涤纶纤维环保型染色载体苯甲酸苄酯的应用性能

贾梦莉，王春梅

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019)



涤纶纤维环保型染色载体苯甲酸苄酯的应用性能

贾梦莉，王春梅

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019)

摘要:采用苯甲酸苄酯作为载体对涤纶纤维染色以降低其染色温度，探讨了苯甲酸苄酯对涤纶纤维的结构及染色性能的影响。结果表明：载体苯甲酸苄酯对涤纶纤维有增塑作用，且不会对纤维造成损伤；苯甲酸苄酯的加入可以提高分散染料的平衡上染百分率及上染速率，缩短半染时间，且对分散染料雅特隆蓝AQE的移染性能有较大影响。载体苯甲酸苄酯染色效果与高温高压法染色效果相近，但对皂洗牢度之沾色牢度及升华牢度之沾色牢度有一定的负面影响。

关键词:苯甲酸苄酯；涤纶；载体染色；分散染料；染色性能

涤纶纤维性能优良，应用广泛，但其结构紧密，结晶度高，染色困难，常采用高温高压法染色。高温高压法染色温度较高，不利于涤/毛、涤/氨等混纺织物染色[1-3]。载体法染色时加入的载体可以降低涤纶纤维的玻璃化转变温度(Tg)，从而降低其染色温度，对涤纶纤维的结构及染色性能均有着较大的影响，载体法染色涤纶纤维已备受许多染整工作者的关注[4-5]。早期使用的载体不仅有毒、气味重，且难从织物上去除[6]，不符合建设环保节约型社会的要求。近几年，许多科研工作者开发出了环保型染色载体，唐杰[1]研制的载体丁二酸二丁酯、尚润玲[7]研制的酯类载体AB及于艳娥[8]研制的载体cwp-8809等均可以降低涤纶纤维的染色温度，虽然这些新型载体具有较好的应用前景，但仍然处于实验室研究阶段，未投入工业化生产。

苯甲酸苄酯是一种无毒，有微弱杏仁气味的化工原料，常用于化妆品、食品及医药等领域[9-10]，符合环保型染色载体的要求。本文采用苯甲酸苄酯作为载体，通过差热分析法得到经苯甲酸苄酯处理后涤纶纤维的DSC曲线以证明其对涤纶纤维的增塑作用，分析苯甲酸苄酯对涤纶纤维染色性能的影响，并将其染色效果与高温高压法染色效果进行比较。

1　试　验

1.1材料及仪器

材料：涤丝纺，8.3 tex×8.3 tex，门幅147 cm。雅特隆黄AQE、雅特隆蓝AQE、雅特隆红AQE(上海雅运纺织化工有限公司)，苯甲酸苄酯(分析纯，南京化学试剂股份有限公司)，苄酯乳化剂(复配型乳化剂，杭州绿典化工有限公司)，无水碳酸钠(分析纯，江苏强盛化工有限公司)，丙酮(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，中性皂片(上海制皂厂)，冰醋酸、氢氧化钠、连二亚硫酸钠(分析纯，西陇化工股份有限公司)等。

仪器：EL303电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，IR-12SM红外线试色机(厦门瑞比公司)，101AB-1电热恒温鼓风干燥机(海门市恒昌仪器厂)，Datacolor SF650测色配色仪(德塔颜色商贸(上海)有限公司)，723可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，DSC214差示扫描量热仪(德国Netzsch公司)，YG(B)026H-250型织物强力仪(温州大荣纺织仪器有限公司)。

1.2载体的制备

苄酯乳化剂与苯甲酸苄酯(质量比1:9)混合搅拌均匀，配制成淡黄色透明液体备用，取适当混合液体加水开稀配成苯甲酸苄酯质量浓度为5 g/L备用。

1.3染色工艺

1)工艺流程：染色→水洗→还原清洗→水洗→烘干。

2)染色处方：分散染料相对织物质量分数3%(o.w.f)，载体(苯甲酸苄酯)相对织物质量分数5%(o.w.f)，不调节染浴pH值，浴比1:20。

3)染色工艺曲线：高温高压法(T=130 ℃，t=40 min)；载体法(T=100 ℃，t=40 min)。

4)还原清洗工艺：连二亚硫酸钠2 g/L，氢氧化钠2 g/L，温度80 ℃，时间20 min，浴比1:50。

1.4测试方法

1.4.1颜色特征

采用Datacolor SF650测色配色仪测试，测试光源为D65，10°角，用K/S值表征染色织物的染色深度，K/S值越大表示染色织物颜色越深。

1.4.2DSC曲线

分别取相对织物质量分数为5%(o.w.f)的苯甲酸苄酯及蒸馏水处理(100 ℃，40 min，浴比1:20)涤纶，参照GB/T 17594—1998《纺织材料热转变温度试验方法 差示扫描量热法》，测定涤纶的Tg。测试条件为N2氛围，温度0～500 ℃，升温速率20 ℃/min。

1.4.3拉伸强力

分别取相对织物质量分数为5%(o.w.f)的苯甲酸苄酯及蒸馏水处理(100 ℃，40 min，浴比1:20)涤纶，参照GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测试，经、纬向拉伸强力各测试3次，结果取平均值。

1.4.4上染率

采用残液比色法，先将染色原液及残液分别收集在500 mL容量瓶中，定容；再从500 mL容量瓶中移取6 mL于10 mL容量瓶中，并加入4 mL丙酮(已证明水与丙酮比例为3:2时染料可完全溶解)，在最大吸收波长下测其吸光度，并按下式计算上染百分率：

(1)

式中：E为上染百分率，A1为残液吸光度，A0为原液吸光度。

1.4.5分散染料升温上染速率曲线

参照1.3(2)节染色处方，采用雅特隆蓝AQE对涤纶纤维进行染色，40 ℃入染，以1 ℃/min升温至100 ℃，恒温染色40 min，每隔10 min取一个样，直至染色结束，收集染色残夜，按照1.4.4节方法测定染料上染率，绘制升温上染速率曲线。

1.4.6分散染料恒温上染速率曲线

参照1.3(2)节染色处方，采用雅特隆蓝AQE对涤纶纤维进行染色，100 ℃恒温染色80 min，每隔10 min取一个样，直至染色结束，收集染色残液，按照1.4.4节方法测定染料上染率，绘制恒温上染速率曲线。

1.4.7移染率

取采用雅特隆蓝AQE、参照1.3节中载体法染色的涤纶织物，将其分成若干块等质量大小的布样，再将这些布样与相同规格等质量的未染色织物缝合，同置于分别加入不等量的苯甲酸苄酯的空白浴液中处理(参照1.3(3)工艺曲线)，测定未染色织物处理后的K/S值，按下式计算移染率：

(2)

式中：M0为染色织物移染前的K/S值，M1为未染色织物移染后的K/S值。

移染率越高说明染料移染性越好。

1.4.8染色牢度

参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》中D(4)方法测定耐皂洗色牢度，参照GB/T 5718—1997《纺织品色牢度试验 耐干热(热压除外)色牢度》测定耐升华色牢度，参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定耐摩擦色牢度。

2　结果与分析

2.1苯甲酸苄酯对涤纶纤维结构性能的影响

2.1.1涤纶纤维的DSC曲线分析

分别经过蒸馏水及载体苯甲酸苄酯处理后涤纶纤维的DSC曲线如图1所示。

图1　DSC曲线Fig.1　DSC curves

由图1可以看出，分别经过蒸馏水及苯甲酸苄酯处理后涤纶纤维的DSC曲线趋势大致相同，熔融峰分别为252.21 ℃和255.02 ℃，分解温度分别为439.09 ℃和450.82 ℃。测试温度在0～100 ℃内，两条曲线出现明显差异，经载体苯甲酸苄酯处理后的涤纶纤维可以通过ab段曲线得到纤维的Tg为51.82 ℃，而经蒸馏水处理后的涤纶纤维在0～100 ℃内不能明显地得到其Tg，因此，可以判断载体苯甲酸苄酯对涤纶纤维有增塑作用。

2.1.2苯甲酸苄酯对涤纶织物拉伸性能的影响

载体苯甲酸苄酯对涤纶织物拉伸性能的影响如表1所示。

表1　载体苯甲酸苄酯对涤纶织物拉伸性能的影响

由表1可以看出，经蒸馏水及载体苯甲酸苄酯两种方法处理后的涤纶织物断裂强力及断裂伸长率相差不大，经载体苯甲酸苄酯处理后的涤纶织物断裂强力及断裂伸长率均略高于经蒸馏水处理的涤纶织物。说明苯甲酸苄酯不会损伤涤纶纤维。

2.2苯甲酸苄酯对涤纶织物分散染料染色性能的影响

2.2.1苯甲酸苄酯对分散染料升温上染速率的影响

苯甲酸苄酯对分散染料雅特隆蓝AQE升温上染速率的影响如图2所示。

图2　升温上染速率曲线Fig.2　Dye up-taking rate curves at rising temperature

由图2可以看出，对于两种染色方法，染色温度低于100 ℃时，分散染料的上染率均较低，上染速率较快；染色温度达到100 ℃且恒温染色10 min之后，上染速率明显降低。对于加载体(苯甲酸苄酯)染色的试样，染色温度达到100 ℃之后，上染率明显高于未加载体染色试样。这是因为，载体对分散染料有增溶作用，分散染料在载体中的溶解度可以达到其在水中溶解度的几十倍[11-12]，溶解在纤维表面载体吸附层的染料量远远高于染浴中溶解的染料量，从而增大纤维内外染料浓度差，加快染料向涤纶纤维内部扩散。不仅如此，载体对涤纶纤维有增塑作用，可以降低涤纶纤维的Tg，在相对较低的温度下，涤纶纤维无定型区大分子链段便可运动，纤维内微隙增大，空穴增多，从而增加涤纶纤维对分散染料的上染率。

2.2.2苯甲酸苄酯对分散染料恒温上染速率的影响

苯甲酸苄酯对分散染料雅特隆蓝AQE恒温上染速率的影响如图3所示。

图3　恒温上染速率曲线Fig.3　Dye up-taking rate curves at constant temperature

由图3可以看出，在染色初期，分散染料上染率增加较快，随着染色时间的延长，上染率增加缓慢，最后不再随染色时间的延长而增加，达到染色平衡。对于加载体染色的试样，其平衡上染百分率为78.88%，远高于不加载体试样的平衡上染百分率49.69%；从图3还可以明显地看出，加载体染色试样的t1/2(半染时间：衡量染色达到平衡的快慢)为10.9 min，小于不加载体染色试样的t1/2为21.6 min，说明载体可以减少染色平衡时间，加快染色平衡。

2.2.3苯甲酸苄酯对分散染料移染性能的影响

苯甲酸苄酯的质量浓度对分散染料雅特隆蓝AQE移染性能的影响如图4所示。

图4　苯甲酸苄酯的质量浓度对分散染料雅特隆蓝AQE的移染率Fig.4　Impact of mass concentrations of carrier benzyl benzoate on the migration rate of Artelon blue AQE

由图4可以看出，分散染料雅特隆蓝AQE的移染率随着苯甲酸苄酯质量浓度的增加而不断提高，当苯甲酸苄酯的质量浓度达到16 g/L以后，移染率迅速降低。这是因为苯甲酸苄酯对分散染料及涤纶纤维均具有亲和力，当载体质量浓度较高时，易在水中形成第三相，较多的染料会溶解在第三相中，从而导致移染率降低。

2.3苯甲酸苄酯对涤纶织物分散染料染色效果的影响

苯甲酸苄酯载体染色与高温高压法染色效果比较如表2所示。

表2　载体法与高温高压法的染色效果比较

由表2可以看出，苯甲酸苄酯作为载体时，其染色效果与高温高压法染色效果相近。载体法染色织物的K/S值略低于高温高压法染色织物的K/S值。两种方法染色织物的干、湿摩擦牢度很好，均可达到5级；但载体苯甲酸苄酯染色对皂洗牢度之沾色牢度及升华牢度之沾色牢度有一定的负面影响。载体法染色织物的皂洗牢度大于等于3级，高温高压法染色织物的皂洗牢度大于等于3～4级；两种方法染色织物的升华牢度较低，均大于等于2～3级。

3　结　论

1)载体苯甲酸苄酯对涤纶纤维有增塑作用，经载体苯甲酸苄酯处理后的涤纶纤维Tg为51.82 ℃；且苯甲酸苄酯的加入不会对涤纶纤维造成损伤。

2)载体苯甲酸苄酯可以增加涤纶纤维对分散染料雅特隆蓝AQE的上染率，并可以减少半染时间，加快染色平衡；载体苯甲酸苄酯对分散染料雅特隆蓝AQE的移染性能有较大影响，移染率随着载体质量浓度的增加先提高后降低。

3)苯甲酸苄酯载体法染色的织物K/S值及各项色牢度略低于高温高压法染色织物，但差异不大。

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DOI:10.3969/j.issn.1001-7003.2016.04.003

收稿日期:2015-12-09; 修回日期:2016-03-10

基金项目:江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2014081-02)；南通大学纺织服装学院研究生自主创新项目(FZ201505)

作者简介:贾梦莉(1991—)，女，硕士研究生，研究方向为生态染整技术。通信作者：王春梅，教授，w.cmei@ntu.edu.cn。

中图分类号:TS193.57

文献标志码:A

文章编号:1001-7003(2016)04-0013-05引用页码:041103

Application properties of benzyl benzoate:environmental-friendly dyeing carrier of polyester fiber

JIA Mengli, WANG Chunmei

(College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong 226019, China)

Abstract:This paper uses benzyl benzoate as dyeing carrier to decrease dyeing temperature of polyester fiber and studied the impact of benzyl benzoate on the structure and dyeing properties of polyester fiber.The results show that benzyl benzoate as carrier has a plasticizing effect on polyester fiber without damages to the polyester fiber.Adding benzyl benzoate can improve equilibrium dye uptake and dye rate of disperse dye, reducing half-dyeing time, and has big effect on the migration of Artelon blue AQE.The dyeing effects of benzyl benzoate are similar to these with high temperature and high pressure process, however, it has some negative impact on the staining fastness of soaping fastness and sublimation fastness.

Key words:benzyl benzoate; polyester; carrier dyeing; disperse dye; dyeing properties