黃鑫垚，熊小慶，李奕萱，李沛龍

（大連工業(yè)大學，遼寧 大連 116034）

綠色發(fā)展是國家“十三五”五大發(fā)展理念之一，成為中國經(jīng)濟社會發(fā)展的主流和方向。黨的十九大報告中也強調(diào)要“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”，而作為紡織工業(yè)最關(guān)鍵也最基礎(chǔ)的印染行業(yè)，面臨著巨大壓力和挑戰(zhàn)。在這一背景條件下，scCO2染色技術(shù)將會成為紡織行業(yè)新的發(fā)展領(lǐng)域。同時，CO2作為溫室氣體的主要來源，其所造成的氣候變化引起了全世界人民的廣泛關(guān)注[1]。如何實現(xiàn)CO2的轉(zhuǎn)化和利用，成為目前科學家研究的熱點，如此可有效穩(wěn)定全球氣候變化，也可助推我國提出的“碳中和、碳達峰”戰(zhàn)略，因此，需要有更有效的方法來穩(wěn)定和利用大氣中或者從工業(yè)中排放的二氧化碳。研究發(fā)現(xiàn)，當CO2氣體的溫度和壓力分別達到或超過31.10 ℃和7.39 MPa，CO2變成超臨界態(tài)[2]。scCO2具有低毒性、低黏度以及高擴散性和滲透性等優(yōu)良特性，scCO2已成為一種具有重要利用價值的商業(yè)和工業(yè)溶劑[3-4]。

1988年，SCHOLLMEYER 將scCO2作為綠色溶劑引入到紡織染色上來，此種無水染色技術(shù)便在紡織領(lǐng)域被國內(nèi)外廣泛開發(fā)利用[5-10]。與傳統(tǒng)水染相比，scCO2無水染色可克服傳統(tǒng)水染帶來環(huán)境污染的缺點，為清潔化生產(chǎn)提供新技術(shù)支持。目前，國內(nèi)外研究者已對天然纖維和化學纖維類材料的scCO2染色做了大量相關(guān)研究。目前將熒光染料應(yīng)用于scCO2染色的研究較少，2016年熊小慶[7]等采用分散熒光黃82，在scCO2中對滌綸織物進行熒光染色，獲得水洗色牢度為4～5 級的熒光滌綸產(chǎn)品。2020年，賈孟軻[8]等以1,8-萘酰亞胺為母體，構(gòu)筑了6 例分散熒光染料以及1 例含有琥珀酰亞胺活性酯的熒光染料NP-NHS，探究了7 例染料在scCO2中對羊毛纖維的染色情況。上述研究為scCO2染色提供了一定的理論基礎(chǔ)，但上述研究的分散熒光染料的波長較短，織物顏色僅停留在黃光區(qū)域。因此，為了能獲得顏色更加豐富的熒光織物，采用吸收和發(fā)射波長更長的分散熒光染料對織物染色具有重要的研究價值。

香豆素染料分散紅277 因其具有優(yōu)異的發(fā)光特性，常被應(yīng)用于探針、警示標志、時裝等方面，分散紅277 的熒光特性使得織物具有飽和的鮮艷的橙紅色熒光。同時，分散紅277 的極性較弱，水溶性較差，其低極性為scCO2染色提供可行性的理論基礎(chǔ)。因此，本研究采用染料分散紅277 在scCO2中對滌綸織物進行染色，采用控制變量法，分析單一染色工藝條件對染色結(jié)果的影響，得出最佳染色工藝條件。測試染色后滌綸織物的K/S值、固色率和色牢度值，評價分散紅277 的染色性能。

1 試驗

1.1 材料與儀器

分散紅277，浙江吉華集團股份有限公司；CO2，質(zhì)量分數(shù)≥99%，中昊光明化工設(shè)計院有限公司；滌綸織物，平紋機織物，130 g·m-2，遼陽華麒化纖制品有限公司。

AL104 型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；臺式移動頭反應(yīng)釜裝置，上海萊北科學儀器有限公司；X-rite Color-Eye 7000A 型計算機測色配色儀，廣州金揚化工科技有限公司；YG(B)571-Ⅱ型預(yù)置式色牢度摩擦儀、SW-12J 型耐洗色牢度試驗機，大榮紡儀；YG611S 型日曬氣候色牢度儀，溫州方圓儀器有限公司；VeriVide CAC60型對色燈箱，上海千實精密機電科技有限公司；評定變色用灰色樣卡，上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所。

1.2 材料與儀器

1.2.1 原料預(yù)處理

試驗所需平紋機織滌綸織物，經(jīng)向取長、緯向取寬，裁剪長×寬為10 cm×4 cm 的矩形布樣，質(zhì)量在0.51～0.53 g 之間，備用。

1.2.2 scCO2滌綸織物染色研究

將不同染色條件下的樣品從1 到18 進行編號，具體編號對應(yīng)的染色條件如表1所示。

表1 不同實驗條件下的樣品編號

實驗采用分散紅277 在scCO2反應(yīng)釜裝置中靜態(tài)染色，染色釜中預(yù)先放入石英槽，將o.w.f（染料質(zhì)量占織物質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)，下同）為1%的分散紅277 置于石英槽中，染料上方鋪覆一層篩網(wǎng)，防止染料直接接觸織物。然后將滌綸織物置于篩網(wǎng)上，關(guān)閉染色釜，充入CO2后加熱和加壓，檢查所有閥門，完成scCO2染色。染色結(jié)束后，scCO2經(jīng)放氣閥緩慢釋放壓力至常壓。單因素控制變量（染色時間、壓力和溫度），scCO2染色工藝條件分別設(shè)置為：染色時間為30、60、90 min，染色溫度為100、110、120、130 ℃，染色壓力為15.0、20.0、25.0、30.0 MPa。

1.2.3 耐皂洗色牢度測試

將羊毛、腈綸、尼龍、棉纖維和醋酯纖維（10 cm×4 cm）作為標準貼襯織物，將染色后的滌綸織物沿著4 個側(cè)面與貼襯織物縫合，測量樣品總質(zhì)量從而獲得準確的皂洗液質(zhì)量。皂洗液的配方為：碳酸鈉1 g·L-1、皂粉5 g·L-1。樣品總質(zhì)量與皂洗液質(zhì)量比按1∶50 的比率在40±2 ℃下采用耐洗色牢度試驗機洗滌30 min。洗滌干燥后的滌綸織物放在D65 國際標準光源下，使用評定變色用灰色樣卡來評定滌綸織物的顏色變化，使用評定沾色用灰色樣卡評定貼襯織物的沾色程度，評定標準參考國家標準GB/T3921—2008。

1.2.4 耐皂洗色牢度測試

根據(jù)《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度 小面積法》（GB/T 29865—2013）對染色滌綸織物進行耐摩擦色牢度測試。將染色滌綸織物縫合為8 cm×20 cm 大小，另取一塊5 cm×5 cm 大小的標準白色棉布包裹測試用摩擦頭，將測試樣品平鋪于測試底板，長度方向與摩擦頭運動方向一致。操縱儀器反復(fù)摩擦10 次后，取下測試用棉布，用 GB/T 251—1995 沾色灰卡樣卡評定沾色等級，評定其耐干摩擦色牢度；預(yù)先將標準白色棉布在軋輥上浸軋，使其帶液率為70%左右，采用上述相同的測試方法測試其耐濕摩擦色牢度。

1.2.5 耐日曬色牢度測試

將染色后的滌綸織物和藍色羊毛標樣裁剪為5 cm×2 cm 大小，并一起裝在白色卡紙上，用遮蓋物遮蓋樣品的三分之一。根據(jù)《紡織品色牢度試驗?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　罚℅B/T 8427—2008）標準，在濕度為40%、溫度為45 ℃、艙內(nèi)相對濕度30%和輻射度42 W·m-2的條件下對染色滌綸織物暴曬12 h。用GB/T 250—2008 變色用灰色樣卡評定褪色等級，以評定滌綸織物的上染效果。

1.2.6K/S值測定及固色率

采用計算機測色配色儀對染色后的布樣3 個區(qū)域進行測試，測試結(jié)果取3 個數(shù)的平均值，該值為染色后布樣的色深值（K/S值）。

采用索氏提取法，用50%（質(zhì)量分數(shù)）的丙酮水溶液提取染色后的滌綸織物30 min，以去除染色過程中未固定在羊毛纖維上的染料。固色率的計算方法如公式（1）所示：

式中：(K/S)λmax1—索氏提取后染色織物的K/S值；

(K/S)λmax0—索氏提取前染色織物的K/S值。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐皂洗色牢度

對不同染色條件下獲得的滌綸織物樣品測試了耐皂洗色牢度，表2的數(shù)據(jù)結(jié)果表明貼襯尼龍織物沾色最嚴重，其沾色牢度僅能達到4 級（5 級最高）；其次是棉和腈綸，沾色牢度達4～5 級；尼龍沾色牢度為3～4 級，比其他貼襯織物更沾色一點；羊毛織物幾乎無沾色，沾色牢度可達5 級（5 級最高）。染色后滌綸織物的褪色牢度較好，均能達到4～5。

表2 18 個樣品的耐皂洗色牢度

2.2 耐摩擦色牢度

從表3中可以看出，染色后滌綸織物的干摩擦和濕摩擦牢度等級偏低，無法達到國家規(guī)定標準等級，且相比于耐濕摩擦牢度，耐干摩擦色牢度值更低。因此，使用染料分散紅277 在scCO2中對滌綸染色后的樣品，其耐摩擦色牢度性能不佳，若要將其用于工業(yè)染色的應(yīng)用時，可推斷染色過程需要借助加入助劑或者其他手段，以此來提高染色后織物的耐摩擦色牢度。

2.3 耐日曬色牢度

測試染色后滌綸織物的耐日曬牢度，由表3可以看出，染色后滌綸織物的耐日曬色牢度可達5 級（5 級最高），故分散紅277 用于scCO2染滌綸時，染色后的滌綸織物耐日曬性能較好，分析其原因可能與染料本身具有良好的光穩(wěn)定性有關(guān)。

表3 18 個樣品的耐摩擦和耐日曬色牢度

2.4 K/S 值和固色率

染色后的滌綸織物在索氏提取前后的K/S值和相應(yīng)織物的固色率如表4所示。

表4 18 個樣品的K/S 值和固色率

由表4中的數(shù)據(jù)可得出，不同染色條件下織物的K/S值和固色率差異較大，可得出K/S值和固色率明顯受染色條件的影響。

2.5 時間對染色結(jié)果的影響分析

為了分析染色時間對染色結(jié)果的影響以及確定染色的最佳染色時間，從18 個布樣中，選擇在120 ℃、25 MPa 染色條件下，不同染色時間（30 min、60 min、90 min）的3 個布樣（編號10、11 和12）的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 時間對K/S 值和固色率的影響

由圖1可知，K/S值和固色率在30～60 min 范圍內(nèi)上升，在60～90 min 范圍內(nèi)下降，在60 min 時K/S和固色率值達到峰值。結(jié)合表2、表3和表4中布樣的耐皂洗色牢度、耐濕摩擦色牢度、耐日曬色牢度、K/S和固色率值，各個色牢度值之間基本保持一致。但K/S和固色率值3 個布樣有較大差別。分析其原因在于，當染色時間較短時，部分染料還未溶解且溶解后的染料部分未進入纖維內(nèi)部，故色深及固色率較低。當染色時間為60 min 時，染料有足夠時間進入織物纖維內(nèi)部，K/S和固色率值都得到提升。但染色60 min 后，纖維內(nèi)部的染料可能隨著scCO2的運動逐漸離開纖維，故造成K/S和固色率值逐漸降低的現(xiàn)象。綜合上述實驗結(jié)果，提出分散紅277 在scCO2中的最佳染色時間為60 min。

2.6 壓力對染色結(jié)果的影響分析

在最佳染色時間工藝條件下，選擇在120 ℃染色溫度下不同染色壓力（15.0、20.0、25.0、30.0 MPa）的4 個布樣（編號8、9、11 和13）進行分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著染色壓力不斷升高，K/S值和固色率一直呈上升趨勢。K/S值在15.0 ～20.0 MPa 區(qū)間上升迅速；在20.0 ～25.0 MPa 區(qū)間中K/S值和固色率上升均趨于平緩；在25.0 ～30.0 MPa區(qū)間，K/S值和固色率上升速率加快。分析其原因在于壓力小時，染料溶解度低，織物及其內(nèi)部纖維所得染料較少，因此色深以及固色率均較低。然而，隨著壓力的逐漸增高，染料溶解度逐漸提高，織物及其內(nèi)部纖維可以與足夠的染料相互作用，使得色深與固色率逐漸升高。染色后滌綸織物的耐皂洗色牢度與耐摩擦色牢度等級都隨著壓力增加而增高，耐摩擦色牢度稍有一點區(qū)別。結(jié)合表2、表3和表4中的色牢度、K/S和固色率值，同時結(jié)合采用的染色裝備的最大耐受壓力值（30 MPa為最大值），確定最佳染色壓力為30 MPa。

圖2 壓力對K/S 值和固色率的影響

2.7 溫度對染色結(jié)果的影響分析

scCO2裝置壓力的最大耐受范圍為30 MPa，故選擇在25.0 MPa、60 min 條件下，不同染色溫度（100、110、120、130 ℃）的4 個布樣（編號4、7、11、18）進行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對K/S 值和固色率的影響

由圖3可知，K/S值和固色率隨著染色溫度的升高而持續(xù)升高，在100～110℃區(qū)間K/S值上升幅度較緩，固色率上升速率大；在110～120 ℃區(qū)間，K/S值和固色率上升速率也比較平緩；在120～130℃區(qū)間，K/S值固色率曲線在此迅速上升，在130 ℃時達到最大值。表2、表3和表4中染色后織物的色牢度值表明各色牢度等級基本都隨染色溫度的升高而增大。因此，研究結(jié)果表明色牢度、K/S值和固色率的變化總體趨勢都是隨著溫度的上升而逐漸上升，但從能源消耗、儀器溫度耐受范圍和染料結(jié)構(gòu)等多方面考慮，確定最佳染色溫度為130 ℃。

3 結(jié) 論

采用熒光染料分散紅277 在scCO2中對滌綸織物進行染色，通過控制染色時間、壓力和溫度的工藝條件，設(shè)置18 組不同工藝條件下的染色實驗。通過分別測試染色后滌綸織物的耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日曬色牢度、K/S和固色率值，單獨分析染色時間、壓力和溫度的影響，確定分散紅277的最佳染色工藝條件為：時間60 min、壓力30 MPa、溫度130 ℃。在此條件下獲得的滌綸織物在自然光源下呈桃紅色，在紫外燈光下呈橙紅色熒光。