（纺织化学与染整工程专业论文）地毯用锦纶的染色性能研究.pdf

地毯用锦纶的染色性能研究 摘 本课题研究了酸性染料染锦纶地毯纱的染色性能，通过固色剂固色和超声波染色技 术改善皂洗牢度：初步探讨了染料混拼染色对锦纶地毯纱耐光色牢度的影响，采用在添加 助剂或超声波染色的方法来进行改善；分析染色及固色条件对k s 值，皂洗牢度，耐光色 牢度等的影响，确定了合理的工艺流程、优化了工艺条件。 结果表明：固色剂z e t e s a ln r 对锦纶地毯纱的固色效果较好；天龙染料的最佳固色工 艺为：用量2 o l ，温度7 0 ，时间3 0 m i n ，天龙a 染料的最佳固色工艺为：用量1 4g l ， 温度6 5 ，时间3 0 m i n ，此时的皂洗牢度均提高1 2 级；超声波染色的最佳工艺为：温度 7 5 ，时间：4 5 m i n ，功率：7 0 ，皂洗牢度提高0 5 1 级；与常规染色相比较，两种方法 均对列s 值无显著影响，干、湿摩擦牢度达5 级，耐光色牢度达到4 级以上。 天龙染料混拼染色耐光色牢度不理想，三拼染色时仅为2 级；日晒牢度增进剂x 对改 善天龙染料拼色时的耐光色牢度比较有效，优化工艺得最佳工艺条件：用量为5 0 9 l ，温 度9 0 ，时间6 0 m i n ，此时耐光色牢度达到3 4 级，皂洗牢度提高1 级左右，干、湿摩擦 牢度达5 级。 关键词：酸性染料；锦纶地毯纱；固色；超声波染色；皂洗牢度；耐光色牢度 文献综述 s t u d yo nt h e d y e i n gp r o p e i 之t i e so fp ac a r p e t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h ed y e i n gp r o p e r t i e so fp ac a r p e t y a md y e db ya c i dd y e sw e r er e s e a r c h e d t h e f i x i n gm e t h o da n du l t r a s o n i cw a v et e c h n o l o g yw e r eu s e dt oi m p r o v et h ew a s hf a s t n e s s b e s i d e s ， t h ei m p a c to ft h el i g h tf a s t n e s so np ac a r p e ty a md y e dw i t ha c i dd y e sc o m b i n a t i o nw a ss t u d i e d t h ea d d i n ga n t i u va u x i l i a r i e sm e t h o do rt h eu l t r a s o n i cw a v et e c h n o l o g yw e r ea d o p t e di no r d e r t oi m p r o v et h el i g h tf a s t n e s s t h ei n f l u e n c e so fd y e i n ga n df i x a t i o nc o n d i t i o n so nt h ek sv a l u e ， t h ew a s hf a s t n e s s ，t h el i g h tf a s t n e s se t cw e r es t u d i e d t h ep r o c e s sf l o wr a t i o n a l i z a t i o nw a s m a d e a n dt h eo p t i m i z e dp r o c e s sw a so b t a i n e db yt h eo r t h o g o n a lt e s t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c to fd y e i n go np ac a r p e t y a mw i t hf i x i n ga g e n tz e t e s a ln r w a sp r e f e r a b l e t h eo p t i m i z ep r o c e s so ft h ed y e f i x i n gp r o c e s sp ac a r p e t y a md y e db yt e l o n d y e sw a sd e f i n e d a sf o l l o w s ：t h e f i x i n ga g e n tz e t e s a ln r 2 0 9 l ，t e m p e r a t u r e 7 0 f o r 3 0 m i n u t e s t h eo p t i m i z ep r o c e s so ft h ed y e - f i x i n gp r o c e s sp ac a r p e t y a md y e db yt e l o na d y e s w a sd e f i n e da sf o l l o w s ：t h ef i x i n ga g e n tz e t e s a ln r1 4 9 l ，t e m p e r a t u r e6 5 cf o r3 0 m i n u t e s i n b o t hc o n d i t i o n s ，t h ew a s hf a s t n e s sc o u l db ei m p r o v e d1 - 2 t h eb e s td y e i n gp r o c e s so fu l t r a s o n i c w a v ew e r ea t7 5 ( 2o ft e m p e r a t u r e ，4 5m i no ft i m ea n d7 0 o fp o w e r , t h ew a s hf a s t n e s sc o u l d b ei m p r o v e d0 5 - 1 c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a ld y e i n g ，k sv a l u eo ft h ed y e f i x e dp a c a r p e t y a mh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g ew i t ht w om e t h o d s ，t h er u b b i n gf a s t n e s sr e a c h e d5 ，t h el i g h t f a s t n e s sr e a c h e d4 0 rm o r e t h el i g h tf a s t n e s so fp ac a r p e t y a md y e db yt e l o nd y e sm i x t u r e sw a su n s a t i s f a c t o r y t h e l i g h tf a s t n e s sw a sg r a d e 2w h e np ac a r p e t y a mw a sd y e db yt h r e ed y e sm i x t u r e l i g h tf a s t n e s s i m p r o v e rx w a sm o r ee f f e c t i v ef o ri m p r o v i n gt h el i g h tf a s t n e s so fd y e dp ac a r p e t y a m t h e o p t i m i z ep r o c e s so ft h ec o m b i n a t i o nd y e i n gw a s d e f i n e da sf o l l o w s ：t h eu s a g eo fl i g h tf a s t n e s s i m p r o v e rx w a s5 0g l ，t h et e m p e r a t u r ew a s9 0 cf o r6 0 m i n u t e s ，i nw h i c ht h el i g h tf a s t n e s s r e a c h e d3 - 4 k e yw o r d s ：a c i dd y e s ，p ac a r p e t y a m ，d y e f i x i n g ，u l t r a s o n i cw a v ed y e i n g ，t h ew a s h f a s t n e s s ，t h e l i g h tf a s t n e s s 目录 前言1 第1 章文献综述2 1 1 国内外锦纶地毯的发展现状2 1 2 锦纶纤维2 1 3 锦纶染色3 1 4 提高锦纶染色牢度方法6 1 4 1 锦纶纤维改性6 1 4 2 锦纶专用染料开发7 1 4 3 染色新技术7 1 4 4 染色助剂研发9 1 4 5 固色剂研发1 0 1 4 6 耐光色牢度改善1 3 1 5 本课题研究目的、意义1 5 第2 章实验部分1 7 2 1 实验材料1 7 2 2 实验仪器1 7 2 3 实验药品1 7 2 4 实验染料及助剂1 8 2 5 实验方法1 8 2 5 1 染色方法1 8 2 5 2 超声波染色法1 9 2 5 3 固色方法2 0 2 6 测试方法2 0 2 6 1 k s 值的测定及色度值的测定2 0 2 6 2 上染百分率的测定2 1 l i l 文献综述 2 6 3 上染速率曲线的测定2 1 2 6 4 提升性曲线的测定j 2 1 2 6 5 匀染性2 2 2 6 6 各项色牢度的测定2 2 第3 章结果与讨论2 3 3 1 染料的筛选j 2 3 3 2 改善皂洗牢度的研究2 3 3 2 1 锦纶纱线固色工艺研究2 3 3 2 2 锦纶纱线超声波染色工艺研究3 3 3 2 3 不同固色方法的比较3 7 3 2 4 锦纶纱线染色性能研究4 0 3 3 改善耐光色牢度的研究4 5 3 3 1 单色与混拼染色的耐光色牢度比较4 5 3 3 2 三拼色染色比例对耐光色牢度的影响4 6 3 3 3 超声波的方法提高锦纶纱线耐光色牢度的研究4 7 3 3 4 化学方法( 助剂) 提高锦纶纱线耐光色牢度的研究4 7 3 3 5 同晒牢度增进剂x 提高锦纶地毯耐光色牢度的研究5 4 结论：5 6 参考文献5 7 附录6 l 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 4 致谢6 5 i v 北京服装学院硕十学位论文 j 上- 一 月i j吾 地毯是一种高档的地面装饰材料，无论是单位、宾馆、写字楼及会议室的地面铺上地 毯以后都显得高雅、华贵，同硬性地面相比，在地毯上步行感觉舒适、柔软，是美化空间 环境的材料。地毯原材料中锦纶具有良好的耐磨性、耐污性和染色性能优良，色泽鲜艳， 因此锦纶现在已成为国内外公认织造地毯的理想材料。同时，随着生活水平的提高，家用 锦纶地毯也迅速增加，这就对锦纶地毯在使用性能上有了更高的要求，如何在生产) j n t 中 根据纤维和染料的性质以及染色要求，合理选择工艺，降低成本，织造出高品质的锦纶地 毯是企业开拓国内外消费市场的关键所在。 锦纶染色大多用酸性染料，由于染料与纤维之间存在大量的范德华力和氢键力，水洗 时，染料容易与水分子之间产生氢键力相结合，从而脱离纤维，造成湿牢度差，尤其是在 染深色时这种现象更明显：同时，许多酸性染料的耐光色牢度较差，对耐光色牢度有特殊 要求的产品，在生产加工时也要慎重考虑染料及助剂的选择。这也是目前在实际的生产过 程中急需要研究和解决的问题。 目前提高锦纶染色效果的方法有：锦纶纤维改性、锦纶专用染料开发、染色设备的改 进及相关化学助剂的开发，其中通过固色剂固色的方式来改善锦纶染色后的皂洗牢度是比 较直接和有效的方法，该类固色剂大多为阴离子型，固色剂大分子可吸附在纤维表面或扩 散到纤维空隙中，阻塞空隙，从而减少染料向纤维外扩散，提高染色牢度，所以固色剂的 择优选择及工艺的优化也是提高产品性能的关键。 众所周知，染料的光致褪色是个复杂的过程，有关染料光化学反应的研究一直都在进 行中；了解染料在各种环境中的光致褪色机理，分析在特定情况下影响染料耐光稳定性的 各种因素，才能提出合理的牢度提升方法。针对耐光色牢度不理想的问题，本研究采用添 加耐光色牢度增进剂的方法来进行改善，并确定最佳工艺条件，以降低生产成本、节约能 源、减少对环境的污染。 文献综述 第1 章文献综述 1 1 国内外锦纶地毯的发展现状 近年来，中国旅游酒店业和房地产业发展迅猛，地毯市场以2 0 以上的速度持续增长。 北京2 0 0 8 年奥运会、上海2 0 1 0 年世博会、广州2 0 1 2 年亚运会的举办、以及各大城市c b d 的建设将给商用地毯市场的持续增长带来强有力的支持，中国机制地毯业将进入历史上发 展最快的时期，此外房地产业已成为我国经济三大支柱产业之一，家用市场蕴涵着前所未 有的商机。我们相信随着中国居住环境的改善和生活水平的提高，中国家用地毯市场的潜 力将被逐渐开发，进而对整个地毯业的发展起着举足轻重的作用。 地毯市场的消费特点是羊毛地毯具有保暖性，且弹性好，但价格昂贵，原料资源少， 不易清洁，不易洗涤，且易掉毛和滋生虫菌n 3 ；丙纶地毯成本较低，但弹性差、易倒伏、 染色性差，不适宜用作高档次地毯；锦纶地毯则具有良好的耐磨性、耐污性和染色性能优 良，色泽鲜艳。因此锦纶现在已成为国内外公认的理想材料乜1 ，当今世界上地毯业使用的 锦纶约占世界锦纶总产量的百分之三十五到百分之四十，而世界地毯总产量中大约有百分 之五十的地毯是锦纶地毯。目前锦纶地毯的生产能力主要集中在欧美地区。北美地区的锦 纶地毯市场以美国为主，在美国市场上，锦纶簇绒地毯的销售额达地毯总额的百分之九十 以上。说明锦纶地毯是地毯市场的消费主流。这种消费趋势同样也反映在欧洲市场上。欧 洲家庭对地毯的消费需求日益旺盛，并且对地毯的颜色、设计有更高的要求。由于只有锦 纶才能同时满足这些要求，使锦纶地毯成为消费的热点，因而有力的推动了锦纶地毯的发 展。 虽然锦纶地毯的各方面性能相对优良，但是在染色牢度方面不是很理想，也是目前急 需要研究和解决的。 1 2 锦纶纤维 锦纶又称尼龙( 英美) 、卡布隆( 俄罗斯) 、贝纶( 德国) 、阿米纶( 日本) 等，为一 种脂肪族聚酰胺类高分子材料，在1 9 3 9 年由杜邦公司首先推入市场，是世界上最早的合 2 北京服装学院硕+ 学位论文 成纤维品种，其强力高、耐磨性好，居所有纤维之首；有良好的耐蛀、耐腐蚀性能3 。锦 纶的主要品种有锦纶6 ( 聚己内酰胺) 和锦纶6 6 ( 聚己二酸己二胺) ，占国内市场的9 8 。 锦纶性能好、产量高，是织造地毯的主要原材料之一。 锦纶化学结构较简单，大分子主链上以酰胺键( c o n h - ) 相链接，无侧链，仅在分 子末端含有亲水性的羧基- - c o o h 和胺基一n h 2 。聚酰胺纤维的氨基含量比羊毛和蚕丝低 得多，锦纶6 6 和锦纶6 的氨基含量分别为o 4m o l k g 纤维和0 0 9 8m o l k g 纤维，为羊毛的 1 2 0 和1 1 0 左右，一般只能染中等浓度的色泽，染深色时容易染花。因锦纶6 比锦纶6 6 的氨基含量高，所以上色较快，得色较深“1 。 经熔融纺丝制得的锦纶，一般还需经过拉伸加捻、压洗和热定型等处理后才能投入下 一环节的使用，这些后整理都会对纤维超分子结构产生影响，经处理后纤维的结晶度、密 度、取向度获得提高，纤维上染料分子渗透的可及区减小，因而染色时染料的平衡吸附量 和扩散系数都有减小嘲。锦纶的玻璃化温度是3 5 5 0 ，一般在4 0 c 始染，温度高于 7 0 。c 以后，上染速率才迅速加快1 ，所以升温速率和染色温度变化对于染色的匀染性和上 染率也存在一定的影响。 锦纶耐碱不耐酸，在常温条件下会迅速溶解于强酸中，所以一般要在弱酸或中性浴中 对其进行染色和固色处理；与纤维素纤维相比，由于锦纶含有酰胺键，容易发生水解，当 温度超过1 0 0 1 2 以后，水解反应逐渐明显，所以也要注意染色、固色中温度的控制，以免 损伤纤维。 。 锦纶的耐光性较差，长时间的日光和紫外光照射，会使锦纶大分子链断裂，强度下降， 纤维颜色泛黄，这也是锦纶地毯耐光色牢度差的原因之一。 1 3 锦纶染色 锦纶纤维一般可用分散染料、活性染料、酸性染料和中性染料等进行染色，染浅、中 色时常用弱酸性染料，染深色时常用中性染料。 1 3 1 锦纶纤维弱酸性染料染色机理 酸性染料染锦纶时绝大多数是在酸性条件下进行的，在水溶液中，锦纶的氨基和羧基 3 文献综述 发生解离，形成两性离子。随着p h 值的变化，氨基和羧基的解离程度不同，当p h 值较低 ( 低于纤维等电点) 时，n h 3 + 大于c o o 的数量，纤维呈正电荷：当p h 值较高( 高于纤 维等电点) 时，n h 3 + 小于于c 0 0 的数量，纤维呈负电荷。锦纶的等电点约为6 6 5 ，在 等电点时氨基全部以- n h 3 + 离子的形式存在，在等电点以下染色时，锦纶的酸离子化端胺 基与染料阴离子发生离子键结合，染色机理可用下式来表示： 等电点时： h 2 n n y l o n c o o h - n h 3 + - n y l o n c o o 弱酸性条件：n h 3 + - n y l o n - c o o 。+ h + _ n h 3 + - n y l o n c o o h d s 0 3 + n h 3 + - n y l o n c o o h d s 0 3 - h a n + - n y l o n c o o h 由于纤维上的氨基含量一定，染色时存在染色饱和值，这将直接关系着染色深度和染 料用量。同时，染色过程中，锦纶与染料间除了以库仑力结合外，还存在较强的范德华力 和氢键力，这些结合力的大小又与染料的结构有关，所以酸性染料的结构不同，染色饱和 值也会不同，用弱酸性染料染色时，染色饱和值往往会超过锦纶端氨基的量，这有利于染 较深的色泽口1 。 在实际染色中，经常需要两种或两种以上的染料进行拼色，为了减少竞染现象的发生， 我们在选择染料时应尽量考虑用上染速率相近的染料，这可通过染料的上染速率曲线图来 衡量，当染料的上染速率曲线相似时，染料的拼色效果较好。 1 3 2 锦纶纤维中性染料染色机理 中性染料为l ：2 型酸性络合染料，主要有金属原子、染料母体、亲水性基团三部分 组成，在水溶液中形成带负电荷的络合离子，它的上染过程与弱酸性染料十分相似，带负 电荷的金属络合染料离子与氨基正离子成盐式键结合，同时，大分子量的染料与纤维间存 在相当大的范德华力和氢键力，染料分子进入纤维无定型区后，通过这三种力很好的固着 于纤维上引。 由于中性染料对锦纶的亲和力较高，可产生超当量吸附，染色饱和值高，容易染得较 深的颜色，而且中性染料的分子结构较大，与纤维结合后不易从纤维无定形区转移到染液 中，染色牢度比弱酸性染料要好。但染料的鲜艳度差；上色快，容易染花。 虽然可以用于锦纶染色的染料种类较多，鉴于染色牢度、耐光色牢度等问题的综合考 4 北京服装学院硕十学位论文 虑，特别是在染深色时，目前使用弱酸性染料和中性染料染色的最多。 1 3 3 锦纶纤维分散染料染色机理 分散染料染浴中，染料以单分子、胶束和染料晶体的形式存在，锦纶大分子链中含疏 水性的亚甲基，它对分散染料具有较好的亲和力，当染液升温时，大分子的无定型区软化， 染料开始吸附在纤维表层，随着温度的上升，大分子链段之间逐渐松动，纤维结构内出现 许多可容纳染料分子的空隙；同时，染料动能增加，加快向染料内部扩散，直至达到结晶 区边缘阳1 。染色完成时，染液降温至锦纶的玻璃化温度以下，染料分子凝结在纤维固体中， 从而有效地上染纤维。 染料晶体_ 单分子溶解状态染料| _ 胶束染料 纤维上染料 ，p l 、，_ 1 分散染料用于染锦纶的匀染性好，对纤维自身品质要求不高，拼色浸染时不存在竞染 现象，染色质量稳定，重现性好。可用于和酸性染料或中性染料同浴染色，调整色光，提 高匀染性。但由于它与纤维之间主要靠范德华力和氢键力结合，结合力较弱，染色饱和值 较低，一般只能用于染浅色，染深色性能较差；在染锦纶时，分散染料的耐光色牢度普遍 比较差，单从这一点来看，常用的许多分散染料都只适宜染锦纶浅色；同时，分散染料染 色时会存在一定的热迁移性，即在热处理时部分染料会从纤维内部向纤维表面迁移，纤维 表面染料增多，造成二次浮色，染物的各项牢度下降。 虽然近年来，一些国内外的染料厂商推出了一些分子量较大，对锦纶具有较高的亲和 力的“高皂洗牢度 的分散染料，或“防热迁移 的分散染料，但这类染料对染浴p h 值 比较敏感，且染色后，部分色光还会发生严重改变，如黑色变成灰色等，这样就给实际应 用带来了很大的难度。 1 3 4 锦纶纤维活性染料染色机理 5 文献综述 活性染料染色时主要为吸附和固色两部分n0 1 。染色时，染料和水分子同时进入纤维内 部，并吸附于纤维；同时，染料与锦纶纤维之间存在化学反应，从而生成新的整体，使染 料有效地固着于纤维上，化学反应可用下式表示： n y l o n - n h 2 + d r - x n y l o n - n h - r - d + h x 其中：d 为染料母体，r 为反应基，x 为取代基。 由于反应中会生成一部分的酸，所以在固着阶段染液中加入一定的碱剂有利于反应的 完成n 。在染色进行的同时，水中溶解的染料会发生一定程度的水解从而失去反应活性， 所以在染色后要进行充分的水洗，除去水解的和尚未反应的染料，然而有些水解染料难以 洗去，在使用过程中就会产生摩擦牢度低等问题；对于键合牢度不好的染料，会存在断键 的情况，为了提高其键合牢度，染色之后就必须经过固色剂或交联剂处理。同时由于氨基 的数量有限，所以很难染出深色品种。 1 4 提高锦纶染色牢度方法 由于锦纶长丝、染化料自身的结构和性能的差异，以及染色工艺流程的控制等因素， 染色过程中依然存在染色不匀、色差、色斑、条花等严重问题。为了解决锦纶染色色牢度 不高，特别是湿摩擦牢度较低的问题，同时符合现代节能、减排、环保的要求，许多公司 也都尝试着用不同的方式来改进。目前提高锦纶色牢度的方法主要有： 1 4 1 锦纶纤维改性 通过改性，使纤维大分子上带有亲水或疏水性基团( 如自由氨基、羧基、烷基胺、含 氟基团等) ，提高纤维与染料之间的相互作用力，从而有效地提高染色牢度，如有人通过 等离子体预处理锦纶长丝n 羽，将氧气以羟基和羧基的形式引入纤维表面，提高亲水性，同 时纤维表面的粗糙度增大，有助于染料的吸附和固着，从而提高染色牢度；同时，b u r k i n s h a w 等n 3 1 发现，末端氨基含量高的锦纶纤维虽比末端氨基含量低的得色深度提高，但因为氨基 不一定完全与染料阴离子以离子键相结合，染料与纤维间存在大量氢键力、范德华力，染 6 北京服装学院硕十学位论文 色后经重复水洗的色牢度并不会因氨基含量增加而有所提高，所以尽管端氨基含量有助于 染料一纤维的直接性和吸附，但是似乎对皂沈牢度没有多大贡献。 1 4 2 锦纶专用染料开发 要想染色纤维有较好的染色牢度，首先就要选择一种与纤维性能相匹配的染料，许多 厂家也在大力开发锦纶专用染料。如开发一些含活性基团的分散染料和锦纶专用酸性染料 等，通过这些专用染料的使用，可使染色后织物牢度比常规染料提高1 2 级n 卜埔1 。目前， 用于染锦纶的专用酸性染料有很多，主要为弱酸性染料和中性染料( 1 ：2 型金属络合酸性 染料) ，国内如杭州恒升化工公司的美佳尼尔和百丽伦、上海安诺其生产的安诺门系列染 料、杭州多闻化工有限公司的多丽星x l 系列染料等，国外的品牌主要有：m d o h m e n ( 多 闻) 的匀染染料、耐缩绒染料、中性络合染料、拼混染料，它们的牌号分别为d o r a s y n a 、 d o r a s y nc ( x l ) 、d o r o l a nm ( d ) 、d o r o l a ne 等；c i b a ( 汽巴) 的匀染染料、耐缩绒染料、 中性络合染料、拼混染料，它们的牌号分别为t e c t i o n 、e r i o n y l 、t r o a l a n ( l a n a c r o n ) 、l a n a s e t 、 e r i o f a s t 系列染料和美佳特系列染料：c l a r i a n t ( 科来恩) 的匀染染料、耐缩绒染料、中性络合 染料的牌号分别为n y l o s a ne 、n y l o s a n n f 、l a n a s y n ( s ) ；d y s t a r ( 德司达) 的匀染染料、 耐缩绒染料、中性络合染料的牌号分别为 f e l o n 、s u p r a n o l 、i s o l a n ；c & k y o r k s h i r e ( 约克 夏) 的匀染染料、耐缩绒染料、中性络合染料的牌号分别为n y l a n t h r e nb 、n y l a n t h r e nc 、 n e u t r i l a n ( a 、s 、m ) 。 1 4 3 染色新技术 随着科学技术的发展，人们也在尝试用一些先进设备来改善染色条件，如使用超声波、 红外线等技术。 1 4 3 1 超声波 超声波是频率高于人的听觉上限( 约为2 0 0 0 0 赫) 的声波，称为超声波，或称为超声。 它的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米，由于超声波频率很高，所以超声波与一 7 文献综述 般声波相比，它的功率是非常大的。超声波传播过程中，弹性介质中粒子产生振动并沿传 播方向传递能量，从而产生机械效应、热效应和声空化现象7 1 。 所谓声空化现象即是当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体 内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用， 从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒问这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然 升高，起到了很好的搅拌作用，并且加速溶质的溶解，加速化学反应n 引。 超声波在改善纤维染色性能方面体现在对纤维高分子材料和对染色体系的两部分作 用上。一方面，超声波使纤维表面产生微观滑移而形成疲劳源，即所谓疲劳裂纹的亚临界 扩展，致使纤维的表面如同被腐蚀一样，大大增加了吸附染料的比表面积；另一方面，超 声波在染色体系中可起分散作用、除气作用和扩散作用。使用碱性、酸性和金属络合染料 对丝纤维进行染色的研究表明，超声波存在下，上染丝纤维染料量与对照样相比有所增加。 此外，应用超声波能在相当低温度下、较短时间内对丝纤维进行染色，上染率较高，染色 织物耐洗和耐光牢度较好，且纤维强度基本保持不变n 引。应用超声波可改变合成纤维的微 细结构，实现织物的低温染色，从而减少污染，节约能源还可促进染料的溶解和分散，加 速染料的上染，改善纺织品的透染程度。 鉴于超声波有以上改进染色效果的优点，本研究将选择用超声波染色的方式来提高染 料和固色剂在纤维上的固着量，从而提高染色牢度。 1 4 3 2 红外线 红外线是电磁波的一种，波长范围很宽，介于0 7 l 岬1 0 0 0 岬之间，在红外线中， 波长范围在5 0 岬1 0 0 岬之间的红外线被称为远红外线，它具有发射性和渗透性。近年 来，红外线加热已广泛应用于染整加工中。 红外加热遵循“红外光谱匹配吸收原理，即每一种物质只要其温度在绝对温度值以 上均会发射和吸收固定波段的红外线，若红外线发射的波段正好与被加热物的吸收波段吻 合时，则将引起被加热物的分子共振吸收使得红外辐射绝大部分被吸收利用。因此，只要 在应用红外辐射过程中调整好红外辐射器的发射光谱，使其覆盖绝大部分纺织品吸收波段 上，并解决好红外加热温度的均匀度问题，即可达到节能高效、应用方便等效果啪1 。 1 4 3 3 等离子体 等离子体是指一种全部或部分被电离的气体，气态物质在热、电等能量的作用下产生 不同程度的分子及电子的分离，形成带负电荷的电子和带正电荷的离子等这种包含原子、 g 北京服装学院硕十学位论文 分子、电子、离子、光子、各种亚稳态和激发态粒子的混合气体即为等离子体。 等离子射流处理对锦纶纤维表面有一定的刻蚀作用：可增加纤维的o h ，n h 2 ，c o o h 等几种极性基团的含量，增加纤维润湿性，加快染料的扩散速度，增加染色深度，一定程 度上改善了纤维的染色性能。由于等离子体处理仅对纤维表层部分改性，不影响高聚物整 体性质，纤维的取向和结晶没有发生变化，因此常压等离子体处理后纤维几乎无损伤乜u 。 1 4 3 4 微波 。 微波是频率在3 0 0 ；l g 赫至1 | 3 0 0 千兆赫的电磁波( 波长l 米1 毫米) ，具有加热速度快、节 能高效、易于控制等优点。通过微波的热效应和非热效应的双重作用，改善织物的染色和 固色性能。染色时，按常规的方法将织物浸轧染液，然后导入密闭的微波加热室中，当浸 轧在染料溶液中的织物受到微波照射后，由于纤维中的极性分子( 如水分子) 的偶极力受 到微波高频电场的作用，因而发生反复极化和改变排列方向在分子间反复发生摩擦而发 热，这样可迅速将吸收的微波能量转变为热能。与此同时一些染料分子在微波的作用下， 也可发生诱导而升温，从而达到快速上染和固色的目的。所以一般经微波处理的纤维或织 物颜色均匀，色牢度高啪1 。但由于成本和技术水平问题的局限，这些方法尚都处于研究阶 段。 1 4 4 染色助剂研发 1 4 4 1 释酸剂 由常规酸性染料染色机理可知，染料与纤维的结合能力和纤维中- n h 3 + 离子的数量密 切相关，而n h 3 + 离子的数量受p h 值的影响，因此在染色过程中要严格控制各阶段的p h 值。目前，对染浴的p h 值可通过酸性p h 值滑移剂来调控。酸性p h 值滑移剂能使染浴在 染色初始阶段保持在中性或调至微碱性，随着染色温度升高和染色时间的延长，滑移剂能 逐渐释酸，使染料均匀上染，以获得较高竭染率删。当前使用的释酸剂有铵盐、醋酸、 科来恩的v s 、v a 和同本明成株式会社的酸性p h 滑移剂p c 、以有机酸和酯的复配物或有 机酯与非离子表面活性剂复配物；j o o n s e o kk o h 等啪1 发现：用可水解有机酯类做酸性染料 p h 值滑移剂比无机释酸剂有更宽p h 值的控制系统，且染色的重现性较好。 1 4 4 2 匀染剂 o 文献综述 为了达到较好的染色效果，染色过程中还需要加入一定量的匀染剂，近年来有关酸性 染料匀染剂的报道也很多，匀染剂的主要作用是染色时的缓染和移染乜7 1 ，初染速率太快易 造成染色不匀，匀染剂的加入能使染料较缓慢地被纤维吸附；同时，在染色不均匀时匀染 剂有助于深色部分的染料向浅色部分移动，最后达到匀染。通过匀染剂的使用，使染料渗 入纤维内部的量增加，纤维表面浮色减少，能够给后期固色率的提高提供有力的前提条件。 匀染效果较好的匀染剂有d r i m a g e re r 、锦纶防染剂n f y 、匀染剂f z 一8 0 2 、平平加o 、l y o g e n p 、阿白格a l b a g e ls e t 、u n i v a d i np a 、匀染剂b o f 等。 同时，因为染色温度越高，染料的直接性越低，不利于染料上染纤维，要达到较好的 染色效果，就要在低温条件下染色，锦纶为热塑性纤维，可加入合适助剂降低其玻璃化温 度。m s q u e i r o sd o m i n g u e s 等噙1 研究发现：锦纶超细纤维低温分散染料染色时，加入苯甲 醇可降低纤维的玻璃化温度，从而使染料分散到纤维内部变得容易，上染率提高。 1 4 4 3 壳聚糖 壳聚糖由甲壳素脱乙酰制得，壳聚糖分子中含有大量的氨基和羧基，与锦纶纤维的亲 和性能好啪1 ，在染色过程中，一定分子量的壳聚糖可以溶入到纤维内部与纤维上的活性基 团羟基或氨基以氢键或共价键结合，同时在酸性条件下，壳聚糖上的游离氨基质子化，增 加了锦纶纤维上阴离子染料上染的染座，对阴离子染料染色具有一定的增深作用啪1 ，在烘 干时，壳聚糖可结膜，包覆染料固着在纤维表面，从而提高固色率。因壳聚糖为含氮的阳 离子性聚合物，它容易与阴离子染料生成不溶性的色淀口，所以，壳聚糖也可作为弱酸性 染料染锦纶的增深剂和阴离子染料的交联剂，但单用壳聚糖作交联剂，结膜织物手感差。 并且在生产壳聚糖的过程中需要消耗大量的强酸、强碱，生产成本高，环境污染大，这也 给它的应用推广带来了一定难度。 1 4 5 固色剂研发 在实际的生产过程中，由于各种原因，染色后的织物会存在一定程度的沾色、( 干、 湿) 摩擦牢度低的现象，所以必须采用后续固色的方式解决这一问题。这势必要考虑到固 色剂的从优选择。 1 4 5 1 固色剂发展 l o 北京服装学院硕十学位论文 用于酸性染料染色后固色的固色剂主要为阴离子型。 天然单宁，分子结构中含有大量的酚羟基，酸性或中性条件下会发生电离，带上负电 荷，一方面与锦纶术端氨基成离子结合，对染料上染纤维的染座加入封闭，吸附的大分子 单宁酸填塞了基质内细隙，抑制染料向外扩散；另一方面，阴荷性单宁酸对阴离子染料存 在静电斥力，促使染料向纤维内部扩散变快，从而提高固色率n “1 。当单宁酸与纤维发生结 合后，遇到吐酒石，而生成单宁酸锑椎 ( c 1 4 h o o o ) 2 s b o h 的白色沉淀，这种单宁酸锑盐化 合物吸附的纤维表面，从而将染料牢固地固着在纤维上哺。同时染料分子中的磺酸基团含 量越高，这种抑制效果越明显。该固色剂固色效果虽好，但固色方法比较复杂，固色后手 感较差。 合成单宁( s y n t a n ) ，它们大多是经过磺化反应制得。其固色机理与天然单宁相似：a ) 合成单宁分子链上磺酸基团与纤维术端胺基以离子键相结合，附着于纤维表面；b ) 合成 单宁上的羟基可与纤维大分子形成氢键；c ) 合成单宁上的芳香环和亚甲基与纤维上的亚甲 基发生范德华力作用；d ) 大分子的合成单宁吸附在纤维表面或扩散到纤维空隙中，阻塞 空隙，从而减少染料向纤维外扩散，提高染色牢度。 其按缩聚主体可分为： 1 ) 带磺酸基的酚类甲醛的缩合物，如汽巴的e r i o n a ln w 和山德士的n y l o f i x a np ，c & k 的i n t r a t e xc w ； 2 ) 以二苯砜为主体的缩合物，如无锡纺科所研制的x f g 、英国有利凯马( u n i q e m a ) 公司的f i x g e n ea x f 、德国朗盛公司的m e s i t o ln b s ； 3 ) 硫酚类化合物，如上海纺专研制的f s p 、固色剂t 等。 合成单宁的固色效果与其分子结构上的羟甲基、磺酸基等活性基团的含量多少，以及 分子量的大小密切相关，目的使用最多，效果较好的当以二苯砜为主体的缩合物为主。 1 4 5 2 固色剂现状 ( 1 ) 研发固色性能较高的合成单宁 虽然现在市面上的合成单宁种类较多，但固色效果却不是十分的理想，所以丌发优化 性能的合成单宁是非常必要的，如创越化工有限公司上海研究所研制的摩擦牢度增进剂 c y - 3 1 0 1 用于酸性染料染锦纶深色，湿摩擦牢度可从l 级提高到2 3 级，经增进剂c y 3 1 0 1 处理后，可免去皂沈处理；但由于浮色的去除，染色深度略有降低。；t a n a t e x 公司的锦 纶牢度增进剂e p5 9 9 3 用于锦氨弹力织物的同色，湿摩擦牢度从3 级提高到4 级，皂洗牢 l i 文献综述 度从2 级提高到4 级。塌1 ；德国司马化学有限公司的酸性固色剂z e t e s a l n r ( 具备优化的 协同分子结构) 可满足高牢度、低黄变的要求。此外其优异的耐酸稳定性可赋予工艺更高 的可靠性。蜘；用上海天坛公司的酸性固色剂c n ( 主要分子结构为酚类中间体及芳烃衍生 物) 对锦纶进行固色，固色后干摩牢度提高l 级半，湿摩擦牢度提高l 级，皂沈牢度提高 l 级半到2 级，耐酸碱汗渍牢度分别提高l 级半和l 级，色变较为轻微。州。 ( 2 ) 丌发单宁酸和吐酒石的替代品 除了研发合成单宁外，还有人尝试用其他的有机或无几试剂来代替天然单宁，例如用 聚乙烯醇或无机赫( 硫酸铵) 代替单宁酸。州，与传统固色相比，前者用于固色时，对锦纶 染黑色时影响较小，但会降低红、黄酸性染料的耐光色牢度。同时，由于吐酒石的制造过 程污染严重，不利于三废处理，所以用一些会属哉( 如f e 、a l 、p b 、c u 等金属盐) 或稀 土元素代替吐酒石来固着单宁酸也是研发的方向之一，例如锦纶用单宁酸硫酸亚铁固色 浴处理后，单宁与硫酸亚铁会形成一种单宁一铁络合物附着与纤维表面，从而提高染物的 耐光色牢度，但耐摩擦牢度会有所下降。川。所以有关低成本的替代品的研发还有待进一步 研究。 此外，除了以合成单宁为主的锦纶专用固色剂以外，还丌发了其他类型的阴离子性固 色剂0 1 ，如北京北方先进贸易有限公司的多磷酸酯芳烃化合物a d v a n f i xs n t ，先邦国际贸 易上海有限公司的高分子表面活性复配物固色剂t a n d ei f m 等。 ( 3 ) 阴离子性与阳离子性固色剂的双重固色作用 这类固色工艺一般采用两步法，即先用阴离子性的合成单宁固色，水沈后再用阳离子 性固色剂固色，因为阳离子固色剂一般为多胺或季铵盐衍生物，阳离子性较强，一方面可 以与阴离子性合成单宁形成离子键结合，有利于单宁在纤维表面的固着，另一方面阳离子 固色剂还可以与染料阴离子形成不溶性色淀固着于纤维上，另外，对于聚合度较高的固色 剂，可在染物上形成薄膜增加染料的溶落难度，提高其染色牢度。这样通过阴、阳两种固 色剂的共同作用，可以有效地提高染色后重复水洗的牢度叫1 ，但这种方法并不是对所有 的合成单宁都有效，如y o u n g - a s o n 等就指出，锦纶用酸性固色剂f i x o g e n ea x f 固色 后再用阳离子固色剂处理，其耐摩擦牢度并没有得到提高。 ( 4 ) 丌发新型坏保酸性固色剂 因为现用的酸性固色剂虽然在使用过程中很少有游离甲醛的释放，符合国际标准，但 在其合成的过程的都需要加入一定量的甲醛，在一定程度上影响生产人员的身体健康，所 1 2 北京服装学院硕十学位论文 以合成新型无甲醛酸性固色剂也是研发的重要方向，有专利h 钉指出，用聚丙烯酸类固色剂 和聚氨酯类固色剂及其他助剂通过一定比例配伍而成的酸性固色剂对锦纶染色有很好的 固色效果，固色后摩擦牢度可比传统固色剂提高1 2 级，但目前有关无甲醛高效酸性固色 剂的报道还很少，有待进一步研究；另外，溶胶撮胶固色剂h 刚也是近几年研发热点， 其固色机理是因为纳米溶胶易于进行化学或物理改性，通过浸轧或浸渍处理并经干燥后， 在纺织品表面形成金属或非金属氧化物薄膜，从而提高染料的色牢度。 1 4 6 耐光色牢度改善 染料发生光致褪色是一个复杂的过程，其影响因素包括：染料自身结构和性能、纺织 材料结构和性能、环境因素等等。染料发生光化学反应的机理有： ( 1 )光致异构化反应 对一二甲胺基偶氮苯等在偶氮基邻位上没有- - o h 或- - n h 2 的偶氮染料在溶液中或 染在醋酯纤维上，在光照下会发生反一顺式异构变化，色泽逐渐变淡：经研究发现二苯乙 烯结构的染料在溶液中以及锦纶6 6 上经紫外线作用都会发生顺反异构转化h 们，反应如 下： c n心i - l 一明h d _ ：n 。一c 咎。h ( 2 )光致氧化一还原反应 对于偶氮染料而言，在染料分子上引入令偶氮基电子云密度增加的供电子基将使偶 氮染料相对更易发生光氧化反应；而吸电子基团的引入往往会导致偶氮基电子云密度降 低，使染料更倾向于发生光还原反应“8 1 。由于取代基的电子效应及其影响大小可用 h a m m e t t 常数。表示，因此在研究不同介质上偶氮染料的光反应历程时，通常是以染料 光照时的褪色相对速率的对数与取代基的。值关系作图，如果得到的图像的大致是一条