系数来作为染料相容性评价的依据，如扩散系 数在5 1 0 一1 5 1 0 。8 c m 2 s 之间的染料为e 型，扩散系数小于1 5 1 0 4 c m z s 的染料为s 、s e 型，选用同类型的染料拼色可得到较好的相容 性。| l “但他们忽略了一点，因为分散染料的扩散系数d 是与染料浓度 无关的常数，就是染料的上染速率是由单位时间内扩散到纤维内部的染 料数量决定的，它除了与染料的扩散速率有关，还和初始浓度c 。( 与 我们提出的初始吸附相当) 有关。如图所示： 图2 - 3 上染速度示意图 从图中可知，纵坐标c 。相当于我们所说的初始吸附x ，横坐标距 离x 相当于扩散系数d ，曲线下的面积表示扩散到纤维内部的染料量， 所以当c o 小而x 大时和当c 0 大而x 小时，曲线下所包含的面积是可能 相等的，即相同时间内扩散到纤维内的染料量是可能相等的。因此，单 纯的扩散系数与相容性之间并无直接联系，因而我们提出了分散染料的 相容性是与扩散系数和初始吸附相关的新的评价方法，即：相容性_ f ( d ，x ) 。 另外，聚酯超细纤维的纤度远远小于常规纤维，其初始吸附高，不 同染料间初始吸附的差别较大。如前所述，在常规纤维上相容性好的染 料拼色，在超细纤维上却不一定得到好的相容性。因此，纤维材料的性 质对相容性有很大的影响。 因此，我们通过大量的实验，从影响相容性的主要因素着手，研究 它们与相容性的关系，这无论在理论上还是实践上都是很有意义的。 j ，= 西甓妒| | 湍瑚r 耀 三聚酯超细纤维的染色特性 众所周知，聚酯超细纤维与常舰纤维径染色性能上存在很大差肄。 这主要是出予聚酯怒鳃纾维骢毖表黉积魄鬻嫂纾维大鹰多，因嚣翅娥啜 附很高，这不仅容易造成染色不匀，染料用艇增多，不易染深，牢艘下 降等一系列阀题，鄹对也绘攒色带来一定鲍难度。 为此，我们做了两组实验，结果如下： 1 分散黄s g 、分散蘸s - r b l t ( 。c )色褶h p i - 1 = 9p h = 5 8 02 1 9 9 8 2 1 9 5 8 1 0 01 8 4 0 71 8 6 2 3 l l o1 7 6 5 41 7 9 藩5 1 2 01 7 4 9 61 7 5 6 4 1 3 01 8 8 9 31 8 4 2 6 2 分散黄s g 、分教鲤玉s e g f l t ( o c )色捐h p h - - 9p h 枯5 8 04 1 34 4 5 l o o1 2 8 21 1 9 9 1 2 02 3 。8 22 4 7 4 1 3 02 8 2 03 0 ，0 4 1 3 0 1 5 r a i n2 9 。9 13 2 0 7 1 3 0 ，3 0 m i n 2 9 5 33 2 1 2 盖第一缀受铡，我秘霹敦发瑗，在染色秘簸，夔耱镶蓝，淹羞染热 时间的延长、染色温度的升高，色桐开始逐渐向黄色转移。这正式豳 9 j 盎瑚e 簿。疆日懈i 争 为，分散煎s - r b l 的初始吸附( 酸性浴4 9 + 2 6 ，碱性浴4 6 1 2 ) 避远 高j 二分散黄s g ( 酸性浴1 6 ，8 ，碱性浴58 0 ) ，所以染色削开始时， 纤维表面吸附的分敞蓝s - r b l 多，所以色楣偏蓝。之后，随着分散黄 s g 巧i 颤上染到纾维上，色褶角开始逐渐变小，当达到1 3 0 。c 时，出于 分散黄s g 比分散藤s - r b l 的扩散速率大，较快地扩散到纤维内部， 表臻为色穗燕又有新编大。以上说鹱视始瑕辩窝扩散系数对上染静影响 是比较大的。 因燕，李文凌在兹太磺褒懿基蕃囊主，绻合有关絷色酶蘩本理谂，疑 初始吸附和扩散系数两方筒入手，探讨它们各自与聚酯超细纤维染色时 染料翘容性驰关系。 | ，：三焉盼j i 泄 第三部分实验 一实验材料 1 材料 细旦原丝：东利化纤8 7 d t e x 1 0 4 fd t y 丝 细旦织物：扬州布厂x 2 2 型织物1 5 0 d 2 7 2 f 1 5 0 d 2 7 2 f 2 染料 分散红3 b ( c id i s p e r s er e d6 0 ) 0o h 分散红s e r ( c i d i s p e m e r e d5 0 ) 叫拶：= w 母w 盎。 分散红15 3 # c 8 1 太 j s 飚c 咔节嗡。 c h 3 分散黄s - g ( c i + d i s p e r s ey e l l o w7 9 ) 恭恻哥n 0 2f 夕、1 f 7 士1 n = n 。( 。= = 夕卜一n 0 2 m n c h 3 麓噶部分离齄 分散黄s e 一5 r ( c i d i s p e r s ey e l l o w10 4 ) n o 弋卜n = 忖 一n ( c ：h ；) ： c n n h c o c h 3 p a t a n i lb l u e ( 疆，s + c f 。眵禹9 黼山 c h 0 f o r o nb r i l lo r a n g ee - r l 睽- o - * 2 时k 尝。 f o r o l lb r i l lv i o l e te b l n ，嚏部分卖豫 f o r o nr c ds g l 3化学试剂 名称纯度等级备注 n a o h分析纯 无水乙醇分析纯 d 【f分析纯 碱剂自配 冰h a c化学纯 助练剂f b h 渗透剂1 2 2 7 匀染剂a自配 匀染剂 h o e c h s t e g a n a lp s 匀染剂托拉司 u n i v a i n ed i f 匀染剂g s上海 匀染剂s fb a s f 4 仪器及设备 高温高压实验染色机a h i b ap o l y m a t ( 瑞士) a h i b at u 1 0 0 高温高压实验染色小样机( 瑞士) 热定型机w e m e rm a t h i sa gl t f 9 7 8 8 5 ( 瑞士) 焙烘机d a i e ik a g a k u s e i k id k 一5 e ( 日本) 7 2 1 型分光光度计 】炷南蔓：铲d l z m t g 3 2 8 b 光电分析天平 t n 弘托盘式扭力天平 z d 一2 型自动电位滴定计 y h w - 1 0 2 4 型远红外干燥箱 三口烧瓶 球形冷凝管 滴液漏斗 秒表 显微镜 s p e c t r a f l a s h3 0 0 测色仪( d a t a c o l o ri n t e r n a t i o n a l l s d m 2 1 2 1 4 0 高温样品染色机( 香港立信) 二 测试方法 ( 一) 初始吸附的测定 该曲线不同于以往的上染速率曲线，它仅代表染液在低于聚 酯的玻璃化温度时，吸附于纤维表面的染料量( 以百分数表示) 。 我们认为它可以代表染色初期染料上染纤维的实际情况。 1 织物的前处理 ( 1 ) 一浴法退浆煮练 处方：n a o h ：1 l 助练剂f b h ：l g l 浴l t ：1 ：4 0 于9 5 0 c 的碱液中全松式处理3 0 分钟后取出，水洗，干燥。 ( 2 ) 松弛处理 配方及工艺同( 1 ) 。 ( 3 ) 热定型 将经上述处理的织物在d k 5 e 焙烘机上热定型， 1 8 0 0 c ，时间3 0 秒。 ( 4 ) 碱减量 1 4 | f ：善璃盼更置i 皆 处方：n a o h ：3 9 l 1 2 2 7 ：1 l 浴院：1 ：4 0 于9 5 0 c 的铖液中全松式处理3 0 分钟后失重冰 浼予澡。 2 。测定毫嚣媲缓醛 ( 1 )织物染色 设镑：a h i b ap o t 3 ，a n a t 褰漫裹压染撵枫( 瑞士) 处方：分散染料：2 ( o w l ) 匀染刹： 名称用 量( 朗) 匀染剂a5 e g a n a lp s2 u n i v a d i n ed i f0 5 匀染翔g s2 匀染剂b a s fs f 2 p h 谲节裁：h a g ： 碱剂 ( 酸性漆谓p h = 4 ，5 ) ( 碱性浴调p h = 9 5 ) 浴t t ：1 ：4 0 工艺：将织缠在与染色机配囊的染轴一e ，放入5 0 左右的漏 瘩中鞭热，薅染漆贾至5 0 。c 黠，迅速将染毒囊敷入罐中，封开 搅拌，染色。工艺如下： 邵c ，瞩癣e 第。婆黛 ( 2 ) 初始啜附曲线的绘制 从丌始染色起，每隔l o 分钟取残液约2 m l 。用移液管准确量取残 液l m l 被入1 0 m l 的容量瓶中，嗣无东乙醇稀释至亥度线。 用7 2 1 型分光光度计分别测量上述溶液的吸光度，以未放入织物的 染液终麦空自，并根器式3 1 计箨染辩静初始蔽瓣： 初始吸附率x = ( 1 _ a 。a 。) 1 0 0 ( 式3 - 1 ) 其中，a ，不鞫时溺辑致溅滚懿吸毙度 a 。空白染浴的吸光度 数对闻翻漫发为攘坐标，翅始吸黠为缀坐撂，帮可绘制初始吸辫赭 线。 ( 二)扩散系数的测定 1 纤维的前处理 ( 1 ) 热定型 将纤维均匀地缄绕在长方形金属黎上，在w e m e r m a t h i sa gl t f 9 7 8 8 5 热定型机( 瑞士) 上在1 8 0 0 c 定烈，时间3 0 秒。冷却后翦下待用 ( 与金嚣框粱谈触静部分舍去) 。 ( 2 ) 煮练 楚方：n a o h ：l 妒 助练剂f b h ：1 l 浴滋：l ：4 0 将纤维于9 5 0 c 的碱液中处理3 0 分钟后取处，水洗，晾 干。 ( 2 ) 碱减量 处方；n a o h ：3 9 l 1 2 2 7 ：l g l 浴比：l ：4 0 将纤维予9 5 e c 瓣碱滚中处理3 0 分锌菇取处，承洗，骧予。 1 测定扩散系数 处方：纤维：o 。l 毫 分散染料：0 0 5 9 1 6 弟= ；：矗吩j 嘴 匀染剂g s ：2 9 l p h 调节剂：h a c ( 酸性浴嘲p h = 4 5 ) 碱剂( 碱性浴调p h = 9 5 ) 染色：( 1 ) 将分散染料放入盛有2 5 0 m l 的蒸馏水的三 口烧瓶中，加入p h 调节剂，匀染剂g s 及沸石： ( 2 ) 将分散染料投入1 0 m l 蒸馏水中，并装入 滴液漏斗： ( 3 ) 按图示安装仪器： 图3 - 1 仪器安装示意图 ( 4 ) 待装有纤维的蒸馏水加热至沸腾后，迅 速放出滴液漏斗中的染料，当染料进入到 染浴中时，开始用秒表计时； ( 5 ) 分别染色3 分钟，6 分钟和9 分钟后迅速 加入冷水，取出纤维； ( 6 ) 分别用1 0 m l 的无水乙醇洗去纤维表面的 浮色两次，时间分别为1 0 分钟和5 分钟， 然后取出，烘干。 剥色：称取一定量的纤维，放入试管中，用d m f 于1 0 5 0 c 剥色，然后测其吸光度，并依式 3 - 2 计算c 。，式3 - 3 计算扩散系数d 。 汁算c 。：粼= ( c 船z ) 其中：c ，c ，：时间分别为t ，f ：时纤维上的染料浓 度 c 。染色平衡时纤维上的染料浓度 计算扩散系数d ： = 4 等 ( 式3 - 3 ) 其中，t 染色时间 r 一纤维半径( 减量纤维r = 3 4 1 7 2 m ，未减量 纤维r = 3 5 8 3 2 m 1 ( 三)色相的测定 1 拼色 处方：分散染料x1 ( o w f ) 分散染料y1 ( o w f ) 匀染剂 p h 调节剂h a c ( 酸性浴调p h = 4 5 ) 碱剂( 碱性浴调p h = 9 5 ) 浴比l ：4 0 设备：s d m 2 1 2 t 4 0 高温样品染色机 工艺：将织物放于染罐中，按如下程序染色，并分别于 1 2 0 0 c ，1 3 0 0 c ，1 3 0 0 c 1 5 m i n 和1 3 0 0 c 一3 0m i n 取 出，还原清洗后晾干，测色。 1 3 0 0 c3 0 r a i n1 3 0 0 c 5 0 0 c 还原清洗：n a o h 2 l 保险粉2 9 1 - _ _ - 一 | 艟本e 铲j p 盥 5 0 0 c 处理1 0 m i n ，取出后淋洗，晾干。 2 测色：用s p e c t r a f l a s h3 0 0 测色，得l 、a 、b + 、c 、h 值 训算a h 。 第四部分聚酯超细纤维初始吸附的研究 一聚酯超细纤维上染曲线的特征 时间( r a i n 图4 1 聚酯超细纤维上染速率曲线 聚酯超细纤维的上染曲线成特殊的双s 型，如图4 一l 所示：1 1 4 1 其中，o a 染料快速吸附阶段 a b 吸附平衡阶段( 低于聚酯玻璃化温度) b c 染料迅速上染阶段( 高于聚酯玻璃化温度) c d 染色平衡阶段 由此可见，聚酯超细纤维在染色初期，染液中的染料迅速吸附到纤 维表面上去，此时的吸附量远远高于常规聚酯纤维，于是我们就把染液 刚达到7 0 0 c 时纤维上的染料量( 以百分数表示) 称为初始吸附。它对 以后的匀染，染色牢度，染色深度及染料相容性等都有很大的影响。而 且，这一段也易受到很多其他因素的影响，诸如染浴酸碱性、匀染剂、 染料结构等的影响。因此对初始吸附进行必要的研究是很有意义的。 在7 0 0 c 左右，有一个平衡阶段，a b 段。该阶段由于染浴温度仍然 处于纤维玻璃化温度以下，染料不能有效地向纤维内部扩散，而且此时 吸附已接近平衡，所以曲线比较平缓。当染色温度超过纤维的玻璃化温 度时，染料迅速上染到纤维上，即b c 段。而当染料达到吸尽时，纤维 表面的染料向纤维内部扩散，纤维内部的染料向外扩散，发生移染，达 到动态平衡，即c d 段。 2 0 o 土讲鞋叫 a b 、b c 、c d 段对最终产品的重演性影响较小，所以找们不对此做 持翻瀚研，。 二。影晌翘始吸辩夔主要医豢 l染液p h 的值影响 当染滚戆p h | 薹发生变化孵，聚蘸纤维表夏的懑性质及染糕 的电性质都将发生改变，这将直接影响到染色初期染料吸附到纤 维表厦的量。 我们经过实验，所得数据如下( 以匀染荆a 为例) ： 表4 - 1p i t 值对初始戳附的影响 1分散初始吸阱x ( ) l染辩p h = 4 5p h - - - 9 5 l 红3 b5 1 1 64 3 6 0 | 氛s e - r4 3 3 33 6 0 7 红1 5 3 #5 5 5 74 8 5 2 黉s gl i 。6 寒 5 8 0 赞s e 5 r 4 2 5 43 1 1 8 魏2 b l ns 1 8 94 6 ，3 4 菔s - r b l4 9 2 6 4 6 1 2 魏g l s c f2 3 6 41 5 9 s 由此可见，碱性漆染色时的裙始吸附低予酸性浴。这可能是因为： 在碱性条件下，纤维表面豹负寇住和染料的负电住都增强，依 据同性相斥的原则，染料向纤维表面吸附的速度则降低，表现出来 的就跫裙始吸附减小； 在碱性条件下，有些含有羟基的分散染料会发生离子化，形成 离子弑态静可溶解于窳静染辩( 妇式4 - 1 所示) ，麸蔼导致染液中菲 离子状态的染料数量减少。而分散染料是以单分子状态( 非离子状 态) 上豢纾维豹，因戴裙始啜辫洚祗。 0 h d o h ；= = = 兰do 一十h +( 式4 - 1 ) h + 2 匀染剂的影响 由于聚酯超细纤维其单丝纤度和纤维的形态结构均不同于常规 纤维，造成了它的染色速度快。此外，染料拼混染色会因为纤维截 面、纤度、收缩的不同而造成色光不一，产生色差，也就是染料之 间在这些织物上的相容性较差。为了解决这一问题，可从染色工艺、 染料及助剂的选用上加以考虑。 所以，我们从匀染剂方面做了一些实验，所得数据如下( 以红 3 b 为仍) ： 表4 - 2 匀染剂对初始吸附的影响 染剂初始吸附x ( ) 染无p sg ss fd i fa 红3 bp h = 4 56 5 0 75 6 ，4 64 8 7 14 4 5 45 8 5 75 1 1 6 p h = 9 55 4 2 83 9 4 23 6 9 33 7 0 94 9 0 84 3 6 0 由此可见，加入匀染剂后初始吸附明显降低。这是因为： 加入匀染剂后，染料在染浴中存在于如下的动态平衡中： 染料晶体；= = 兰单分子状态染料 吣 加溶到匀染剂中的染料 匀染剂对染料有增溶作用，染料以单分子的形式加溶到助剂胶团 中，使染液中单分子状态的染料量减少。虽然要测量染液中单分 子状态的染料量有一定的难度，但从染色结果可以看出这种趋势。 正因为如此，单分子状态的染料减少，所以初始吸附也相应降低。 我们所使用的匀染剂一般为特殊的非离子和阴离子表面活槛剂的 复配物。其巾的非离子表瑚活性剂般是通过酯型聚氧乙烯醚t j 染籽分子形成氯键，而达到染稀亲鞠鼙缓染效栗。 以上因索均使得染料向纤维表面的吸附速度减小从而导致初始 蔽鬻降低。 3 + 染料浓度对初始吸附的影响 我们选矮不强静浓液鹣染器 骰蒙臻绎维豹裙始暖瓣，强求褥秘始吸 附与浓度的关系，实验所得数据如下( p h = 4 5 ，匀染剂g s ) ： 袭4 - 3 染料浓度对韧始吸附的影响 、f ( o o ) o 。5l 。o1 52 o2 。5 染料 f o r o nb r i l l i a n tr e de 2 b l5 2 。85 0 24 4 64 l + 94 0 6 f o r o nb r i l lo r a n g ee - r l5 3 o4 7 24 3 84 1 94 0 9 f o r o nb r i l lv i o l e tb b l ，n2 8 72 1 o1 8 ，o1 5 71 5 8 f o r o nr e ds g l3 8 。82 8 82 1 61 9 91 9 o 献表中可以看窭，淹浓凌静不龋增大，孛嚣始蔽辩翔相应疆小。 以初始吸附x ( ) 对染料浓度o w f ( ) 作图； m 靶 誊辩 嵩 静 l 4 0 萋“ 耍 s n 510 152 n25 刚) 嚣4 - 2f o r o nb r i l lr e de 一2 b l 1o 152 01 0 w h 图4 - 3f o r o nb r i uo r a n g ee r l id1 5 o w l ( 图4 4f o r o nb r i l lv i o l e te - b l n 0 5 2 m a w h ) 图4 5f o r o n r e d s g l ” 珥 “ n goi“古ua皂on口兰；u| 一 曲 担 俎 “ ” #；zuce口*口一jc一 $；古cqjoavi&萑一 因为染料在染液中以固体、单分子和加溶三种状态存在，所以，初 始吸附与这三者符合下面的关系式： x ： 吼 1 0 0 d 阿+ d 加+ d 】。 式4 2 其中， d ，一单位重量织物上的染料量，达到平衡时可看作常数，记作k d 】。染浴中处于聚集状态的染料量 d k 加溶到助剂中的染料量 d 】。染浴中处于溶解状态的单分子染料量 当染料浓度非常低的时候， d 】目和 d 】加的值很小，可以忽略= ：f i 计， 则【d 】，与 d 】。形成一种分配关系，其比值为一常数。而当染料浓度过量时， d 目和 d 加就不能被忽略了，这时初始吸附与染料浓度之间成曲线关系， 正如上面图中所表示的那样。 我们将式4 2 两边取对数，得 l g x = l g d f 一1 9 ( d 固十 d 】加+ d 】s ) = l g k l g ( 【d 同+ d 】加+ d s )( 式4 - 3 ) 由此可知，l g l c ：与l g x 成线性关系。作l g x nl g l c ：曲线，如下： 04 0 o3 8 03 日 g o o3 2 o3 0 02 8 m4 _ 020oo2 0 - i g c i 划4 - 6f o r o nb r i l l i a n tr e de 一2 b l 苎竺苎! ! ：! 竺竺塑竺竺墨竺竺竺 0 - 0 口】b b 。w l o3 2 旱 0 02 日 0 02 0 o 07 5 0 m # 早0e 6 0 0 * g p b c 图4 - 7f o m nb r i l lo r a n g ee r l 0 g0 20 4 i g c 图4 8f o r o nb r i l lv i o l e te b l n 0 0020 咱c 图4 - 9 f o r o n r e ds - g 此可见，j g x - 与l gc 鼍线性关系，对0 i 不同的染料其斜率不同。 4 时间的影响 随保滋瓣耀懿惩长，秘始啜辫有不鞭璞妻羹戆趋势f 热髫掰示j ，这可能 是因为染料本身相互作用的结果。当织物袭面吸附了染料后，染液中的 染燃与缀掳上的染料靠莛德华力糖互吸弓l ，有可我奁织物表蟊形成多分 了簇吸附，使得被束缚的染料数量增大。对于= = f i 剐染料，染料分子间的作 用力大小不同，从藤使吸附在织物袭蕊上的染料量鸯历不同，故随着保温时 间的延长，稠始吸附增加的程度也不同。染色过程中，于低漱下( 如8 5 。c ) 保温一段时间，利用染料的界面迁移，使染料重新分配，锪利于匀染。 t i m e 押砌 固4 1 0 红3 b t i r a e f m i n i 图4 1 1 红s g r o f o 扣幻驿吣 t i m e ( r a i n ) 强4 1 2 蓝2 b l n t h 日f m h 图4 - 1 3 蓝s r b l 5 辕减爨熬影豫 我们以经碱减量的织物与未经碱减鬃的织物进行对比实验，所得数 攒如下( p h = 4 + 5 ，匀染剡g s ) ： 表4 - 4 减减量对物始吸跗的影响 父 初始啦甄x ( ) 红火红红黄黄蓝蓝蓝 3 丑s e - r1 5 3 #s - gs e 5 r2 8 l ns 髑g l s _ 0 f | 减量4 8 7 13 9 4 86 43 71 3 0 42 9 s 63 9 0 55 0 0 02 7 9 3 未减量3 8 4 62 7 3 74 40 07 5 01 4 7 , 12 5 4 i4 0 古5 2 l6 0 p聋geuo暑o*t直一呈d尊苜翠c#譬2口亘s 由此可见，经碱减量的织物染色初期染料吸附速度远远高于未经碱 减量的织物。当织物经过碱减量处理后，纤维表面会变得凹凸不平，而 且纤维表面的电性质也发生了变化，即显负电性。由于碱减量后的织物 表面不光滑，则会使吸附到纤维表面的染料量有所增加，有利于初始吸 附：而纤维表面带负电，此时染料也带负电性，根据同性相斥的原则是 染料不易吸附到纤维表面，不利于初始吸附。两种因素共同发生作用， 前者对初始吸附的影响远远大于后者，所以表现为碱减量后的织物初始 吸附高于未碱减量的织物。 第五帮分分囊肇辩节擞| e 羲的研究 第五部分分散染料扩散系数的研究 一影响扩散系数的因素 从前人的研究中我们知道，影响扩散系数的主要因素有染料的用量 及结构、纤维材料的性质、染色温度等。一般认为，低温型的染料扩散 系数大，高温型的染料扩散系数小。对于超细纤维来说，由于其半径 小，染料向纤维内部扩散达到平衡的时间比较短。通常认为，在分散染 料染色中，匀染剂和染料浓度对扩散系数没有影响，无论是有限染浴还 是无限染浴，扩散系数一般均为为常数。 对如上这些影响因素我们分别进行实验加以证明和进一步探讨。 二 扩散系数的测定 我们已经知道，当染液温度高于聚酯的玻璃化温度( 约为8 0 0 c ) 以 后，吸附在纤维表面的染料便开始向纤维内部扩散。因为扩散系数d 是 温度的函数，即： d = d o e x p ( 一e r t ) ( 式5 - 1 ) 所以我们选择测定扩散系数的温度对我们以后用于评价染料相容性 的结果应无大的影响，为方便起见，我们测定了在1 0 0 0 c 的条件下染料 的扩散系数。实验所得数据见表5 1 ： 表5 - 1 扩散系数 扩散系数d ( 1 0 。1 1 c m 2 s ) 分散未减量纤减量纤维减量纤维减量纤维 维p h = 4 5 p h = 4 5 无p h = 9 5 无p h - - 4 5 匀 染料无匀染剂匀染剂匀染剂染剂g s 红3 b1 7 02 | 3 1 大红s e r 2 3 11 3 3 j i 二茸埠e 舻j 屯轴謦，1 嚏蔗舞b 够嗣e ，尊 i 红1 5 3 #2 7 91 7 2 黄s g2 1 34 ，6 24 8 4 黄s e 一5 r2 0 82 1 8?、 蓝2 b l n3 3 l2 ，1 53 8 53 4 0 嬷s r b l4 0 51 8 2、 藏g l s 。c f2 0 6l ，5 55 3 73 4 5 崮筵可觅，在1 0 0 。c 无辩染浴条 串下，扩数系数有一些滚动，毽飘 总的趋势来看，扩散系数的变化并不很大，这可能是i 圭1 于： 纤维半径匏变往会弓l 逛魄表甏积窝纾维态邦扩教距褰豹交纯。 半径越小，则比表面积越大，染料向纤维内部扩散的距离就越短， 染色达到平餐斡瞬阕裁越抉，但未减量绎维与减繁绥维的超分子结 构应该没有大的差别，所以扩散系数也不应该有大的差异。在碱性 染浴中。野维表藤的浮色容易去除，因箍c 。可能偏小，艇以扩散 系数变大。 当加入匀染剂时，因为我们所选用的匀染剂仪在染浴中对染料 起增溶 皋丽，而并不随染辩一起囱纤维内部扩散，所以匀染荆对扩 散系数是不产生影响的。 j e 弗e 妒j - e 棚臼毫喇鸭糠尊孳璃惮拦j 移剞! j e 第六部分聚酯越细纤维染色楣容性的研究 如前所迷，相容性是指在染色过程中不同染料上染纤维的同步性， 宅是谱影 染糕染色瞧畿靛重要 誓标。瓿染色动力学可鲡，裙始蔽辩秘扩 散系数为影响相容性的主要因素，因此，我们结合这两个影响因素，选 择不阑豹染糖缀合进行孝莠色，实验耩褥数据魏下： 褒“1 初始吸附，扩散系数及h 酸性( p h - - 4 。5 )碱性( p h = 9 5 ) 初始扩散系数韧始扩散系数 吸附 d吸附d 絷科1 0 + 1 1奈h x ( ) lo - 1 a h x ( v o ) ( c m 2 s )( c m 2 s ) 荭s b r4 3 3 31 1 81 7 53 6 ，0 71 1 81 2 4 黄s e 一5 r4 2 5 42 0 83 1 1 82 ，0 8 红s 嚣一r3 3 ，4 71 1 89 0 33 0 ，5 4l 。1 84 4 7 蓝g l s c f4 5 0 91 2 41 6 9 61 2 4 红s 嚣i r4 6 ，2 9 | 82 + 3 l3 6 4 51 1 8l 。4 9 蓝s r b l4 5 ，8 21 4 73 7 4 11 4 7 蓝2 b l n 4 7 ，7 6l ，9 25 3 03 4 。6 6l 。9 22 t 3 l 黄s g1 3 0 44 0 69 7 64 0 6 红3 b4 8 ，7 l2 4 。0 53 6 9 32 3 1 4 蓝g l s c f2 7 9 31 2 41 7 ，8 91 2 4 为了更加囊观地番到初始吸附和扩散系数与相容憾的关系，我雷l 依据所褥数摇伟翻，得到c i e l 9 7 6 。s a t 表色系统色栩变化阁：御 i i 膂埔疆一“睁凋自埔e i 蘑邑痹i 鸶应舢钟i 瞎 d f 1 0 。“c m 2 s ) = 1 1 8 d f 1 0 。“c m 2 1 s ) = 2 0 8 圈6 2 分数红s e rx ( ) = 3 3 a 7联l f f “c m z l s ) = 1 1 8 分散蓝g l s ，c fx ( ) = 4 5 0 9d ( x1 0 4 1 c m z s ) _ 1 。2 4 图6 - 3 分散红s e 。rx ( ) = 4 6 2 9d ( 1 0 “1 c m 2 s ) = 1 1 8 分教蓝s - r b lx ( ) = 4 5 。8 2d t 0 。c n l 2 i s ) = 1 4 7 3 3 黧，。 泓l 鸯 。 分分 。 j 辨神盼曩嗣啊嚷瞳野t 蔡e 舶n 枣犀f 眵嗣! ，搴 二一 f 。二。= 吾2 2 焉。亏矿一j 图6 - 4 分散蓝2 b l nx (