涤纶低温染色的研究现状及发展趋势

范云丽，徐华凤，王雪燕

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)



涤纶低温染色的研究现状及发展趋势

范云丽，徐华凤，王雪燕

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

涤纶低温染色一直是国内外研究的热点。阐述了当前国内外涤纶低温染色的方法：载体、表面活性剂和有机溶剂的研究近况，介绍了改善涤纶染色性能的其他方法，并展望了涤纶低温染色的发展趋势。

涤纶低温染色载体表面活性剂发展趋势

由于涤纶纤维具有优良的耐热性、耐光性、化学稳定性以及尺寸稳定性等优良特性，因此，涤纶织物具有广泛的应用领域，而且随着涤纶差异化率的提高，其应用领域将会不断扩展。但涤纶纤维是一种疏水性强的合成纤维，分子结构中缺少像纤维素分子和蛋白质分子中能够与染料分子发生作用的活性基团，且其分子排列紧密，结晶度高，在常压无合适助剂的条件下，涤纶纤维很难染色[1]。长期以来改善涤纶纤维染色性能的研究一直受到人们的重视。

改善涤纶纤维染色性能的关键在于膨化涤纶纤维，削弱纤维分子间作用力，降低其玻璃化温度，增加分散染料的溶解度及分散性，同时在涤纶纤维上引入较多能与分散染料结合的基团，从而增大分散染料向涤纶纤维表面吸附上染速率及向纤维内部的扩散速率。目前国内外研究涤纶低温染色的方法有载体法、表面活性剂、有机溶剂以及其他方法。

1　国内外涤纶低温染色的研究现状

1.1载体染色研究现状

20世纪50年代，Waters[2]首次用载体定义在分散染料上染涤纶纤维过程中能提高上染率的化合物。苯酚类及苯衍生物类是最早出现的一批载体，它们是小分子化合物，在染浴中能快速进入涤纶纤维无定形区，增塑纤维，增大其自由体积，在染液中加入或者染色前预处理均有利于上染率的提高。Roberts等人[3]探讨了载体促染动力学机理，即染浴中载体的扩散系数远高于分散染料，且随吸附量的增加而增大，而其活化能和活化熵低于分散染料，这是由载体结构决定，其对纤维具有增塑作用。关于载体的研究极多，其作用机理也有很多，而且都有相应的实验支持，但有各自的局限性。目前普遍被接受并认可的载体作用机理是[4]：(1)载体一般是一些结构简单的芳香族有机化合物，所以载体与纤维之间以氢键或范德华力结合，削弱纤维分子链间作用力，增大空穴，有助于染料快速扩散；(2)载体吸附在纤维表面形成液状载体层，而载体对染料的溶解能力强，故在纤维表面形成高浓度染料层，提高染料在纤维内外的浓度梯度，加快染料上染速率[5]

在前期载体染色生产中，广泛应用的载体种类主要有邻苯基苯酚、氯苯类以及甲基萘。邻苯基苯酚促染效果好，但残留在织物上的载体难以去除，对日晒牢度有影响；氯苯类和甲基萘毒性较大，且气味难闻，在实际应用中有限制。如潘玲芳等人探究了苯甲醇在涤纶常压染色中的应用，苯甲醇可降低纤维玻璃化温度，具有促染作用[6]，但苯甲醇是一种低毒类载体，不宜生产应用。Debasis Dhara等人[7]研究了苯酚在涤纶染色中的作用，苯酚能增塑涤纶，增溶染料，从而提高上染率。上海纺织科研所研制的载体ST-2，是卤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]以乙酰苯为载体，N-甲基-2-吡咯烷酮为膨化剂用于涤纶纤维染色中，可降低染色温度，但载体用量较大。Hans-Peter Baumann等人[10]以含有70%芳香烷烃与30%含有环氧乙烷化合物的混合物作为涤纶分散染料染色载体。

近年来，环保型载体的研发成为了研究热点。环保型载体主要有醚类、酯类和酰胺类等，大多为苯的衍生物，也有一部分为脂肪族类。如王娟娟[11]探讨了甲基丙烯酸甲酯以及丙烯酸苯酯在涤纶常压染色中的应用，二者均有促染作用，但丙烯酸甲酯由于分子结构比较大，其染色牢度较差。唐杰等人[12]为降低涤纶染色温度，通过实验分析得出载体丁二酸二丁酯，能够增塑纤维，降低其玻璃化温度，增溶染料，与高温高压染色效果相当，且无毒无害。崔淑玲等人[13]研制的低分子芳香酯类化合物与合适的阴非离子表面活性剂复配得到低温染色助剂CWL，能够增塑涤纶纤维，降低分散染料染色温度。周庆余等人[14]通过优化筛选得到含有羟基和羧基的芳香酯类化合物，利于聚酯纤维膨胀增塑，同时通过氢键吸附携载染料，显著提升染色性能。纪晋敏等人[15]研制的环保型助剂SJ是有机醚类与有机酯类的复配物，无毒无味、易生物降解，既可以增溶分散染料，又可增塑纤维，低温条件下染色性能良好。马正升等人[16]研制的环保型载体SML属于醚类物质，低毒无味，易生物降解，适用于涤纶微细超细纤维及其混纺织物染色。曹书梅等人[17]研制的载体ED-1是聚氧乙烯醚衍生物，低毒无味，在涤纶常压染色中的应用效果与国内常规载体相当。李连举等人[18]实验证明低分子胺类可进入涤纶纤维内部，使纤维氨解，降低涤纶结晶度，有利于低温染色。孔令红[19]研制的环保型载体BIP是烷基邻苯二甲酰亚胺酰胺类化合物与表面活性剂的复配物，无毒无味，可生物降解，低温染色效果较好。贾梦莉等人[20]探讨了香兰素(3-甲氧基-4-羟基苯甲醛)在涤纶常压染色中的应用效果，其效果与高温高压染色效果相当。余艳娥等人[21]将烷基胺、二甲苯以及苯酐在适当条件下反应得到CWP原油，通过乳化剂乳化得到环保型载体CWP-8809，无毒无味，可用于涤纶载体染色。蔡润之[22]研发的环保型载体N-9属于N-烷基芳香酰胺类，无毒无味，价格适中，且促染率高，移染性好。汪娇宁等人[23]合成1-环己基-2-吡咯烷酮，并用于涤纶低温染色中，实验证明它是一种有效的染色载体，并且不含苯环结构。最近也有人研究用N-辛基吡咯烷酮、二乙烯乙二醇或它们的配合物作为涤纶染色载体，不含苯环，但含有环基提高染色效果，但其价格比较高不宜推广。我国研究者研究了众多酯类、醚类或其复配物对涤纶染色性能的影响，但载体结构很少公布。如宋慧君等人研制的环保型载体OE和CWP810在涤纶常压染色中具有良好的应用效果[24，25]。夏韶东等人[26]引进的德国第四代涤纶染色环保型载体Okolez 501用于涤纶常压染色，可使织物获得较好表观深度，且染色牢度好。上述载体具体结构组成均未公布。

理想的载体应该是无毒无臭、易生物降解，促染效果好，不影响织物色光和牢度，染后易去除，且成本低廉。但目前完全达到这些要求的载体还没有。目前载体染色存在的问题：上染不匀，易形成染斑；载体有毒有味，不易生物降解；染色牢度差。所以载体染色法未能广泛应用于实际工业生产中。

1.2表面活性剂染色研究现状

分散染料为获得良好的染色性能，大量的染色助剂被广泛应用。而染色助剂的作用有多个方面，在染液中与染料作用，在纤维表面与纤维或染料作用，在纤维中与纤维或染料作用，从而达到促染、匀染的效果。如Ik-Soo Kim研究了二烷基二甲基溴化铵在涤纶分散染料染色中的应用[27，28]，其中双十二烷基二甲基溴化铵应用于涤纶及尼龙染色中，能够增溶染料，并吸附于纤维表层，有利于纤维表层染料浓度增大，有助于染料扩散进入纤维，所得织物染色表观深度值、透染性以及染色牢度与高温高压染色结果相同，从而实现低温染色。Ernst Schonpflug等人[29]将新型脂肪烃类匀染剂与常用载体以及环氧乙烷匀染剂通过实验对比得出，新型脂肪烃类匀染剂在染浴和纤维表面同时作用，在100℃便可进入纤维内部，并能极大限度的提升织物匀染性，与大多数载体相当，甚至优越于载体性能。魏连超等人[30]将环保型促进剂BEA与专用环保型乳化剂YLR配套应用于涤纶染色中，促进剂能增溶分散染料，膨化纤维，具有良好的促染效果，可实现涤纶低温染色。贾延华等人[31]将纤维膨化剂、染料增溶剂、乳化剂以及交联剂在适当条件下复配得到促染剂DDA，可用于涤纶常压染色，但染液中有少量有机溶剂，需在密闭容器中染色。曹颖等人[32]将研发的促染剂用于涤纶染色中，结果表明，该款促染剂能够提高上染率达95%以上，提高染色深度，节约染料用量。吴赞敏[33]研究发现匀染剂Palegal SF具有载体和表面活性剂的双重作用，这是由其双重结构决定的，其主要成分脂肪族酯类具有载体的作用，而乳化组分表面活性剂低温作用于染浴。Marti等人[34]将磷脂体用于涤纶分散染料染色中，磷脂体能够分散染料，从而提高上染率，并且染色牢度较好。Carrion等人[35]推荐分散染料乳液染色方法，即二氯甲烷通过超声波分散于水中，并与磷酸甘油酯形成稳定的超分子结构，从而增溶染料，可在低于40℃条件下染色。Chiu-Chun Lai等人[36]将改性Gemini表面活性剂用于涤纶分散染料染色中，其具有良好的分散性能，并与染料分子形成染料-助剂配合物，配合物的水溶性较好，导致最终上染率有所降低。钱国坻等人[37]研究表明，非离子表面活性剂中复配中等磺化度的阴离子表面活性剂，且复配物与分散染料的HLB值应接近，使用时浓度略大于其临界胶束浓度，更有利于提升匀染性。

虽然通过“溶解”在表面活性剂胶束中的分散染料染色可提高织物匀染性和染色重现性，但存在染色时间长，表面活性剂浓度必须足够高，染色速率较慢，上染率低的问题。

1.3有机溶剂染色研究现状

为了节约能源，减少污染，且提高涤纶分散染料染色性能，有时会采用一些对分散染料有增溶作用，或对涤纶纤维具有增塑作用的有机溶剂作为染色介质进行染色。采用溶剂处理，可降低涤纶的玻璃化温度，改善涤纶的染色特性，实现低温常压染色。如S.R.Shukla等人[38]通过实验证实，苯胺和硝基苯的溶解度参数与涤纶纤维接近，从而增塑、溶胀以及胺解纤维。王雪燕等人[39]联合等离子体与苯甲醇对涤纶纤维预处理，实现了低温常压染色涤纶，并且染色织物具有良好的深浓鲜艳性。

因有机溶剂价格昂贵，回收比较困难，目前未在实际生产中应用。

1.4改进涤纶低温染色性能的其他方法

通过纤维改性也可实现涤纶低温染色，例如张庆等人[40]对聚酯纤维进行氧气低温等离子体处理，可提高染料对织物的初染率和平衡上染率，并且增强聚酯纤维亲水性，降低其结晶度和取向度。H. I.NASR等人[41]对涤棉混纺织物用烯丙胺和丙烯酸的共聚物通过伽马射线进行接枝改性，使织物表面具有羧基和氨基的结构，增强织物对阴离子染料的亲和力，并且提升了织物的抗皱性能，断裂强度及断裂伸长率。Tina Harifi等人[42]通过二氧化钛对涤纶进行预处理，处理后织物的染色性能优于载体染色织物性能，且能避免载体带来的染色缺陷。还有其他一系列的改性方法，如涤纶阳离子改性、减法改性以及其他射线改性等，以达到降低涤纶染色温度目的，但目前这些方法由于某些限制还未能应用于工业化生产中。还可通过涤纶纺丝的方法降低涤纶染色温度，如将间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠作为第三单体与涤纶共聚，实现阳离子染料染色，降低染色温度，还可将丁二醇作为第三单体与涤纶共聚，实现涤纶常压沸染。当前，将超临界二氧化碳作为染色介质具有工艺简单、流程短、不用助剂，染后不用清洗，染料利用率高，没有废水产生等一系列环保特点，国外已有超临界二氧化碳设备供应商以及涤纶超临界二氧化碳染色专用分散染料。但国内还未实现超临界二氧化碳工业化应用。

2　涤纶低温染色的发展趋势

针对当前载体染色、有机溶剂染色以及表面活性剂染色存在的问题，为了满足当前资源节约型和环境友好型的社会发展需求，积极研发无毒无味，易生物降解，且促染效果好，匀染性较好的环保型涤纶低温染色促染剂势在必行。近年来，Rosarina Carpignano等人[43]将β-环糊精用于涤纶分散染料染色中，其染色效果与商业用染色助剂效果相当，且其易生物降解，是一款应用性能良好的环保型助剂。张子涛等人[44]研制的助剂M是一种无毒无味，易生物降解的多组分复配物质，在涤纶低温常压染色中具有一定的促染作用，对分散染料的提升性能好，可用于涤纶混纺织物染色。蔡翔[45]通过正交实验复配得到的助剂LAB，对分散染料具有增溶作用，同时可提高染料对毛涤混纺织物的上染百分率，改善织物匀染性能和染色牢度。

当前，国家倡导资源节约型和环境友好型社会发展理念，染色助剂的开发也应向着无毒无味，易生物降解，对环境无危害的方向发展，即高效染色助剂发展方向。因此，开发一款针对涤纶染色的高效促染剂，降低涤纶染色温度，提高染料利用率，具有很广泛的应用前景。

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1008-5580(2016)03-0182-05

2016-04-26

范云丽(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：绿色环保改性助剂的研制及纺织品整理中的应用。

王雪燕(1963-)，女，教授，硕士生导师。

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