ECDP纖維染色性能的研究

楊正華，陳鑫濤，梅海霞，蔣龍宇

（1.江蘇聯發高端紡織技術研究院，江蘇南通 226600；2.江蘇聯發紡織股份有限公司，江蘇南通 226600）

普通滌綸纖維（PET）是疏水性的合成纖維，滌綸大分子排列緊密，染料分子不易進入纖維內部，致使染色困難，需要在高溫高壓下用分散染料進行染色。為解決滌綸染色困難的問題，從業者在纖維改性方面做了許多研究［1-2］，如陽離子染料可染滌綸（簡稱CDP）和陽離子染料易染滌綸（簡稱ECDP）。CDP纖維是在常規PET纖維的二元單體基礎上，添加少量含磺酸基團的第三單體共聚而得，使其可用陽離子染料染色。但由于其纖維超分子結構仍與常規滌綸相似，玻璃化溫度也較高，需要在一定的壓力下染色，最高上染溫度比常規PET纖維下降了10～15℃。ECDP纖維是在CDP纖維的基礎上，添加少量一定相對分子質量的聚乙二醇或脂肪族聚酯二醇作為第四單體得到的一種聚酯。柔性鏈段的引入使ECDP纖維大分子結構更疏松，無定形區增大，陽離子染料更容易擴散進入纖維內部，與纖維上的磺酸基團結合，因而ECDP纖維的染色條件更溫和，可在較低的溫度下進行染色［3］。ECDP纖維不僅解決了滌綸染色困難的問題，而且比常規滌綸更加節能、環保，可使產品多樣化，具有廣闊的發展前景［4-5］。但目前對ECDP纖維的染色性能缺乏系統的研究［6］，本實驗研究染料的平衡上染率、染色溫度、染色時間及pH對ECDP纖維染色飽和值的影響。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：ECDP長絲（75D），亞甲基藍、冰醋酸、醋酸鈉。

儀器：Datacolor 650分光光度計（美國Datacolor公司），R4958-1CN124紅外線試樣機（宏益科技股份有限公司），YG063T單紗強力儀（陜西長嶺紡織機電科技有限公司），JA1103N電子天平（上海民橋精密科技儀器有限公司）。

1.2 前處理工藝

在染色前需通過前處理工藝去除紡絲過程中的各種油劑。具體工藝參數為：去油劑1 g/L，浴比1∶8，溫度90℃，時間15 min。

1.3 染色工藝

染色配方：亞甲基藍X，冰醋酸1%(omf)，醋酸鈉1%(omf)，浴比1∶10。

染色飽和值的確定：在相同染色工藝下，采用不同用量的亞甲基藍對ECDP纖維進行染色，控制最終的上染率，繪制平衡上染率與染色飽和值的曲線圖。

染色溫度的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同溫度（80、90、100、110、120℃）對ECDP纖維進行染色，繪制染色溫度與染色飽和值的曲線圖，并測試染色前后纖維的強力，繪制染色溫度與降強率的曲線圖。

染液pH的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同pH（3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0）的染液對ECDP纖維進行染色，并繪制pH與染色飽和值的曲線圖。

染色時間的選擇：在其他影響因素一致的條件下，用不同染色時間（80、90、100、110、120 min）對ECDP纖維進行染色，繪制染色時間與上染率的曲線圖，并研究染色時間對染色飽和值穩定性的影響，繪制染色時間與染色飽和值的曲線圖。

1.4 測試

1.4.1 上染率

測試染色前后染液的吸光度，按下式計算染料的上染率：

上染率=(1-A殘/A原)×100%

式中，A殘表示染色后殘液的吸光度［7］，A原表示染色前染液的吸光度。

1.4.2 染色飽和值

陽離子染料上染ECDP纖維屬于定位吸附，用染色飽和值表征單位質量纖維上含有可容納陽離子染料的陰離子染座數量。按下式計算纖維的染色飽和值Sf（g/100 g）。

Sf=DY×90%×98%×5/4

式中，DY表示上染率達到90%時染料對纖維的質量分數（g/100 g）［8］。

1.4.3 強力

按照企業標準《紡織原紗質量標準》測定紗線強力，用降強率F表示強力下降的幅度，具體按照下式計算：

F=(1-F測/F原)×100%

式中，F測表示染色后紗線的強力，cN；F原表示原紗的強力，cN。

2 結果與討論

2.1 染色飽和值的確定

由圖1可以看出，平衡上染率對染色飽和值有很大的影響，平衡上染率在80%以下時，ECDP纖維的染色飽和值隨平衡上染率的升高而提高；平衡上染率在80%～90%時，ECDP纖維的染色飽和值基本無變化，說明ECDP纖維的染色飽和值在4.0 g/100 g左右；在90%以上時，ECDP纖維的染色飽和值隨著平衡上染率的增加迅速減小，原因是平衡上染率太高，可能ECDP纖維上存在未被占據的染座，使測量的數值不準確。因此，進行ECDP纖維染色飽和值的測定時，必須將染料的平衡上染率控制在80%～90%，才能保證結果的準確性。

圖1 平衡上染率對染色飽和值的影響

2.2 染色溫度的選擇

2.2.1 染色溫度對染色飽和值的影響

染色溫度對ECDP纖維染色飽和值的影響如圖2所示。

圖2 染色溫度對染色飽和值的影響

由圖2可以看出，ECDP纖維染色飽和值隨著染色溫度的升高而增加，100℃以上時趨于穩定，染色飽和值處于4.0 g/100 g左右。這說明100℃以上，升高染色溫度對染色飽和值的影響不大。

2.2.2 染色溫度對降強率的影響

圖3是染色溫度對ECDP纖維降強率的影響。由圖3可以看出，ECDP纖維的強力隨著染色時間的延長而下降；相同時間下，染色溫度越高，強力下降越明顯。由于ECDP纖維是經拉伸定形的成品纖維，結構中有大量折疊鏈晶體，并以不折疊鏈段互相連接，形成結晶區和無定形區，高溫或長時間的熱處理會使纖維內部晶粒大小發生改變，晶粒表面出現缺陷，內部形成空隙，導致斷裂伸長降低，引起強力下降。

圖3 染色溫度對降強率的影響

綜上所述，選擇100℃的染色溫度更加保險。

2.3 染液pH的選擇

圖4是染浴pH對ECDP纖維染色飽和值的影響。由圖4可以看出，pH低于4.5時，染色飽和值波動較大。因為一般的染色單體帶有羧基，羧基的電離受溶液pH影響明顯，pH低時電離受到抑制，從而影響ECDP纖維對陽離子染料的吸附，平衡上染率下降；pH大于4.5時，ECDP纖維的染色飽和值較穩定。陽離子染料可染改性滌綸在染色生產中一般采用弱酸性染浴，因此將pH控制在4.5～5.0較適宜。

圖4 染液pH對染色飽和值的影響

2.4 染色時間的選擇

2.4.1 染色時間對上染率的影響

染色時間對ECDP纖維上染率的影響如圖5所示。由圖5可以看出，ECDP纖維的上染率隨著染色時間的延長而增大，當染色時間達到100 min以上時，上染率趨于穩定；繼續延長染色時間，上染率浮動幅度不大。

圖5 染色時間對上染率的影響

2.4.2 染色時間對染色飽和值穩定性的影響

圖6是染色時間對ECDP纖維染色飽和值的影響。由圖6可以看出，ECDP纖維保溫100 min，染色飽和值處于比較穩定的狀態，基本在4.0 g/100 g左右浮動；若將染色時間延長至110、120 min，染色飽和值隨染料用量的變化波動較大，因為ECDP纖維長時間處于高溫、高濕狀態下，結構與性能會發生變化，從而影響染色性能。

圖6 染色時間對染色飽和值的影響

綜上所述，染色時間在100 min時，ECDP纖維染色飽和值的重現性較好。

3 結論

ECDP纖維染色的最佳工藝為：染色溫度100℃、染色時間100 min、pH 4.5～5.0，染料的平衡上染率能達到80%～90%，且纖維性能優越。