CN109385920A - 一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺 - Google Patents

一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚合物染整技术领域，公开了一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，将PBS纤维进行如下步骤处理：Step1：染液配制；所述染液的各物质以质量百分比计为：溶剂染料3％‑7％、甲醇25％‑33％、N,N‑二甲基甲酰胺50％‑58％以及水2％‑22％；Step2：染色；Step3：固色处理；Step4：染色后处理；经过Step4染色后处理后的PBS纤维即为染色完毕的PBS纤维。由于溶剂染料和PBS的溶解度参数相近，且甲醇和N,N‑二甲基甲酰胺同时作为溶剂，最终使得溶剂染料能够上染在PBS上，从而使得PBS的能够上染出不同色泽，从而提高了PBS的使用价值。

Description

一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺
技术领域
本发明涉及聚合物染整技术领域，更具体地说，它涉及一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺。
背景技术
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种半晶质型热塑性塑料及生物降解型脂肪族聚酯，具有较好的生物降解性能、优异的成型加工性能和良好的物理力学性能，因此在可生物降解高分子材料中最具有研究价值和工业发展前景。PBS的熔点较高(约114℃)，热变形温度约为100℃，比一般可生物降解材料的耐热性好；相对于其他可生物降解材料，PBS具有优良的力学性能，近似于工程塑料ABS和通用塑料聚丙稀PP；PBS的原料价格比聚羟基脂肪酸酯、聚已丙酰胺等其它可生物降解材料更低；因此对其纤维染色的研究有着很大的意义。
基于PBS具有上述良好的性能，从而使它在很多方面都有非常重要的用途。首先它可用于包装领域，主要有垃圾袋、食品袋、各种冷热饮瓶子和标签等。为了使得PBS的通用性以及适用性更强，所以需要对PBS进行染色。
目前的染整行业对与PBS纤维的染色处于空白，虽然PBS同涤纶一样，同属聚酯纤维，理论上可以套用涤纶的染整加工方法，但是涤纶相比于PBS具有很好的耐热性和热稳定性，在150℃左右处理1000h，强力损失不超过50％，而上述PBS的熔点约为有114℃。由于涤纶纤维分子链结构紧密，缺乏羧基、磺酸基等亲水性基团继而不能使用直接染料、酸性染料等上染；在对涤纶纤维染色时，常常在温度为130℃左右的环境下使用分散染料对涤纶进行染色。而PBS的分子排布结构与涤纶纤维分子的排列结构相似，所以也不能使用其他亲水性的染料进行染色，且PBS的耐热性及其热稳定性差，所以涤纶的染整加工方法不适用于PBS纤维。
发明内容
本发明的目的在于提供一种。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，将PBS纤维进行如下步骤处理：
Step1：染液配制；所述染液的各物质以质量百分比计为：溶剂染料3％-7％、甲醇25％-33％、N,N-二甲基甲酰胺50％-58％以及水2％-22％；
Step2：染色；将PBS纤维使用上述配制好的染液进行轧染；
Step3：固色处理；
Step4：染色后处理；
经过Step4染色后处理后的PBS纤维即为染色完毕的PBS纤维。
经过测量和计算得出PBS的溶解度参数为10.3，所用的溶剂染料的溶解度参数为10-10.6之间，对于不同种类的溶剂染料它本身的溶解度参数不同。两种高分子材料的溶解度参数越接近，则共混效果越好，如果两者的差值超过0.5，则一般难以共混均匀。溶剂染料与PBS纤维的溶解度参数接近，所以说明溶剂染料与PBS这两种高分子物质共混效果好，溶剂染料能够更容易的上染至PBS上。
其中，甲醇和N,N-二甲基甲酰胺共同做溶剂染料的载体，同时这两种物质在整体的染液体系中作为助表面活性剂，能够使得溶剂染料能够更加均匀的分散在染液中。
作为本发明的进一步改进，所述Step1染液配制包括以下步骤：
a、以甲醇为溶剂，将溶剂染料添加至甲醇中，且在添加的过程中不断搅拌，以完全溶解为标准；
b、在上述甲醇中溶解有溶剂染料的液体中缓慢添加N,N-二甲基甲酰胺，且在添加过程中不断搅拌，以染液不出现沉淀为标准；
c、最后将水添加至上述b配制的液体，搅拌均匀，即染液配制完成。
通过采用上述技术方案，由于溶剂染料在水中的溶解度很差，所以在染色前需要将染液配制成微乳染色体系，从而使得溶剂染料能够均匀的分散在微乳体系中；后续PBS进入微乳染浴中能够使得溶剂染料更快的扩散至PBS纤维分子之间，从而使得溶剂染料上染至PBS上。
先将溶剂染料与甲醇混合，然后再将N,N-二甲基甲酰胺，能够使得溶剂染料在分散的过程中更加均匀；若先将甲醇和N,N-二甲基甲酰胺混合，再将溶剂染料投入体系中，则会出现上下分层的现象，所以为了避免这一现象的产生，从而上述的配制方式。
作为本发明的进一步改进，所述Step2染色，将PBS纤维使用Step1染液配制中配制好的染液轧染，染液浴比1:(40-60)，染液温度为70℃-90℃，染色时间15min-45min。
通过采用上述技术方案，染液的温度要求低温染色，一方面是采用本发明所配置的染液在上述温度的情况下既可以使得溶剂染料顺利的上染在PBS上，从而能够明显的减少热能的消耗，节约能源；另一方面，将温度控制在上述的温度下，是为了防止PBS在比上述温度高的情况下发生熔化或者是出现不稳定。
作为本发明的进一步改进，所述Step3固色处理，先将Step2染色后的PBS纤维进行第一次烘干，第一次烘干的温度为45℃-65℃，接着进行第二次烘干；第二次烘干的温度为90℃，最后进行焙烘，焙烘温度为100℃，焙烘时间为5min。
通过采用上述技术方案，经过上述两次的烘干以及最后的焙烘，使得溶剂染料能够完全固着在PBS上，且当温度达到100℃时，PBS变软，且PBS纤维分子之间的孔隙最大化，从而使得溶剂染料能够完全吸附在PBS上。
同时，先经过温度为45℃-65℃的烘干，是因为烘筒壁的厚薄不一致，并且烘筒的表面平整程度有差异，若直接进行90℃的烘干，则极易造成烘干不均匀以及泳移的现象出现。
作为本发明的进一步改进，其特征在于：所述Step3固色处理，第一次烘干的时间为10min，且当PBS纤维的含水率≤40％时第一次烘干结束。
通过采用上述技术方案，第一次烘干持续10min，使得PBS纤维内的含水率小于等于40％，从而使得PBS纤维整体的温度均处于45℃-65℃，接着进行第二次的烘干，从而在防止溶剂染料发生泳移的同时能够保证PBS纤维能够烘干均匀，且能够保证溶剂染料能够固着在PBS纤维上。
作为本发明的进一步改进，所述Step4染色后处理，先使用清水对Step3固色处理后的PBS纤维进行冲洗，水温为10℃-15℃，冲洗时间为20min；冲洗过后进行皂洗，皂洗时的水温为85℃，皂洗时间为20min；然后进行还原清洗；最后再使用清水对PBS纤维进行冲洗，水温为10℃-13℃。
通过采用上述技术方案，通过上述的染色后处理，将PBS表面未上染的染液清洗干净，避免在后续加工的时候造成影响；先使用水温为10℃-15℃的冷水进行冲洗，先将PBS表面的染液清洗干净，然后使用85℃的热水，将为上染在PBS上的染液洗去，避免后续浮色的产生。
作为本发明的进一步改进，还原清洗的过程中添加有还原剂，还原剂包括保险粉3.5g/L-4.5g/L以及烧碱2g/L，浴比1:(15-20)，还原清洗温度为80℃，还原清洗时间为30min。
通过采用上述技术方案，通过烧碱以及保险粉的复配，能够使得PBS上产生的浮色被完全清洗干净，从而使得溶剂染料在PBS固色率得以提高。
作为本发明的进一步改进，所述Step1染液配制中溶剂染料为C.I.溶剂黑22、C.I.溶剂黄21、C.I.溶剂橙35以及C.I.溶剂紫31中的任意一种。
综上所述，本发明的优点和有益效果是：
1、由于溶剂染料和PBS的溶解度参数相近，且甲醇和N,N-二甲基甲酰胺同时作为溶剂，最终使得溶剂染料能够上染在PBS上，从而使得PBS的能够上染出不同色泽，从而提高了PBS的使用价值；
2、配制染液时，将染液配制成微乳体系，一方面能够使得溶解性差的溶剂染料能够均匀的分散在染液体系中，另一方面微乳体系更加有利于溶剂染料上染至PBS上。
附图说明
图1为本发明一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
参照图1，一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，将PBS纤维进行如下步骤处理；
Step1：染液配制；染液中的各物质以质量百分比计为：溶剂染料为5％、甲醇30％、N,N-二甲基甲酰胺55％、以及水10％；其中甲醇的纯度为100％、N,N-二甲基甲酰胺的纯度为100％，所使用的溶剂染料选用C.I.溶剂黑22。同时染液配制包括如下步骤；
a、先在容器中添加质量分数为30％的甲醇，接着将质量分数为5％的C.I.溶剂黑22缓慢的添加至含有甲醇的容器中，在添加C.I.溶剂黑22的过程中不断搅拌，直至完全溶解。
b、待C.I.溶剂黑完全溶解在甲醇中后再向容器中缓慢添加55％的N,N-二甲基甲酰胺，同时在添加的过程中不断搅拌，直至完全溶解。
c、待N,N-二甲基甲酰胺完全溶解在染液体系中后再次将10％的水添加至容器中，搅拌均匀，此时染液配制完成。
Step2：染色；将PBS纤维放入浸轧机中进行轧染，且浸轧机中含有Step1所配置的染液，浴比1:50,；与此同时，在添加染液的时候染液温度升至80℃再进行对PBS纤维的轧染，轧染时间为30min。
Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。当PBS纤维的湿度小于等于40％时进行第二次烘干。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
Step4：染色后处理。将上述固色处理后的PBS纤维先使用水温为12℃的冷水冲洗20min。
接着进行皂洗，皂洗时将市售的皂片放入水温为85℃的热水中配成皂洗液，使用皂洗液对PBS纤维进行皂洗，皂洗时间为20min。
然后对皂洗后的PBS纤维进行还原清洗；还原清洗时使用的还原剂包括保险粉4g/L和烧碱2g/L，浴比为1:17。将还原清洗液的温度升温至80℃，再将PBS纤维放入还原清洗液中清洗30min。其中保险粉的纯度控制在50％-99％之间即可，且保险粉为片状或粉状固体均可；烧碱的纯度控制在50％-99％之间即可，且烧碱为片状或粉状固体均可。
最后对还原清洗后的PBS纤维再使用水温为12℃的清水进行冲洗，冲洗15min。
实施例2至实施例5与实施例1的区别在于：Step1染液配制中染液的各物质以质量百分比计如下表：单位：％
实施例6至实施例9与实施例1的区别在于：Step2染色中染液的浴比如下表：
实施例 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
浴比 1:40 1:60 1:45 1:55
实施例10至实施例13与实施例1的区别在于：Step2染色中染液的温度如下表：单位：℃
实施例 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13
温度 70 90 75 85
实施例14至实施例17与实施例1的区别在于：Step2染色中染色的时间如下表：单位：min
实施例 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17
温度 15 45 20 40
实施例18至实施例21与实施例1的区别在于：Step3固色处理中第一次烘干时烘筒的温度调整如下表：单位：℃
实施例22至实施例25与实施例1的区别在于：Step4染色后处理中首次水冲洗时的水温如下表：单位：℃
实施例 实施例22 实施例23 实施例24 实施例25
水温 10 15 11 14
实施例26至实施例29与实施例1的区别在于：Step4染色后处理中保险粉的用量如下表：单位：g/L
实施例 实施例26 实施例27 实施例28 实施例29
用量 3.5 4.5 3.8 4.2
实施例30至实施例33与实施例1的区别在于：Step4染色后处理中还原剂所使用的浴比如下表：单位：g/L
实施例 实施例30 实施例31 实施例32 实施例33
用量 1:15 1:16 1:18 1:20
实施例34至实施例36与实施例1的区别在于：Step4染色后处理中最后一次水冲洗时的水温如下表：单位：℃
实施例 实施例34 实施例35 实施例36
水温 10 11 13
实施例37至实施例39与实施例1的区别在于：Step1染液配制中溶剂染料所选用的种类如下表：
实施例 实施例37 实施例38 实施例39
溶剂染料 C.I.溶剂黄21 C.I.溶剂橙35 C.I.溶剂紫31
对比例1：与实施例1的区别在于，Step1：染液配制中染液的各物质以质量百分比计为：分散染料3％(o.w.f)、分散剂M2g/L以及醋酸0.5g/L，pH控制在5-6之间，浴比为1:50。
对比例2：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理中直接将烘筒的温度调节至90℃烘干，烘干时间为15min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例3：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为40℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例4：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为30℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例5：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为70℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例6：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为80℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例7：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为80℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例8：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为70℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例9：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至95℃，焙烘5min。
对比例10：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至110℃，焙烘5min。
对比例11：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为8min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例12：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为12min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘5min。
对比例13：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘3min。
对比例14：与实施例1的区别在于，Step3：固色处理。先将Step2染色后的PBS纤维使用烘筒进行第一次烘干，此时烘筒温度调节为60℃，烘干时间为10min。第二次烘干时将第一次烘干过程中的烘筒的温度调节为90℃，烘干时间为5min；接着进行焙烘，直接将烘筒的温度调节至100℃，焙烘7min。
将使用实施例1-10的方式处理后的PBS纤维按照GB/T3920-1997的标准，并分别经摩擦牢度测试仪对PBS纤维的摩擦牢度的检测。同时采用国标GB/T23976.1-2009测量上染率；采用SF600测色配色仪测量K/S值，数据如表1所示。
表1
将使用对比例1-14的方式处理后的PBS纤维按照GB/T3920-1997的标准，并分别经摩擦牢度测试仪对PBS纤维的摩擦牢度的检测。同时采用国标GB/T23976.1-2009测量上染率；采用SF600测色配色仪测量K/S值，数据如表2所示。
实验结论：
1、根据表1和表2可以看出，按照本发明中所使用的溶剂染料对PBS纤维染色后的上染率以及K/S值明显高于分散染料对PBS纤维染色后的上染率以及K/S值，说明相对于PBS纤维，分散染料不具备染色价值，而溶剂染料的染色上染率很高。
2、根据表1和表2可以看出，按照发明Step3：固色处理中的工艺中温度以及烘干时间的方式处理PBS纤维，使得PBS纤维经过染色后的上染率以及K/S值都是处于最高值，本发明中的工艺参数为经过多次实验而得出，说明本发明中所使用的工艺参数对于PBS纤维染色为最佳参数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：将PBS纤维进行如下步骤处理：
Step1：染液配制；所述染液的各物质以质量百分比计为：溶剂染料3％-7％、甲醇25％-33％、N,N-二甲基甲酰胺50％-58％以及水2％-22％；
Step2：染色；将PBS纤维使用上述配制好的染液进行轧染；
Step3：固色处理；
Step4：染色后处理；
经过Step4染色后处理后的PBS纤维即为染色完毕的PBS纤维。
2.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step1染液配制包括以下步骤：
a、以甲醇为溶剂，将溶剂染料添加至甲醇中，且在添加的过程中不断搅拌，以完全溶解为标准；
b、在上述甲醇中溶解有溶剂染料的液体中缓慢添加N,N-二甲基甲酰胺，且在添加过程中不断搅拌，以染液不出现沉淀为标准；
c、最后将水添加至上述b配制的液体，搅拌均匀，即染液配制完成。
3.根据权利要求2所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step2染色，将PBS纤维使用Step1染液配制中配制好的染液轧染，染液浴比1:(40-60)，染液温度为70℃-90℃，染色时间15min-45min。
4.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step3固色处理，先将Step2染色后的PBS纤维进行第一次烘干，第一次烘干的温度为45℃-65℃，接着进行第二次烘干；第二次烘干的温度为90℃，最后进行焙烘，焙烘温度为100℃，焙烘时间为5min。
5.根据权利要求4所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step3固色处理，第一次烘干的时间为10min，且当PBS纤维的含水率≤40％时第一次烘干结束。
6.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step4染色后处理，先使用清水对Step3固色处理后的PBS纤维进行冲洗，水温为10℃-15℃，冲洗时间为20min；冲洗过后进行皂洗，皂洗时的水温为85℃，皂洗时间为20min；然后进行还原清洗；最后再使用清水对PBS纤维进行冲洗，水温为10℃-13℃。
7.根据权利要求6所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：还原清洗的过程中添加有还原剂，还原剂包括保险粉3.5g/L-4.5g/L以及烧碱2g/L，浴比1:(15-20)，还原清洗温度为80℃，还原清洗时间为30min。
8.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯纤维的染色工艺，其特征在于：所述Step1染液配制中溶剂染料为C.I.溶剂黑22、C.I.溶剂黄21、C.I.溶剂橙35以及C.I.溶剂紫31中的任意一种。
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