（纺织工程专业论文）添加剂对超细分散染料颜色性质的影响[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 超细分散染料具有上染速度快，染料用量小及染色工艺简单等优点，可用于涤纶、 锦纶、醋酯纤维等合成纤维的染色和印花。特别是随着喷墨印花技术的发展，超细分散 染料作为分散墨水的主要着色剂，已成为当前纺织化学品领域研究的热点之一。分散染 料墨水是由超细分散染料、分散剂、水以及水溶性有机溶剂、表面活性剂等添加剂组成。 喷射性能良好的分散染料墨水必须具有优良的稳定性，合适的表面张力和粘度。添加剂 是调节分散染料墨水性能的主要物质。 本文分别选择了不同种类的水溶性有机溶剂、表面活性剂、消泡剂和防腐剂作为超 细分散染料的添加剂，制备了分散染料墨水，并采用喷墨打印的方式将其打印在转移纸 上，然后采用热升华转移技术将染料转移到涤纶织物上。研究了各种添加剂对超细分散 染料物理性能、颜色性能和喷墨印花效果的影响。 实验结果表明甘油、二甘醇、乙二醇和1 ，2 一丙二醇不仅可以提高超细分散染料的保 湿性，调节分散染料墨水的粘度，而且还能够提高超细分散染料的稳定性和染色织物的 k s 值。少量的甘油、二甘醇和乙二醇还可以提高分散染料的转移率。添加剂表面活性 剂s f 1 0 0 、s f 2 0 0 和s f 3 0 0 均能够提高分散染料墨水的稳定性，降低墨水的表面张力， 降低分散染料的转移率；相同条件下，使用表面活性剂s f 2 0 0 获得的织物的k s 值比 s f 1 0 0 和s f 3 0 0 高。消泡剂d f 1 0 0 、d f 2 0 0 不仅具有良好的消泡效果，而且还可以提高 超细分散染料的稳定性和转移率。防腐剂a d 1 0 0 和a d 2 0 0 提高了分散墨水的储存稳定 性，a d 1 0 0 在提高织物科s 值方面效果更佳。 此外，研究发现分散染料墨水对转移纸表面的润湿性和渗透性对分散染料的转移率 也有重要的影响。分散染料墨水粘度增加，润湿性提高，分散染料的转移率降低；墨水 表面张力的增加，墨水的渗透性提高，同样也会降低分散染料的转移率。 最后根据上述各种添加剂对超细分散染料稳定性和转移率的影响，选择了性能良好 的添加剂，并对实验条件进行了优化，获得了较佳超细分散染料墨水的配方。 关键词：分散染料、喷墨印花、添加剂、转移印花、转移率 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eu l t r a f i n ed i s p e r s ed y ew i t l l1 1 i g hd y e i n gv e l o c i t y , e x c e l l e n tt i n c ts t r e n g t ha n ds i m p l e a p p l i c a t i o nc a n b ce m p l o y e df o rd y e i n ga n dp r i n t i n go ft h es y n t h e t i c a lf i b e r , s u c ha sp o l y e s t e r , n y l o na n ds oo n ，t h ep r o p e r t i e so fu l t r a - f i n ed i s p e r s ed y e sh a v eb e c o m eo n eh o t s p o tr e s e a r c h i nt h et e x t i l ec h e m i c a li n d u s t r ye s p e c i a l l ya l o n gw i t hf a s t - d e v e l o p i n gd i g i t a li n k i e rp r i m i n g t e c h n o l o g y ma d d i t i v e s ，s u c ha sw a t e r - s o l u b l eo r g a n i cs o l v e n t s ，s u r f a c t a n t s ，d e f o r m e ra n d s oo nw h i c hc a ng r e a t l yi m p r o v et h ea p p l i c a t i o np e r f o r m a n c e s ，w e r ea d d e di n t ot h eu l t r a f i n e d i s p e r s ed y et op r e p a r et h ei n k j e tp r i m i n gi n k s t h ed i f f e r e mt y p e so fw a t e r - s o l u b l eo r g a n i cs o l v e n t s ，s u r f a c t a ns ，d e f o r m e r sa n da n t i s e p t i c s w e r eu s e d 弱a d d i t i v e sf o ru l t r a - f i n ed i s p e r s ed y et op r e p a r ei n k j e tp r i n t i n gi n k s t h ei n k sw a s f i r s te j e c t e do nt h et r a n s f e rp r i m i n gp a p e rb yi n k j e tp r i n t e r , a n dt h e nt h ed i s p e r s ed y e sw e r e s u b l i m e da n dt r a n s f e r r i n gt op e tt h r o u g ht h e r m a lt r a n s f e rp r i n t i n gp r o c e s s t h ee f f e c t so f a d d i t i v e so np r o p e r t i e so fu l t r a - f i n ed i s p e r s ed y ew e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a tg l y c e r i n ，d i e t h y l e n eg l y c o l ，g l y c o la n d1 , 2 - p r o p a n e d i o lc a nn o to n l y e n h a n c et h em o i s t u r er e t e n t i o n ，m o d i f yt h ev i s c o s i t yo ft h ei n k ，b u ta l s oi m p r o v et h es t a b i l i t y o ft h ei n ka n dk sv a l u eo fd y e i n gt e x t i l e s g l y c e r i n , d i e t h y l e n eg l y c o la n dg l y c o lc a l la l s o i m p r o v et h et r a n s f e rr a t eo fd i s p e r s ed y e ，w h i l et h e1 , 2 - p r o p a n e d i o lc a nn o tw h e ni t sd o s a g e w a sl o w e rt h a n2 0 a l ls u r f a e t a n ts f - 10 0 ，s f 一2 0 0a n ds f 一3 0 0c a nr e d u c et h es u r f a c e t e n s i o n ，i m p r o v et h es t a b i l i t ya n dr e d u c et h et r a n s f e rr a t eo fd i s p e r s ed y ei n k s s f 2 0 0w a s m o r es u i t a b l et h a ns f - 10 0a n ds f 3 0 0f o ru s a g ei ni n k i e ri n k sa c c o r d i n gt ot h ek sv a l u eo f d y e i n gt e x t i l e d e f o r m e rd f 一10 0a n dd f 一2 0 0c a ne f f e c t i v e l yd e c r e a s et h ef o a m sa n da l s o i m p r o v et h es t a b i l i t ya n dt r a n s f e rr a t eo fu l t r a - f i n ed i s p e r s ed y e a n t i s e p t i ca d - 1 0 0a n d a d - 2 0 0c a ni m p r o v et h es t o r a g es t a b i l i t yo fu l t r a - f i n ed i s p e r s ed y e s a n dt oi m p r o v i n gt h e k sv a l u e sa d 1 0 0w a sb e t t e rt h a na d - 2 0 0 m o r e o v e r , t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h ei n k sw e t t a b i l i t ya n dp e n e t r a b i l i t yo nt h es u r f a c eo f t r a n s f e rp a p e rc a na l s oa f f e c tt h et r a n s f e rr a t eo fu l t r a - f i n ed i s p e r s ei n k s t h eh i g h e rv i s c o s i t y o fd i s p e r s ed y ei n k , t h eh i g h e rw e t t a b i l i t y , a n da l s ot h el o w e rt r a n s f e rr a t e t h eh i g h e rs u r f a c e t e n s i o no fd i s p e r s ed y ei n k ，t h eh i g h e rp e n e t r a b i l i t y , a n da l s ot h el o w e rt r a n s f c rr a t e f i n a l l y , w ec h o o s et h ea d d i t i v e sw h i c hc a ni m p r o v et h ew h o l ea p p l i c a t i o np r o p e r t yo f u l t r a - f i n ed i s p e r s ed y ea c c o r d i n gt oa b o v ee x p e r i m e n tr e s u l t s ，a n dw ea l s oo v i m i z e dt h e e x p e r i m e n tc o n d i t i o n st og e ta no p t i m a lr e c i p ef o rd i s p e r s ed y ei n kf o ri n k j c tp r i n t i n g k e y w o r d s ：d i s p e r s ed y e ；i n k j e tp r i m i n g ；a d d i t i v e s ；t r a n s f e rp r i m i n g ；t r a n s f e rr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 导师签名： 期： 第一章前言 第一章前言 1 1 分散染料的特点 分散染料是一种水溶性低，疏水性较强的非离子型染料。由于分散染料分子量小， 结构简单，不含如s 0 3 h ，c o o h 等水溶性基团，而具有一定量的非离子极性基团，如 - o h ，n h 2 ，- n h r ，- c n ，- c o n h r 等。分散染料可用于涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、氨 纶等多种合成纤维，特别是涤纶的染色和印花，同时也可以对棉纤维、蛋白质纤维、粘 胶纤维染色和印花。随着高新技术的发展，以及新的染整技术和分散染料的进一步研究 与开发，由d m l e w i s 教授提出的“分散染料可能成为各种纤维织物的通用染料 这一 全新的染色思路极有可能成为现实【啦! 。 分散染料主要是低分子的偶氮，葸醌及二苯胺等的衍生物，分散染料在染色条件下 具有一定的微溶性( 约为直接染料的o 0 1 ) ，在染浴中必须加入分散剂及其他添加剂 才能使分散染料分散均匀，提高分散液的稳定性。而羟基、偶氮基、氨基、芳香氨基等 极性基团使染料分子带有适当的极性，赋予染料对涤纶纤维的上染能力。分散染料对涤 纶的染着，主要依靠分子问范德华引力、氢键和偶极引力的相互作用。涤纶纤维分子中 的苯环与染料分子中的芳香核间有较大的范德华引力；分子结构上的极性基团( 如o h ， - n i t 2 ，- n h r 等) 与涤纶分子中的羰基形成氢键结合。此外，染料分子上供电子基团与 吸电子基团是染料分子偶极化，这样与纤维羰基基团形成偶极矩l l 】。 图卜1 分散红6 0 与聚酯纤维氢键结合示意图 f i g 1 1s c h e m a t i cv i e wo fh y d r o g e nb o n db e t w e e nd i s p e r s ed y er e d 6 0a n dp o l y e s t e rf i b e r 分散染料结构简单，不含电离性基团，具有一定的蒸汽压，会出现升华现象，且升 华速率与温度成正比。由于分散染料具有这种特殊的性质，因而可以将其应用于气相染 色，热熔染色和转移印花。虽然这种性能往往导致印制品熨烫性能的下降，但利用染料 升华性能进行转移印花及染色已经越来越受到重视，而且这种印染工艺具有用水少，污 染小，颜色效果好等特尉1 1 。 1 2 超细分散染料的发展概况 随着聚酯纤维的进一步改进和发展，特别是超细聚酯纤维和异形丝等的发展，国内 外市场对分散染料的需求量有增无减，对分散染料的质量要求有升无降，尤其是涤纶超 细纤维用分散染料将会有一个较大的突破。2 0 0 4 年我国分散染料的产量达到3 3 万吨， 不仅占我国染料总产量的5 5 2 ，而且接近世界分散染料年产量的三分之二，成为世界 上最大的分散染料生产国。其中，固体剂型( 粉状和粒状) 的分散染料占总产量的8 5 江南大学硕士学位论文 9 0 ( 全球比例是6 7 ) ：而液状剂型( 液状和糊状) 的分散染料只占总产量的1 0 - - 一 1 5 t 3 1 。 我国分散染料虽然发展迅速，但总体质量还不够稳定，商品化质量差。比较突出的 质量问题表现在：粒径大，粒径分布范围宽，粒子形状不规则，有球形、菱形、针形和 圆柱形等：染料的晶型不稳定；分散稳定性差，特别有不少品种的高温分散稳定性不能 满足需要等【3 5 1 。深入研究和完善分散染料的商品化技术，除了需进一步提高生产设备 等硬件水平外，更重要的是加快研究和开发新技术，如开发新型分散染料；改进、优化 添加剂的品种、配方和加入方式；提高对染料粒子的形状、晶型和粒径的控制等，以使 分散染料具有优异的分散稳定性和高温分散稳定性。 目前国内外关于超细分散染料的制备技术已经有大量专利报道。根据这些专利介 绍，超细分散染料主要是用于制备数字喷墨印花墨水，也可以用于传统工艺的染色和印 花【6 7 1 。国内对超细分散染料的加工也作了很大的研究，如杭州工业大学采用机械球磨 工艺制备超细粒径的分散染料【5 】；浙江上虞宇达化工有限公司通过机械粉碎的方法制备 超细分散染料1 2 列。 超细分散染料是借助于分散剂，在砂磨机或球磨机等研磨介质的作用下，将分散染 料研磨成细小的颗粒，形成稳定性好、均匀的水分散液。超细分散染料的颗粒细度达到 1 0 0 一- 2 0 0 n m ，甚至更小。超细分散染料不仅可以应用于传统工艺的染色和印花，而且可 以用于制备超细分散染料数字喷墨打印墨水。喷墨印花墨水是数字喷墨印花生产的主要 耗材，开发喷墨印花墨水，是喷墨印花技术发展必不可少的组成部分，也是当前纺织用 精细化学品领域的研究热点【2 9 1 。超细分散染料墨水的制备过程中需要在超细分散染料分 散液中常加入不同的添加剂，调节墨水的性能，提高超细分散染料的应用性能。这些添 加剂主要包括表面活性剂、水溶性有机溶剂、消泡剂和防腐剂等。 国外关于研究添加剂对超细分散染料颜色性质的文献报道还很少，研究的重点主要 是开发超细分散染料商品墨水，使之具有较高的体系稳定性、颜色深度和打印性能等。 目前，超细分散染料墨水的颜色种类也已经由4 种基本色c m y k 发展到了7 - - 一9 种颜色， 1 p 4 种基本色c m ( 加浅青、浅品、浅黄和浅灰组成。具有代表性的超细分散染料墨水 商品品种主要有h u n t s m a n 公司的t e r a s i ld i 、t i 和t s 系列d u p o n t 公司的a t i s t r i7 0 0 系 列，b a s f 公司的b a f i x a n 系列。开发新的分散染料和超细分散染料墨水，提高超细分散染 料的稳定性和转移率，减小印染制品的色差，扩展色域表现等已成为目前超细分散染料 的主要发展趋势【啦9 3 0 1 。 1 3 分散染料墨水的喷墨印花 分散染料墨水的喷墨印花工艺有两种，一种是涤纶织物的直接喷墨印花工艺，一种 是转移印花工艺。 1 3 1 直接喷墨印花 分散染料的直接喷墨印花工艺同活性染料墨水的喷墨印花工艺一样，需要对织物进 2 第章前言 行预处理。涤纶织物的预处理液一般由粘度调节剂、脱泡剂、防渗剂和耐光牢度提升剂 组成，采用浸轧法进行处理，带液率控制在6 0 8 0 范围内。预处理液中的防渗剂一般 采用普通分散染料印花使用的糊料。由于涤纶是一种疏水性纤维，具有热塑性，表面光 滑。因此，选用的糊料应有良好的粘着性和易洗涤性，在织物表面所形成的膜应具有良 好的柔顺性，以免浆膜脱落。常用的糊料主要有小麦淀粉、海藻酸钠和合成增稠剂等四】。 1 3 2 喷墨热转移印花 分散染料墨水的另一种喷墨印花工艺是印花图案直接打印在转移纸上，然后通过加 热使染料升华从纸上转移到涤纶织物上。分散染料墨水的喷墨热转移印花不需要对涤纶 织物进行预处理，也不需要对印花后的织物进行水洗等后处理，仅需要将转移纸和涤纶 织物一起于2 0 0 左右热压或热轧处理3 0 s 即可。喷墨热转移印花产品花纹轮廓精细、 层次多、花形逼真、立体感强、艺术性高，而且通过转移法形成的图案精度远远高于直 接将墨水喷射在织物上形成的图案。这种喷墨印花方式没有污水排放，工艺简单，适应 性强( 可以印制衣片和小批量布匹) ，是目前纺织品数字喷码印花应用最多的工艺。但 是，喷墨转移印花染料利用率不高，印制品深浓色图案比较困难，转移印花纸耗量大， 这些是转移型喷墨印花工艺存在的主要问题。为了解决转移纸产生的环境污染问题，有 人对可以重复利用的转移介质进行了研究，取得了一定的进展。 喷墨热转移印花的效果取决于染料的升华特性，所以适用的纤维品种少，只适用于 涤纶、锦纶等合成纤维织物的印花。喷墨热转移印花产生过程包括转移纸的印制和织物 的热压转印两部分，工艺流程为：转移纸一喷墨打印一喷墨印花纸+ 织物一热压转印( 温 度+ 时间) 一喷墨印花产品。 喷墨热转移印花技术使用的墨水需要其中的分散染料具有一定的升华性能。当转移 纸达到转印温度时分散染料开始升华，由于染料与纤维的亲和力大于染料与纸的作用 力，促使染料吸附并上染涤纶，完成印花过程。喷墨热转移印花用分散染料的升华温度 必须低于纤维的软化点，一般在1 5 0 - - - 2 2 0 之间。拥有配制喷墨热转移印花墨水的分散 染料，一般是不含润湿剂和分散剂的纯染料，最好无染料的副产物存在，以免降低印花 图案的鲜艳度。 转移印花所用纸张要求对分数染料的亲和力低，对染料的转移没有阻碍，以减少染 料在转移纸上的残留，提高染料的转移率。同时，要求转移纸要有足够的强度，在高温 时不发脆，经受2 0 0 ( 2 以上较长时间的转印处理后，仍保留一定的强度，并且热收缩要 小。转移纸的克重以5 5 8 0 9 m 2 为宜，并且纸面光洁，能吸收墨水，渗透性适中【2 9 】。 1 4 添加剂的种类 为了提高超细分散染料的应用效果，改善墨水的应用性能，提高颜色深度，有时根 据实际应用的需要加入各种添加剂，如水溶性有机溶剂、表面活性剂、杀菌防腐剂、消 泡剂、金属盐、抗氧化剂等添加剂【6 2 7 1 。 江南大学硕士学位论文 1 4 1 水溶性有机溶剂 由于超细分散染料分散液在储藏和使用过程中，随着水分的挥发，分散液体系稳定 性变差，分散染料颗粒发生沉淀，造成分散染料在分散液中的浓度发生变化，从而影响 印制品的质量。因此，为了提高墨水的保湿性能，抑制水分的蒸发，需要在超细分散染 料分散液中加入水溶性有机溶剂作为保湿剂。水溶性有机溶剂不仅要有利于提高超细分 散染料分散液的保湿性，调节超细分散染料墨水的粘度，而且要有利于提高分散液的稳 定性和超细分散染料颜色的提升，一般选择高沸点、低气味的水溶性有机溶剂。 1 4 2 表面活性荆 表面活性剂主要用于调节超细分散染料墨水的表面张力。不同的表面活性剂在固体 表面的吸附程度也不一样。表面活性剂在固体表面吸附平衡的变化，会影响分散液的稳 定性，从而影响超细分散染料的应用性能3 3 1 。因此，只有在研究表面活性剂对分散液 表面张力降低的能力和分散液稳定性的基础上，研究不同种类的表面活性剂对超细分散 染料的颜色性质和分散液稳定性的影响，才能得到有利于提高印染制品的色泽和分散液 的稳定性的表面活性剂，从而制备体系稳定、性能优异的超细分散染料墨水。 1 4 3 消泡荆 消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂，破泡剂又称暂时性消泡剂，加入泡沫液中即能使泡 沫破裂，但摇动溶液，再起泡时就失去作用。抑泡剂又称耐久性消泡剂，可在相当长的 时间内抑制泡沫的形成，摇动溶液不再发生泡沫。一般地说，破泡剂在液膜上铺展得越 快，液膜变得越薄，破泡能力会越强，具有破泡能力的破泡剂不一定具有抑泡能力，反 之亦然。 按照化学组分消泡剂主要可分为以下几种 l 1 4 - 2 0 , 3 4 。9 】： 1 、有机硅类( 聚硅氧烷) 有机硅消泡剂是目前染整、造纸、化工生产、粘合剂、润滑油等行业中使用较广泛 的消泡剂。一般按照不同的用途有机硅消泡剂还可分为以下几种类型：本体型有机硅消 泡剂、用于水体系的有机硅消泡剂和用于油体系的有机硅消泡剂。 2 、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂 有机硅消泡剂由于自身分子结构的原因，妨碍了它在水体系中的分散性，同时它在 油体系中溶解，降低了它的消泡能力。为了增强其水溶性同时降低其油溶性，人们通过 嵌段共聚或接枝共聚，在聚硅氧烷链上引入聚醚链段。聚醚链段通过化学键连接在聚硅 氧烷分子上，增加了自身的乳化性。另一方面，引入亲水基因，也降低原来的油溶性， 从而到了一种消泡效力更好的新型消泡剂。近年来，这一类型的消泡剂发展很快，成为 与聚醚消泡剂，聚硅氧烷消泡剂并列的三大合成消泡剂之一。 聚硅氧烷聚醚共聚消泡剂具有聚硅氧烷和聚醚两种聚合物的优点，还有一些独特的 优点：消泡效力强、逆溶解性和自乳化性。 3 、聚醚型消泡剂 4 第一章前言 聚醚是美国w y a n d o t m 化学公司1 9 5 0 年研制生产的表面活性剂。我国在1 9 6 7 年研制成 功，并投入生产，发展迅速。聚醚型消泡剂主要包括聚氧乙烯、聚氧丙烯，以一定比例 混合的聚氧乙烯和聚氧丙烯嵌段共聚物，以及某些含活泼氢的有机物的聚醚衍生物。聚 醚型消泡剂是消泡剂产品中最重要的品种之一。具有无毒、无气味、无刺激并在水中易 分散等特点。 4 、其他 除以上介绍的消泡剂类型外，还有脂肪酸及脂肪酸酯类、酰胺类、磷酸酯类、醇类 高碳醇、二元醇型、固体型消泡剂、聚烯烃及有机氟材料消泡剂等。就目前的消泡剂而 言，聚醚类、有机硅类消泡剂和聚硅氧烷聚醚消泡剂的性能最为优良。随着消泡剂行业 的不断发展和研究，新的消泡剂种类必将不断出现。 1 4 4 防腐剂 木质素磺酸盐是具有阴离子表面活性剂结构特征的高分子化合物，来源于亚硫酸法 生产纸浆或纤维浆的副产物，具有吸附分散性，广泛应用于染料、涂料、石油、煤炭工 业和建筑业等领域。本实验采用木质素磺酸盐作为超细分散染料的分散剂，在超细分散 染料的生产、存储和使用过程中，需要加入防腐剂防止滋生细菌。 目前市面上的防腐剂品种很多。就其活性组分进行分析，主要可以分为如下几类 睁1 5 ，1 睨2 , 4 0 l ：异噻唑啉酮类、释放甲醛类、苯并咪唑类、取代芳烃类、有机溴类、有机胺 类、哌三嗪类等。 1 。5 实验原理 1 5 1 稳定性原理 木质素磺酸盐是一种高分子量的聚电解质分散剂，能吸附于超细分散染料颗粒的表 面，通过静电作用和空间位阻作用提高分散染料的稳定性。 1 5 1 1 静电稳定作用 4 1 , 4 2 】 s t e r n 认为：离子有一定大小，离子中心与质点表面的距离不能小于离子半径；离 子与质点表面之间除静电相互作用外，还有范德华相吸引力。因此，溶液中带电粒子扩 散层分成两部分：一部分为s t e r n 层( 固定吸附层) ，一部分为扩散双电层( 见图2 2 ) 。 根据扩散双电层理论，带电质点与其扩散双电层作为一聚合体时，由于反离子屏蔽 作用使质点呈现电中性，不同胶柬就会带有相同的电荷。因此，当两胶束趋近时由于双 电层而会产生静电斥力。木质素磺酸盐通过范德华力吸附或氢键与分散染料结合，离子 基可以多种方式分布在粒子上，在胶体粒子周围产生双电层，产生很强的静电排斥力， 提高分散染料颗粒的稳定性。 5 南大学颂学位论文 囤卜2 颗粒袁面扩散鼠电层结构图 f i gi - 2s c h e m a t i cv i e wo fad i f f u s ec l e c r i cd o u b l el r 1 5 1 2 空位稳定作用【h w 在非离子表面活性剂或聚合物的水或非水溶液中，当两个质点相互靠近时，若能将 高分子聚合物从两质点问的间隙挤进去，导致质点间隙区内只有溶剂分子而无高分子聚 合物存在，只是质点表面形成空位，质点间的这种相互作用称为空位作用。当高分子聚 合物与质点间的亲和力小于质点间与溶剂间的亲和力时会使高分子聚合物出现负吸附 现象，这有助于质点间相互粘结导致质点间产生絮凝，这被称为空间絮凝作用。若质点 间有较多的聚合物分子移向体相溶液，将消耗较多的能量从而使两质点难以靠近则体 系处于分散稳定作用，成为空位稳定作用。 超细分散染料分散体系从本质上是热力学不稳定体系同时又是动力学稳定体系。 在一定条件f ，它们可以共存；在另一种条件下，它们又可以相互转化。分散染料颗粒 之间的主要作用力是范德华引力，颗粒之间的空间位阻阻碍了颗粒之间的絮凝。颗粒之 间的吸附解吸示意图见图2 - 3 。 衄 图i - 3 分散染料颗粒表面吸附_ 婢吸示恚图 f i g1 3s c h e m a t i cv i e wo fa d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o na ti n t e r f a c eo fd ls p e r s ed y e 超细分散染料分散液中雨加剂的加入，会改变原有的颗粒之间的动态平衡体系。添 加剂能够进入染料颗粒之间的空位，吸附在染料表面，使胶束更加紧密、牢固，同时非 l 一 漆一一 第一章前言 离子表面活性剂分子链进一步增强空间位阻作用，从而使体系的稳定性得到提高；另外， 添加剂进入染料颗粒之间后，与吸附在染料颗粒表面的分散剂分子链段产生吸附，使染 料颗粒之间产生架桥现象，则会造成染料颗粒的絮凝。 超细分散染料分散液的稳定性可以通过测定分散液的沉降稳定性( 离心稳定性和放 置稳定性) 表征。由于放置稳定性测试所需时问较长，故本实验采用测试离心稳定性表 征超细分散染料分散液的稳定性。根据朗伯比尔定律，通过测试离心前的超细分散染料 分散波的吸光度和离心后的超细分散染料分散液的吸光度，计算比吸光度，以比吸光度 的大小来表征离心稳定性，比吸光度越太表示离心稳定性越好。 1 & 2 润湿和渗透原理 1 5 2 1 滑湿1 4 1 4 任何不溶的两相或者三相体系，其中包台两个凝聚相，且至少有一相为液态，这种 体系的特征之一是液相在另一个凝聚相上的接触角。当将一滴液体置于固体表面时，液 体要么在固体表面铺展形成一个几乎均匀的薄层，要么铺展到一定程度，但仍然在固体 表面保持不连续液滴。所施加的液体在固体表面上的撮终状态被认为是表面可润湿性的 表征，润湿过程的定量描述采用接触角0 ，即被铡液体在固体上形成液滴的接触角。 八 覃i i 图2 4 液体在固体表面的润涅铺展现象 f i g2 - 4s p r e a d i n g t t i n go f 日i i q u i do nas o l i ds u r f a c e 图2 - 5 液体在固体表面的接触角示意图 f i g2 - 5s c h e m a t i cv i o fo n “c ta n g l e so fal i q u jd s o l i ds u r f a c e 液体对固体的润湿程度常用液一固相之间的接触角表征。当0 = 0 。时。固体被液体完 全润湿，液体在固体表面上铺展：当接触角0 0 0 1 8 0 。时称为部分润湿；仅当0 = 1 8 0 0 时称为完全不润湿。接触角0 的大小可以通过y o u n g 方程： i 江南大学硕士学位论文 c o s o ：o s - o s l 盯l 求得，式中咖，o l 和o s - l 分别为固体、 1 5 2 2 渗透【4 5 确l ( 2 4 ) 液体表面张力及固液界面张力( 见图2 5 ) 。 转移印花纸的表面经过表面施胶剂的处理能够形成一层“薄膜 ，赋予转移印花纸表 面一定的疏水性、平滑度和吸收性能等。转移印花纸的表面可以吸收水性墨水并阻止分 散染料颗粒透过表面施胶剂到达纸纤维内部。由于转移纸含有大量纸纤维，具有多孔结 构，能够形成毛细结构，墨水接触转移纸表面后会快速吸收t 4 9 啦娜1 。这种吸收作用可以 用拉普拉斯公式来描述。墨水在毛细管产生的外部压力p o 和内部压力p 之间的关系可 以用如下公式来表示： 一 7 p o p = 坐 ( 2 5 ) r 式中丫l 为墨水的表面张力( m n m ) ，r 为转移印花纸的毛细半径( c m ) 。 如果p ) p o ，该墨水的润湿性较差，不能发生渗透；如果在p ) p o 的情况下，r 越小， 墨水将越容易渗透。假设墨滴与纸表面的接触角为0 ，则上述公式可以写成： a p ：2 7 l g c o s o ( 2 6 ) r 如果0 o ，此时发生渗透；反之不发生渗透。 墨水的粘度也会影响渗透的程度，p o r s e u i l l e 公式描述了粘度t 1 与墨水渗透之间的关 系： d ：竺尘( 2 7 ) d = 一 z ， 聊。l 式中l 为渗透深度，r 为毛细管的半径。 把公式( 2 6 ) 代入公式( 2 7 ) ，这就形成了w a s h b u r n 公式： l 2 ：堑竺旦翌垫( 2 8 ) 2 ，7聊 式中d 为密度，g 为重力加速度。忽略重力加速度的影响，并对等式( d ) 两边求微 分，可以得到： 一d l ：y l g r c o s o ( 2 9 ) 一= 一 i 二jj d t 4 ，皿 粤就是由于毛细作用引起的渗透深度( 或者是渗透速率) 。从上式可以看出影响墨 d t 水渗透的主要因素是墨水的粘度、表面张力和墨水与转移纸的接触角等。 超细分散染料墨水的粘度低，表面张力低，分散染料颗粒粒径小。墨水的渗透速率 越快，虽然有利于墨水的干燥，但是分散染料颗粒可能会随墨水渗透进入转移纸纤维内 部，影响转印织物的颜色性质和墨水的喷墨打印效果【5 0 5 蜘。 8 第一章前言 1 5 3 分散染料的染色机理 分散染料对纤维的吸附上染，主要靠染料和纤维间的氢键和范德华力。涤纶大分子 中存在羰基，能与染料分子中的氨基或羟基等极性基团形成氢键，但分散染料所含的极 性基团数目有限，因此，分散染料对涤纶的亲和力主要来自范德华力。范德华力包括非 极性基团之间的色散力、极性基团和非极性基团间的诱导偶极力以及极性基团之间的偶 极力。对分散染料上染疏水性涤纶来说，色散力是其中最主要的作用力形式。 分散染料在聚酯等合成纤维中的扩散符合自由体积扩散模型。所谓自由体积指纤维 无定形部分所占总体积中未被分子链占据的那部分体积。聚酯等合成纤维为热塑性纤 维，具有玻璃化转变温度( t g ) 。在t g 以下，纤维中的自由体积以微小空穴的形式分布 在纤维内部，染料难以进入这些空穴。当温度达到t g 以上，大分子链的运动加剧，原 来分散的微小空穴合并成较大的空穴，使纤维大分子的链段发生连锁绕动，即所谓的链 段跳跃。这样，原来僵硬的玻璃状纤维变得比较柔软。温度越高，链段跳跃形成较大空 穴的概率越高，这些空穴称为“瞬时空穴，染料分子通过这些瞬时空穴跳跃进入纤维 内部，完成扩散过程，从而将纤维透染。 根据自由体积扩散模型原理n 3 可知，染色温度必须超过t g ，而且染色温度与t g 的差 值越大，越有利于染料向纤维内扩散，即有利于上染；另外，染色时加入助剂使纤维的 t g 降低，同样能使染色温度与t g 的差值变大，有利于染料上染，这就是改善分散染料 上染的两条重要途径。 1 6 本课题的目的和意义 为了满足生产应用的需要，提高超细分散染料的应用效果，改善墨水的应用性能， 根据实际应用需要加入不同的添加剂，如表面活性剂、水溶性有机溶剂、防腐剂、消泡 剂等。目前，国内外关于研究水性超细分散染料颜色性质的文献报道还很少，主要是由 于超细分散染料加工困难，稳定性不好等因素造成。 因此，本课题在已经制备出体系稳定的水性超细分散染料分散液的基础上，通过研 究不同添加剂对超细分散染料颜色性质的影响，总结了超细分散染料墨水在转移纸表面 的润湿渗透行对分散染料转移率的作用规律，同时通过正交试验得到一系列高转移率的 超细分散染料墨水配方，这对制备体系稳定和色泽鲜艳的水性超细分散染料，提高国内 分散染料商品加工的技术水平，促进数字喷墨印花技术的推广和分散染料工业的发展具 有十分重要的作用。 9 江南大学硕士学位论文 2 1 实验材料与实验仪器 2 1 1 实验材料 第二章实验部分 表2 - i 实验药品 t a b 2 - 1m a t e r i a l s 2 1 2 实验仪器 表2 - 2 实验仅嚣 t a b 2 - 2e q u i p m e n t s 1 0 第= $ 宴验口h 2 2 试验 2 2 1 超知分散染料色莱的制备 称取定量去离子水、提纯后的分散染料和分散剂，搅拌均匀后置于砂磨机中，在转 速为2 5 0 0 转条件下处理4 h ，研磨结束后将分散液过滤得到超细分散染料分散体系。 2 2 2 喷墨印花墨水的制备 在超细分散染料分散液用量为1 0 的体系中，加入不同用量的多元醇和表面活性 剂，用去离子水补充至1 0 0 9 。然后采用5 0 0 n m 滤纸过滤并测试各项指标，装入墨盒中进 行打印。 2 2 j 转移印花工艺藏袒 按照配方制备超细分散染料墨水，装入喷墨打印机墨盒，打印在转移纸上；然后在 1 9 0 c x 3 0 s 的条件下对转移纸进行转移印花，将分散染料转移到涤纶织物上。 2 2 4 墨水的浦泡性测试 采用n 2 对墨水鼓泡，保证n 2 流速和墨水的体积恒定以及墨水上层的气泡均匀。 消泡剂的消泡性能采用每消除1 0 c m 泡沫高度所需的平均时间作为判定标准。实验 装置如下图2 1 4 1j ： 图2 - 1 均匀鼓泡法装置示意图 f i g2 - 1s c h o m a t i cv i e wo f * q u a 卜p u f f i n gb u b b l oe q u i 口呲n t 2 3 性能测试 2 3 1 超细分散棠料粒径测试方法 将少量分散染料分散体系稀释1 0 0 0 倍后，采用z s 一9 0 型纳米粒度及z e t a 电位分析 仪于2 5 条件下测定分散体系中染料的粒径。 2 j 2 超细分散染料墨水表面张力的测试方法 配制超细分散染料墨水样品采用d s a l 0 0 型液滴形状分析仪测定墨水的表面张力。 重复操作三次取平均值。 江南大学硕士学位论文 2 3 3 超细分散染料墨水粘度的测试方法 配制超细分散染料墨水样品，采用d v - i i i 型流变仪在2 0 c 温度下测定超细分散染料 墨水的粘度【3 8 】。 2 3 4 墨水接触角的测试方法 配制超细分散染料墨水样品，采用d s a l 0 0 型液滴形状分析仪测定墨滴在转移纸表 面的接触角，墨滴在转移纸表面平衡时间为1 0 s 。重复操作三次，取平均值。 2 3 5 超细分散染料离心稳定性的测试方法 选择不同的添加剂，按照一定的配比加入到超细分散染料分散液中，搅拌均匀，放 置。然后测定分散液的离心稳定性( 离心条件：3 0 m i n 3 0 0 0 r p m ) ，重复操作三次，取平 均值。根据朗伯比尔定律测定离心前后分散体系的吸光度，计算比吸光度，并由比吸光 度表征分散染料分散液的稳定性【6 2 1 ： 比吸光度c r ，= 喜篆需芸墨黯。 c 2 1 ， 2 3 6 多元醇保温性的测定 取一定量的超细分散染料分散液( 按配方加入保湿剂) 于烧杯中称重( 计作重量a ) ， 在室温条件下放置，自然蒸发至重量不再发生变化( 记作重量b ) ，然后在7 0 烘干至 恒重( 计作重量c ) 【6 3 6 q ： 保湿率：重查掣1 0 0 ( 2 2 ) 里重a 2 3 7 样品k s 值测定方法 采用x - r i t ep r e m i e r8 4 0 0 型电脑测色配色系统测定样品的k s 值。取不同的点，重 复操作三次，取平均值。 2 3 8 超细分散染料转移率的测定 按照配方制备超细分散染料墨水，然后经e p s o n 喷墨打印机打印在转移纸上，待自 然干燥之后测定转移纸的k s 值；然后进行转移印花，并测定转移之后转移纸的k s 值。 转移率计算公式如下： 转裤= i - 罴鬻慕器卜 仫3 ， 1 2 第三章实验结果与讨论 第三章实验结果与讨论 3 1 热转移印花时间和温度的确定 3 1 1 时间、温度对超细分散染料转移率的影响 由表3 1 可知，固定热转移温度为1 9 0 ，改变转移印花时间，当染料转移时间低 于3 0 s 时，延长热转移时间能够提高分散染料的转移率，并在3 0 - 4 0 s 时转移率达到最大 值；当热转移时间超过4 0 s 时，随着时间的延长，分散染料的转移率反而下降。固定热 转移时间为3 0 s ，在不同热转移温度下发色，发现当温度低于2 0 0 时，温度的升高能 提高超细分散染料的转移率；当温度超过2 0 0 时，分散染料的转移率随温度增加反而 下降。 产生这种现象的原因是在转移印花初期，随温度的升高和时间的延长，分散染料获 得的热量逐渐增加，升华转移的分散染料不断增多，从而使转移率不断增加；然而当温 度或时间增加到一定程度后，1 ，2 丙二醇、乙二醇等多元醇在转移印花过程中会蒸发， 由于其分子结构简单、分子小，能够比较容易的进入涤纶纤维内部，造成与分散染料分 子竞争进入纤维“空穴 的现象，阻碍分散染料的上染，导致分散染料转移率的降低。 由此我们选择转移印花温度和时间分别是1 9 0 ，3 0 s 。 表3 1 时间温度对超细分散染料转移率的影响 t a b 3 - 1e f f e c t so ft i m ea n dt e m p e r a t u r eo i lu l t r a f i n ed i s p e r s ed y et r a n s f e rr a t e 转移时间0 9 0 c ) s 转移率 转移温度( 3 0 s y c 转移率 1 08 2 8 1 7 06 3 8 2 08 9 01 8 08 8 6 3 0 9 0 1 1 9 09 0 1 4 0 9 0 o 2 0 09 0 2 5 0 8 9 1 2 1 08 7 6 6 08 8 92 2 08 4 3 7 0 8 7 1 3 2 添加剂对超细分散染料性能的影响 3 2 1 多元醇对