PET纖維染色/著色技術(shù)研究進(jìn)展

蔡金芳，陳 蕾，李圣軍，孫燕琳,4，趙 玉，甘勝華*

(1.浙江桐昆新材料研究院有限公司，浙江 嘉興 314500； 2.嘉興市新材料研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 嘉興 314500; 3.桐昆集團(tuán)股份有限公司，浙江 嘉興 314500； 4.浙江恒創(chuàng)先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心有限公司，浙江 嘉興 314513)

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維是一類以對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料，經(jīng)酯化和縮聚反應(yīng)后熔體直紡而成的以酯基為主要官能團(tuán)的合成纖維。PET纖維是聚酯纖維的主要品種，也是化學(xué)纖維中最具代表性的一類纖維。良好的成纖性、高強(qiáng)、耐磨、抗皺、耐老化及高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)使得PET纖維被廣泛應(yīng)用于各類紡織品的制造。根據(jù)中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)和國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)，2021年P(guān)ET纖維的年產(chǎn)量占化纖年產(chǎn)量的82.2%。

染色是PET纖維加工中用水和排水最多的環(huán)節(jié)，且染色和清洗廢水中含有的染料、助劑、油劑和游離銻等會(huì)大大增加水處理成本。此外，由于分子中不含氨基、羥基、磺酸基等極性基團(tuán)或反應(yīng)性基團(tuán)且分子結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)、分子間作用力大，PET纖維普遍采用疏水性分散染料在高溫(130 ℃)高壓條件下進(jìn)行染色[1]，嚴(yán)苛的染色條件也使得染色過程能源消耗非常高。因此，在當(dāng)前節(jié)能減排政策的不斷施壓下，傳統(tǒng)以水為介質(zhì)的高溫高壓技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。為了解決用水排水量大、能耗高等問題，低溫染色、少水及無水染色、原液著色及結(jié)構(gòu)生色等技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用成為PET纖維綠色印染的新趨勢(shì)。作者綜述了近年低溫染色、少水及無水染色、原液著色和結(jié)構(gòu)生色等技術(shù)制備有色PET纖維的研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，指出了各種染色著色技術(shù)的關(guān)鍵及存在的問題。

1 低溫染色技術(shù)

近年來，滌綸面料及含滌混紡面料的應(yīng)用越來越廣泛，而部分纖維如羊毛纖維、醋酸纖維、聚乳酸纖維等在高溫環(huán)境下會(huì)受到損傷。因此，實(shí)現(xiàn)PET纖維的低溫染色顯得極其重要，主流途徑主要有載體染色及對(duì)PET進(jìn)行共聚改性。

1.1 載體染色

載體染色是在染色時(shí)加入對(duì)纖維和染料都具有親和力的載體以幫助染料上染的染色方法。染色過程中，載體因相對(duì)分子質(zhì)量小于染料分子，會(huì)優(yōu)先擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部從而起到增塑的作用，降低纖維分子間相互作用并促進(jìn)無定形區(qū)大分子鏈段運(yùn)動(dòng)，從而便于染料上染。通常情況下，載體染色可使PET纖維的染色溫度降低至100 ℃左右。

早期常用的載體主要有二氯苯、鄰苯基苯酚、甲基萘、水楊酸甲酯、苯甲酸丁酯等，但這些載體在實(shí)現(xiàn)高效促染的同時(shí)沒有兼顧到氣味、人體毒害性和可降解性等[2]。近十幾年來，高效、安全、環(huán)保的生物基載體開發(fā)成為載體染色研究的聚焦點(diǎn)。脂肪酸二酯因低毒無味且與PET纖維本身的結(jié)構(gòu)極為相似而被用于PET纖維低溫染色方面的研究。唐杰等[3]選用丁二酸二丁酯作為PET纖維染色載體，常規(guī)分散染料在105 ℃下保溫45 min就達(dá)到了染色平衡，所染織物的色深值與色牢度幾乎與常規(guī)高溫高壓染得織物無異。香草醛是一種對(duì)人體危害極小的香料，因有著與傳統(tǒng)載體相似的分子結(jié)構(gòu)，也被廣泛應(yīng)用于PET纖維載體染色。2013年，V.PASQUET等[4]發(fā)現(xiàn)以香草醛作為載體對(duì)PET纖維染色，無需調(diào)節(jié)染浴pH值，中性條件下即可達(dá)到最佳促染效果；且在90 ℃采用C.I.分散藍(lán)56染色時(shí)，加入鄰香草醛染得織物的色深值是無載體加入的4倍。但是，S.JALALI等[5]發(fā)現(xiàn)香草醛在用量為5～7 g/L時(shí)染得織物的色深值均低于僅3 g/L商品化載體CTM和Levegal PEW染得織物的色深值，說明香草醛在促染效果方面與商品化載體還存在一定的差距。不僅香草醛，同樣是生物基的香豆素也被發(fā)現(xiàn)可以取代PET纖維低溫染色用傳統(tǒng)載體。M.SOUISSI等[6]分別以鄰香草醛、對(duì)香草醛和香豆素作為載體用于PET/聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯復(fù)合纖維染色，研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)香草醛和香豆素在用量為0.04 mol/L時(shí)已達(dá)其最佳促染效果，且染得織物的色深值均比相同用量鄰香草醛作用下的色深值高。由于鄰香草醛和香豆素的合成更加復(fù)雜、價(jià)格更高，且鄰香草醛對(duì)淡水具有較高的生態(tài)毒性[5]，綜合比較后發(fā)現(xiàn)對(duì)香草醛在三者中最具應(yīng)用前景。

載體染色是目前PET纖維實(shí)現(xiàn)低溫染色最簡便的方法，但經(jīng)數(shù)十年的研究，該染色技術(shù)一直未得到推廣與產(chǎn)業(yè)化，歸根結(jié)底在于載體的各方面性能仍存在一定的缺陷。除了上述傳統(tǒng)載體在環(huán)保可降解、使用安全性等方面存在問題外，還包括：(1)部分載體在促染的同時(shí)會(huì)降低勻染效果，且染色后織物的色牢度及力學(xué)性能等也會(huì)受到影響；(2)生物基載體在人體安全和生態(tài)環(huán)保方面更具優(yōu)勢(shì)，但促染效果和經(jīng)濟(jì)性不及傳統(tǒng)載體。

1.2 共聚改性PET纖維染色

采用共聚的方法，在PET大分子鏈中引入功能基團(tuán)，使纖維的親水性增加或大分子鏈剛性減弱、無定形區(qū)增加，可以顯著改善纖維的染色性能。引入的基團(tuán)有聚醚、間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉、多元醇、脂肪酯、聚酰胺等[7-9]。目前，國內(nèi)共聚改性PET制備技術(shù)較為成熟的有陽離子染料易染共聚酯(ECDP)、聚酰胺酯(PEA)等。

ECDP是在傳統(tǒng)PET的合成中加入間苯二甲酸-5-磺酸鈉作為第三單體、聚乙二醇作為第四單體經(jīng)酯化和縮聚而得。由于引入了磺酸基，這類纖維的親水性大幅提高，采用水溶性的陽離子染料即可實(shí)現(xiàn)染色。同時(shí)，由于分子中引入了更多的柔性鏈，使得陽離子染料更易擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，因此該類纖維在常壓下沸染即可[7]。WANG J等[10]以2-甲基-1,3-丙二醇代替ECDP中的聚乙二醇制備了沸染條件下可獲得超深色的新型共聚酯(MCDP)纖維。相比新型共聚酯(ECDP)，帶甲基支鏈的二醇會(huì)使大分子的規(guī)整性進(jìn)一步下降，纖維的玻璃化溫度和結(jié)晶性也隨之下降，因此在以相對(duì)于織物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的C.I.堿性紅46分別對(duì)ECDP和MCDP纖維沸染時(shí)，染料對(duì)后者的上染率比前者高7%左右，而且在染料相對(duì)于織物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加至8%的過程中，兩者上染率的差值也隨之而增大至27%左右。除陽離子染料，分散染料如C.I.分散黃163、紅167、藍(lán)79在沸染時(shí)染得MCDP纖維的色深值也均高于ECDP纖維。

PEA是以對(duì)苯二甲酸、乙二醇和聚酰胺原料經(jīng)共聚制備的分子主鏈上同時(shí)含有酯基和酰胺基的共聚物。相比于PET纖維，PEA纖維(儀綸)的結(jié)晶度、玻璃化溫度和熔點(diǎn)較低，染色性能有了很大的改善。研究發(fā)現(xiàn)，使用分散染料對(duì)PEA纖維染色時(shí)，90 ℃開始上色，100 ℃可達(dá)到飽和狀態(tài)，而PET纖維在100 ℃開始上色，130 ℃才達(dá)到染色飽和，因此PEA纖維染色溫度更低，較PET纖維染色節(jié)能效果顯著[11]。而且，常壓沸染下PEA纖維的上染率可達(dá)90%以上、色牢度達(dá)4級(jí)以上[12]。

采用共聚改性的方法，可以從根源上改善PET纖維難染的問題。但是，纖維的其他性質(zhì)如力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等會(huì)受到影響。而且，隨著其他單體或共聚組分的加入，改性PET纖維的生產(chǎn)成本增加，制備工藝也變得復(fù)雜和麻煩，如ECDP在工業(yè)生產(chǎn)中管道和紡絲箱體結(jié)焦從而造成堵塞的問題比較突出。

2 少水及無水染色技術(shù)

傳統(tǒng)的PET纖維染色雖然在生產(chǎn)上已經(jīng)達(dá)到了1:3～1:20的小浴比，但是染后液和清洗液中含有的大量染化料和重金屬，使得染色廢水的處理變得十分棘手。因此，少水及無水染色技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用勢(shì)在必行。目前研究較多的有：超臨界二氧化碳(scCO2)染色、十甲基環(huán)五硅氧烷(D5)染色和有機(jī)溶劑染色等。

2.1 scCO2染色

scCO2具有無味無毒、不可燃、低黏度、高滲透等優(yōu)點(diǎn)，以其作為染色介質(zhì)，對(duì)PET纖維還具有增塑、膨脹和降低玻璃化溫度的作用，從而有利于染料分子在纖維內(nèi)部的擴(kuò)散，提升染色效果。分散染料在scCO2介質(zhì)中對(duì)PET纖維的上染機(jī)理總體與傳統(tǒng)水浴中的類似，仍然遵循單分子染料的Nernst吸附、分配規(guī)則及在纖維體系中的自由體積擴(kuò)散模型[13]。

早在20世紀(jì)80年代，scCO2染色已在國外逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，普遍采用的是荷蘭DyeCoo公司開發(fā)的染色設(shè)備與工藝。國內(nèi)則從近10年才開始推廣。據(jù)報(bào)道，2021年青島即發(fā)集團(tuán)建立了scCO2無水染色技術(shù)生產(chǎn)示范線，已具備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用的條件，產(chǎn)能可達(dá)1 kt/a，節(jié)約淡水資源達(dá)100 kt/a。此外，山東高棉智能纖染科技有限公司也實(shí)現(xiàn)了scCO2無水纖染技術(shù)的應(yīng)用。

以scCO2代替水作為染色介質(zhì)，不需其他助劑即可溶解分散染料，而且染后織物不用清洗[14]。當(dāng)體系退出超臨界狀態(tài)后，scCO2轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)，未上染的染料會(huì)通過重力沉降或離心沉降以固體形式沉淀析出[15]，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳和染料的重復(fù)利用。然而，以scCO2為介質(zhì)染PET纖維需要在23～25 MPa的壓力、120 ℃的溫度下保溫40～60 min才能完成[16-17]，這對(duì)設(shè)備和操作要求極高。

2.2 D5染色

D5是一種無色無味、易揮發(fā)但對(duì)人體和環(huán)境無害的液體，目前被廣泛用于化妝品和身體護(hù)理產(chǎn)品中。以D5為染色介質(zhì)最初是用于活性染料的染色研究。此后，王際平和邵建中等對(duì)D5用于分散染料染PET纖維的理論與應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。近年的研究發(fā)現(xiàn)：(1)D5的沸點(diǎn)(210 ℃)遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，因此在常規(guī)染色溫度范圍內(nèi)體系能夠保持常壓的狀態(tài)；(2)商品分散染料可以溶解或部分溶解于D5中，染色過程無需加分散劑[18]；(3)在D5中加入微量的水有助于降低纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并促進(jìn)纖維進(jìn)一步膨脹，因此能夠顯著提升上染效果[19]；(4)在純D5介質(zhì)中，若要取得與傳統(tǒng)染色工藝幾乎一致的效果，如染色速率、上染率、織物色深值和色牢度等，保溫溫度需要維持在140 ℃，而且染浴中必須加入特制的促染劑[18]。該促染劑一方面使PET纖維進(jìn)一步膨脹，另一方面降低染料在D5中的溶解度，有助于染料與纖維的結(jié)合[20]。

經(jīng)過10多年的理論研究和實(shí)踐，浙江綠宇紡織科技有限公司已經(jīng)聯(lián)合浙江理工大學(xué)和上海工程技術(shù)大學(xué)一起創(chuàng)建了產(chǎn)業(yè)化示范線。通過配備介質(zhì)回收和污水處理系統(tǒng)，D5染色技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)染色過程的污水零排放。

2.3 有機(jī)溶劑染色

有機(jī)溶劑染色就是采用有機(jī)溶劑代替水作為介質(zhì)的染色技術(shù)。目前，已被用于PET纖維染色的有機(jī)溶劑有四氯乙烯、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、各類醇、液體石蠟等。以有機(jī)溶劑代替水作為染色介質(zhì)時(shí)，需要考慮溶劑的氣味、毒性和可燃性，以及溶劑對(duì)纖維的損傷及對(duì)染料的溶解性等。一般情況下，染料在溶劑中的溶解度越大，越不利于其上染纖維[21-22]；溶劑與纖維的溶解度參數(shù)的差值越小(一般小于1)，便會(huì)與纖維產(chǎn)生非常明顯的相互作用[23]。

XU S X等[22]在充分對(duì)比各類溶劑的溶解度參數(shù)、環(huán)境健康安全(EHS)評(píng)估結(jié)果及黏度后，優(yōu)選了液體石蠟作為PET纖維溶劑染色的介質(zhì)。在優(yōu)化的染色溫度(130 ℃)和浴比(1:15)下，上染率并不理想，但經(jīng)液體石蠟中染色后的PET纖維表面的低聚物含量大幅下降，避免了還原清洗。JIANG H等[24]則以揮發(fā)性好、沸點(diǎn)低的甲醇為介質(zhì)對(duì)PET纖維染色，配合其所制備的反應(yīng)性染料，可使染料分子牢固結(jié)合在纖維上，從而獲得優(yōu)異的色牢度。低共熔溶劑具有蒸汽壓低、溶解能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其中氯化膽堿/乙二醇[25]、氯化膽堿/尿素/甘油[26]、氯化膽堿/尿素[27]等低共熔溶劑也被用于PET纖維的染色。

相比scCO2染色，有機(jī)溶劑染色的優(yōu)勢(shì)在于不需要在染色設(shè)備上花很高的代價(jià)，只需對(duì)現(xiàn)有的高溫高壓染色設(shè)備進(jìn)行稍微改造，就可滿足染色的需要[22]。但是，為了實(shí)現(xiàn)染料和溶劑的回收利用，也必須配備分離和回收系統(tǒng)。

3 原液著色技術(shù)

原液著色是在PET合成階段或PET熔體中加入著色劑再經(jīng)紡絲得到有色PET纖維的技術(shù)。PET纖維原液著色技術(shù)的出現(xiàn)早于分散染料染色技術(shù)[28]，但其發(fā)展卻一直受限于著色劑與PET基體的界面相容性差、著色PET纖維市場(chǎng)需求量小等問題。直到進(jìn)入21世紀(jì)，隨著逐漸嚴(yán)格的環(huán)保管控對(duì)傳統(tǒng)染色工業(yè)的限制，原液著色技術(shù)才重新煥發(fā)生機(jī)。

原位聚合法和母粒添加法是目前PET纖維原液著色的兩種主要方法[29]。原位聚合法是將穩(wěn)定分散或溶解在某介質(zhì)中的著色劑在線添加至預(yù)聚體系中并依次經(jīng)預(yù)聚、終聚和紡絲從而制得有色纖維的方法。該法對(duì)著色劑和助劑的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等各方面要求非常高，且著色劑會(huì)吸附或聚集在生產(chǎn)設(shè)備中，給連續(xù)生產(chǎn)帶來困難，因此尚未形成規(guī)模。母粒添加法是將均勻分散在載體樹脂中的著色劑與PET切片在熔融狀態(tài)下混勻、紡絲或者經(jīng)在線添加技術(shù)與PET熔體直接混勻、紡絲從而制得有色纖維的方法。該法具有顏色調(diào)節(jié)靈活、生產(chǎn)穩(wěn)定性高、設(shè)備污染少等優(yōu)點(diǎn)，因此成為目前生產(chǎn)原液著色PET纖維普遍采用的方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國母粒添加法生產(chǎn)的原液著色PET纖維產(chǎn)量超過6 000 kt[28]，這些色母粒的知名國外供應(yīng)商有美國卡博特公司、科萊恩化工有限公司、巴斯夫股份公司、大日精化化工有限公司等，國內(nèi)有蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司、浙江金彩新材料有限公司、廣州彩艷股份有限公司等。

制備高品質(zhì)原液著色PET纖維的關(guān)鍵技術(shù)在于著色劑的超細(xì)化和分散。若著色劑顆粒普遍較大、在PET中分布不均勻，對(duì)PET的可紡性(尤其是紡細(xì)旦纖維)及纖維的力學(xué)性能、顏色深度和飽和度及色牢度等均會(huì)產(chǎn)生非常大的負(fù)面影響。姜兆輝等[30]通過熔融共混法制備了PET/炭黑/鈦酸酯偶聯(lián)劑黑色母粒，母粒中炭黑粒子分散均勻，將母粒在線添加至直紡PET熔體中，紡絲組件壓力未明顯升高。同樣以炭黑為著色劑，汪少朋等[31]通過對(duì)炭黑表面進(jìn)行化學(xué)接枝，制備了一種分散良好、黏度低的黑色漿料并用于PET纖維著色。通過化學(xué)接枝，改善了炭黑粒子團(tuán)聚的問題，且當(dāng)橡膠炭黑N110質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，幾乎未對(duì)PET的特性黏度造成影響，紡得纖維的斷裂強(qiáng)度為3.5 cN/dtex。汪少朋等[32]后又以紅、黃或藍(lán)色有機(jī)顏料為著色劑、乙二醇為分散介質(zhì)、磷系化合物為穩(wěn)定劑制備了PET纖維原液著色用色漿，通過將不同顏色的PET切片混合并紡絲，可實(shí)現(xiàn)多色系纖維的制備。陳輝華等[33]以DMF為溶劑、含乙氧基-丙氧基的嵌段共聚物為分散劑、烷基萘磺酸鈉鹽為潤濕劑、環(huán)保染料為著色劑，開發(fā)了一種制備環(huán)保有色PET纖維的液態(tài)色漿，最終制得的有色纖維斷裂強(qiáng)度可達(dá)4.0～4.8 cN/tex，耐洗和耐升華色牢度均為5級(jí)。邱志成等[34]以聚酯多元醇為載體，并選用酯溶性著色劑制備了PET纖維原液著色母液，由于避免了分散劑、增塑劑等助劑的使用，制得的有色纖維手感柔軟、力學(xué)性能良好。呂仕銘等[35]以礦物油和脂肪族聚酯的混合物為分散介質(zhì)、以分子結(jié)構(gòu)如圖1所示的物質(zhì)為分散劑，在加入顏料后依次經(jīng)預(yù)分散和研磨，制得一種儲(chǔ)存穩(wěn)定性高的PET纖維用液態(tài)著色劑，該液態(tài)著色劑在儲(chǔ)存30 d后，流動(dòng)性和顆粒細(xì)度均未發(fā)生改變。

圖1 液態(tài)著色劑所用分散劑的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure of dispersant for liquid colorant

自2016年以來，中國紡織科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)了“高品質(zhì)原液著色纖維開發(fā)及應(yīng)用”和“高品質(zhì)原液著色聚酯原位法連續(xù)聚合技術(shù)應(yīng)用”等重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，并對(duì)高品質(zhì)原液著色聚酯纖維的性能指標(biāo)提出了要求：著色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于3.0%，直紡聚酯纖維斷裂強(qiáng)度不小于3.0 cN/dtex，耐光色牢度不低于5級(jí)，長絲單絲線密度不高于0.6 dtex，短纖維單絲線密度不高于0.8 dtex[36]。據(jù)報(bào)道，項(xiàng)目均已取得重大進(jìn)展，且陸續(xù)建立了產(chǎn)業(yè)化示范線，這對(duì)提升我國原液著色聚酯纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新鏈整體水平和產(chǎn)品競(jìng)爭力具有重要意義。

原液著色技術(shù)可將制纖與上色過程合二為一，省卻了后道的染色工序。相比于常規(guī)染色聚酯纖維，采用原液著色可節(jié)約水耗89%、能耗63%、化學(xué)品用量63%，減少CO2排放62%、化學(xué)需氧量(COD)排放67%[36]。因此，原液著色有效解決了傳統(tǒng)印染行業(yè)面臨的高水耗、高能耗及高COD排放的問題，使得整條產(chǎn)業(yè)鏈的工序得到簡化、生產(chǎn)成本得到控制。當(dāng)前，國內(nèi)差別化有色滌綸絲生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)有浙江匯隆新材料股份有限公司、中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司、浙江華欣新材料股份有限公司等。

4 結(jié)構(gòu)生色技術(shù)

不同于染料因分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生對(duì)可見光的選擇性吸收原理，結(jié)構(gòu)生色是一種因物理結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生顏色的過程。即在光源下，一些具有特殊物理結(jié)構(gòu)的物體會(huì)發(fā)生光的干涉、散射或衍射等或它們的組合而形成顏色。目前，光子晶體結(jié)構(gòu)生色和薄膜干涉結(jié)構(gòu)生色紡織材料的研究與制備是較為活躍的。常用的有機(jī)膠體粒子有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)等，無機(jī)粒子有二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)和金屬銀(Ag)、鋁(Al)等。通過調(diào)控微球粒徑可改變呈現(xiàn)出的顏色。

PET纖維的結(jié)構(gòu)色可直接在制纖階段實(shí)現(xiàn)，通常是采用特定的模板組裝法或紡絲方法使乳膠粒有序排列到纖維表面，從而顯示光子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。YUAN W等[37]采用浸涂組裝法在經(jīng)親水處理的PET纖維表面形成了周期性排列的光子晶體結(jié)構(gòu)，制備的光子晶體PET纖維表面平整光滑，在受到彎曲、打結(jié)、編織等外力作用再恢復(fù)后，纖維的結(jié)構(gòu)色不發(fā)生改變。利用聚合物材質(zhì)本身的薄膜干涉也可以制備結(jié)構(gòu)色纖維，如日本帝人公司早年研制的結(jié)構(gòu)色纖維Morphotex[38]，其內(nèi)部發(fā)色層是利用PET與聚酰胺折射率的差異將兩者交錯(cuò)疊加，并精準(zhǔn)控制聚合物薄膜厚度形成干涉效應(yīng)而制成的。

PET纖維的結(jié)構(gòu)色也可在織物表面上通過沉積、涂覆、噴印、磁控濺射等方法使膠體微球有序排列組裝來實(shí)現(xiàn)[39-40]，比較適合大量制備?？椢锏慕M織結(jié)構(gòu)和基底色對(duì)結(jié)構(gòu)色的呈現(xiàn)有非常大的影響，黑色織物比白色織物呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)色更深、更鮮艷。LIU G J等[41]利用噴墨打印技術(shù)將聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)膠體油墨噴至黑色滌綸織物表面成功制備出色彩鮮艷、虹彩效果明顯、分辨率高的結(jié)構(gòu)色。此外，LI Y C等[42]將改性SiO2納米微球分散液和聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)納米粒子乳液混合并通過噴涂的方式作用于滌綸織物表面，制備了具有較高顏色穩(wěn)定性的非彩虹結(jié)構(gòu)有色滌綸織物。為了在白色滌綸織物上構(gòu)建亮麗的結(jié)構(gòu)色，通常以類黑色素納米球代替?zhèn)鹘y(tǒng)納米微球或?qū)⒑谏Ｗ忧队诠庾泳w陣列內(nèi)部[43]。使用的黑色粒子如炭黑[44]、聚多巴胺[45]等具有吸收微球間雜散光和白色基底反射光的作用，從而提高結(jié)構(gòu)色的飽和度。YUAN X H等[46-48]采用磁控濺射技術(shù)在白色滌綸織物上分別鍍覆Al/TiO2復(fù)合膜、Ag/TiO2復(fù)合膜和Ag/ZnO復(fù)合膜，構(gòu)建了多色調(diào)的結(jié)構(gòu)色。ZHANG Y等[49]將帶負(fù)電荷的SiO2納米粒子和帶正電荷的聚乙烯亞胺(PEI)采用靜電自組裝法制備成SiO2/PEI薄膜作用于灰色滌綸織物上構(gòu)建了結(jié)構(gòu)色滌綸織物。近期，LI Y C等[50]又開發(fā)了一種將液態(tài)光子晶體在剪切誘導(dǎo)作用下組裝制備結(jié)構(gòu)色滌綸織物的方法，該法具有快速、適合大面積制備等特點(diǎn)。

相比傳統(tǒng)紡織染料，納米微球?qū)ET纖維親和力弱，結(jié)構(gòu)色織物普遍色牢度不佳，這也是限制結(jié)構(gòu)色紡織材料實(shí)際應(yīng)用的主要問題。加入聚丙烯酸酯水性黏合劑可增加膠體微球之間的黏合力，從而使織物表面固體微球的排列結(jié)構(gòu)不易遭受破壞。ZHOU C T等[44]將炭黑和聚丙烯酸酯加入聚苯乙烯乳液中制備成印花色漿，然后通過篩網(wǎng)印花在白色滌綸織物上印出了鮮艷的圖案。該結(jié)構(gòu)色在織物上表現(xiàn)出良好的耐皂洗和耐摩擦色牢度。LIU X H等[51]以含環(huán)氧基的聚(丙烯酸叔丁酯-甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯)膠體微球作用在黑色滌綸織物上，同樣制備了具有高色牢度的結(jié)構(gòu)色膜。

在性能方面，結(jié)構(gòu)色色彩艷麗、飽和度高、耐光性強(qiáng)，且通常會(huì)因觀察角度不同而呈現(xiàn)出不同的色彩效果；在制備方面，結(jié)構(gòu)生色無需大量用水和排水，無需使用傳統(tǒng)有機(jī)染顏料，能大大降低印染業(yè)及與印染相配套的染化料制造業(yè)、印染助劑制造業(yè)等帶來的能耗與污染。但該技術(shù)的成熟度還不足以支撐其連續(xù)化、規(guī)?；纳a(chǎn)加工，而且從紡織品的色彩多樣化和個(gè)性化角度來講，結(jié)構(gòu)生色也無法完全取代紡織印染。

5 結(jié)語

根據(jù)《紡織行業(yè)“十四五”綠色發(fā)展指導(dǎo)意見》，高效、低碳的生態(tài)染色/著色技術(shù)將是印染行業(yè)今后的重要發(fā)展方向。目前，PET纖維的工業(yè)染色存在用水排水量大、能耗高等問題。采用低溫染色、少水及無水染色、原液著色、結(jié)構(gòu)生色等先進(jìn)染色/著色技術(shù)能夠在低能耗、不用或用極少量水、甚至不使用傳統(tǒng)有機(jī)著色劑的情況下賦予PET纖維以顏色。當(dāng)前，這些先進(jìn)的染色/著色技術(shù)已經(jīng)取得了不同程度的進(jìn)展，其中通過共聚改性實(shí)現(xiàn)低溫染色和色母粒法原液著色技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但是，相應(yīng)基礎(chǔ)理論研究仍待進(jìn)一步加強(qiáng)和深入，而且諸多技術(shù)在染顏料的選擇性、染色/著色纖維的綜合性能、含滌多組分纖維的適用性、工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性等方面還存在諸多問題。未來，隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，PET纖維染色/著色技術(shù)的清潔化、綠色化和智能化將指日可待。