摘要：滌綸傳統水浴染色存在高耗水、高排放和高污染的技術難題，以高沸點、非極性的十甲基環五硅氧烷(D5)為染色介質可以實現分散染料在低壓條件下對滌綸織物染色。為了研究該體系中發色母體對分散染料染色性能的影響，文章分別以鄰氰基對硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑為重氮組分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺為偶合組分，合成了分散染料D-1(偶氮結構)和D-2(雜環結構)。選用D-1、D-2和C.I.分散紅177在低壓無水染色體系中對滌綸織物染色，探究了發色母體及促染劑與染料在染色介質中的溶解度、染色性能的關系。結果表明，在無促染劑時，以鄰氰基對硝基苯胺為重氮組分的D-1的溶解度最低為0.081 g/L，上染率最高為95%;隨著促染劑質量分數的增加，D-1的溶解度及上染率變化較小，而D-2和C.I.分散紅177的溶解度明顯降低，上染率提高15%;發色母體對染色織物的各項色牢度無顯著影響，且均可達到4級或以上。
關鍵詞：低壓無水染色;十甲基環五硅氧烷(D5);滌綸織物;發色母體;溶解度;上染率;促染劑
滌綸織物具有堅牢耐用和抗皺免燙的優點，廣泛應用于紡織服裝行業。滌綸傳統水浴染色時，需要加入大量分散劑來保證分散染料在染液中均勻分散;同時，為了防止滌綸纖維中酯鍵和分散染料發生堿性水解，需要加入大量酸來調節染液pH值在4.3～5.6內;并且染色后為了充分洗去滌綸織物表面浮色又需要進行還原清洗，耗用較多的保險粉、堿劑及水，最終大量的有色廢水和化學助劑被排放，導致生態環境被嚴重破壞[1]。因此，新型綠色染整技術開發是當下印染行業可持續發展的關鍵。
近年來，許多新型染色技術得到了研究和發展，比如氣流染色技術[2]、泡沫染色技術[3]和非水介質染色技術等[4-5]，但是氣流染色存在容易產生色花、洗缸難、染深色織物色牢度低等缺點，而泡沫染色存在勻染性差的問題，如何將泡沫均勻施加在織物表面一直是該技術發展的瓶頸。早期的非水介質染色技術研究較多的是有機溶劑染色和超臨界二氧化碳流體染色[6]，前期報道的有機溶劑多數容易揮發，有些還存在易燃、易爆、有毒的問題，無法滿足清潔生產的需求而逐漸被淘汰。作為染色介質的超臨界二氧化碳雖然比有機溶劑生態環保，但是該技術需要在超高壓下才能完成對纖維的染色，存在安全隱患，再加上染色設備昂貴，極大程度上限制了超臨界二氧化碳流體染色技術的發展[7-8]。
D5對人體和環境都無毒無害，是生態環保友好型的有機溶劑，普遍應用在護膚品和洗滌行業中[9-10]。因D5獨特的優點，2007年以后王際平等[9]原創性地開發了以D5為染色介質的非水介質染色關鍵技術，不僅可以實現水溶性染料[11]對親水纖維染色的高固著率[12]，還可以實現分散染料在低壓條件下對合成纖維的染色[13]。目前偶氮型分散染料因制造簡便、價格低廉、色譜齊全、色牢度較好等優點，已經廣泛應用于滌綸纖維的著色。而分散染料的染色性能除了與染色條件有關外，主要取決于分散染料母體結構及取代基團。目前D5染色體系中關于取代基對分散染料染色性能影響的報道較多，并且高媛媛[14]已經證明分散染料在D5中的溶解度與上染率存在一定的反比例關系，但關于低壓無水染色體系中發色母體與染色性能的關系還未系統研究。本文通過改變分散染料的重氮組分，合成具有不同發色母體的分散染料，探究分散染料發色母體對低壓無水染色體系中分散染料的溶解度、上染率、提升力和色牢度的影響，進一步研究染浴中不同促染劑的質量分數對分散染料的溶解度和上染率的影響，為低壓無水D5染色體系專用分散染料的開發提供理論指導，從而推動印染行業生態可持續發展。
1 實 驗
1.1 材料和儀器
1.1.1 材 料
100% PET的滌綸織物(海寧萬紫千紅印染有限公司)，工業級D5(藍星化工新材料股份有限公司)，工業級皂片(上海市紡織工業技術監督所)，工業級C.I.分散紅177(浙江宇昊化工科技有限公司)，鄰氰基對硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑、N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺(湖北永闊科技有限公司)和亞硝酸鈉、亞硝酰硫酸、無水乙醇、濃鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、乙醇，二甲基亞砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)均為分析純(上海泰坦科技股份有限公司)，促染劑為蒸餾水。
1.1.2 儀 器
UV-2600紫外-可見分光光度計(日本島津)，YP color-tech可調向式打色機(上海千立自動化設備有限公司)，SW-24C耐洗色牢度試驗機(寧波紡織儀器廠)，Y571耐摩擦色牢度儀(萊州元茂儀器有限公司)，Datacolor 800測色配色儀(德塔顏色商貿上海有限公司)，Waters e2695高效液相色譜儀(Waters公司)，Nicolet iS 10紅外光譜儀(美國Thermo fisher)，BRUKER
AVANCE 400核磁共振儀(瑞士Bruker公司)。
1.2 方 法
1.2.1 染料的合成
為了研究發色母體對分散染料染色性能的影響，本文通過改變C.I.分散紅177結構中重氮組分的結構，分別以鄰氰基對硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并異噻唑為重氮組分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺為偶合組分，合成了分散染料D-1(偶氮結構)和D-2(雜環結構)。
為了與染料C.I.分散紅177對比，染料D-1和D-2作為合成染料，本文首先驗證了合成染料D-1和D-2的純度和結構的正確性，然后分別利用HPLC測定兩只染料的純度分別為95.42%和73.23%，化學式如圖1所示。
通過重氮化和偶合反應制備D-1和D-2，具體合成路線如圖2所示。
1) 重氮化反應：
染料D-1：將0.01 mol(1.63 g)鄰氰基對硝基苯胺加入到燒杯中，加入約10 mL水攪拌30 min至均勻分散，然后加入約4.65 g質量分數為36.5%的濃鹽酸，將混合物在冰浴條件下冷卻到0 ℃，緩慢滴加含質量分數為30%的NaNO2(含0.7 g)水溶液，攪拌條件下進行重氮化反應，當將一滴重氮鹽滴入冰水中呈均勻分散狀態，即為反應終點。
染料D-2：將0.01 mol(1.95 g)3-氨基-5-硝基苯并異噻唑加入到5 mL濃硫酸中，在25～30 ℃下攪拌、完全溶解后，逐滴加入質量分數為40%的3.175 g亞硝酰硫酸，維持在此溫度下進行重氮化反應，當將一滴重氮鹽滴入冰水中呈均勻分散狀態，即為反應終點[15]。反應完全后加入氨基磺酸除去多余的亞硝酸，備用[16]。
2) 偶合反應：
染料D-1與D-2的偶合反應相似。以染料D-1為例，將0.01 mol N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺的醋酸溶液(50%)465 g配置成質量分數為27%的醋酸水溶液，并加入適量的乙醇稀釋，在0～5 ℃條件下將1)中制備得到的重氮鹽緩慢滴入到偶合組分中，0.5 h滴加完畢后控制溫度10～15 ℃，攪拌反應6～8 h，用H酸檢測反應終點[17]，整個反應中保持偶合組分微過量。偶合反應結束后，用質量分數為20%的NaOH水溶液將偶合液的pH值調節至5～6[16]。
3) 抽濾、提純：
將2)中制備的偶合液迅速倒入布氏漏斗中進行抽濾，用蒸餾水反復洗滌濾餅至濾液澄清，再將產物均勻分散于水中抽濾、洗滌，重復多次直至水洗液接近無色。將得到的產物加入乙醇中，在65 ℃下加熱約30 min，趁熱過濾，再將濾液迅速冷卻，析出晶體后抽濾，水洗，烘干[18]。D-1和D-2的產率分別為80.04%和88.30%。
1.2.2 染色工藝
基于團隊前期研究的最佳升溫速度和保溫時間[13]，按染料質量分數為0.5%稱取一定量的分散染料到染杯中，按浴比1︰20在染杯中加入40 mL D5介質。在室溫條件下將2 g滌綸織物浸于染液中，先以6 ℃/min升溫至80 ℃，再以3 ℃/min升溫至140 ℃，在140 ℃下恒溫染色60 min，再降溫至60 ℃。染色完成后，采用40 mL D5(浴比1︰20)在80 ℃下洗滌15 min，重復2次，在室溫下干燥，染色工藝曲線如圖3所示[19]。
1.3 染色性能測試
1.3.1 分散染料標準曲線繪制
精準稱取分散染料，以DMSO為溶劑配置分散染料溶液，利用紫外-可見分光光度計測定各染料溶液在可見光380～780 nm的吸光度，利用染料質量分數與吸光度值繪制三只染料的標準曲線圖。
1.3.2 染料的溶解度
將1 g染料加入到盛有150 mL D5介質的密閉染杯中，配置成過飽和溶液，并加入0、5%、15%、25%、35%的促染劑，分別在溫度110、120、130、140 ℃下使用可調向式打色機加熱攪拌30 min，保證達到固液平衡狀態。然后快速從上清液中吸取一定量的溶有染料的D5溶液，用二甲基亞砜萃取染料，測其吸光度，根據1.3.1得到的染料標準曲線計算分散染料在D5中的溶解度[20]。
1.3.3 染料的上染速率曲線
按照圖3染色工藝，采用分散染料對滌綸進行染色，洗滌步驟重復2次，收集染色殘液和洗滌液。利用30 mL DMSO將染料從D5中萃取出來，吸取一定量的DMSO萃取溶液于容量瓶中定容，測試該溶液的吸光度并記錄。根據式(1)計算出染料在不同時間段(15、30、45、60、75、90、105 min)對滌綸織物的上染率，通過時間和上染率繪制上染速率曲線圖。
E/%=1-C1V1C0V0×100(1)
式中：E是上染率，C0、C1分別是染色前和染色后染料的質量分數，V0、V1分別為染色前和染色后液體的體積。
1.3.4 染料的提升力曲線
采用分散染料質量分數為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、09%，按照圖3染色工藝對滌綸織物染色，染色后洗滌、烘干。采用Datacolor 800測定染色織物的K/S值，按照染料質量分數和K/S值的關系繪制出染料提升力曲線[21]。
1.3.5 促染劑對分散染料染色性能的影響
按照圖3染色工藝，分別在D5染浴中加入相對織物質量分數為0、5%、15%、25%、35%的促染劑，按照1.3.2和1.3.3所述方法測定染料的溶解度和上染率[22]。
1.3.6 染色織物的牢度性能與勻染性的關系
耐皂洗色牢度按照ISO 105-C10：2006，MOD《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》的方法測定，耐摩擦色牢度按照ISO 105-X12：2001，MOD《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》的方法測定。染色織物的勻染性通過隨機測定織物上20個部位的K/S值，并由式(2)(3)計算得到顏色標準差(σ)來進行評估[23]。
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