ECDP短纤维染色饱和值的测定

李艳玲，杨文芳，孟宪献，王瑞武，尹翠玉

(1.中石化天津分公司化工部，天津300271;2.天津工业大学，天津300160)

纤维的染色饱和值(Sf)是衡量纤维染色性能和制定合理染色工艺的重要参数，Sf大，纤维的上染量高，更适合深染。因此，准确测定纤维的Sf，比较各纤维间的染色性能，以更好地指导下游企业生产。阳离子染料可染涤纶(ECDP)纤维的Sf是以染料对纤维的上染率达90%时作为饱和界限，计算100 g纤维上染亚甲基蓝的质量，再折合成相对分子质量为400的阳离子染料孔雀绿的质量［1］。

1 实验

1.1 原料与试剂

ECDP:规格 1.56 dtex×38 mm，中国石化天津分公司产;亚甲基蓝:纯度98%，天津市光复精细化工研究所产;冰乙酸、结晶乙酸钠:分析纯，天津市化学试剂一厂产。

1.2 仪器和设备

Ahiba Nuance Eco红外染色试样机:美国datacolour公司制;723型分光光度计:上海光谱仪器有限公司制;电子天平:梅特勒-托利多仪器有限公司制;TPC 3001单浴槽染色机:Roaches International.Ltd制;UV2450可见分光光度计:日本岛津制作所制。

1.3 实验方法

为去除纤维表面的油剂，用非离子型的洗涤剂按一定的浓度及浴比处理ECDP纤维，用手挤去水分待用。

称取5 g染料加入1 L的三级软化水配置成一定染料浓度的母液，吸取不同量的母液，按照1∶100的染色浴比配置成不同染料浓度(C)即染料对纤维的质量分数的染液，其中要根据染液的pH值放入一定的冰乙酸及结晶乙酸钠试剂。

将处理好的纤维放入染桶，50℃入染，染液以2℃/min的升温速率升至80℃，再以0.5℃/min升温速率升至所需温度，保温一定时间后以2℃/min的降温速率将温度降至50℃，取出纤维，并挤去多余的残液于染杯中，用少量40℃的三级软化水洗涤，再用室温下的三级软化水洗涤至洗净浮色，洗液全部收集并与染色残液合并，冷却后加水定容至500 mL，留作染液吸光度的测定。

1.4 吸光度的测定

将待测残液根据颜色的深浅，稀释成适宜的浓度(吸光度为0.1～0.8);配置合适浓度(约为2.5 mg/L)的标准亚甲基蓝染液，利用分光光度计，在最大吸收波长下(亚甲基蓝为668 nm)，分别测定定容后的残液及标准染液的吸光度值。

1.5 纤维Sf的计算

根据标准亚甲基蓝染浴和各档染料浓度残液的吸光度值，按照式(1)计算残液中的染料浓度(Ce)。

式中:V为染色残液和浮色洗涤液定容的体积;C0为标准亚甲基蓝染浴稀释前的质量浓度;E0为标准亚甲基蓝染浴稀释后的吸光度;n0为标准亚甲基蓝染浴稀释倍数;E为残液稀释后的吸光度;n为定容后残液稀释倍数;m为纤维质量。

以Ce为横坐标，以C为纵坐标，从原点作斜率为10的直线，如图1中A线，在该直线上任意一点的上染百分率均为90%;再根据从配置的各种不同染料浓度残液吸光度的测试结果，在图1中绘出相应的坐标点;然后，找出直线A两侧最为相邻的两点作直线，所作直线与直线A相交，如图1中B线所示。

图1 残液中染料量与原始染浴中染料量的关系Fig.1 Relationship between dye quantities in raffinate and in original dye bath

直线A与直线B相交点D的纵坐标DY即为被测纤维上染率为90%时染料对纤维的质量分数，即标准规定的染色饱和时的染料浓度值(Cs)。

式中:x1为图中直线左边点横坐标;y1为图中直线左边点纵坐标;x2为图中直线右边点横坐标;y2为图中直线右边点纵坐标。

按式(3)计算得ECDP纤维的的Sf。

2 结果与讨论

2.1 保温时间对ECDP纤维Sf的影响

调节染浴pH值至4.5，将染液加热至80℃后投入纤维，以0.5℃/min的升温速率达到100℃进行保温沸染。从图2可以看出，当染色温度达到100℃以后，随着保温时间的延长，Sf基本上是以直线上升的趋势增大，这与纤维内部结构的变化有关。一方面分子振动的振幅和频率增加，另一方面，分子的自由体积也增加，因此提供了分子的运动空间增多，当温度达到玻璃化转变温度时，能够发生链段的运动，这样就增加了染料分子向纤维内部扩散的速率，而温度的升高也使大量的染料分子获得足够的能量，足以克服染色活化能，因此上染率急剧增加［2］。当保温时间达到120 min以后染料进入纤维无定形区的数量趋于饱和，Sf上升缓慢。当保温时间达到160 min以后，饱和值基本不再变化，所以保温时间定为120 min已经能够满足测试要求。

图2 染色保温时间对纤维Sf的影响Fig.2 Influence of heat preservation time on Sfof fiber

2.2 染色温度对ECDP纤维Sf的影响

调节染浴pH值至4.5，将染液加热至80℃后投入纤维，以0.5℃/min的升温速率达到一定的温度进行染色，并保温120 min，测定纤维的Sf，如图3所示。从图3可以看出，在相同的染色条件下，随着温度的升高，ECDP纤维的Sf逐渐增大，这是因为温度越高，染料分子与磺酸基团的离子键合反应越易进行，染座越易上染，而温度的升高，也使大分子的链段运动越易进行，染料更易进入纤维的无定形区，则纤维的Sf随着温度升高而增大。

图3 染色温度对纤维Sf的影响Fig.3 Influence of dying temperature on Sfof fiber

从图3还可以看出，ECDP纤维的Sf在100℃以上时即趋于平稳，以110℃最大，但考虑到此种纤维一般是常温常压下染色，故选用100℃定为ECDP纤维Sf的测定温度。

2.3 pH值对纤维Sf的影响

按常用缓冲溶液的配制方法配制pH值为3.5～6.0的染液，投入 ECDP 纤维，以 0.5 ℃/min的升温速率达到100℃进行沸染并保温120 min，测其Sf，如图4所示。

图4 pH值对纤维Sf的影响Fig.4 Influence of pH value on Sfof fiber

由图4可知，随着pH值的增加，ECDP纤维的Sf呈现先增大后减小的趋势，在pH值为4.5～5.0时比较稳定。这是因为阳离子染料上染的机理是染料与纤维上的酸性基团结合［3］，因此与常规聚酯纤维相比，阳离子染料可染改性聚酯纤维对酸敏感。当pH值较低或较高时，相当一部分染料会发生化学变化而遭破坏，从而导致Sf较低或变色。因此用阳离子染料对ECDP纤维染色时，应控制染浴pH值为4.5～5.0较为适宜。

2.4 染料浓度的选择

实验发现，当C小于5%时，无法得出DY值。因此，调节染浴pH值至4.5，以染料C为5%，6%，7%，8%配成染液，将染液加热至80℃后投入纤维，在100℃的温度下染色120 min，测定ECDP纤维的Sf，如表3所示。

表3 不同染料浓度下的残液染料量Tab.3 Dye quantity in raffinate under different dye concentrations

根据表3的数据作图，得出DY为7.621，Sf为 8.4。

3 结论

a.染浴pH值在4.5～5.0的条件下染色时，ECDP纤维的Sf较高且稳定。因此在进行ECDP纤维的Sf的测定试验时，应将染浴的pH值控制在4.5 ～5.0较为适宜。

b.因ECDP纤维的上染率较高，在进行Sf试验时用户可根据自身产品特性选择适合的染料浓度，建议C选择在5% ～9%比较合适。

c.染色温度控制在100℃，保温时间120 min，可以比较准确地测得ECDP纤维的Sf。

［1］吴倩梅.阳离子染料可染聚酯染色饱和值的测定［J］.广东化纤，1998(2):34－38.

［2］孙玉.阳离子染料可染共聚酯的制备及其结构性能的研究［D］.天津:天津工业大学，2008.

［3］上海市纺织工业局.染料应用手册.四分册.阳离子染料［M］.北京:纺织工业出版社，1984 ，12－14.