ECDP短纖維染色飽和值的測定

李艷玲，楊文芳，孟憲獻，王瑞武，尹翠玉

(1.中石化天津分公司化工部，天津300271;2.天津工業大學，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，Sf大，纖維的上染量高，更適合深染。因此，準確測定纖維的Sf，比較各纖維間的染色性能，以更好地指導下游企業生產。陽離子染料可染滌綸(ECDP)纖維的Sf是以染料對纖維的上染率達90%時作為飽和界限，計算100 g纖維上染亞甲基藍的質量，再折合成相對分子質量為400的陽離子染料孔雀綠的質量［1］。

1 實驗

1.1 原料與試劑

ECDP:規格 1.56 dtex×38 mm，中國石化天津分公司產;亞甲基藍:純度98%，天津市光復精細化工研究所產;冰乙酸、結晶乙酸鈉:分析純，天津市化學試劑一廠產。

1.2 儀器和設備

Ahiba Nuance Eco紅外染色試樣機:美國datacolour公司制;723型分光光度計: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:Roaches International.Ltd制;UV2450可見分光光度計:日本島津制作所制。

1.3 實驗方法

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，用手擠去水分待用。

稱取5 g染料加入1 L的三級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)即染料對纖維的質量分數的染液，其中要根據染液的pH值放入一定的冰乙酸及結晶乙酸鈉試劑。

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℃的三級軟化水洗滌，再用室溫下的三級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定。

1.4 吸光度的測定

將待測殘液根據顏色的深淺，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)的標準亞甲基藍染液，利用分光光度計，在最大吸收波長下(亞甲基藍為668 nm)，分別測定定容后的殘液及標準染液的吸光度值。

1.5 纖維Sf的計算

根據標準亞甲基藍染浴和各檔染料濃度殘液的吸光度值，按照式(1)計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為標準亞甲基藍染浴稀釋前的質量濃度;E0為標準亞甲基藍染浴稀釋后的吸光度;n0為標準亞甲基藍染浴稀釋倍數;E為殘液稀釋后的吸光度;n為定容后殘液稀釋倍數;m為纖維質量。

以Ce為橫坐標，以C為縱坐標，從原點作斜率為10的直線，如圖1中A線，在該直線上任意一點的上染百分率均為90%;再根據從配置的各種不同染料濃度殘液吸光度的測試結果，在圖1中繪出相應的坐標點;然后，找出直線A兩側最為相鄰的兩點作直線，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系Fig.1 Relationship between dye quantities in raffinate and in original dye bath

直線A與直線B相交點D的縱坐標DY即為被測纖維上染率為90%時染料對纖維的質量分數，即標準規定的染色飽和時的染料濃度值(Cs)。

式中:x1為圖中直線左邊點橫坐標;y1為圖中直線左邊點縱坐標;x2為圖中直線右邊點橫坐標;y2為圖中直線右邊點縱坐標。

按式(3)計算得ECDP纖維的的Sf。

2 結果與討論

2.1 保溫時間對ECDP纖維Sf的影響

調節染浴pH值至4.5，將染液加熱至80℃后投入纖維，以0.5℃/min的升溫速率達到100℃進行保溫沸染。從圖2可以看出，當染色溫度達到100℃以后，隨著保溫時間的延長，Sf基本上是以直線上升的趨勢增大，這與纖維內部結構的變化有關。一方面分子振動的振幅和頻率增加，另一方面，分子的自由體積也增加，因此提供了分子的運動空間增多，當溫度達到玻璃化轉變溫度時，能夠發生鏈段的運動，這樣就增加了染料分子向纖維內部擴散的速率，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］。當保溫時間達到120 min以后染料進入纖維無定形區的數量趨于飽和，Sf上升緩慢。當保溫時間達到160 min以后，飽和值基本不再變化，所以保溫時間定為120 min已經能夠滿足測試要求。

圖2 染色保溫時間對纖維Sf的影響Fig.2 Influence of heat preservation time on Sfof fiber

2.2 染色溫度對ECDP纖維Sf的影響

調節染浴pH值至4.5，將染液加熱至80℃后投入纖維，以0.5℃/min的升溫速率達到一定的溫度進行染色，并保溫120 min，測定纖維的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，這是因為溫度越高，染料分子與磺酸基團的離子鍵合反應越易進行，染座越易上染，而溫度的升高，也使大分子的鏈段運動越易進行，染料更易進入纖維的無定形區，則纖維的Sf隨著溫度升高而增大。

圖3 染色溫度對纖維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℃以上時即趨于平穩，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的測定溫度。

2.3 pH值對纖維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的升溫速率達到100℃進行沸染并保溫120 min，測其Sf，如圖4所示。

圖4 pH值對纖維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呈現先增大后減小的趨勢，在pH值為4.5～5.0時比較穩定。這是因為陽離子染料上染的機理是染料與纖維上的酸性基團結合［3］，因此與常規聚酯纖維相比，陽離子染料可染改性聚酯纖維對酸敏感。當pH值較低或較高時，相當一部分染料會發生化學變化而遭破壞，從而導致Sf較低或變色。因此用陽離子染料對ECDP纖維染色時，應控制染浴pH值為4.5～5.0較為適宜。

2.4 染料濃度的選擇

實驗發現，當C小于5%時，無法得出DY值。因此，調節染浴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

根據表3的數據作圖，得出DY為7.621，Sf為 8.4。

3 結論

a.染浴pH值在4.5～5.0的條件下染色時，ECDP纖維的Sf較高且穩定。因此在進行ECDP纖維的Sf的測定試驗時，應將染浴的pH值控制在4.5 ～5.0較為適宜。

b.因ECDP纖維的上染率較高，在進行Sf試驗時用戶可根據自身產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℃，保溫時間120 min，可以比較準確地測得ECDP纖維的Sf。

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

［2］孫玉.陽離子染料可染共聚酯的制備及其結構性能的研究［D］.天津:天津工業大學，2008.

［3］上海市紡織工業局.染料應用手冊.四分冊.陽離子染料［M］.北京:紡織工業出版社，1984 ，12－14.