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滌綸高溫分散勻染劑

滌綸纖維是當今使用領域最廣、產量最大的合成纖維。由于組成滌綸纖維的聚酯高分子結構緊密,且疏水性較強,不能象其它纖維那樣常壓染色,而必須采用分散染料以高溫方式進行染色。另外,為節約資源,進一步提高勞動生產率,多采用滌綸的快速染色方法,但快速染色往往不易勻染,需要加入有優良分散性的勻染劑,以使染料不發生凝聚,有優良的移染性能。染料的物理形態不同對其在水中的溶解度、高溫分散穩定性均有很大的影響,并直接影響其勻染性、上染率、提升性等染色性能,尤其對滌綸超細纖維更是如此。為此在滌綸超細纖維染色時常需添加專用的高溫分散劑、高溫分散勻染劑等助劑,以改善染色均勻性。
1 勻染劑的分類及其要求
根據對染料和纖維的親合力,一般可將勻染劑分為兩大類:
1.1對纖維具有較大親合力的親纖維型勻染劑
親纖維型勻染劑是基于它對纖維的增塑作用,以加快染料在纖維中的擴散,使染料的上染速率和解吸速率都增加,通過增強移染作用來達到勻染目的。但這類勻染劑在染色初期非但不起勻染作用,反而會促進染色不均,只有在染色時間延長,移染速率加快后,才有勻染效果。
1.2對染料具有較大親合力的勻染劑 
親染料型勻染劑能與染料形成締合物,使染料分子聚集增大,減慢纖維對染料的吸附,降低其上染率,從而起到勻染作用,但這類勻染劑在高溫時其分散性能可能較差。
勻染劑的性能將直接影響到染色織物的質量好壞。通常,對分散勻染劑的組成及性能要求為:
(1)低溫時具有很好的分散性; 
(2)升溫時能使染料緩慢地向纖維吸附(具有緩染作用); 
(3)高溫時如果染色不勻,可使深色部分的染料向淺色部分移動(具有移染作用);
(4)不降低染色牢度。
2 不同分散勻染劑的分散勻染原理
2.1 陰離子型分散勻染劑
2.1 陰離子型分散勻染劑可在染料粒子表面吸附形成一層強的陰電荷層,由于帶電染料粒子之間存在強烈的靜電斥力而形成穩定的分散狀態。
2.2非離子分散勻染劑 
非離子分散勻染劑分子結構中含有大量的聚乙二醇鏈段。表面活性劑分子具有不對稱的兩親結構,其長鏈疏水基與水有相互排斥的作用,即所謂的親脂疏水效應。表面活性劑在濃度高于CMC時,表面活性劑存在于水中的濃度顯著增大,疏水基之間的色散力使其相互作用從單個分子或離子締合成膠態聚集物,表面活性劑對分散染料的增溶作用主要依靠膠團的作用。
陰離子分散勻染劑具有良好的分散穩定作用,非離子分散勻染劑具有良好的勻染作用,將這兩種不同結構的組份進行共聚,或者陰離子和非離子分散勻染劑進行復配,可得到較高濁點的分散勻染劑。而濁點的高低反應了表面活性劑中的氧乙烯鏈失水程度受溫度的影響。濁點高,氧乙烯鏈不容易因溫度的升高而失水,所以高溫分散性得到提高,在高溫時染料不容易聚集,但在一定的程度上會影響其勻染性。專利中介紹,使用陰離子和非離子表面活性劑的混合物處理作為勻染助劑。
2.3載體
關于載體的作用機理有過不少研究報道,認為由于小分子的芳環載體對纖維的增塑作用,使纖維結構松弛,從而提高了染料在纖維內的擴散速率,這樣通過改進染料擴散移染性而獲得勻染物。另外載體易于吸附到纖維表面形成溶劑層,分散染料易于溶解在這個溶劑層中,與纖維內部形成較大的濃度梯度,有利于提高染料向纖維內部擴散的速率。但載體使滌綸的初染率較大增加也導致吸附不均勻,往往需要延長染色時間以獲得勻染產品。使用非離子表面活性劑和載體的復配混合物作為滌綸高溫染色的勻染劑,具有較好的效果。另外傳統的商品載體多為苯環有機物,有毒、有氣味,難于生產操作,故載體類助劑已很少使用。
3 勻染劑結構和性能的關系
3.1 聚氧乙烯結構與滌綸染色性能關系
聚氧乙烯醚鍵,可與分散染料分子中的一NH、一OH等極性基團形成氫鍵心,對分散染料有一定的親和力,因此提高了分散染料高溫下的溶解度。其功能是在染色過程中俘獲分散染料、增加染料染色的席位,延緩上染以達勻染效果。一般說來,分散染料最容易結合在疏水基與親水基的交界處的鏈段上。馬正升等研究了幾種不同的非離子表面活性劑在高溫下的分散染料的溶解性,發現非離子表面活性劑TWEEN-80,由于氧乙烯鏈較長,親水性較強,造成它對分散染料的高溫分散性能比其它的非離子表面活性劑弱。祝艷梅等認為起分散作用的成分為苯酚,起勻染作用的成分為烷基酚聚氧乙烯醚,將二者以不同比例進行共縮聚所得產物進行分散勻染性能實驗,發現共聚物中苯酚多時高溫分散性好,烷基酚聚氧乙烯醚多時勻染性好。另外,氧乙烯醚型的表面活性劑比氧乙烯酯結構的表面活性劑的勻染效果要差,因為后者與滌綸的親和力大于前者。
3.2磺化度與滌綸染色性能的關系
一般來講陰離子表面活性劑由于其親水基是帶負電荷的基團,所以形成膠團時,親水基之間的電性斥力使得膠團較為蓬松。膠團的聚集數較大,所以陰離子表面活性劑形成膠束的能力比非離子表面活性劑低。從這個意義上來說,由于陰離子表面活性劑形成膠團能力低,所以膠團中的染料量較少。錢國坻等研究發現,在陰離子和非離子表面活性劑進行復配時,隨著陰離子表面活性劑磺化度的增加,其分散作用增加,而對染料的疏水性作用變弱,勻染性變差。因此,作為高溫分散勻染劑應選擇在非離子表面活性劑中加入中等磺化度的陰離子表面活性劑,這樣既可保證有一定的勻染性,又能有較好的分散性的增溶性。祝艷梅等在研究中還發現,大分子中磺酸基的數量決定了分散勻染劑的水溶性及陰電荷密度。當大分子中磺酸基數量增大時,高溫條件下對染料的分散穩定性就高。
3.3芳香核對染色性能的影響
含芳香族化合物的勻染劑實質是一種載體。其功能是當染色升溫達某一臨界值時,使滌綸纖維迅速產生增塑膨潤,并使滌綸的玻璃化溫度下降20~25℃。纖維內的空隙顯著增加,促使染料也迅速而集中地著染于纖維之中。同時它又作為染料的溶劑造成纖維內的染料不斷解吸脫離纖維而發生明顯的泳移。這雖然有利于改善快速染色引起的染色不勻,但也明顯降低了染料的上染率。按其芳香核中的化學結構又可分為萘系和酚系兩大類。萘系分子結構中沒有強極性基團,它與分散染料分子之間主要靠范德華力吸附。酚系分子結構中含有許多強極性的酚羥基,與染料分子之間不僅有范德華力吸附,而且還可與染料分子中的羥基、氨基等形成氫鍵,由于氫鍵的結合強度大于范德華力的強度,所以在高溫時含酚羥基的分散劑與染料粒子結合更牢固,在高溫高壓染色階段起到了分散作用。
專利介紹了有分散染料的滌綸纖維的高溫染色用的分散勻染劑。
在設計時還要考慮其它一些問題,如加入一些對滌綸的齊聚物有良好溶解性能的助劑,以及合成的或復配的表面活性劑在染色的過程中要求低泡或者無泡產生。
3.4 HLB值對染色性能的影響
勻染劑對不同結構染料的高溫分散性具有一定的專一性,這是因為不同結構的分散染料分子中所含有的可與分散劑形成的范德華力和氫鍵的基團性質和數量不同,因此與分散劑的結合力強弱有差異,而使高溫分散性不同。所以不同結構的染料要選擇不同結構的分散劑,一般分散劑HLB值在14—20的范圍內具有較好的分散性。
助劑HLB值對染料的勻染性有一定的影響,分散劑的HLB值不同,勻染性不同。應盡可能選擇和分散染料的HLB值相接近的染料,這樣勻染性才好。這是因為非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑復配后,使后來的離子表面活性劑上“離子頭”之間的電性斥力減弱。染料分子容易插入到混合膠團內部,而使增溶作用增強,提高了分散起到重要的作用。

2014-11-20 19:18:33
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