（应用化学专业论文）分散染料微胶囊测配色体系初探.pdf

分散染料微胶囊测配色体系初探 分散染料微胶囊测配色体系初探 摘要 分散染料微胶囊由于其微胶囊壁的缓释性，在无助剂高温高压染 色时可实现清洁生产；计算机测配色作为现代化自动配色工具在实际 ：r 生产中体现出了优异的使用性能，各体系的计算机测配色系统已陆续 面世，但目前尚无分散染料微胶囊清洁生产的计算机测配色方面的相 关文献。 本论文中，为了将分散染料微胶囊用于测配色体系，选用工厂生 产常用的c i 分散红7 3 、c i 分散黄2 1 1 、c i 分散蓝1 8 3 三种分 散染料进行微胶囊化，通过改变微胶囊化时的芯壁比控制分散染料缓 释速率，考察微胶囊化分散染料在实施无助剂高温高压染色时的相关 染色性能，如上染曲线、初染率、匀染性及提升力等。结果显示：微 胶囊化分散染料的染色性能随芯壁比变化而变化；将筛选出的微胶囊 化分散染料组合应用于拼染黑色，并与常规商品染料比较，其匀染性、 于湿摩擦牢度及水洗牢度较好；对该组微胶囊染料实施无助剂高温高 压染色，分别考察不同染色条件下的上染率、微胶囊中残余染料及染 浴中残余染料，发现分散染料微胶囊染料用量少、无需助剂、染色时 间短、废水状况大大改善。 使用美国d a t a c o l o rs f 6 0 0 p s u s 测色配色仪建立测配色体系。用 l 0麟 分散染料微胶囊测配色4 体系初探 比娜峨啊撇竹 + 曹叮王王旦景；i ；r 窨仃凇p 童宝叫四r | t 五7 k2 ；疋j i 弱； 所筛选出的三种微胶囊分散染料分档染色，制作基础色样；输入各个 染料各档色样的原始打样浓度，并测量k s 、l 、a 、b 等参数值；建 立基础数据库；并对基础数据库进行检验，观察反射值r 与波长入的 曲线图，z s 值与染色浓度c 的曲线图，k s 与波长入的曲线图， l o g ( k s 值) 与l o g c 的曲线图，并尝试将其用于测配色。结果表明： 精确染色打样，建立基础数据库后，微胶囊化分散染料对涤纶的上染 基本可以实现计算机测配色；论文所筛选出的三种分散染料微胶囊适 于测配色，鉴于测配色系统对染料本身性能的依赖性，可通过增加染 料种类以解决系统局限性，实现完全计算机测配色；此外，通过建立 数据库可以发现，在实际测配色运用中也存在影响测配色精度的因 素，包括染料力份、染料品种、染色工艺条件、待染坯布前处理情况、 织物的测色层数、仪器称量误差、织物的染色性能等，故需严格控制 这些因素，实现精确配色。 为了探索分散染料微胶囊在涤纶无助剂高温高压染色过程中的 动力学行为，论文对分散染料微胶囊、纯分散染料和商品分散染料实 施平行对比实验，采用薄膜卷层法测定染料的扩散系数d 及扩散速率 y ；通过建立染色动力学模型，研究分散染料微胶囊在涤纶无助剂高 温高压染色的染色速率常数k 、平衡上染量g 及半染时间t 忱。结果 表明：对分散染料进行微胶囊化后其染色扩散系数d 及扩散速率y 改 变较小，但染色速率常数k 、平衡上染量g 及半染时间t 班改变较大。 关键词：微胶囊，分散染料，染色性能，测配色，动力学 o 麟 分散染料微胶囊测配色体系初探 s t u d yo nt h ec o l o rm e a s u r i n ga n d m a t c h i n gs y s t e mf o rm i c r o e n c a p s u l a t e d d i s p e r s ed y e a b s t r a c t d u et ot h ec o n t r o l l r e l e a s e d p r o p e r t i e s o f m i c r o e n c a p s u l a t e d d i s p e r s ed y e s ，t h e yc a nb eu s e dt od y ep e ti nt h ea b s e n c eo fa u x i l i a r i e s a sam o d e mc o l o rm a t c h i n gt o o l ，t h ec o m p u t e rc o l o rm e a s u r i n g & m a t c h i n gs y s t e m s s h o we x c e l l e n t p e r f o r m a n c e s t h o u g h v a r i o u s c o m p u t e rc o l o rm e a s u r i n g m a t c h i n gs y s t e m sh a v ee x i s t e dt o d a y , t h e r e l a t e di n f o r m a t i o na b o u tm i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s e s c o l o rs y s t e m s c a n n o tb ef o u n dt i l ln o w i nt h i st h e s i s ，t h em i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s ed y e sw e r ea p p l i e di n m e a s u r i n g & m a t c h i n gs y s t e ma n dt h eo p t i m u mc o m b i n a t i o nw e r e s e l e c t e d c i d i s p e r s er e d7 3 ，c i d i s p e r s ey e l l o w2 11a n dc i d i s p e r s e b l u e18 3 ，w h i c ha r eg e n e r a l l yu s e di nt h ed y e i n gf a c t o r i e s ，w e r ec h o s e nt o b em i c r o e n c a p s u l a t e d t h er a t i o so ft h ec o r et ow a l lw e r ec h a n g e dd u r i n g - i i i o 幕季天学 分散染料微胶囊测配色体系初探 t h ec o u r s eo fm i c r o e n c a p s u l a t i o ni no r d e rt oc o n t r o lt h er e l e a s er a t eo ft h e d i s p e r s ed y e s t u f f m e a n w h i l e ，t h e r e l a t e d d y e i n gp r o p e r t i e s o ft h e m i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s ed y e sw e r es t u d i e dr e s p e c t i v e l y ，s u c ha st h e d y e i n gc u r v e s ，t h ef i r s t d y e i n gr a t e s ，t h ed y e i n gl e v e l i n ga n dt h eb u i l du p b a s e do nt h er e s u l t s ，t h er e l a t e dd y e i n gp r o p e r t i e sw e r ec h a n g e dw i t ht h e r a t i o so ft h ec o r et ow a l l t h e o p t i m u m c o m b i n a t i o no ft h e m i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s ed y e sf o rc o l o rc o m b i n a t i o nd y e i n gi nt h e a b s e n c eo fa u x i l i a r i e sw a ss e l e c t e do u t t h ec o m b i n a t i o nw a sa c c e p t e dt o b l a c k ，a n dc o m p a r e dt ot h ec o m m e r c i a ld i s p e r s ed y e s t h er e l a t e dd y e i n g e f f e c t so ft h ec o m b i n a t i o nw e r eg o o d ，s u c ha s l e v e l i n g ，d r ya n dw e t f a s t n e s st or u b b i n g t h ec o m b i n a t i o nw a sa p p l i e di nd i f f e r e n td y e i n g c o n d i t i o n d y eu p t a k e ，r e s i d u a ld y e si nm i c r o e n c a p s u l a t e sa n dd y eb a t h s w e r ei n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eu s e a g ea m o u n t s o fm i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s ed y ea r es m a l l ，t h e yc a nb eu s e di na b s e n c e o fa u x i l i a r i e s ，t h ed y e i n gt i m ei ss h o r ta n dt h er e s i d u a ld y eb a t hi sc l e a n d a t a c o l o rs f 6 0 0 p s u sm e a s u r i n g & m a t c h i n ga p p a r a t u sw a sa p p l i e d t oe s t a b l i s ham e a s u r i n g & m a t c h i n gs y s t e m t h ep r o c e s sc o u l db ec a l t y o u ta sf o l l o w i n g ：e a c ho ft h eo p t i m u mc o m b i n a t i o nw a sd y 7 e dw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nt o p r e p a r e b a s i s s a m p l e s ；e v e r yd y e s c o n c e n t r a t i o nw a si n p u t ；c o l o rp a r a m e t e r ss u c ha sk s 、l 、a 、b a n ds o o nw e r em e a s u r e d ；t h eb a s i cd a t a b a s ew a se s t a b l i s h e d ；t h eb a s i cd a t a b a s e w a sc h e c k e db yo b s e r v i n gt h ec u r v eo fr e f l e c t i o nv a l u era n dw a v e l e n g t h i v o 徽 分散染料微胶囊测配色体系初探 九，t h ec u r v eo fk sa n dd y ec o n c e n t r a t i o nc ，t h ec u r v eo fk sa n d 九，t h e c u r v eo fl o g ( k s ) a n dl o g c ；a n dt h ed a t a sw e r eu s e dt om e a s u r ea n d m a t c h t h er e s u l t ss h o wt h a tc o l o rm e a s u r i n ga n dm a t c h i n gf o rd y e i n g p e tw i t hm i c r o e n c a p s u l a t e dd i s p e r s e d y ec a nb ep e r f o r m a n c ea f t e r m a k i n gt h eb a s i cd a t a b a s e t h et h r e ek i n d so fm i c r o e n c a p s u l a t e dd y e s w h i c hw e r ec h o s e nc a nb eu s e df o rt h ec o l o rm e a s u r i n g & m a t c h i n g s y s t e m t h ec o l o rm e a s u r i n g & m a t c h i n gs y s t e md e p e n d so nt h ed y e s p r o p e r t i e s ，t h e r e f o rt h es y s t e m sl i m i t sc a nb es o l v e db ya d d i n go t h e rd y e s t o c o m p l e t e l y a c h i e v e c o m p u t e r c o l o r m e a s u r i n g & m a t c h i n g f u r t h e r m o r e ，s o m eo t h e rf a c t o r sc a na l s or e d u c et h es y s t e m sn i c e t yi n p r a c t i c e ，s u c h a s i n t e n s i t y a n dt y p eo ft h e d y e s ，d y e i n gc o n d i t i o n ， p r e t r e a t m e n to fm a t e r i a l s ，l a y e r so f t h et e x t i l e s ，i n s t r u m e n te r r o r s ，t e x t i l e s d y e i n gb e h a v i o u ra n ds oo n f o re n s u r i n ga c c u r a c yo fc o l o rm e a s u r i n g & m a t c h i n gs y s t e m ，a b o v ef a c t o r ss h o u l db ec o n t r o l l e d i no r d e rt os t u d yo nt h ed y e i n gd y n a m i c so ft h em i c r o e n c a p s u l a t e d d i s p e r s ed y e si np e td y e i n gw i t h o u ta u x i l i a r i e s ，t h em i c r o e n c a p s u l a t e d d i s p e r s ed y e s ，p u r ed i s p e r s ed y e sa n dc o n v e n t i o n a ld i s p e r s ed y e sw e r e u s e dt oi m p l e m e n tp a r a l l e le x p e r i m e n t t h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n tda n d d i f f u s i o nr a t eyw e r em e a s u r e db ym e a n so ff i l md o l lm e t h o d ；t h e d y e i n gv e l o c i t yk ，e q u i l i b r i u md y e i n gp e r c e n t a g ec a n dh a l f - d y e i n gt i m e t l ，2w e r eo b t a i n e db ys e a i n gu pt h ed y e i n gd y n a m i cm o d e l t h er e s u l t s s h o wt h a tm i c r o e n c a p s u l a t i n gt h ed i s p e r s ed y e sw o u l dl e a dt ot h e v 荦季戈学 分散染料微胶囊测配色体系初探 d i s p e r s ed y e s d i f f u s i o nc o e f f i c i e n td a n dd i f f u s i o nr a t ev v a r y i n gal i t t l e ， w h i l et h ed y e i n gv e l o c i t yka n d h a l f - d y e i n gt i m et l 2v a r i n gal o t h u a n gl i l i ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) 一一i t s u p e r v i s e db y l u o y a n k e yw o r d s ：m i c r o e n c a p s u l a t i o n ，d i s p e r s ed y e ，d y e i n gp r o p e r t i e s ， c o l o rm e a s u r i n ga n dm a t c h i n g ，d y n a m i c s v i 东华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：鬟矛j 乔夕 e la n ：叼年，土月了y 日 东华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。本人授权东华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。 保密囱，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：蓑矛) 即 日期：中朔w 日 指导教师签名：测 隰习巧百 0 分散染料微胶囊测配色体系初探 1 1 概述 第一章绪论 1 1 i 染整行业现状 纺织工业是我国国民经济传统的支柱产业之一，也是国际竞争优势比较明显 的重要产业之一。纺织工业对满足城乡人民衣着、工业领域需要、扩大就业、积 累资金、出口创汇，带动相关产业和促进区域经济发展发挥了重要作用u 1 。而印 染行业是纺织品深加工、精加工和提高附加值的关键行业。近年来，我国印染行 业出现了前所未有的快速发展局面，在全球的产能份额持续上升，先进技术、先 进装备相继得到较快的推广应用，印染行业随之成为我国经济发展的重要产业。 印染加工是耗水量极大的生产过程，在给国家创造巨大经济效益的同时，带 来的环境问题也十分严重。据国家环保总局统计，2 0 0 5 年印染行业排放的印染废 水总量9 亿多吨位于全国各工业部门排放总量的第六位。印染废水属于含有一定 量难生物降解物质的有机性废水，其污染物浓度高，色度深，是难处理的工业废 水之一。目前，印染废水治理以集中处理为主，许多印染企业虽建有污水处理设 施，但由于印染废水成分复杂、难降解物质多，难以用常规方法处理，尤其是废 水中残存的染料及助剂组分，即使浓度甚低，排入水体后也会逐步积累而造成水 体透光率降低，最终导致水体生态系统的破坏。此外，由于新工艺、新原料、新 染料、新助剂的不断开发应用，使得生产过程中排放的废水污物变得越来越复杂， 处理的难度也在不断增大。虽然近年来各地加大了对纺织印染污染的治理力度， 一些地方甚至出台了更为严格的污水排放标准，如江苏省2 0 0 5 年6 月3 0 日起，太 湖流域所有纺织印染企业废水排放标准由二级标准提升到一级，至i j 2 0 0 7 年底全省 所有该类企业污水排放全部实现“二升一 ，但总体来讲，纺织印染行业特别是 染整行业集中地区的水污染程度已相当严重。拉1 聚酯纤维自1 9 4 0 年发明和投产以来，已有6 0 多年历史，是世界上最重要的纺 织纤维之一。2 0 0 6 年，我国聚酯纤维产量达1 6 7 0 万吨，实现利润3 5 2 l 亿元，占 化纤行业总利润的5 3 1 9 。目前，国内外印染行业常用的染色工艺仍以水系统 染色( 如浸染和连续轧染) 为主。分散染料作为水系统染色的聚酯纤维的专用着色 剂，它的需求量增长很快。2 0 0 4 年我国分散染料的产量达至i j 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 - - , o 黪g l l 天f l f f ：l t 。雾 分散染料微胶囊测 a i i i 配色体系初探 扼咖h 竹千苗町丛旦紊；l懵仃嗽一直譬i 四r j t 口4 不豁承j i 干誓 9 0 ( 全球比例是6 7 ) ；而液状剂型( 液状和糊状) 的分散染料占总产量的1 0 1 5 e 引。 1 1 2 分散染料及其染色 我国分散染料的发展主要呈现如下特点：品种较齐全，有高温型、中温型、 低温型、含羧酸酯基类型、快速染色型和荧光型等，品种超过1 5 0 个；出口发展 迅速，是我国出口量、出口创汇和出口品种最大的染料类别，在我国出口的染料 中，以分散染料的数量最多，2 0 0 6 年分散染料出口量达8 8 万吨，占我国染料出 口总量的3 5 2 ；出口创汇接近2 7 亿美元，占我国染料出口创汇的3 3 7 ，直接 出口的国家和地区达7 5 个；生产相对集中，我国分散染料的生产企业虽有1 0 0 多 家，但主要集中在浙江，经过前几年的激烈竞争，我国的分散染料市场已趋于平 稳，我国分散染料在国际市场上具有较强的市场竞争力和较高的市场占有率“1 。 分散染料是一种疏水性强、水溶性很小的非离子型染料，在常规染料生产和 染色加工时必须添加多种助剂，如分散剂、匀染剂等。由于分散剂在染浴中形成 胶束，使染料增溶并分散于胶束中形成稳定的胶体，在染色条件下，染料由胶束 向纤维转移，实现染色。足量的分散剂也会在纤维表面吸附，或者小胶束靠近纤 维后直接在纤维表面形成“半胶束 ，导致纤维表面染料浓度甚高。这样，与纤 维接触的不仅仅是单分子染料，还有许多缔合染料，成为染色不匀的重要因素， 需要专门的匀染剂帮助方可达到匀染效果。染色结束后，尚有一定量的染料吸附 于纤维表面，成为浮色，需要还原清洗才能去除。更有甚者，由于分散剂、匀染 剂形成胶束仍悉数留在染浴中，它们与相当多的残余染料形成稳定的增溶溶液， 这些增溶染料以极小的颗粒留在残液中，极难分离，成为难以处理的染色废液。 目前国内外分散染料的染色仍然为在助剂作用下的水系介质染色，即借助于 助剂把染料稳定地分散于水中，采用1 3 0 高温染色，再经水洗、皂洗还原清洗 等把织物表面浮色洗去，以达到预定的牢度要求。为了节水，人们采用小浴比染 色( 1 ：7 左右) ，但水洗工艺必不可少，因此每染一吨织物染色和水洗用水消耗 约为1 0 0 - 一1 5 0 吨，产生的废水为严重污染。为了保护环境，人们开发了其他种 种染色技术，如载体法、热熔法等等，人们也采用种种方法提高处理水质量，但 迄今为止尚无彻底有效的处理方法啼6 卅。 十多年前，德国科学家发明了一种非水系染色方法超临界c 0 z 流体染色 技术，可以说是一种清洁的染色方法，彻底地解决了染色废水问题。该技术引起 了广泛的重视和研究。但是由于染色条件苛刻，如：需3 0 0 大气压的高压，该设 备投资昂贵，规模化实施尚存不少问题，至今尚未见规模化应用。 1 2 计算机测配色 o 分散染料微胶囊测配色体系初探 1 2 1 计算机测配色发展历史 计算机配色( c o m p u t e rc o l o rm a t c h i n g ，简称c c m ) 是使用计算机实现测色与配 方预测的一种现代化技术。 上世纪3 0 年代是计算机配色的奠基阶段。c i e 建立了三刺激值表色系统，哈 代制成了自动一记录式反射率分光光度计，库贝尔卡一芒克发表了光线在不透明 介质中被吸收和散射的理论口，。 4 0 年代是计算机配色的萌芽阶段。美国派克和斯坦思向美国光学学会提出： 各种色料吸收光线的光学特性能够独立地带进由几种色料拼合的结果中。这一理 论被称为k u b e l k a - m u n k 理论( 简称k - m 理论) ，它为计算机配色提供了理论基础阳1 。 尽管这一理论是在近似的假设前提下，有很多缺陷和不完善的地方，但其基本内 容和方法至今一直被使用，而且通过长期的大量的实践及数据进行了各种各样的 改进和补偿，同时也通过算法和应用方法的进步，大大提高了这一理论的实际应 用效果，因此在具体的实际工业应用中仍可取得令人满意的效果。 5 0 年代是计算机配色的初创时期。1 9 5 8 年在美国台温一威拉姆安装了第一台 由戴维逊和海门丁哲开发的模拟式专用配色计算机c o m i c 。各色料的单位浓度吸 收特性数据( k s ) 值分贮于磁带上由配色者选用。 6 0 年代是计算机配色的兴起时期。1 9 6 3 年两家大染料厂美国的氰胺和英国的 i c i 相继宣布可用数字计算机代替作配色服务。至7 0 年代，基于k - m 理论的计算机 配色算法己相当成熟，并建立起主导地位。 7 0 年代同时是计算机配色由高潮转向低潮的一次曲折，其主要原因是人们对 计算机配色要求过高，即：准确无误，无需试验。 8 0 年代计算机配色有了一定的发展。8 0 年代初，汽巴嘉基公司研究的以 c h a n d r a s e k h a r s 辐射传输方程为基础的全新模式计算机配色法曾一度企图异军 突起，然而尽管其效果相当好，但仍未动摇基于传统k - m 理论的配色算法的主导 地位和商业价值。 9 0 年代至今，国外的染色工艺已经普遍采用了计算机配色系统。近些年来又 有人用模糊数学的方法使配色得到了相当的改善，也有人用线性规划方法进行配 方计算，配色效果都有一定的改进。p 8 9 1 计算机测配色在工业自动化倡导下已渐趋普遍并受到重视，现已成为世界各 国染整、塑料、油漆油墨、印刷、染料等工业生产的辅助设备，在染整行业，各 种测配色体系不断面世。活性染料、分散染料、荧光染料等测配色体系已经陆续 在工业生产中使用，为使用者带来了直接的经济效益，深受广大印染从业人员的 青睐n0 “2 1 。随着“绿色化学、“清洁生产等概念的提出，由东华大学开发 研制的分散染料微胶囊已逐步实现产业化，目前尚无针对分散染料微胶囊测配色 分散染料微胶囊测配色体系初探 体系的文献。 1 2 2 计算机测配色特点 在印染行业中，计算机测配色系统体现出了下列特性和功能n 3 。4 1 ： ( 1 ) 可迅速提供合理的配方，降低成本。提高打样效率，减少不必要的人力 浪费，能在极短时间内寻找到最经济、且在不同光源下色差值最小的准确配方。 而且给出的配方选择性大，同时可以减少染料的库存量，节约了大量的资金。 ( 2 ) 可对色变现象进行预测。 ( 3 ) 具有精确迅速的修色功能。能在极短的时间内计算出修正配方，并可积 累大生产颜色，统计出实验室小样与生产大样之间的差异系数，或大生产机台之 间的差异系数，进而直接提供现场配方，提高对色率及产量。 ( 4 ) 科学化的配方存档管理。 ( 5 ) 色料、助剂的检验分析。其中包括上染率、半染时间的测定，染料力份 和色相分析，助剂效果的判定等。 ( 6 ) 提高印花残浆的再利用率。 ( 7 ) 数值化的品质管理。可进行各项牢度分析，漂白精练程度的评估，染料 相容性，染缸残液检测等，并均可将其数值化，供进一步研究发展作参考。 ( 8 ) 可连接其他设备形成网络系统。 我国是一个纺织大国，有众多的印染厂家，而计算机技术远未普及，生产技 术还比较落后。目前国内的织物染色一般由实验室打样人员按客户提供的标样通 过多次打样实验得到与标样同色( 或异谱同色) 的试样，然后确定配方和染色工 艺。人工视察法配色受多种因素的影响，如气候、季节、配色人员的素质、经验、 情绪、健康状况等都有可能影响配色效果。而采用计算机测配色将节省打样次数， 缩短打样周期，为适应小批量多品种生产创造了有利条件，有效降低了生产成本。 1 2 3 计算机测配色原理 通常配色软件都以k u b e l k a m u n k 理论为依据的盯1 。该理论提出： ( k s ) = ( 1 一r ) 2 2 心 ( 1 ) 式( 1 ) 中：k 为织物对光的吸收系数，妫织物对光的散射系数，肋反射率( ) ， 入为波长( n m ) 。 如果每个染料分子对光的吸收和散射相同，则臌应与染料浓度成正比。 就染色织物而言，染料的相对数量很少，故可认为散射作用全由纺织材料所致， 而与染料无关： ( k s ) = k 工c ( 2 ) 式( 2 ) 中：以为比例系数，哟染料浓度( ) 一块用n 只染料染色的织物，拼色样品吸收光线的性能是各只拼混染料( 1 o麟 分散染料微胶囊测配色体系初探 嵋嘲l l 佣张e 船z 仃o r 卜昔叮王i 旦晨l 稽矿h 诊哩要m 川l 四r 审口 _ k 手不木干警 一n ) 的吸收光线性能之总和。 ( k s ) 。= ( k s ) ，+ ( k s ) l + ( k s ) 2 + + ( k s ) 。 ( 3 ) 式( 3 ) 中：m 为配色混合物，w 为坯布，l ，2 n 为各种染料。 将式( 2 ) 代入式( 3 ) 得： ( k s ) 。= ( k s ) 知+ k l c l + k 2 c 2 + + k 。c 。 ( 4 ) 对于每种染料，可分成不同浓度做单色样，即制作基础数据( d a t a b a s e ) ， 即可绘制删啪曲线( 如图1 - 1 ) ，以作配色计算时使用。 k s c 图1 - 1 理论k s - c 曲线 由于肋染料的特征常数，即不同染料有其特有的膻，那么式( 2 ) 中k 。，k ： k 。均可通过对单色样的测量求得。 即：= ( 1 一r 1 ) 2 2 r a c ( 5 ) 同时由于配色的结果要求配制样品的删植等于标样的删s ( 这里s 代 表标样) 。通过测量标样的反射率肛和待染坯布的反射率肌根据( 1 ) 求出阢例1 1 1 ( ( k s ) 。= ( k s ) ，) 和阮例盯从而配色计算由( 2 ) 式转化为对染料特性参数 的选择和相应浓度的求解。 在可见光4 0 0 - - 一7 0 0 n m 范围内，以2 0 n m 作间隔，取1 6 个波长点测量，可得下列 方程组： ( k s ) 册4 0 0 = ( k s ) ，4 + 七i 4 0 0 c l + 七2 ，4 。c 2 + + 七峨4 。c n ( k s ) m 。4 2 0 = ( k s ) 也4 2 0 + k l ，4 2 0 c l + 七2 ，4 2 0 c 2 + + 七几4 2 0 c 。 ( 6 ) ( k s ) m 7 0 0 = ( k s ) r ，7 0 0 + k 1 7 。c l + 七2 ，7 c 2 + + 七月，7 0 0 。c n 根据m c g i n n i s 的研究，用三种浓度满足式( 6 ) ，则浓度上的自由度很小，不 妨先考虑在一些波长上式( 6 ) 两边出现微小差异，然后用最小二乘法求极小值时 的解，即产生了配色处方n 5 1 。 分散染料微胶囊测配色体系初探 1 3 染色动力学 1 3 1 分散染料染色动力学 根据传统理论，聚酯纤维上染过程大致可分为3 4 个阶段( 如图卜2 ) n 6 1 ： 染料粒子在染液中溶解( 分解) 成分子( 或分散体) ，设其速度为v l ( 有的资料 中此阶段不计入上染过程) ；染料分子在染液中向纤维表面扩散( 又称外扩散) ， 设其速度为v 2 ；染料分子被纤维表面吸附( 实际上应是染料分子被增溶于纤维表 面) ，设其速度为v 3 ；染料分子从纤维表面向纤维内部扩散( 内扩散) ，设其速 度为v 4 。 。竺型竺型型型竺 - 。一 d i s p e r s e d m o l e c u l e 掣咖掣恤? y 。 心i 彦 哆j 令 d 帅y e 豳t r a n s f e rt h 每r o u g ；, ：粤一d i s p e r s i n g a u x 蛳a r y 图1 - 2 传统商品分散染料染色 上述每个阶段都是可逆过程，正过程和逆过程同时存在，进行速度随染色进 行的程度而变化。在染色起始阶段正过程大于逆过程，随着染色的进行正过程速 度减小，逆过程速度增加，最后达到动态平衡。 1 3 1 1 染料的溶解( v 1 ) 市售染料一般以固体粒子贮存，它是由染料分子及诸多助剂( 如分散剂、 匀染剂) 聚集而成，刚进入染液时染料以聚集状态存在，这种状态的染料是无法 进行正常染色的。由于搅拌、温度等的作用，染料会在染液中解聚、溶解。由于 其中大量助剂的存在，染料分子一部分会存在于其胶团中，有的以微晶粒存在于 染液中，它们与染液中的分子组成两对可逆过程。 1 3 1 2 染料的外扩散( v 2 ) 以分子状态存在于染液中的染料，从理论上说，只要时间足够长，就会随分 子的布朗运动在染液中扩散，使各处染料浓度均匀一致。但对现实生产而言，这 种扩散是非常慢的，需借助机械的作用，如喷射、溢流、循环等来加速染料在染 。 分散染料微胶囊测配色体系初探 液中的扩散，它不同于下述染料在纤维中的扩散而被称为外扩散( 又称溶液中的 扩散) 。外扩散速度较快，而且受染液的流动速度和机械搅拌快慢的影响极为显 著。当染料急速被纤维表面大量吸附且向纤维内部扩散时，围绕在纤维表面附近 ( 边界层) 的染料一个形成浓度较整体染液浓度低的区域，这将减慢纤维表面吸 附染料的进程。而逆过程即染料从纤维表面解吸到染液中的过程将加快。为了使 染料进一步被纤维表面吸附，就必须使染液中的染料补充到这个浓度低的区域。 这时加强染液与纤维之间的相对流动，即加速外扩散过程就显得尤为重要，它关 系到染色能否正常进行下去。 1 3 1 3 表面吸附( v 3 ) 实际上体系中有表面活性剂的存在，应是染料分子在纤维表面的增溶，形成 较厚的一层。 染料分子在纤维表面增溶并吸附的速度很快，一般v 3 v 2 ，染料很快在纤维 表面形成一层很厚的堆集层，而远不是单分子层吸附层，它成为染料向纤维内部 扩散的“推动力”。 纤维表面对染料的吸附过程与染料性质，染液浓度、温度、染液中表面活性 剂的浓度以及纤维本身的比表面等因素有关。 1 3 1 4 内扩散( v 4 ) 吸附在纤维表面的染料还会向纤维内部移动，这个过程叫做“内扩散 ，由 于这是染料在纤维固体中进行的，所以又称为固体中的扩散。 内扩散往往是在染色过程中速度最慢的一个阶段，比外扩散慢的多，即 v 2 v 4 ，所以内扩散速度是染色过程的控制速度。 染料的内扩散是由于纤维表面与纤维内部存在染料浓度差，只有在适当的条 件下才能进行，由于染料在纤维外部一表面一内部的条件和浓度随时都变化，因 此这是一个非常复杂的过程n 6 1 7 “8 1 9 1 。 1 3 2 分散染料微胶囊染色动力学 l _ 。 辨；s o 品j u e r s t j o n 办2 f 删t h e e c d y e ：d y e 胁s f e r l h r o = ：= = = = ；b o u n o m yl a y e r 。 - _ _ _ _ ，- ； ： - 图1 - 3 分散染料微胶囊染色 对于分散染料微胶囊来说，由于囊壁的存在，在高温高压染色条件下，水分 子渗入微胶囊溶解出囊内的染料，这一染料溶解过程与普通分散染料的溶解存在 o麟 分散染料微胶囊测；a l l l 配色体系初探 哪u 聃撇 r 卜苗叮弘旦繁：1 穗，嫩声荀毒l 内一t 白一7 k 盘互疋j j 幕p 很大的区别( 如图卜3 ) 但引：由于微胶囊染料实旅无助剂染色，扩散到纤维表面 并被纤维吸附的只有单分子层染料，其厚度与染色条件有关；染料从纤维表面向 内部扩散( 内扩散) 速度取决于纤维内外层的染料浓度梯度和扩散系数，梯度越 大，扩散系数越大，内扩散速率就快，微胶囊化分散染料染色时，纤维表层吸附 的染料浓度取决于染料的分配系数和染液浓度。由于无助剂增溶，染液中染料的 浓度即为染料饱和浓度。另外，微胶囊化与否不能影响染料在纤维内部的扩散。 1 4 分散染料微胶囊 1 4 1 微胶囊及其在纺织上的应用 微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体等材料包覆形成微小粒子的技 术，所形成的微小粒子叫作微胶囊。这一技术首先出现在无碳复写纸工业，现已 包括药物、农药、染料、粘合剂、香料、食品化工、美容及化妆用品、墨水、发 泡剂、洗涤剂、生物制剂等各式各样的材料被胶囊化，制备出不同种类的胶囊瞳j 2 2 2 3 ，2 4 1 0 尽管早在二十世纪初就开始大量出现微胶囊化的研究和开发，甚至出现了微 胶囊化商品，但微胶囊化在纺织工业中的应用较迟缓心引。当纺织工业进入二十一 世纪后，大量的微胶囊在纺织工业中的商业应用才持续增长，尤其在西欧，日本 和北美。发达国家越来越将新的性能和附加值加入到纺织品中，如保健纺织品和 功能纺织品。使得在纺织加工中引入微胶囊后整理技术，获得其他技术无法实现 或者技术可以达到但成本也过高的新型纺织品。而染料微胶囊则主要用于染色 和印花，它不仅可以制造出色彩斑斓的纺织品，更为重要的是，采用微胶囊技术 可以有效地解决纺织印染中存在的一些问题，如降低成本，提高染料利用率，有 利于废水净化等心6 1 。 利用微胶囊的目标选择性、缓释性及保护活性物质等特性，衍生出的各种微 胶囊应用技术已在纺织行业，尤其是染整工业，受到重视。染料微胶囊在纺织中 主要应用于一下几个方面晗 ：多色微粒子印花、转移印花微胶囊印花、高介电常 数染料溶液微胶囊静电染色和印花、起绒印花、染料微胶囊的非水系染色、颜料 微胶囊着色剂染色和印花、变色染料微胶囊染色和印花、光变色染料印花或涂层 加工。微胶囊在后整理工业最主要的应用是香精微胶囊和皮肤柔软剂。其他一些 应用还包括：驱虫剂、维生素、抗菌整理剂、相变材料和医药如：杀菌剂、激素 和其他一些药物等方面的应用啪】。 日本h a y a s h i 化学公司已开发出微胶囊化染料，并应用于涤纶、腈纶、聚酰 胺和羊毛等纤维染色，获得多色效应。日本林化学公司将反应性染料以水为溶剂 分散染料微胶囊测配色体系初探 进行微胶囊化，制得m c p - t 型微胶囊染料。当胶囊中染料向纤维转移并固着后， 呈现出微细的雪花颗粒状色彩。德国r o t r i n g - w e r k er i e p ek g 设计了不受染料 性质影响的微胶囊化方法，在施加于纺织物时，通过熔化微胶囊壁，释放出染料。 1 4 2 分散染料微胶囊制备 2 0 世纪7 0 年代，日本m a t s u is h i k i s o 公司发表了分散染料最适合微胶囊 化的观点啪1 。对于我国来讲，选择分散染料进行微胶囊化有其独到之处。我国是 染料生产大国，其中分散染料约占总量的很大比重，而且每年出口量大。我国又 是涤纶纤维生产、消耗大国，据统计化纤类色布年加工量达4 0 亿米。 用作分散染料的微胶囊必须满足以下条件1 ： ( 1 ) 能耐2 0 0 以上温度，且在染浴中长时间停留不软化、不被破坏； ( 2 ) 有足够的硬度和机械强度，即使在高温高压条件下也能经受织物的摩擦， 挤压而不破裂； ( 3 ) 有良好的缓释、隔离功能； ( 4 ) 对染料留量小，染料浪费少。胶囊废物能自然降解、分化，不造成污染。 染料微胶囊的粒径一般在l o 2 0 0 n m ，有单芯、多芯和复合型三种，其壁膜 厚薄视工艺要求而定。内芯可以只含一种染料，也可以含不同的染料，如分散、 酸性、阳离子染料等。内芯仅含一种染料和一层囊膜的为单芯型；由多种染料各 被囊膜包裹并包在一个囊体中的为多芯型；由多层囊膜构成的为复合型。染料微 胶囊的结构示意图如图1 - 4 。 曛廖 单芯型多芯型复合型 图1 - 4 染料微胶囊结构示意图 液体芯材胶囊化后呈球形，固体芯材胶囊化后呈不规则形状。染料为固体结 晶，胶囊化