PHA/PET交织物染色性能研究*

2021-07-14廖杏梅柳新江沈永红王祥荣

现代丝绸科学与技术 2021年2期

廖杏梅，柳新江，沈永红，王祥荣

(1.苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州 215021；2.湖州新南海织造厂，浙江湖州313000)

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由3-羟基脂肪酸组成的线性高分子聚酯[1]，因其良好的生物特性和理化性能，被认为是可替代部分石油基的材料。近几年来，由于环保问题突出，PHA以其自身优异性能吸引了众多科研工作者的关注，在纺织领域的研究也逐渐深入[2-3]，通过共混改性等手段，形成了一系列PHA复合纤维[4-9]，也出现了PHA交织物的产品，如PHA/真丝交织物和PHA/PET交织物。由于分散染料既可以上染PHA纤维，也可以上染PET纤维[10-12]，因此使用分散染料对PHA/PET交织物进行染色时，有必要提前了解分散染料对PHA/PET交织物中PHA纤维和PET纤维染色性能的差异性。

本实验以PHA/PET交织物为研究对象，探究了分散染料结构、染色温度、pH值对PHA/PET交织物染色性能的影响，比较了PHA/PET交织物中PHA纤维、PET纤维的染色差异性，为今后PHA/PET交织物染色过程中染料选择，解决同色性、色光、色差等问题提供依据。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

织物：PHA/PET平纹交织物(经向PET纤维，纬向PHA纤维，委托加工)

药品：无水碳酸钠、无水乙酸钠、无水乙酸、丙酮(国药集团化学试剂有限公司)，上述药品均为分析纯；精练剂(实验室自制)；实验用分散染料如表1所示。

表1 实验用分散染料

仪器：红外染样机(无锡亚博纺织设备有限公司)；紫外可见分光光度计(北京普析通用有限公司)；分光测色仪(美国Hunter Lab公司)；电热鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；数显控温水浴锅(上海浦东新区电理仪器厂)。

1.2 实验方法

(1)织物前处理：加入精练剂、碳酸钠，质量浓度均为2 g/L，浴比1∶50，升温至95 ℃后，放入PHA/PET交织物，保温50 min后取出，热水洗，冷水洗，晾干，放于干燥器内备用。

(2)温度敏感性实验：染料用量为2%(omf)，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节染液pH值为5，浴比设为1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升温至指定温度，保温40 min。染样机转速为46 r/min。染色完成后，取出织物水洗晾干，留用测试，并收集染色残夜，测试上染百分率。

(3)pH值敏感性实验：染料用量为2%(omf)，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节染液pH值至指定值，浴比设为1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升温至100 ℃，保温40 min。染色完成后，取出织物水洗晾干，留用测试，并收集染色残夜，测试上染百分率。

(4)提升性实验：取不同用量的染料进行实验，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节染液pH值为5，浴比设为1∶50，40 ℃入染，以2 ℃/min速率升温至100 ℃，保温40 min。染色完成后，取出织物水洗晾干，留用测试。

1.3 测试方法

(1)上染百分率测试：分别取染色原液和染后残夜10 mL，用丙酮定容至50 mL，摇匀。采用TU-1810紫外可见分光光度计测定染料原液吸光度A0和残夜的吸光度A1，上染百分率采用式(1)计算。

(1)

式中：A0、A1分别为原液、残液的吸光度。

(2)K/S值测试：先将染色后PHA/PET交织物的经向与纬向拆开，分别测试PET纤维(经向)和PHA纤维(纬向)的K/S值。将整理好的PHA纤维和PET纤维放入仪器所带散纤维固定盒，采用UltraScan PRO型分光测色仪，在D65光源10°视角下测试4次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 温度对PHA/PET交织物中两种纤维K/S值的影响

按照1.2方法，分别在85、95、100、105、115 ℃下对PHA/PET交织物进行染色实验，结束后测试分散染料在PHA/PET交织物上的混合上染百分率及染后织物经向(PET纤维)和纬向(PHA纤维)的表观色深K/S值，实验所得结果见图1、图2和图3。

图1 染色温度对PHA/PET交织物上染百分率的影响

图2 染色温度对PHA/PET交织物中的PHA纤维K/S值的影响

图3 染色温度对PHA/PET交织物中的PET纤维K/S值的影响

由图1可知，随着染色温度的升高，PHA/PET交织物中两种纤维的混合上染百分率逐渐增加，不同结构的分散染料的变化趋势一致。

图2和图3对比可知，对于分散蓝56染料，染后PHA纤维K/S值随着温度的升高不断减小，而染后PET纤维K/S值随温度的升高不断增加，说明温度较低时，染料先上染PHA纤维，随着温度逐渐升高，染料开始先上染PET纤维。其余10只染料，对于PHA纤维而言，在温度较低时，随着温度的升高，染色后PHA纤维的K/S值逐渐增加，当温度超过100 ℃后，分散蓝183、分散蓝60、分散红86三只染料染料染色后PHA纤维的K/S值随着染色温度的升高继续升高，其余7只染料染色后PHA纤维的K/S值几乎不再变化，染色达到饱和；对于PET纤维，随着温度的升高，染色后PET纤维的K/S值一直呈现逐渐上升的趋势；说明大部分染料优先上染PHA纤维，后上染PET纤维。

2.2 pH值对PHA/PET交织物中两种纤维K/S值的影响

按照1.2方法，分别在pH值为3、4、5、6的条件下对PHA/PET交织物进行染色实验，计算不同染料对PHA/PET交织物中两种纤维的混合上染百分率，测量染色后织物纬向(PHA纤维)和经向(PET纤维)的表观色深K/S值，实验结果如图4、图5和图6所示。

图4 pH值对PHA/PET交织物上染百分率的影响

图5 pH值对PHA/PET交织物中的PHA纤维K/S值的影响

图6 pH值对PHA/PET交织物中的PET纤维K/S值的影响

从图4可知，染色pH值对PHA/PET交织物的上染百分率影响不大。由图5和图6对比可知，随着pH值的增大，PHA/PET交织物中两种纤维的K/S值稍有波动；pH值对PET纤维K/S值的影响程度稍大于PHA纤维。

从分散染料结构看，7只偶氮结构分散染料染色后，PHA纤维的K/S值大于染色后PET纤维的K/S值，而对于大部分蒽醌结构染料，染色后PHA纤维的K/S值小于染色后PET纤维的K/S值。

2.3 染料用量对PHA/PET交织物中两种纤维K/S值的影响

按照1.2方法，选用11种不同结构分散染料，分别在pH值为5、温度为100 ℃的条件下对PHA/PET交织物进行染色实验，染色后织物测量纬向(PHA纤维)和经向(PET纤维)的表观色深K/S值，实验结果见图7和图8。

图7 染料用量对PHA/PET交织物中的PHA纤维K/S值的影响

图8 染料用量对PHA/PET交织物中的PET纤维K/S值的影响

由图7和图8可知，分散染料在PET纤维上的提升性优于在PHA纤维上的提升性。对于PHA纤维，分散蓝56染料的提升性较佳；其余10只染料在染料用量超过2%(omf)后，染后纤维的K/S值几乎不变，提升性较弱。对于PET纤维，分散红152、分散蓝183、分散蓝60和分散红86这4只染料的提升性较弱；其余7只染料随着染料用量的增加，其在PET纤维上的K/S值随之增大，提升性较好。

2.4 PHA/PET交织物中两种纤维染色差异性比较

选取温度100 ℃、pH值为5的染色条件对PHA/PET交织物进行染色实验，探究优化工艺下交织物中两种纤维的染色差异性，所得结果如表2和表3所示。

表2 分散染料对PHA/PET交织物中两种纤维K/S值与最大吸收波长的影响

表3 分散染料对PHA/PET交织物中两种纤维颜色特征值和色差的影响

表中K/S比值ΔK为K/S(PHA/PET交织物中的PHA纤维)与K/S(PHA/PET交织物中的PET纤维)之比；Δλ为最大吸收波长差值；ΔE为色差。

由表2可知，从K/S值角度来看，偶氮结构的7只分散染料中，染色后两种纤维的ΔK均大于1，可见偶氮结构的分散染料在PHA纤维上的上染量大于在PET纤维上的上染量。蒽醌结构的4只分散染料中，分散蓝56和分散蓝60这2只染料的ΔK小于1，说明这两只染料在PET纤维上的上染量大于在PHA纤维上的上染量，而分散红60和分散红86这2只染料染后两种纤维的ΔK大于1，分散红60染料染色后PHA纤维和PET纤维的ΔK为1.02，说明用分散红60染料染色后两种纤维的染色同色性较好。因此选用ΔK接近1的分散红60和分散蓝183染料对PHA/PET交织物进行染色，可获得较好的同色性[13]。

色相与物质吸收光谱中被吸收光的波长有关，吸收光波长变长，发生深色效应，吸收光波长变短，则发生浅色效应[14]。由表2可知，从最大吸收波长λmax的角度看，Δλ值大于10 nm的染料有分散红167、分散蓝183、分散蓝56，说明用这3只染料染色后两种纤维的色相角有较大差别，由此引起色光有一定的差别。Δλ值为0 nm的染料有分散蓝79、分散红152、分散蓝60，其染色后两种纤维的最大吸收波长没有差别，说明选择这3只染料染色后PHA纤维和PET纤维二者色相角一致，不会产生异色效果，具有较好的色光一致性[15]。

从表3可知，从色差的角度分析，使用分散红167、分散蓝79和分散红86这3只分散染料对PHA/PET交织物染色后，PHA纤维和PET纤维的色差相对较大，ΔE超过了10；其他8只染料染色后两种纤维的色差值在5.3～8.4之间，色差相对较小。不管是偶氮结构染料还是蒽醌结构染料，色差值均有大有小，染料的结构和色差之间并无直接的联系，选用色差较小的染料对PHA/PET交织物染色，可以获得更好的染色同色性。