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涤纶染色助剂及其作用原理探讨

来源: | 作者:pmobc5fcb | 发布时间: 1806天前 | 2219 次浏览 | 分享到:
在高温高压染色时，分散染料对涤纶纤维的上染过程可分为以下个阶段： 
（1）分散染料在染液中随染液的流动逐渐靠近纤维界面，这阶段分散染料的性质和状态基本无关，溶解状的染料分子和悬状的染料颗粒都一样随染液流动，转移速度决定于溶液溶液流速。 
（2） 由于纤维表面存在着不易流动的动力学边界层，当分散染料进入动力学边界层靠近纤维界面后，主要靠自身的扩散接近纤维。这阶段转移速度不仅和溶液流速有关， 还和分散染料的扩散速度有关，因此，溶解状的染料分子比悬浮体及聚集体扩散快得多，分散染料的溶解度和分散状态对这阶段的转移速度有较大影响。 
（3）分散染料靠近纤维界面到它们之间的分子作用力足够大后，分散染料迅速被纤维表面吸附。这个阶段的转移速度主要决定于纤维和染料分子的结构和性能，也和界面溶液的性质有关。其中染料的溶解度和分散状态有较大影响，染料溶解度超高和染料分子与纤维作用越大，吸附速度越快。 
（4） 分散染料被吸附到纤维表面后，在纤维内产生一个浓度差或内外染料化学位差，染料将向纤维内部扩散，这里的扩散速度主要决定于纤维化学和微结构，也和染料分 子结构及浓度有关。纤维无定型区含量较高，孔隙大或自由体积含量多，染料溶解度高，扩散速度快，因此，此阶段的染料扩散速度直接和纤维被溶胀或增塑程度、 分散染料在纤维中的浓度有关。溶胀或增塑程度高，纤维外层分散染料浓度高，扩散就快。由上述可知，上染速度除了决定于染料和纤维的结构外，还和染料在溶液 中的溶解度及染色时纤维的溶胀或增塑程度有关。 
涤纶纤维是疏水性的合成纤维，涤纶分子结构中缺少象纤维素或蛋白质纤维那样的能和染料发生结合的活性基团，涤纶分子排列得比较紧密，纤维中只存在较小的空 隙，当温度较低时，分子热运动改变其位置的幅度较小，在潮湿条件下，涤纶纤维又不会象棉纤维那样能通过剧烈溶胀而使空隙增大，染料分子难以参透到纤维内 部。因此，提高对纤维的增塑程度，将有助于染色的进行。另外，分散染料水中的溶解度很低，染液中的染料，要靠大量的分散剂呈悬浮体分散于染浴中。在对涤纶 纤维染色时，为了要达到较好的染色效果，通常需加入一定量的染色助剂。这些染色助剂在染色过程中的作用是多方面的，主要有： 
(1) 适当增加分散染料的溶解度； 
(2) 促进分散染料对纤维表面的吸附； 
(3) 对纤维进行增塑或提高溶胀程度，加快分散染料在纤维中的扩散速度； 
(4) 提高染料的分散稳定性。一般地，涤纶纤维高潮高压染色中应用的助剂含有对纤维增塑的载体、对分散染料增溶或使染料悬浮体稳定的表面活性剂等。染色助剂涤纶纤维染色具有十分重要的作用。 


1　载体及其作用 
1.1　载体的定义 
Waters在1950年首次用“载体”（carrier）这个术语来定义在涤纶染色过程中具有促进上染率的化合物。载体按可溶性及使用时的状态，分为乳化型载体、分散型载体和水溶性载体。1.1.1　 乳化型载体水杨酸甲酯、氯苯、甲基萘均属于这类载体，使用时需加入乳化剂，以使其乳化成乳液。这类载体种类较多，使用方便，但使用时必须保持乳液稳定，否 则易生成载体斑，造成染疵。此外，这种载体易因受热而挥发，以至使载体与乳化剂及水的悬浮体系分离，浓度降低，而且如果挥发的载体再度回入染浴中，又易形 成染斑。故需慎重选择乳化剂，否则影响分散染料上染性能。 
1.1.2　分散型载体对苯二甲酸二甲酯即属于此类。这类载体水溶性较小，用量不大就可维持载体溶液饱和状态，匀染效果很好。无加热挥发现象，且无异味，但价格较高，易升华，染深性较差。 
1.1.3　水溶性暂溶性）载体如邻苯基苯酚钠盐。这类载体能溶于水，但缺乏导染性能，当染浴pH值降低时，则邻苯基苯本分逐渐析出而呈现出很好的导染性能，是当前应用较多的一类载体。1.2 载体的作用关于载体的作用机理有过不少研究报道，主要认为载体能对纤维增塑，增加纤维大分子链段的活动能力，使纤维结构松弛，由此增大涤纶纤维自由体积， 并提高染料在纤维内的扩散速率，加快染色。载体的扩散系数大于染料的扩散系数，载体先于分散染料进入纤维，而且，载体的扩散系数随吸附量的增加百增大，这 是由于载体对涤纶纤维具有增塑作用。 
载体用于涤纶纤维染色初期主要是起促染作用，而在染色后期，载体的这种作用同样可以加快纤维中染料的解吸，在涤纶纤维高温高压染色中使用载体主要不是进行 促染，而是利用综加强染料解吸，提高高温下的移染作用。但是载雁体使涤纶的初染率较大增加，易导致染料吸附不均匀。现在的商品匀染剂中常含有少量载体，其 目的是利用载体的促染作用提高染料的上染率，或者是利用载体的高温移染作用，提高染料的匀染性能。 
1.3　载体的缺陷 
(1) 载体能增大涤纶的初染率，较易导致不均匀吸，因此，往往需要延长染色时间以获得匀染产品。 
(2) 易降低染液分散稳定性，引起染料聚集而产生染疵。 
(3) 染色后有些载体较难去除，造成染色牢度、织物强力下降以及使织物产生对人体的刺激。 
(4) 部分载体有毒有味，生物降解性差，会造成环境污染。 


2　表面活属毛离里型助剂及作用 
2.1　表面活性剂型助剂种类表面活性剂助剂可分为阴离子型、非离子型或它们的复配物。 
2.1.1　阴离子表面活性剂这类助剂主要为带芳香核的磺酸甲醛　缩合物，有萘系和酚系两大类，萘系分散匀染剂如分散剂NNO、MF等，它们价格低廉，满足一般分散染料的生产和染色工艺要求，应用广泛。酚系分散匀染剂的芳香核中含有很多强极性酚羟基，已商业化的品种有分散剂S、磺化木质素等。 
2.1.2　非离子表面活性剂它们多数系聚氧乙烯链烷基衍生物或多元醇型，可分为两大类：醚类和酯类。例如：平平加O（匀染剂102，十八醇聚氧乙烯醚）、匀染剂OP（TX－10，辛烷基聚氧乙烯醚）、Dyapol N（十六烷基聚氧乙烯醚）和Niosal（脂肪酸聚氧乙烯酯）。 
2.1.3 复配的表面活性剂此类表面活性剂的近年来用于涤纶纤维染色的新型助剂，其种类较多，结构复杂，归纳起来，主要是阴、非离子表面活性剂按一定比例复配的混合物。如Ciba公司的univadineDIF，日本第一工业制药CikiyrsolACE的。 
2.2 表面活性剂助剂的作用 
2.2.1　阴离子表面活性剂的作用在染色过程中，阴离子表面活性剂结构中疏水基能与染料粒子以范德华力结合，带酚基阴离子表面活性剂又能与染料分子中的羟基或氨基以氢鍵结合，在染料粒子周围形成一层强的负电荷层，使得染料粒子在水中相互排斥，形成分散状态。 
从分散效果来看，在相同结构类型的分散剂中，磺化度高的分散剂其高温分散性高，而中、低磺化度的分散剂比分子量低的分散剂高温分散性好。分散剂的高温分散 性可按如下顺序排列：分子量高的非离子分散剂＞高磺化度碱改性木质素磺酸钠＞中、低磺化度木质素磺酸钠＞萘磺酸甲醛缩合物＞分子量低的阴离子分散剂。 
至于增溶作用，Datyner用11只 分散剂和种分散染料研究了分散剂对分散染料的增溶作用后发现：木质素磺酸钠类分散剂对很多分散染料增溶作用不强，磺化度对增溶作用几乎没有影响，分散染料 在与分散剂发生相互作用时，染料的结构起着重要作用。当木质素磺酸钠分散剂的磺化度增加时，分散剂的溶解度随之增加，对盐的敏感性也降低，但是这样也会使 木质素磺酸钠吸附分散染料的能力下降。2.2.2 非离子表面活性剂的作用非离子表面活性剂是涤纶匀染剂的常用组分，一方面因为它对染料具有增溶作用，另一方面因为它对纤维具有亲和力。 
非离子表面活性剂能增溶部分分散染料，是由于它们在水中能形成一定浓度的胶团或胶束，由此提供一个憎水区，使一定数量的分散染料以单分子状态溶解在胶束 中。胶团是独立的小实体，其中的染料分子和溶液中的染料分子保持平衡，当染料上染于纤维时，溶解状的染料分子减少后，它可以迅速从胶团中转移出来，向水相 提供染料。非离子表面活性剂通过增溶作用，使染料暂时留存在染浴中，抑制染料迅速。但是，增溶作用会降低染料的平衡上染百分率，影响染色重现性。 
非离子表面活性剂对染料的增溶能力与非离子表面活性剂的种类有关，酯类的增溶能力比醚类要大。非离子表面活性剂对染料的增溶能力也与它的官能团和化学结构 有关，在聚氧乙烯醚类化合物中，对染料的增溶能力的顺序为：三苯基苯酚＞苯乙烯苯酚＞壬基苯酚＞油醇；在聚氧乙烯醚酯类化合物中增溶能力的顺序为：聚氧烷 基醚油酸脂＞聚氧乙烯醚山梨糖酐油酸脂