劉錦凡，吳馮芳，胡藝倫，陳土勇，陳艷媚

(清遠市宏圖助劑有限公司，廣東 清遠 511873)

滌綸是合成纖維中的一個重要品種，是我國聚酯纖維的商品名稱。是以聚對苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和乙二醇(MEG)為原料經(jīng)酯化或酯交換和縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物--聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維[1-3]。滌綸纖維具有天然纖維無法比擬的優(yōu)越性能，如化學(xué)穩(wěn)定性強、強度高和耐霉蛀等。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年全國滌綸總產(chǎn)量達到3.81×107t，占合成纖維總產(chǎn)量的85%，是世界上產(chǎn)量第一的合成纖維，成為紡織服裝類主要的原料[4]，廣泛應(yīng)用于各類針織物制造中[5-7]。

因滌綸纖維和各種紡織纖維混紡或交織是日常生活中用的非常多的一種化纖服裝面料，所以對固色劑染色后滌綸纖維的親水性有一定要求[8]。固色劑與染料陰離子會生成不溶性色靛，使染料分子增大沉積在纖維表面，從而提高染料的濕牢度[9]。因染料分子增大在織物表面形成拒水薄膜，嚴重影響織物的親水性[10]。

滌綸親水性很低，纖維結(jié)構(gòu)較緊密，主要用分散染料，有時也可用不溶性偶氮染料等染色。分散染料高溫染色工藝是目前最常用的染色方法。滌綸在100 ℃以下用分散染料染色，不但上染速率低，而且難以染得濃色[11]。分散染料在水中的溶解度很低，因此要加入大量的分散劑及其它染色助劑改善滌綸纖維染色時的分散性[12]。

本文以二甲基二烯丙基氯化銨、N-乙烯基咪唑、烯丙基聚氧烷基環(huán)氧基醚為原料合成了一種陽離子聚合物，并研究了初始反應(yīng)濃度、單體比例、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及引發(fā)劑用量等因素對應(yīng)用性能的影響。產(chǎn)物中的環(huán)氧基可以和滌綸織物或染料中的-NH2、-NH-、-OH等基團結(jié)合成氫鍵，滌綸織物表面形成一層致密的薄膜[13]，提高其耐洗色牢度。

1 實 驗

1.1 試劑和儀器

1.1.1 試劑

二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC，60%)，浙江新海天生物科技有限公司;N-乙烯基咪唑(單體2)，阿拉丁試劑;烯丙基環(huán)氧聚醚(單體3)、亞硫酸鈉(AR)、過硫酸銨(AR)、濃硫酸(AR)、鹽酸(AR)、乙二胺四乙酸四鈉(AR)，阿拉丁試劑。

1.1.2 儀器

BL310型電子天平；傅里葉變換紅外光譜儀，美國尼高力公司；SF600型電腦測色配色儀(Datorcolor600)，美國；Y571B摩擦色牢度儀；WASHTEC-P水洗牢度儀，南通宏大實驗儀器有限公司等。

1.1.3 織物

滌綸針織物(75D/72F，DTY滌綸長絲)，上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所。

1.2 滌綸固色劑的合成

在裝有回流冷凝管、溫度計、雙通道注射泵及攪拌器的四口反應(yīng)釜中加入一定量二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、N-乙烯基咪唑(單體1)、烯丙基環(huán)氧聚醚(單體2)和去離子水，向反應(yīng)釜中加入鹽酸，經(jīng)過均勻攪拌后進行pH值測試并調(diào)節(jié)至4～5；使溫度上升至80 ℃，2 h內(nèi)完成過硫酸銨和亞硫酸鈉的連續(xù)滴加操作，使反應(yīng)釜的溫度處于一定范圍內(nèi)，不應(yīng)高于100 ℃，反應(yīng)1 h 后，加入一定量去離子水，降溫到50 ℃后得到無色至淺黃色透明液體，即滌綸固色劑DG081。反應(yīng)方程式如圖1所示。

圖1 滌綸固色劑的合成

1.3 染 色

(1)染色處方

活性大紅/%(omf)：2;

食鹽/(g·L-1):20;

碳酸鈉/(g·L-1):20;

浴比:1:30。

(2)工藝流程

(3)染色后處理

進行冷水洗→在95 ℃的高溫環(huán)境下進行皂洗，持續(xù)進行10 min→進行熱水洗→之后再進行冷水洗→最后進行烘干操作。

1.4 固 色

1.4.1 浸軋法工藝

使用10～25 g/L的固色劑，按照90%的浸軋率進行浸軋操作→在80 ℃下進行預(yù)烘操作，持續(xù)進行5 min→在110～130 ℃的高溫環(huán)境下進行焙烘操作，持續(xù)進行3～10 min→進行水洗操作→最后進行烘干操作

1.4.2 浸漬法工藝

使用1%～3%的固色劑在50～70 ℃下，按照(1:10)～(1:40)浴比進行固色操作20 min～0.5 h。

1.5 測 試

1.5.1 紅外光譜

將樣品液滴于擦拭干凈的KBr壓片上，使樣品鋪展開，在低溫環(huán)境下使用紅外燈進行烘干操作，之后使用設(shè)備對樣品進行紅外光譜測試分析，得出紅外光譜圖(光譜范圍為7800～375 cm-1)。

1.5.2 色牢度

參照GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定耐摩擦牢度。

參照GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定耐皂洗色牢度。

參照GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定浸泡牢度。

參照AATCC79-2010《紡織品吸水性》進行測試親水性。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸固色劑結(jié)構(gòu)表征

滌綸固色劑DG081的紅外譜圖如圖2所示。

圖2 滌綸固色劑的紅外光譜圖

從圖2可以看出，1680～1620 cm-1為C=C的振動峰，3446.2 cm-1為-OH伸縮振動峰，2938.2 cm-1處為-CH3的伸縮振動吸收峰，2599.4 cm-1處為-CH2-的伸縮振動吸收峰，1584.5 cm-1為C=N的彎曲振動峰，1279.5 cm-1為C-N鍵的伸縮振動峰，1149.3 cm-1為C-O-C鍵的振動峰。而譜圖1680～1620 cm-1處未出現(xiàn)烯烴C=C的特征吸收峰，說明二甲基二烯丙基氯化銨、N-乙烯基咪唑、烯丙基環(huán)氧聚醚中的C=C雙鍵基本消失，并且出現(xiàn)了-OH結(jié)構(gòu)，說明DMDAAC和N-乙烯基咪唑、烯丙基環(huán)氧聚醚較好地參與了共聚，與目標產(chǎn)物基本吻合。

2.2 單體初始濃度的影響

m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)=100:1.5:1.0，反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時間為3 h，引發(fā)劑用量0.8%，考察單體初始濃度對滌綸固色劑牢度的影響，如表1所示。

表1 單體初始濃度對固色劑性能的影響

由表1可以得出，單體的初始濃度對聚合反應(yīng)有較大的影響。單體的初始濃度為20%時，制備的固色劑的性能很差，這是因為單體之間的碰撞機會就較小，難以形成高分子聚合物。反應(yīng)體系中反應(yīng)物的濃度會隨著初始濃度的增加而出現(xiàn)同步變化，不同單位碰撞的可能性也會發(fā)生同步變化，從而為大分子量產(chǎn)物的形成起到良好的促進作用，提升產(chǎn)物的固色牢度[14]。假如單體的初始濃度高于60%，也會提升鏈終止的可能性，導(dǎo)致產(chǎn)物的分子量因此減少，從而對其固色性能帶來負面影響。通過全面分析，不難將單體的初始濃度設(shè)置為50%。

2.2.1 m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)對固色效果的影響

反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時間為3 h，引發(fā)劑用量0.8%，考察單體用量對滌綸固色劑牢度的影響，如表2所示。

表2 m(單體1):m(單體2) :m(單體3)的影響

對表2數(shù)據(jù)進行分析不難發(fā)現(xiàn)，在三者的比例為100:1.5:2的情況下，固色效果將達到理想狀態(tài)，產(chǎn)物的固色效果會隨著單體1和單體2的比例的新增而降低。這是因為單體1烯丙基環(huán)氧聚醚中含有與級性基團發(fā)生共價交聯(lián)的環(huán)氧基，從而以共價的形式加強與滌綸纖維或染料間的作用聯(lián)系，則可以有效地提高其固色牢度。因此，m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)選擇為100:1.5:2。

2.2.2 引發(fā)劑用量對固色效果的影響

m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)=100:1.5:2，反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時間為3 h，考察引發(fā)劑用量對滌綸固色劑牢度的影響，如表3所示。

表3 引發(fā)劑用量的影響

由表3結(jié)果得出，在使用0.5%的引發(fā)劑的情況下，無論是在摩擦牢度方面，還是在皂洗牢度方面，產(chǎn)物都無法滿足使用要求，產(chǎn)物的各類色牢度會隨著引發(fā)劑使用數(shù)量的增加而發(fā)生同步變化，在用量達到0.9%的情況下，產(chǎn)物的色牢度將處于理想狀態(tài)。這是由于在引發(fā)劑過少的情況下，會減緩聚合反應(yīng)的發(fā)生速度；在逐步增加引發(fā)劑用量的情況下，體系中會產(chǎn)生更多的自由基，單體更容易與引發(fā)劑發(fā)生碰撞，使得單體快速發(fā)生轉(zhuǎn)化；在引發(fā)劑的使用劑量超出合理范圍的情況下，體系中會產(chǎn)生大量自由基，在發(fā)生劇烈反應(yīng)的情況下出現(xiàn)爆聚現(xiàn)象，從而對聚合物的性能帶來負面影響[15]。本文所合成的共聚物作為滌綸固色劑使用，要求分子質(zhì)量適中，能進入纖維素纖維內(nèi)部，分子質(zhì)量過大容易在織物表面形成拒水薄膜，從而造成織物親水性下降，所以引發(fā)劑用量是關(guān)鍵因素。引發(fā)劑用量選擇0.9%。

2.2.3 反應(yīng)溫度對固色效果的影響

m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)=100:1.5:2，引發(fā)劑用量為0.9%，反應(yīng)時間為3 h，考察反應(yīng)溫度對滌綸固色劑牢度的影響，如表4所示。

表4 反應(yīng)溫度的影響

從表4中可以看出，隨著反應(yīng)溫度的增加，皂洗牢度和摩擦牢度效逐步提升，當反應(yīng)溫度為100 ℃時皂洗牢度和摩擦牢度最佳。這是由于反應(yīng)體系會隨著溫度的上升而獲取更多能量，導(dǎo)致引發(fā)劑快速分解，生成更多的自由基，單體的轉(zhuǎn)化率會隨著與引發(fā)劑的碰撞的可能性的增加而發(fā)生同步變化，因在，將100 ℃作為反應(yīng)溫度。

2.2.4 反應(yīng)時間對固色效果的影響

m(DMDAAC):m(單體1):m(單體2)=100:1.5:2，反應(yīng)溫度為80 ℃，引發(fā)劑用量為0.9%，考察反應(yīng)時間對滌綸固色劑牢度的影響，如表5所示。

表5 反應(yīng)時間的影響

由表5的數(shù)據(jù)得出，無論是在皂洗牢度方面，還是在摩擦牢度方面，滌綸固色劑的牢度效果都會隨著反應(yīng)時間的延長而出現(xiàn)同步變化。固色劑的牢度效果在反應(yīng)時間為5 h的情況下達到理想狀態(tài)，出于對經(jīng)濟效益因素的考慮，因此將5 h作為合成固色劑的理想反應(yīng)時間。

2.3 最優(yōu)合成條件下的固色牢度

在對棉織物進行固色時，使用兩種不同工藝的具體效果如表6所示。

表6 兩種固色工藝的固色效果

根據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以得出，采用兩種工藝進行固色處理以后，織物的各種牢度效果都得到了提升。相較于浸軋法，另一種固色工藝的摩擦牢度均有所提升，其中，濕摩擦、干摩擦牢度分別提升4級、4～5級。相較于浸漬法，另一種固色工藝的得色效果更好，K/S值為1.78，表明采用浸軋法固色織物的顏色最深，染料的固色效果更佳，并且固色后并不會對織物的親水性帶來負面影響。

3 結(jié) 論

(1)滌綸固色劑的最佳合成工藝為：單體初始反應(yīng)濃度50%、m(DMDAAC):m(二烯丙基胺):m(丙烯胺)=100:1.5:2、引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸鈉均為0.9%(對單體質(zhì)量)、反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時間5 h，合成的產(chǎn)品為淺黃色透明液體。

(2)使用兩種工藝進行固色處理以后，無論是在皂洗牢度方面，還是在摩擦牢度方面， 染色棉布均有所提升。浸軋法的固色工藝流程并不復(fù)雜，但相較于另一種固色工藝，其摩擦牢度更低。使用這種工藝進行固色以后，織物表成會形成提升織物水浸泡牢度的膜，從而提升織物的皂洗以及摩擦牢度，并且不會降低其親水性。