新型分散染料常壓深染聚酯纖維的染色性能

王國新，王遵元，張大省，2

（1.青島新維紡織開發(fā)有限公司，山東青島 266000；2.北京服裝學(xué)院，北京 100105）

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維的性價比高，占全球化學(xué)纖維產(chǎn)量的70%以上，在我國更是占化學(xué)纖維總量的75%以上。但由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)上的苯環(huán)剛性強、對位結(jié)構(gòu)規(guī)整、又沒有可與染料相互結(jié)合的染座，因此只能用分散染料在125～130 ℃的高溫高壓下染色，能耗大、耗時長、效率低。分散染料常壓可染聚酯（easy disperse dyeable polyester，縮寫為EDDP）纖維是聚酯纖維染色改性的重要品種之一［1-2］。本文所述為新型分散染料常壓深染聚酯（new type easy disperse dyeable polyester，縮寫為NEDDP）纖維（注冊商標(biāo)為迭代?滌綸-D）［3-5］，是對EDDP 的改進，主要是其纖維織物不僅可實現(xiàn)包括黑色在內(nèi)的全色系常壓深染，且具有優(yōu)良的色牢度。

PET 為聚對苯二甲酸乙二醇酯，NEDDP 是一種共聚醚酯，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下所示。將兩個化學(xué)結(jié)構(gòu)進行對比可知，NEDDP 化學(xué)結(jié)構(gòu)中引入了間苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元，適度破壞了PET 的結(jié)構(gòu)規(guī)整性，以擴大無定形區(qū)，有利于染料的滲透；還引入了PEG 的結(jié)構(gòu)單元以提高大分子鏈段的柔性，降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有利于大分子鏈段的運動，可有效降低染色溫度。

1 實驗

1.1 纖維的制備

使用NEDDP切片在大生產(chǎn)線上完成了POY-DTY纖維加工，NEDDP 切片特性黏數(shù)為0.762 dL/g，熔點為248 ℃，端羧基含量為4.57 mol/t，DEG 質(zhì)量分數(shù)為2.23%，B值為5.0；生產(chǎn)的纖維為75d/72f 圓形截面纖維，斷裂強度為3.8 cN/dt，斷裂伸長率為22.4%。并與同規(guī)格PET 纖維（斷裂強度4.21 cN/dt，斷裂伸長率21.6%）做染色性能對比研究。

1.2 織物染色

利用上述兩種75d/72f 圓形截面纖維織造成襪筒，采用可控溫高溫高壓小樣染色機染色，選用了高溫型、中溫型及低溫型多種型號、多種顏色的染料在不同溫度下染色。PET 的染色曲線如常規(guī)，升溫至130 ℃并保持50 min，而后還原清洗。

NEDDP纖維織物的染色過程升溫曲線如下所示：

與PET 纖維織物不同的是，NEDDP 纖維織物需要依據(jù)自身特點制定染色工藝，關(guān)鍵點是：（1）面料必須低溫入浴；（2）升溫至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近時保持一段時間，使染料充分滲透入纖維；（3）慢速升溫至95～100 ℃，保持規(guī)定時間，使染色達到平衡，然后便可趁熱排掉殘液，含氨綸量較高的面料需要緩慢降溫，再進行酸性或堿性還原清洗。

1.3 測試

1.3.1 K/S值

用Datacolor 600測色儀檢測染色織物的K/S值。

1.3.2 色牢度

耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y試。

耐水洗色牢度按照GB/T 12490—2014《紡織品色牢度試驗?zāi)图彝ズ蜕虡I(yè)洗滌色牢度》測試。

升華色牢度按照JISL 0854：2001《升華色牢度》測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種染色溫度下NEDDP 纖維織物的染色效果

選用了5 種不同型號、不同顏色的染料染色，染色效果見圖1，K/S值見表1。由圖1 和表1 可以看出，在100 ℃常壓沸染時，NEDDP 纖維織物可以獲得多種深淺各異的顏色，只是不同染料的色相與在130 ℃高溫染色時略有差異。在兩種不同染色溫度下，NEDDP 纖維織物的K/S值只是個別染料的顏色產(chǎn)生些許差異。

圖1 兩種染色溫度下NEDDP 纖維織物的染色效果

2.2 不同染色溫度下PET 與NEDDP 織物的K/S值

將NEDDP 與PET 織物在85～125 ℃進行染色，并逐一測定不同染色溫度時的K/S值，得到如圖2 所示的規(guī)律：（1）無論使用何種染料，隨著染色溫度的升高，PET 纖維織物的K/S值緩慢升高，最高值出現(xiàn)在大于等于125 ℃時。（2）NEDDP 纖維織物在染色溫低于100 ℃時，K/S值便迅速提高，最高值大多出現(xiàn)在95～100 ℃。（3）在100 ℃染色時，NEDDP 纖維織物的K/S值遠高于PET 纖維織物。（4）低溫玫瑰紅、低溫艷藍和中高溫紫等染料在100 ℃染色NEDDP 纖維織物時，K/S值出現(xiàn)峰值，繼續(xù)升高染色溫度，K/S值反而下降。這是因為在染色后期，纖維內(nèi)的染料濃度高于染液內(nèi)的染料濃度，形成染料從纖維內(nèi)部向染液遷移的推動力，在高溫染色時NEDDP 大分子鏈段運動加劇，相對分子質(zhì)量較小的低溫型染料，已上染的染料更易從纖維內(nèi)部的無定形區(qū)向纖維表面遷移，并最終遷移至染液。但低溫嫩黃染料染NEDDP 纖維時未出現(xiàn)此現(xiàn)象，隨著染色溫度的升高，K/S值持續(xù)提升，應(yīng)該與嫩黃染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。（5）使用各種高溫型染料染色的NEDDP 纖維織物K/S值均隨染色溫度的升高而升高，大多在高于100 ℃時達到平衡。這表明NEDDP 纖維可在常壓條件下染深色。

圖2 NEDDP 與PET 纖維織物在不同染色溫度下的K/S 值

2.3 不同染色溫度下PET 與NEDDP 纖維織物的光學(xué)顯微鏡觀察

以不同溫度下高溫大紅GS 染色的NEDDP 及PET 纖維織物試樣為實例，使用光學(xué)顯微鏡觀察織物的染色情況，結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可看出，NEDDP或PET 纖維織物在使用分散染料染色的過程中，首先是分散染料向纖維表面吸附并著色，然后逐漸向纖維內(nèi)部滲透擴散，最終進入纖維內(nèi)部達到透染。NEDDP 纖維在100 ℃染色時，只是表面著色，105 ℃時基本透染，直至110 ℃及更高染色溫度時，才完全透染。而PET 纖維在實驗溫度范圍內(nèi)的染色效果均達不到NEDDP 纖維，直到染色溫度為130 ℃時，芯部仍可見白色影像，仍未達到透染。顯微鏡的觀察結(jié)果與K/S值的測試結(jié)果基本相符。

圖3 NEDDP 及PET 纖維織物染色的光學(xué)顯微鏡觀察

2.4 NEDDP 染色纖維織物的色牢度

NEDDP 纖維具有良好的常壓染色性能，有較高的K/S值，還必須具有良好的染色牢度。

2.4.1 耐干摩擦色牢度

對10 種染料在不同染色溫度下染色NEDDP 纖維織物的耐干摩擦色牢度進行比較。由表2 可以看出，除高溫深藍HGL 染料的耐干摩擦色牢度不甚滿意外，其他染料在研究范圍內(nèi)的染色溫度下，染色織物均具有很好的耐干摩擦色牢度。

表2 不同染料染色NEDDP 纖維織物的耐干摩擦色牢度

2.4.2 6 纖沾色牢度

上述10 種染料在100、115 ℃下染色NEDDP 纖維織物的6 纖沾色牢度見表3。由表3 可以看出，只有嫩黃3G 對醋酯、PA6、PET 和羊毛的沾色牢度不良，其余染料在100 ℃染色的織物對6 種纖維均具有很好的沾色牢度。需研究沾色牢度與嫩黃3G 染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在115 ℃下染色的織物對個別纖維也出現(xiàn)了沾色牢度不良的現(xiàn)象。

表3 不同染料染色NEDDP 纖維織物的耐水洗沾色牢度

2.4.3 其他多項色牢度

表4 為50d/72f DTY 的NEDDP 纖維織物的多項染色牢度。由表4 可以看出，在100 ℃染色織物的光亮度L值最低，即染色最深，更高染色溫度時L值反而上升，其原因已如前所述。100 ℃染色時多項色牢度均達到滿意的效果。良好的染色牢度取決于NEDDP 化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性以及合理的纖維成形加工工藝。

由圖4 的NEDDP DSC 分析譜圖可見，NEDDP 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較PET 降低了約22 ℃，是實施常壓染色的必要條件；冷結(jié)晶溫度較PET 降低了21 ℃左右，且峰形尖銳，表明其易結(jié)晶且具有良好的結(jié)晶性能，不會導(dǎo)致上染后的染料在染色后期向外遷移，提高了上染率和色牢度。

圖4 NEDDP 的DSC 分析譜圖

3 結(jié)論

NEDDP 纖維的染色升溫曲線必須依據(jù)其性能來決定，面料必須低溫入浴，慢速升溫，升溫至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近保持適當(dāng)時間，然后慢速升溫至100 ℃，保持規(guī)定時間，再還原清洗。NEDDP 與PET 纖維在使用多種染料和多個溫度條件下的染色結(jié)果表明，NEDDP 纖維在100 ℃染色時已達平衡深染，其染色K/S值遠高于PET 纖維，與用光學(xué)顯微鏡觀察的直觀描述有很好的一致性；NEDDP 纖維織物在100 ℃下染色具有良好的染色牢度。