滌綸低溫染色的研究現狀及發展趨勢

范云麗，徐華鳳，王雪燕

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

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滌綸低溫染色的研究現狀及發展趨勢

范云麗，徐華鳳，王雪燕

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

滌綸低溫染色一直是國內外研究的熱點。闡述了當前國內外滌綸低溫染色的方法：載體、表面活性劑和有機溶劑的研究近況，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展趨勢。

滌綸低溫染色載體表面活性劑發展趨勢

由于滌綸纖維具有優良的耐熱性、耐光性、化學穩定性以及尺寸穩定性等優良特性，因此，滌綸織物具有廣泛的應用領域，而且隨著滌綸差異化率的提高，其應用領域將會不斷擴展。但滌綸纖維是一種疏水性強的合成纖維，分子結構中缺少像纖維素分子和蛋白質分子中能夠與染料分子發生作用的活性基團，且其分子排列緊密，結晶度高，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合的基團，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部的擴散速率。目前國內外研究滌綸低溫染色的方法有載體法、表面活性劑、有機溶劑以及其他方法。

1　國內外滌綸低溫染色的研究現狀

1.1載體染色研究現狀

20世紀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的一批載體，它們是小分子化合物，在染浴中能快速進入滌綸纖維無定形區，增塑纖維，增大其自由體積，在染液中加入或者染色前預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機理，即染浴中載體的擴散系數遠高于分散染料，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，這是由載體結構決定，其對纖維具有增塑作用。關于載體的研究極多，其作用機理也有很多，而且都有相應的實驗支持，但有各自的局限性。目前普遍被接受并認可的載體作用機理是[4]：(1)載體一般是一些結構簡單的芳香族有機化合物，所以載體與纖維之間以氫鍵或范德華力結合，削弱纖維分子鏈間作用力，增大空穴，有助于染料快速擴散；(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，故在纖維表面形成高濃度染料層，提高染料在纖維內外的濃度梯度，加快染料上染速率[5]

在前期載體染色生產中，廣泛應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，不宜生產應用。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，環保型載體的研發成為了研究熱點。環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用，二者均有促染作用，但丙烯酸甲酯由于分子結構比較大，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，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。紀晉敏等人[15]研制的環保型助劑SJ是有機醚類與有機酯類的復配物，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]研制的環保型載體SML屬于醚類物質，低毒無味，易生物降解，適用于滌綸微細超細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用效果與國內常規載體相當。李連舉等人[18]實驗證明低分子胺類可進入滌綸纖維內部，使纖維氨解，降低滌綸結晶度，有利于低溫染色。孔令紅[19]研制的環保型載體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用效果，其效果與高溫高壓染色效果相當。余艷娥等人[21]將烷基胺、二甲苯以及苯酐在適當條件下反應得到CWP原油，通過乳化劑乳化得到環保型載體CWP-8809，無毒無味，可用于滌綸載體染色。蔡潤之[22]研發的環保型載體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，并且不含苯環結構。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，但含有環基提高染色效果，但其價格比較高不宜推廣。我國研究者研究了眾多酯類、醚類或其復配物對滌綸染色性能的影響，但載體結構很少公布。如宋慧君等人研制的環保型載體OE和CWP810在滌綸常壓染色中具有良好的應用效果[24，25]。夏韶東等人[26]引進的德國第四代滌綸染色環保型載體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。上述載體具體結構組成均未公布。

理想的載體應該是無毒無臭、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用于實際工業生產中。

1.2表面活性劑染色研究現狀

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用[27，28]，其中雙十二烷基二甲基溴化銨應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，有助于染料擴散進入纖維，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果相同，從而實現低溫染色。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℃便可進入纖維內部，并能極大限度的提升織物勻染性，與大多數載體相當，甚至優越于載體性能。魏連超等人[30]將環保型促進劑BEA與專用環保型乳化劑YLR配套應用于滌綸染色中，促進劑能增溶分散染料，膨化纖維，具有良好的促染效果，可實現滌綸低溫染色。賈延華等人[31]將纖維膨化劑、染料增溶劑、乳化劑以及交聯劑在適當條件下復配得到促染劑DDA，可用于滌綸常壓染色，但染液中有少量有機溶劑，需在密閉容器中染色。曹穎等人[32]將研發的促染劑用于滌綸染色中，結果表明，該款促染劑能夠提高上染率達95%以上，提高染色深度，節約染料用量。吳贊敏[33]研究發現勻染劑Palegal SF具有載體和表面活性劑的雙重作用，這是由其雙重結構決定的，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定的超分子結構，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配中等磺化度的陰離子表面活性劑，且復配物與分散染料的HLB值應接近，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有機溶劑染色研究現狀

為了節約能源，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，或對滌綸纖維具有增塑作用的有機溶劑作為染色介質進行染色。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]聯合等離子體與苯甲醇對滌綸纖維預處理，實現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。

因有機溶劑價格昂貴，回收比較困難，目前未在實際生產中應用。

1.4改進滌綸低溫染色性能的其他方法

通過纖維改性也可實現滌綸低溫染色，例如張慶等人[40]對聚酯纖維進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，并且增強聚酯纖維親水性，降低其結晶度和取向度。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行接枝改性，使織物表面具有羧基和氨基的結構，增強織物對陰離子染料的親和力，并且提升了織物的抗皺性能，斷裂強度及斷裂伸長率。Tina Harifi等人[42]通過二氧化鈦對滌綸進行預處理，處理后織物的染色性能優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用于工業化生產中。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，實現滌綸常壓沸染。當前，將超臨界二氧化碳作為染色介質具有工藝簡單、流程短、不用助劑，染后不用清洗，染料利用率高，沒有廢水產生等一系列環保特點，國外已有超臨界二氧化碳設備供應商以及滌綸超臨界二氧化碳染色專用分散染料。但國內還未實現超臨界二氧化碳工業化應用。

2　滌綸低溫染色的發展趨勢

針對當前載體染色、有機溶劑染色以及表面活性劑染色存在的問題，為了滿足當前資源節約型和環境友好型的社會發展需求，積極研發無毒無味，易生物降解，且促染效果好，勻染性較好的環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-環糊精用于滌綸分散染料染色中，其染色效果與商業用染色助劑效果相當，且其易生物降解，是一款應用性能良好的環保型助劑。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配物質，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。

當前，國家倡導資源節約型和環境友好型社會發展理念，染色助劑的開發也應向著無毒無味，易生物降解，對環境無危害的方向發展，即高效染色助劑發展方向。因此，開發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，具有很廣泛的應用前景。

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1008-5580(2016)03-0182-05

2016-04-26

范云麗(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：綠色環保改性助劑的研制及紡織品整理中的應用。

王雪燕(1963-)，女，教授，碩士生導師。

TS193

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