范云麗,徐華鳳,王雪燕
(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安 710048)
?
滌綸低溫染色的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
范云麗,徐華鳳,王雪燕
(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安 710048)
滌綸低溫染色一直是國內(nèi)外研究的熱點。闡述了當(dāng)前國內(nèi)外滌綸低溫染色的方法:載體、表面活性劑和有機(jī)溶劑的研究近況,介紹了改善滌綸染色性能的其他方法,并展望了滌綸低溫染色的發(fā)展趨勢。
滌綸低溫染色載體表面活性劑發(fā)展趨勢
由于滌綸纖維具有優(yōu)良的耐熱性、耐光性、化學(xué)穩(wěn)定性以及尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)良特性,因此,滌綸織物具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,而且隨著滌綸差異化率的提高,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩鄶U(kuò)展。但滌綸纖維是一種疏水性強(qiáng)的合成纖維,分子結(jié)構(gòu)中缺少像纖維素分子和蛋白質(zhì)分子中能夠與染料分子發(fā)生作用的活性基團(tuán),且其分子排列緊密,結(jié)晶度高,在常壓無合適助劑的條件下,滌綸纖維很難染色[1]。長期以來改善滌綸纖維染色性能的研究一直受到人們的重視。
改善滌綸纖維染色性能的關(guān)鍵在于膨化滌綸纖維,削弱纖維分子間作用力,降低其玻璃化溫度,增加分散染料的溶解度及分散性,同時在滌綸纖維上引入較多能與分散染料結(jié)合的基團(tuán),從而增大分散染料向滌綸纖維表面吸附上染速率及向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散速率。目前國內(nèi)外研究滌綸低溫染色的方法有載體法、表面活性劑、有機(jī)溶劑以及其他方法。
1.1載體染色研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)50年代,Waters[2]首次用載體定義在分散染料上染滌綸纖維過程中能提高上染率的化合物。苯酚類及苯衍生物類是最早出現(xiàn)的一批載體,它們是小分子化合物,在染浴中能快速進(jìn)入滌綸纖維無定形區(qū),增塑纖維,增大其自由體積,在染液中加入或者染色前預(yù)處理均有利于上染率的提高。Roberts等人[3]探討了載體促染動力學(xué)機(jī)理,即染浴中載體的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)高于分散染料,且隨吸附量的增加而增大,而其活化能和活化熵低于分散染料,這是由載體結(jié)構(gòu)決定,其對纖維具有增塑作用。關(guān)于載體的研究極多,其作用機(jī)理也有很多,而且都有相應(yīng)的實驗支持,但有各自的局限性。目前普遍被接受并認(rèn)可的載體作用機(jī)理是[4]:(1)載體一般是一些結(jié)構(gòu)簡單的芳香族有機(jī)化合物,所以載體與纖維之間以氫鍵或范德華力結(jié)合,削弱纖維分子鏈間作用力,增大空穴,有助于染料快速擴(kuò)散;(2)載體吸附在纖維表面形成液狀載體層,而載體對染料的溶解能力強(qiáng),故在纖維表面形成高濃度染料層,提高染料在纖維內(nèi)外的濃度梯度,加快染料上染速率[5]
在前期載體染色生產(chǎn)中,廣泛應(yīng)用的載體種類主要有鄰苯基苯酚、氯苯類以及甲基萘。鄰苯基苯酚促染效果好,但殘留在織物上的載體難以去除,對日曬牢度有影響;氯苯類和甲基萘毒性較大,且氣味難聞,在實際應(yīng)用中有限制。如潘玲芳等人探究了苯甲醇在滌綸常壓染色中的應(yīng)用,苯甲醇可降低纖維玻璃化溫度,具有促染作用[6],但苯甲醇是一種低毒類載體,不宜生產(chǎn)應(yīng)用。Debasis Dhara等人[7]研究了苯酚在滌綸染色中的作用,苯酚能增塑滌綸,增溶染料,從而提高上染率。上海紡織科研所研制的載體ST-2,是鹵代芳香化合物的混合物,促染效果好,但有一定毒性,染黑色效果不佳[8]。Forschirm等人[9]以乙酰苯為載體,N-甲基-2-吡咯烷酮為膨化劑用于滌綸纖維染色中,可降低染色溫度,但載體用量較大。Hans-Peter Baumann等人[10]以含有70%芳香烷烴與30%含有環(huán)氧乙烷化合物的混合物作為滌綸分散染料染色載體。
近年來,環(huán)保型載體的研發(fā)成為了研究熱點。環(huán)保型載體主要有醚類、酯類和酰胺類等,大多為苯的衍生物,也有一部分為脂肪族類。如王娟娟[11]探討了甲基丙烯酸甲酯以及丙烯酸苯酯在滌綸常壓染色中的應(yīng)用,二者均有促染作用,但丙烯酸甲酯由于分子結(jié)構(gòu)比較大,其染色牢度較差。唐杰等人[12]為降低滌綸染色溫度,通過實驗分析得出載體丁二酸二丁酯,能夠增塑纖維,降低其玻璃化溫度,增溶染料,與高溫高壓染色效果相當(dāng),且無毒無害。崔淑玲等人[13]研制的低分子芳香酯類化合物與合適的陰非離子表面活性劑復(fù)配得到低溫染色助劑CWL,能夠增塑滌綸纖維,降低分散染料染色溫度。周慶余等人[14]通過優(yōu)化篩選得到含有羥基和羧基的芳香酯類化合物,利于聚酯纖維膨脹增塑,同時通過氫鍵吸附攜載染料,顯著提升染色性能。紀(jì)晉敏等人[15]研制的環(huán)保型助劑SJ是有機(jī)醚類與有機(jī)酯類的復(fù)配物,無毒無味、易生物降解,既可以增溶分散染料,又可增塑纖維,低溫條件下染色性能良好。馬正升等人[16]研制的環(huán)保型載體SML屬于醚類物質(zhì),低毒無味,易生物降解,適用于滌綸微細(xì)超細(xì)纖維及其混紡織物染色。曹書梅等人[17]研制的載體ED-1是聚氧乙烯醚衍生物,低毒無味,在滌綸常壓染色中的應(yīng)用效果與國內(nèi)常規(guī)載體相當(dāng)。李連舉等人[18]實驗證明低分子胺類可進(jìn)入滌綸纖維內(nèi)部,使纖維氨解,降低滌綸結(jié)晶度,有利于低溫染色??琢罴t[19]研制的環(huán)保型載體BIP是烷基鄰苯二甲酰亞胺酰胺類化合物與表面活性劑的復(fù)配物,無毒無味,可生物降解,低溫染色效果較好。賈夢莉等人[20]探討了香蘭素(3-甲氧基-4-羥基苯甲醛)在滌綸常壓染色中的應(yīng)用效果,其效果與高溫高壓染色效果相當(dāng)。余艷娥等人[21]將烷基胺、二甲苯以及苯酐在適當(dāng)條件下反應(yīng)得到CWP原油,通過乳化劑乳化得到環(huán)保型載體CWP-8809,無毒無味,可用于滌綸載體染色。蔡潤之[22]研發(fā)的環(huán)保型載體N-9屬于N-烷基芳香酰胺類,無毒無味,價格適中,且促染率高,移染性好。汪嬌寧等人[23]合成1-環(huán)己基-2-吡咯烷酮,并用于滌綸低溫染色中,實驗證明它是一種有效的染色載體,并且不含苯環(huán)結(jié)構(gòu)。最近也有人研究用N-辛基吡咯烷酮、二乙烯乙二醇或它們的配合物作為滌綸染色載體,不含苯環(huán),但含有環(huán)基提高染色效果,但其價格比較高不宜推廣。我國研究者研究了眾多酯類、醚類或其復(fù)配物對滌綸染色性能的影響,但載體結(jié)構(gòu)很少公布。如宋慧君等人研制的環(huán)保型載體OE和CWP810在滌綸常壓染色中具有良好的應(yīng)用效果[24,25]。夏韶東等人[26]引進(jìn)的德國第四代滌綸染色環(huán)保型載體Okolez 501用于滌綸常壓染色,可使織物獲得較好表觀深度,且染色牢度好。上述載體具體結(jié)構(gòu)組成均未公布。
理想的載體應(yīng)該是無毒無臭、易生物降解,促染效果好,不影響織物色光和牢度,染后易去除,且成本低廉。但目前完全達(dá)到這些要求的載體還沒有。目前載體染色存在的問題:上染不勻,易形成染斑;載體有毒有味,不易生物降解;染色牢度差。所以載體染色法未能廣泛應(yīng)用于實際工業(yè)生產(chǎn)中。
1.2表面活性劑染色研究現(xiàn)狀
分散染料為獲得良好的染色性能,大量的染色助劑被廣泛應(yīng)用。而染色助劑的作用有多個方面,在染液中與染料作用,在纖維表面與纖維或染料作用,在纖維中與纖維或染料作用,從而達(dá)到促染、勻染的效果。如Ik-Soo Kim研究了二烷基二甲基溴化銨在滌綸分散染料染色中的應(yīng)用[27,28],其中雙十二烷基二甲基溴化銨應(yīng)用于滌綸及尼龍染色中,能夠增溶染料,并吸附于纖維表層,有利于纖維表層染料濃度增大,有助于染料擴(kuò)散進(jìn)入纖維,所得織物染色表觀深度值、透染性以及染色牢度與高溫高壓染色結(jié)果相同,從而實現(xiàn)低溫染色。Ernst Schonpflug等人[29]將新型脂肪烴類勻染劑與常用載體以及環(huán)氧乙烷勻染劑通過實驗對比得出,新型脂肪烴類勻染劑在染浴和纖維表面同時作用,在100℃便可進(jìn)入纖維內(nèi)部,并能極大限度的提升織物勻染性,與大多數(shù)載體相當(dāng),甚至優(yōu)越于載體性能。魏連超等人[30]將環(huán)保型促進(jìn)劑BEA與專用環(huán)保型乳化劑YLR配套應(yīng)用于滌綸染色中,促進(jìn)劑能增溶分散染料,膨化纖維,具有良好的促染效果,可實現(xiàn)滌綸低溫染色。賈延華等人[31]將纖維膨化劑、染料增溶劑、乳化劑以及交聯(lián)劑在適當(dāng)條件下復(fù)配得到促染劑DDA,可用于滌綸常壓染色,但染液中有少量有機(jī)溶劑,需在密閉容器中染色。曹穎等人[32]將研發(fā)的促染劑用于滌綸染色中,結(jié)果表明,該款促染劑能夠提高上染率達(dá)95%以上,提高染色深度,節(jié)約染料用量。吳贊敏[33]研究發(fā)現(xiàn)勻染劑Palegal SF具有載體和表面活性劑的雙重作用,這是由其雙重結(jié)構(gòu)決定的,其主要成分脂肪族酯類具有載體的作用,而乳化組分表面活性劑低溫作用于染浴。Marti等人[34]將磷脂體用于滌綸分散染料染色中,磷脂體能夠分散染料,從而提高上染率,并且染色牢度較好。Carrion等人[35]推薦分散染料乳液染色方法,即二氯甲烷通過超聲波分散于水中,并與磷酸甘油酯形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu),從而增溶染料,可在低于40℃條件下染色。Chiu-Chun Lai等人[36]將改性Gemini表面活性劑用于滌綸分散染料染色中,其具有良好的分散性能,并與染料分子形成染料-助劑配合物,配合物的水溶性較好,導(dǎo)致最終上染率有所降低。錢國坻等人[37]研究表明,非離子表面活性劑中復(fù)配中等磺化度的陰離子表面活性劑,且復(fù)配物與分散染料的HLB值應(yīng)接近,使用時濃度略大于其臨界膠束濃度,更有利于提升勻染性。
雖然通過“溶解”在表面活性劑膠束中的分散染料染色可提高織物勻染性和染色重現(xiàn)性,但存在染色時間長,表面活性劑濃度必須足夠高,染色速率較慢,上染率低的問題。
1.3有機(jī)溶劑染色研究現(xiàn)狀
為了節(jié)約能源,減少污染,且提高滌綸分散染料染色性能,有時會采用一些對分散染料有增溶作用,或?qū)炀]纖維具有增塑作用的有機(jī)溶劑作為染色介質(zhì)進(jìn)行染色。采用溶劑處理,可降低滌綸的玻璃化溫度,改善滌綸的染色特性,實現(xiàn)低溫常壓染色。如S.R.Shukla等人[38]通過實驗證實,苯胺和硝基苯的溶解度參數(shù)與滌綸纖維接近,從而增塑、溶脹以及胺解纖維。王雪燕等人[39]聯(lián)合等離子體與苯甲醇對滌綸纖維預(yù)處理,實現(xiàn)了低溫常壓染色滌綸,并且染色織物具有良好的深濃鮮艷性。
因有機(jī)溶劑價格昂貴,回收比較困難,目前未在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。
1.4改進(jìn)滌綸低溫染色性能的其他方法
通過纖維改性也可實現(xiàn)滌綸低溫染色,例如張慶等人[40]對聚酯纖維進(jìn)行氧氣低溫等離子體處理,可提高染料對織物的初染率和平衡上染率,并且增強(qiáng)聚酯纖維親水性,降低其結(jié)晶度和取向度。H. I.NASR等人[41]對滌棉混紡織物用烯丙胺和丙烯酸的共聚物通過伽馬射線進(jìn)行接枝改性,使織物表面具有羧基和氨基的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)織物對陰離子染料的親和力,并且提升了織物的抗皺性能,斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長率。Tina Harifi等人[42]通過二氧化鈦對滌綸進(jìn)行預(yù)處理,處理后織物的染色性能優(yōu)于載體染色織物性能,且能避免載體帶來的染色缺陷。還有其他一系列的改性方法,如滌綸陽離子改性、減法改性以及其他射線改性等,以達(dá)到降低滌綸染色溫度目的,但目前這些方法由于某些限制還未能應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。還可通過滌綸紡絲的方法降低滌綸染色溫度,如將間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉作為第三單體與滌綸共聚,實現(xiàn)陽離子染料染色,降低染色溫度,還可將丁二醇作為第三單體與滌綸共聚,實現(xiàn)滌綸常壓沸染。當(dāng)前,將超臨界二氧化碳作為染色介質(zhì)具有工藝簡單、流程短、不用助劑,染后不用清洗,染料利用率高,沒有廢水產(chǎn)生等一系列環(huán)保特點,國外已有超臨界二氧化碳設(shè)備供應(yīng)商以及滌綸超臨界二氧化碳染色專用分散染料。但國內(nèi)還未實現(xiàn)超臨界二氧化碳工業(yè)化應(yīng)用。
針對當(dāng)前載體染色、有機(jī)溶劑染色以及表面活性劑染色存在的問題,為了滿足當(dāng)前資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會發(fā)展需求,積極研發(fā)無毒無味,易生物降解,且促染效果好,勻染性較好的環(huán)保型滌綸低溫染色促染劑勢在必行。近年來,Rosarina Carpignano等人[43]將β-環(huán)糊精用于滌綸分散染料染色中,其染色效果與商業(yè)用染色助劑效果相當(dāng),且其易生物降解,是一款應(yīng)用性能良好的環(huán)保型助劑。張子濤等人[44]研制的助劑M是一種無毒無味,易生物降解的多組分復(fù)配物質(zhì),在滌綸低溫常壓染色中具有一定的促染作用,對分散染料的提升性能好,可用于滌綸混紡織物染色。蔡翔[45]通過正交實驗復(fù)配得到的助劑LAB,對分散染料具有增溶作用,同時可提高染料對毛滌混紡織物的上染百分率,改善織物勻染性能和染色牢度。
當(dāng)前,國家倡導(dǎo)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會發(fā)展理念,染色助劑的開發(fā)也應(yīng)向著無毒無味,易生物降解,對環(huán)境無危害的方向發(fā)展,即高效染色助劑發(fā)展方向。因此,開發(fā)一款針對滌綸染色的高效促染劑,降低滌綸染色溫度,提高染料利用率,具有很廣泛的應(yīng)用前景。
[1]V.Pasquet,A.Perwuelz,N.Behary,et al.Vanillin,a potential carrier for low temperature dyeing of polyester fabrics[J].Journal of Cleaner Production,2012,43:20-26.
[2]E.Waters.The Dyeing of Terylene Polyester Fiber[J].JSDC,1950,66(12): 609-615.
[3]G. A. F. Roberts ,R. K. Solanki.Carrier Dyeing of Polyester Fiber Part I Studies of Carrier Diffusion[J]. JSDC,1979(7):226-229.
[4][日]黑木宣彥.染色理論化學(xué)(下冊)[M].陳水林,譯.北京:紡織工業(yè)出版社,1981.
[5] 趙濤.染整工藝與原理(下冊)[M].北京:中國紡織出版社,2009:175.
[6]潘玲芳,王玲利,余鑫,等.苯甲醇存在下滌綸分散染料低溫染色[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2011(5):49.
[7]Debasis Dhara,M.L.Gulrajani.Role of Phenol in High Temperature Dyeing of Polyester[J].Textile Research Institute,1987(3):155-161.
[8]祝永紅.ST-2膨化劑在滌綸染色中的應(yīng)用[J].毛紡科技,1997(5):60-62.
[9]Ales.S.Forschirm,Lake Hiawatha.Dyeing Halogenated Aromatic Polyester Fibrous Materials with AcetoPhenone:USPat:3969075[P].1976-07-13.
[10]Hans-Peter Baumann,Ettingen. Carrier composition for disperse dyes:USPat:4350493[P].1982-09-21.
[11]王娟娟.丙烯酸酯在滌綸常壓染色中的應(yīng)用研究[D].上海:東華大學(xué),2008.
[12]唐杰,吳贊敏.滌綸織物的新型環(huán)保載體染色[J].印染,2013(14):14-17.
[13] 崔淑玲,吳煥嶺,魏賽男.低溫染色助劑CWL對滌綸纖維增塑的作用[J].紡織學(xué)報,2008,29(12):50-52.
[14] 周慶余,劉今強(qiáng).新型促進(jìn)劑對滌綸織物低溫染色的促染作用[J].印染,2008(24):1-4.
[15] 紀(jì)晉敏,張子濤,宋心遠(yuǎn).助劑對微細(xì)滌綸低溫染色的影響[J].絲綢,2001(7):7-8.
[16] 馬正升,宋心遠(yuǎn).SML染色載體對滌綸微細(xì)纖維染色的影響[J].印染助劑,2000,17(2):7-10.
[17] 曹書梅,武紹學(xué).新型載體ED-l在分散染料常壓染色中的應(yīng)用[J].印染,1999(8):17-19.
[18] 李連舉,安剛,許志忠,等.小分子胺類在滌綸織物堿減量中的作用探討[J].鄭州紡織工學(xué)院學(xué)報,1998,9(4):51-54.
[19] 孔令紅,劉玉勇,朱泉,等.環(huán)保載體BIP實現(xiàn)滌綸低溫可染性的研究[J].染料與染色,2009,46(2):35-38.
[20]賈夢莉,毛靖,魏昆侖,等.香蘭素在滌綸低溫分散染色中的應(yīng)用[J].印染,2014(10):24-27.
[21] 余艷娥,季洪引.環(huán)保載體cwp_8809在毛滌混紡織物上的染色工藝研究[J].毛紡科技,2015,43(3):37-39.
[22] 蔡潤之,涂勝宏,賈紅軍.環(huán)保載體N-9在滌綸織物染色中的應(yīng)用[C].//“聯(lián)勝杯”第八屆全國染色學(xué)術(shù)研討會論文集.2013:65-68.
[23] 汪嬌寧,紀(jì)俊玲.1-環(huán)己基-2-吡咯烷酮用于滌綸染色的初步探討[J].印染助劑,2007,24(9):37-39.
[24] 宋慧君,盛杰偵,湯克勇.環(huán)保染色載體OE在滌綸常溫染色中的作用及應(yīng)用[J].紡織學(xué)報,2011,32(5):86-90.
[25] 宋慧君,高玉梅,張文國.環(huán)保無味載體CWP810在滌綸染色中的應(yīng)用研究[J].絲綢,2011,48(7):11-14.
[26] 夏韶東,夏建明,任恩.環(huán)保型滌綸染色載體Okolez501的應(yīng)用[J].寧波化工,2013(2):18-21.
[27] Ik-Soo Kim, Kenji Kono, Toru Takagishi.Dyeing polyester fibers with 1,4-diaminoanthraquinone in the presence of dialkyldimethylammonium bromide[J].Textile Research Journal,1997,67(8):555-562.
[28]E Barni,R. Carpignano, G.Di Modica etal.Vesicle Precursors in the Dyeing of Polyester With Disperse Dyes[J].Journal of Dispersion Science and Technology,1988,9(1):75-87.
[29]Ernst Schonpflug,Basf Aktiengesellschaft, Ludwigshafen.The Role of Leveling Agents in High Temperature Dyeing Of Polyester[J]. Textile chemist & colorist,1979,11(8):166-172.
[30] 魏連超,邵建中,戚棟明.促進(jìn)劑BEA在滌綸分散染料低溫染色中的作用[J].紡織學(xué)報,2009,30(7):77-81.
[31] 賈延華,洪靜蓮.促染劑DDA的研制與應(yīng)用[J].印染助劑,1992,9(1):21-22.
[32] 曹穎,何艷芳.促染劑在滌綸染色中的應(yīng)用[J].染整技術(shù),2013,35(7):32-37.
[33] 吳贊敏.新型勻染劑在滌綸高溫高壓染色中作用機(jī)理的研究[J].紡織學(xué)報,1999,20(6):366-368.
[34] Marti M.,Coderch L,Parra J L, etal.Liposome as dispersing agent into disperse dye formulation[J].2010,81(4) 379-387.
[35] F.J.Carrion.Dyeing polyester at Low Temperature:Kinetics of Dyeing with Disperse Dyes[J].Textile Research Journal,1995,65(5):362-368.
[36] Chiu-Chun Lai, Keng-Ming Chen.Dyeing properties of modified gemini surfactants on a disperse dye-polyester system[J]. Textile Research Journal,2008,78(5):382-389.
[37] 錢國坻,孫建平,陸 偉.細(xì)旦滌綸織物高溫分散勻染劑SS-97的性能研究[J].印染,1998,24(3):13-17.
[38] S.R.Shukla,V.B.Hedaoo. Solvent Assisted Dyeing of Polyester Fibers[J].American Dyestoff Reporter,1992(3):37-43.
[39] 王雪燕,陳杰瑢,劉曉華.滌綸的深色鮮艷性常壓染色工藝探討[J].國外紡織技術(shù),1998(3):21-23.
[40] 張慶,王善元,楊國榮.低溫等離子體對聚酯織物改性效果研究[J].合成纖維工業(yè),1997,20(4):9-11.
[41] H. I. NASR, M.H. Etman, E. A. EL-Karadly. Cotton Polyester Blends with Improved Dyeability and Physical Performance via Gamma Rays[J].Textile Research Journal,1976(10):747-751.
[42] Tina Harifi,Majid Montazer.Free carrier dyeing of polyester fabric using nanoTiO2[J]. Dyes and Pigments,2013(97):440-445.
[43] Rosarina Carpignano,Stefania Parlati,PaolaPiccinini, etal.Use of β-cyclodextrin in the dyeing of polyester with low environmental impact[J].Coloration Technology,2010(126):201-208.
[44]張子濤,紀(jì)晉敏.助劑M對滌綸微細(xì)纖維低溫染色工藝研究[J].上海紡織科技,2001,29(6):39-42.
[45] 蔡翔.羊毛_滌綸混紡織物分散染料助劑增溶染色理論和工藝研究[D].上海:東華大學(xué),2002.
1008-5580(2016)03-0182-05
2016-04-26
范云麗(1992-),女,碩士研究生,研究方向:綠色環(huán)保改性助劑的研制及紡織品整理中的應(yīng)用。
王雪燕(1963-),女,教授,碩士生導(dǎo)師。
TS193
A