ECDP短纖維染色飽和值的測(cè)定

李艷玲，楊文芳，孟憲獻(xiàn)，王瑞武，尹翠玉

(1.中石化天津分公司化工部，天津300271;2.天津工業(yè)大學(xué)，天津300160)

纖維的染色飽和值(Sf)是衡量纖維染色性能和制定合理染色工藝的重要參數(shù)，Sf大，纖維的上染量高，更適合深染。因此，準(zhǔn)確測(cè)定纖維的Sf，比較各纖維間的染色性能，以更好地指導(dǎo)下游企業(yè)生產(chǎn)。陽(yáng)離子染料可染滌綸(ECDP)纖維的Sf是以染料對(duì)纖維的上染率達(dá)90%時(shí)作為飽和界限，計(jì)算100 g纖維上染亞甲基藍(lán)的質(zhì)量，再折合成相對(duì)分子質(zhì)量為400的陽(yáng)離子染料孔雀綠的質(zhì)量［1］。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與試劑

ECDP:規(guī)格 1.56 dtex×38 mm，中國(guó)石化天津分公司產(chǎn);亞甲基藍(lán):純度98%，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所產(chǎn);冰乙酸、結(jié)晶乙酸鈉:分析純，天津市化學(xué)試劑一廠產(chǎn)。

1.2 儀器和設(shè)備

Ahiba Nuance Eco紅外染色試樣機(jī):美國(guó)datacolour公司制;723型分光光度計(jì):上海光譜儀器有限公司制;電子天平:梅特勒-托利多儀器有限公司制;TPC 3001單浴槽染色機(jī):Roaches International.Ltd制;UV2450可見(jiàn)分光光度計(jì):日本島津制作所制。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為去除纖維表面的油劑，用非離子型的洗滌劑按一定的濃度及浴比處理ECDP纖維，用手?jǐn)D去水分待用。

稱取5 g染料加入1 L的三級(jí)軟化水配置成一定染料濃度的母液，吸取不同量的母液，按照1∶100的染色浴比配置成不同染料濃度(C)即染料對(duì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的染液，其中要根據(jù)染液的pH值放入一定的冰乙酸及結(jié)晶乙酸鈉試劑。

將處理好的纖維放入染桶，50℃入染，染液以2℃/min的升溫速率升至80℃，再以0.5℃/min升溫速率升至所需溫度，保溫一定時(shí)間后以2℃/min的降溫速率將溫度降至50℃，取出纖維，并擠去多余的殘液于染杯中，用少量40℃的三級(jí)軟化水洗滌，再用室溫下的三級(jí)軟化水洗滌至洗凈浮色，洗液全部收集并與染色殘液合并，冷卻后加水定容至500 mL，留作染液吸光度的測(cè)定。

1.4 吸光度的測(cè)定

將待測(cè)殘液根據(jù)顏色的深淺，稀釋成適宜的濃度(吸光度為0.1～0.8);配置合適濃度(約為2.5 mg/L)的標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染液，利用分光光度計(jì)，在最大吸收波長(zhǎng)下(亞甲基藍(lán)為668 nm)，分別測(cè)定定容后的殘液及標(biāo)準(zhǔn)染液的吸光度值。

1.5 纖維Sf的計(jì)算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴和各檔染料濃度殘液的吸光度值，按照式(1)計(jì)算殘液中的染料濃度(Ce)。

式中:V為染色殘液和浮色洗滌液定容的體積;C0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋前的質(zhì)量濃度;E0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋后的吸光度;n0為標(biāo)準(zhǔn)亞甲基藍(lán)染浴稀釋倍數(shù);E為殘液稀釋后的吸光度;n為定容后殘液稀釋倍數(shù);m為纖維質(zhì)量。

以Ce為橫坐標(biāo)，以C為縱坐標(biāo)，從原點(diǎn)作斜率為10的直線，如圖1中A線，在該直線上任意一點(diǎn)的上染百分率均為90%;再根據(jù)從配置的各種不同染料濃度殘液吸光度的測(cè)試結(jié)果，在圖1中繪出相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn);然后，找出直線A兩側(cè)最為相鄰的兩點(diǎn)作直線，所作直線與直線A相交，如圖1中B線所示。

圖1 殘液中染料量與原始染浴中染料量的關(guān)系Fig.1 Relationship between dye quantities in raffinate and in original dye bath

直線A與直線B相交點(diǎn)D的縱坐標(biāo)DY即為被測(cè)纖維上染率為90%時(shí)染料對(duì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的染色飽和時(shí)的染料濃度值(Cs)。

式中:x1為圖中直線左邊點(diǎn)橫坐標(biāo);y1為圖中直線左邊點(diǎn)縱坐標(biāo);x2為圖中直線右邊點(diǎn)橫坐標(biāo);y2為圖中直線右邊點(diǎn)縱坐標(biāo)。

按式(3)計(jì)算得ECDP纖維的的Sf。

2 結(jié)果與討論

2.1 保溫時(shí)間對(duì)ECDP纖維Sf的影響

調(diào)節(jié)染浴pH值至4.5，將染液加熱至80℃后投入纖維，以0.5℃/min的升溫速率達(dá)到100℃進(jìn)行保溫沸染。從圖2可以看出，當(dāng)染色溫度達(dá)到100℃以后，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，Sf基本上是以直線上升的趨勢(shì)增大，這與纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。一方面分子振動(dòng)的振幅和頻率增加，另一方面，分子的自由體積也增加，因此提供了分子的運(yùn)動(dòng)空間增多，當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，能夠發(fā)生鏈段的運(yùn)動(dòng)，這樣就增加了染料分子向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的速率，而溫度的升高也使大量的染料分子獲得足夠的能量，足以克服染色活化能，因此上染率急劇增加［2］。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到120 min以后染料進(jìn)入纖維無(wú)定形區(qū)的數(shù)量趨于飽和，Sf上升緩慢。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到160 min以后，飽和值基本不再變化，所以保溫時(shí)間定為120 min已經(jīng)能夠滿足測(cè)試要求。

圖2 染色保溫時(shí)間對(duì)纖維Sf的影響Fig.2 Influence of heat preservation time on Sfof fiber

2.2 染色溫度對(duì)ECDP纖維Sf的影響

調(diào)節(jié)染浴pH值至4.5，將染液加熱至80℃后投入纖維，以0.5℃/min的升溫速率達(dá)到一定的溫度進(jìn)行染色，并保溫120 min，測(cè)定纖維的Sf，如圖3所示。從圖3可以看出，在相同的染色條件下，隨著溫度的升高，ECDP纖維的Sf逐漸增大，這是因?yàn)闇囟仍礁?，染料分子與磺酸基團(tuán)的離子鍵合反應(yīng)越易進(jìn)行，染座越易上染，而溫度的升高，也使大分子的鏈段運(yùn)動(dòng)越易進(jìn)行，染料更易進(jìn)入纖維的無(wú)定形區(qū)，則纖維的Sf隨著溫度升高而增大。

圖3 染色溫度對(duì)纖維Sf的影響Fig.3 Influence of dying temperature on Sfof fiber

從圖3還可以看出，ECDP纖維的Sf在100℃以上時(shí)即趨于平穩(wěn)，以110℃最大，但考慮到此種纖維一般是常溫常壓下染色，故選用100℃定為ECDP纖維Sf的測(cè)定溫度。

2.3 pH值對(duì)纖維Sf的影響

按常用緩沖溶液的配制方法配制pH值為3.5～6.0的染液，投入 ECDP 纖維，以 0.5 ℃/min的升溫速率達(dá)到100℃進(jìn)行沸染并保溫120 min，測(cè)其Sf，如圖4所示。

圖4 pH值對(duì)纖維Sf的影響Fig.4 Influence of pH value on Sfof fiber

由圖4可知，隨著pH值的增加，ECDP纖維的Sf呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在pH值為4.5～5.0時(shí)比較穩(wěn)定。這是因?yàn)殛?yáng)離子染料上染的機(jī)理是染料與纖維上的酸性基團(tuán)結(jié)合［3］，因此與常規(guī)聚酯纖維相比，陽(yáng)離子染料可染改性聚酯纖維對(duì)酸敏感。當(dāng)pH值較低或較高時(shí)，相當(dāng)一部分染料會(huì)發(fā)生化學(xué)變化而遭破壞，從而導(dǎo)致Sf較低或變色。因此用陽(yáng)離子染料對(duì)ECDP纖維染色時(shí)，應(yīng)控制染浴pH值為4.5～5.0較為適宜。

2.4 染料濃度的選擇

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C小于5%時(shí)，無(wú)法得出DY值。因此，調(diào)節(jié)染浴pH值至4.5，以染料C為5%，6%，7%，8%配成染液，將染液加熱至80℃后投入纖維，在100℃的溫度下染色120 min，測(cè)定ECDP纖維的Sf，如表3所示。

表3 不同染料濃度下的殘液染料量Tab.3 Dye quantity in raffinate under different dye concentrations

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)作圖，得出DY為7.621，Sf為 8.4。

3 結(jié)論

a.染浴pH值在4.5～5.0的條件下染色時(shí)，ECDP纖維的Sf較高且穩(wěn)定。因此在進(jìn)行ECDP纖維的Sf的測(cè)定試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將染浴的pH值控制在4.5 ～5.0較為適宜。

b.因ECDP纖維的上染率較高，在進(jìn)行Sf試驗(yàn)時(shí)用戶可根據(jù)自身產(chǎn)品特性選擇適合的染料濃度，建議C選擇在5% ～9%比較合適。

c.染色溫度控制在100℃，保溫時(shí)間120 min，可以比較準(zhǔn)確地測(cè)得ECDP纖維的Sf。

［1］吳倩梅.陽(yáng)離子染料可染聚酯染色飽和值的測(cè)定［J］.廣東化纖，1998(2):34－38.

［2］孫玉.陽(yáng)離子染料可染共聚酯的制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究［D］.天津:天津工業(yè)大學(xué)，2008.

［3］上海市紡織工業(yè)局.染料應(yīng)用手冊(cè).四分冊(cè).陽(yáng)離子染料［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，1984 ，12－14.