摘要：滌綸傳統(tǒng)水浴染色存在高耗水、高排放和高污染的技術(shù)難題，以高沸點(diǎn)、非極性的十甲基環(huán)五硅氧烷(D5)為染色介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)分散染料在低壓條件下對(duì)滌綸織物染色。為了研究該體系中發(fā)色母體對(duì)分散染料染色性能的影響，文章分別以鄰氰基對(duì)硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑?yàn)橹氐M分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺為偶合組分，合成了分散染料D-1(偶氮結(jié)構(gòu))和D-2(雜環(huán)結(jié)構(gòu))。選用D-1、D-2和C.I.分散紅177在低壓無(wú)水染色體系中對(duì)滌綸織物染色，探究了發(fā)色母體及促染劑與染料在染色介質(zhì)中的溶解度、染色性能的關(guān)系。結(jié)果表明，在無(wú)促染劑時(shí)，以鄰氰基對(duì)硝基苯胺為重氮組分的D-1的溶解度最低為0.081 g/L，上染率最高為95%;隨著促染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，D-1的溶解度及上染率變化較小，而D-2和C.I.分散紅177的溶解度明顯降低，上染率提高15%;發(fā)色母體對(duì)染色織物的各項(xiàng)色牢度無(wú)顯著影響，且均可達(dá)到4級(jí)或以上。

　　關(guān)鍵詞：低壓無(wú)水染色;十甲基環(huán)五硅氧烷(D5);滌綸織物;發(fā)色母體;溶解度;上染率;促染劑

　　滌綸織物具有堅(jiān)牢耐用和抗皺免燙的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紡織服裝行業(yè)。滌綸傳統(tǒng)水浴染色時(shí)，需要加入大量分散劑來(lái)保證分散染料在染液中均勻分散;同時(shí)，為了防止滌綸纖維中酯鍵和分散染料發(fā)生堿性水解，需要加入大量酸來(lái)調(diào)節(jié)染液pH值在4.3～5.6內(nèi);并且染色后為了充分洗去滌綸織物表面浮色又需要進(jìn)行還原清洗，耗用較多的保險(xiǎn)粉、堿劑及水，最終大量的有色廢水和化學(xué)助劑被排放，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞[1]。因此，新型綠色染整技術(shù)開發(fā)是當(dāng)下印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　近年來(lái)，許多新型染色技術(shù)得到了研究和發(fā)展，比如氣流染色技術(shù)[2]、泡沫染色技術(shù)[3]和非水介質(zhì)染色技術(shù)等[4-5]，但是氣流染色存在容易產(chǎn)生色花、洗缸難、染深色織物色牢度低等缺點(diǎn)，而泡沫染色存在勻染性差的問(wèn)題，如何將泡沫均勻施加在織物表面一直是該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。早期的非水介質(zhì)染色技術(shù)研究較多的是有機(jī)溶劑染色和超臨界二氧化碳流體染色[6]，前期報(bào)道的有機(jī)溶劑多數(shù)容易揮發(fā)，有些還存在易燃、易爆、有毒的問(wèn)題，無(wú)法滿足清潔生產(chǎn)的需求而逐漸被淘汰。作為染色介質(zhì)的超臨界二氧化碳雖然比有機(jī)溶劑生態(tài)環(huán)保，但是該技術(shù)需要在超高壓下才能完成對(duì)纖維的染色，存在安全隱患，再加上染色設(shè)備昂貴，極大程度上限制了超臨界二氧化碳流體染色技術(shù)的發(fā)展[7-8]。

　　D5對(duì)人體和環(huán)境都無(wú)毒無(wú)害，是生態(tài)環(huán)保友好型的有機(jī)溶劑，普遍應(yīng)用在護(hù)膚品和洗滌行業(yè)中[9-10]。因D5獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，2007年以后王際平等[9]原創(chuàng)性地開發(fā)了以D5為染色介質(zhì)的非水介質(zhì)染色關(guān)鍵技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)水溶性染料[11]對(duì)親水纖維染色的高固著率[12]，還可以實(shí)現(xiàn)分散染料在低壓條件下對(duì)合成纖維的染色[13]。目前偶氮型分散染料因制造簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉、色譜齊全、色牢度較好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于滌綸纖維的著色。而分散染料的染色性能除了與染色條件有關(guān)外，主要取決于分散染料母體結(jié)構(gòu)及取代基團(tuán)。目前D5染色體系中關(guān)于取代基對(duì)分散染料染色性能影響的報(bào)道較多，并且高媛媛[14]已經(jīng)證明分散染料在D5中的溶解度與上染率存在一定的反比例關(guān)系，但關(guān)于低壓無(wú)水染色體系中發(fā)色母體與染色性能的關(guān)系還未系統(tǒng)研究。本文通過(guò)改變分散染料的重氮組分，合成具有不同發(fā)色母體的分散染料，探究分散染料發(fā)色母體對(duì)低壓無(wú)水染色體系中分散染料的溶解度、上染率、提升力和色牢度的影響，進(jìn)一步研究染浴中不同促染劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)分散染料的溶解度和上染率的影響，為低壓無(wú)水D5染色體系專用分散染料的開發(fā)提供理論指導(dǎo)，從而推動(dòng)印染行業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

　　1 實(shí) 驗(yàn)

　　1.1 材料和儀器

　　1.1.1 材 料

　　100% PET的滌綸織物(海寧萬(wàn)紫千紅印染有限公司)，工業(yè)級(jí)D5(藍(lán)星化工新材料股份有限公司)，工業(yè)級(jí)皂片(上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所)，工業(yè)級(jí)C.I.分散紅177(浙江宇昊化工科技有限公司)，鄰氰基對(duì)硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑、N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺(湖北永闊科技有限公司)和亞硝酸鈉、亞硝酰硫酸、無(wú)水乙醇、濃鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、乙醇，二甲基亞砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)均為分析純(上海泰坦科技股份有限公司)，促染劑為蒸餾水。

　　1.1.2 儀 器

　　UV-2600紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津)，YP color-tech可調(diào)向式打色機(jī)(上海千立自動(dòng)化設(shè)備有限公司)，SW-24C耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(寧波紡織儀器廠)，Y571耐摩擦色牢度儀(萊州元茂儀器有限公司)，Datacolor 800測(cè)色配色儀(德塔顏色商貿(mào)上海有限公司)，Waters e2695高效液相色譜儀(Waters公司)，Nicolet iS 10紅外光譜儀(美國(guó)Thermo fisher)，BRUKER

　　AVANCE 400核磁共振儀(瑞士Bruker公司)。

　　1.2 方 法

　　1.2.1 染料的合成

　　為了研究發(fā)色母體對(duì)分散染料染色性能的影響，本文通過(guò)改變C.I.分散紅177結(jié)構(gòu)中重氮組分的結(jié)構(gòu)，分別以鄰氰基對(duì)硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑?yàn)橹氐M分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺為偶合組分，合成了分散染料D-1(偶氮結(jié)構(gòu))和D-2(雜環(huán)結(jié)構(gòu))。

　　為了與染料C.I.分散紅177對(duì)比，染料D-1和D-2作為合成染料，本文首先驗(yàn)證了合成染料D-1和D-2的純度和結(jié)構(gòu)的正確性，然后分別利用HPLC測(cè)定兩只染料的純度分別為95.42%和73.23%，化學(xué)式如圖1所示。

　　通過(guò)重氮化和偶合反應(yīng)制備D-1和D-2，具體合成路線如圖2所示。

　　1) 重氮化反應(yīng)：

　　染料D-1：將0.01 mol(1.63 g)鄰氰基對(duì)硝基苯胺加入到燒杯中，加入約10 mL水?dāng)嚢?0 min至均勻分散，然后加入約4.65 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的濃鹽酸，將混合物在冰浴條件下冷卻到0 ℃，緩慢滴加含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaNO2(含0.7 g)水溶液，攪拌條件下進(jìn)行重氮化反應(yīng)，當(dāng)將一滴重氮鹽滴入冰水中呈均勻分散狀態(tài)，即為反應(yīng)終點(diǎn)。

　　染料D-2：將0.01 mol(1.95 g)3-氨基-5-硝基苯并異噻唑加入到5 mL濃硫酸中，在25～30 ℃下攪拌、完全溶解后，逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的3.175 g亞硝酰硫酸，維持在此溫度下進(jìn)行重氮化反應(yīng)，當(dāng)將一滴重氮鹽滴入冰水中呈均勻分散狀態(tài)，即為反應(yīng)終點(diǎn)[15]。反應(yīng)完全后加入氨基磺酸除去多余的亞硝酸，備用[16]。

　　2) 偶合反應(yīng)：

　　染料D-1與D-2的偶合反應(yīng)相似。以染料D-1為例，將0.01 mol N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺的醋酸溶液(50%)465 g配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%的醋酸水溶液，并加入適量的乙醇稀釋，在0～5 ℃條件下將1)中制備得到的重氮鹽緩慢滴入到偶合組分中，0.5 h滴加完畢后控制溫度10～15 ℃，攪拌反應(yīng)6～8 h，用H酸檢測(cè)反應(yīng)終點(diǎn)[17]，整個(gè)反應(yīng)中保持偶合組分微過(guò)量。偶合反應(yīng)結(jié)束后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH水溶液將偶合液的pH值調(diào)節(jié)至5～6[16]。

　　3) 抽濾、提純：

　　將2)中制備的偶合液迅速倒入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌濾餅至濾液澄清，再將產(chǎn)物均勻分散于水中抽濾、洗滌，重復(fù)多次直至水洗液接近無(wú)色。將得到的產(chǎn)物加入乙醇中，在65 ℃下加熱約30 min，趁熱過(guò)濾，再將濾液迅速冷卻，析出晶體后抽濾，水洗，烘干[18]。D-1和D-2的產(chǎn)率分別為80.04%和88.30%。

　　1.2.2 染色工藝

　　基于團(tuán)隊(duì)前期研究的最佳升溫速度和保溫時(shí)間[13]，按染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%稱取一定量的分散染料到染杯中，按浴比1︰20在染杯中加入40 mL D5介質(zhì)。在室溫條件下將2 g滌綸織物浸于染液中，先以6 ℃/min升溫至80 ℃，再以3 ℃/min升溫至140 ℃，在140 ℃下恒溫染色60 min，再降溫至60 ℃。染色完成后，采用40 mL D5(浴比1︰20)在80 ℃下洗滌15 min，重復(fù)2次，在室溫下干燥，染色工藝曲線如圖3所示[19]。

　　1.3 染色性能測(cè)試

　　1.3.1 分散染料標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

　　精準(zhǔn)稱取分散染料，以DMSO為溶劑配置分散染料溶液，利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定各染料溶液在可見(jiàn)光380～780 nm的吸光度，利用染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與吸光度值繪制三只染料的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。

　　1.3.2 染料的溶解度

　　將1 g染料加入到盛有150 mL D5介質(zhì)的密閉染杯中，配置成過(guò)飽和溶液，并加入0、5%、15%、25%、35%的促染劑，分別在溫度110、120、130、140 ℃下使用可調(diào)向式打色機(jī)加熱攪拌30 min，保證達(dá)到固液平衡狀態(tài)。然后快速?gòu)纳锨逡褐形∫欢康娜苡腥玖系腄5溶液，用二甲基亞砜萃取染料，測(cè)其吸光度，根據(jù)1.3.1得到的染料標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算分散染料在D5中的溶解度[20]。

　　1.3.3 染料的上染速率曲線

　　按照?qǐng)D3染色工藝，采用分散染料對(duì)滌綸進(jìn)行染色，洗滌步驟重復(fù)2次，收集染色殘液和洗滌液。利用30 mL DMSO將染料從D5中萃取出來(lái)，吸取一定量的DMSO萃取溶液于容量瓶中定容，測(cè)試該溶液的吸光度并記錄。根據(jù)式(1)計(jì)算出染料在不同時(shí)間段(15、30、45、60、75、90、105 min)對(duì)滌綸織物的上染率，通過(guò)時(shí)間和上染率繪制上染速率曲線圖。

　　E/%=1-C1V1C0V0×100(1)

　　式中：E是上染率，C0、C1分別是染色前和染色后染料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，V0、V1分別為染色前和染色后液體的體積。

　　1.3.4 染料的提升力曲線

　　采用分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、09%，按照?qǐng)D3染色工藝對(duì)滌綸織物染色，染色后洗滌、烘干。采用Datacolor 800測(cè)定染色織物的K/S值，按照染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)和K/S值的關(guān)系繪制出染料提升力曲線[21]。

　　1.3.5 促染劑對(duì)分散染料染色性能的影響

　　按照?qǐng)D3染色工藝，分別在D5染浴中加入相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、5%、15%、25%、35%的促染劑，按照1.3.2和1.3.3所述方法測(cè)定染料的溶解度和上染率[22]。

　　1.3.6 染色織物的牢度性能與勻染性的關(guān)系

　　耐皂洗色牢度按照ISO 105-C10：2006，MOD《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取返姆椒y(cè)定，耐摩擦色牢度按照ISO 105-X12：2001，MOD《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取返姆椒y(cè)定。染色織物的勻染性通過(guò)隨機(jī)測(cè)定織物上20個(gè)部位的K/S值，并由式(2)(3)計(jì)算得到顏色標(biāo)準(zhǔn)差(σ)來(lái)進(jìn)行評(píng)估[23]。

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