涤纶纤维以D5为介质的分散染料非水染色研究

涤纶纤维的染色通常在水中进行。染色时分散染料借助大量分散剂以悬浮体状态稳定分散在体系中，在高温下完成染色过程。染色完成后染浴中会残留部分染料和大量的分散剂，随着废水排放对环境造成严重的污染。因此，改进涤纶的染色工艺，减少污染物排放是涤纶染色研究的重要课题。其中无水或少水染色技术的研究和开发一直是该领域的研究热点。本文采用新型环保的D5代替水作为染色介质，研究分散染料对涤纶的染色技术。相对水来说，D5对分散染料有一定的溶解和分散能力，在不添加分散剂的情况下使用纯分散染料就能对涤纶染色，染色后的D5可以回收利用，有望大幅度减少染色污染物的排放。在染色过程中，在D5介质中加入少量小分子膨化剂X可以明显的提高分散染料的染色性能，该膨化剂无色无味无毒，对环境无害。在此基本工艺条件下，通过单因素实验和正交实验，优选出分散兰183和分散橙29在D5介质中的较佳的染色工艺。分散兰183染色的较佳工艺条件为：纯染料用量0.8%（o.w.f），布样重1g，膨化剂X用量2.5%（o.w.D5），温度130℃，浴比1:20，染色时间60min；分散橙29染色的较佳工艺条件为：纯染料用量0.8%（o.w.f），布样重1g，温度120℃，膨化剂X用量2.5%（o.w.D5），浴比1:20，染色时间60min。优化后的工艺可以达到与常规高温高压水浴染色相近的效果。通过分光光度计对D5介质中分散染料的最大吸收波长和吸光值进行测定，并与水介质中的对比，结果发现D5介质对分散染料的色光没有影响，分散染料在D5中的溶解度也比在水中要高；对分散染料在D5和水介质中的Zeta电位进行测定分析，结果显示分散染料在D5介质中的分散稳定性要明显好于水中。采用红外光谱、Tg、X-射线衍射仪、DSC以及强力测试对D5处理过的涤纶纤维进行分析，结果发现：D5对纤维的化学结构没有影响；在D5中染色的纤维热稳定性提高；经过D5、水处理的纤维和原样在X衍射峰的位置、半峰宽、晶面间距、晶粒尺寸存在的差异很小，说明D5的作用不会改变纤维结晶结构；对纤维的熔融峰温度，熔融热焓，结晶度进行测定，发现经过D5处理的纤维熔融温度比原样要高，结晶度也比原样高；D5对纤维的机械性能没有影响。通过绘制上染速率曲线，测定了分散染料在D5和水中扩散系数，扩散活化能。在D5介质中，染料在纤维中的表观扩散系数随着温度的升高逐渐增大，并且在相同的温度条件下，分散染料在D5中的扩散系数要高于水中；分散染料在D5中扩散活化能ED5为136.65J/mol，在水中扩散活化能E水为156.34J/mol。通过绘制吸附等温线，计算出分散染料在D5中120℃和130℃条件下的分配系数K分别为23.428和30.012。由测得分配系数可计算出各种热力学参数。120℃温度条件下，分散染料在D5中染色亲和力为-10.305kJ/mol；130℃温度条件下，分散染料在D5中染色亲和力为-11.397kJ/mol；分散染料在D5中的染色热为-32.611kJ/mol，染色熵为0.1092kJ/K mol。