可生物降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的染色性能研究

可生物降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的染色性能研究作者：李立新金淑兰柴丽琴周岚罗军王成龙来源：《丝绸》2020年第08期摘要：聚丁二酸丁二醇酯（PBS）纤维熔点低、耐热性差，不宜进行高温染色。

文章采用低温载体染色法对PBS纤维进行染色，选择三种中低温型分散染料，研究了染色工艺对PBS 纤维上染率及染色效果的影响。

研究结果表明：载体染色法适用于PBS纤维的分散染料染色，载体丁二酸二乙酯对PBS纤维具有较好的增塑作用，有利于PBS纤维在较低温度下上染。

当载体质量浓度1.2 g/L，染色温度70 ℃，染色时间60 min，pH4～5，浴比1︰50时，所选的三种分散染料对PBS纤维均具有较高的上染率，较深的透染性，且染色后PBS纤维的耐皂洗色牢度均在4级以上。

关键词： PBS纤维;载体染色;分散染料;上染率;K/S值Abstract： The poly butylene succinate（PBS） fiber has the properties of low melting point and poor heat resistance， so PBS fiber is not suitable for high temperature dyeing. Based on these，the low temperature carrier dyeing method was proposed for PBS fiber dyeing in this paper. Three medium-low temperature disperse dyes were chosen to investigate the influence of dyeing technology on the dye-uptake rate and dyeing effect of PBS fiber. The results showed that the carrier dyeing method was suitable for PBS fiber dyeing with disperse dyes， and diethyl succinate could well plasticize PBS fiber as a carrier and contribute to PBS fiber dyeing at a low temperature. The three disperse dyes had high dye-uptake rate on PBS fibers and good dyeing penetration property under the following conditions： the amount of carrier 1.2 g/L， dyeing temperature 70 ℃， dyeing time 60 min， pH value 4～5， and bath ratio 1︰50. Besides， color fastness to washing of PBS fiber after dyeing was above Grade 4.Key words： PBS fiber; carrier dyeing; disperse dye; dye-uptake rate; K/S value聚丁二酸丁二醇酯（poly butylene succinate，PBS）是一种新型脂肪族可生物降解聚酯材料，由1，4-丁二酸和1，4-丁二醇通过缩聚反应合成。

与其他可生物降解聚酯材料如聚乳酸酯（PLA）、聚羟基丁酸酯（PHA）相比，PBS價格低廉，具有良好的物理机械性能、易加工成型等特点[1]。

PBS在很多领域都有应用，如医护用品、包装材料、一次性餐具和农林业薄膜等，一般都要通过注塑、吹塑、吹膜、层压、发泡的加工手段，并将色素物质与其进行共混获得有色产品[2]。

此外，PBS纤维已受到国内外研究者的广泛关注，目前主要通过共聚改性和共混改性的方式来提高其物理机械性能，但对PBS纤维的染色研究十分少见。

聚酯类纤维如涤纶可以用分散染料进行高温高压染色、热熔染色和载体染色。

然而，PBS 纤维分子间作用力小、熔点低，高温下纤维易发生变形，前期研究发现，当染色温度达90 ℃及以上时，纤维强度显著降低、柔顺性下降，纤维容易卷绕导致手感发硬，因此，PBS纤维不宜采用传统的高温染色法。

载体染色法可有效降低染色温度，载体对聚酯纤维起到增塑作用，降低了纤维的玻璃化温度，加剧纤维大分子链段运动，有利于染料扩散进入聚酯纤维，可以有效降低聚酯纤维的染色温度[3]。

针对载体染色法，国内外学者开展了大量的研究工作，如Pasquet V等[4]用对香兰素和邻香兰素作为载体对涤纶（PET）进行低温染色，毛亚红等[5]用苯甲酸苄酯对聚苯硫醚（PPS）进行载体染色，许晓锋等[6]将N，N-二乙基-M-甲苯胺（DEET）用于芳纶纤维的载体染色，张伟[7]采用载体CWP-910对聚乳酸（PLA）进行分散染料低温染色，均取得了较好的上染效果。

基于此，本文选择低毒的丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸苄酯、水杨酸甲酯等作为载体，以上染率和色牢度作为主要指标，探讨了载体种类对PBS纤维上染率的影响，并深入研究PBS纤维载体染色方法。

1 实验1.1 材料与仪器原料：PBS纤维（绍兴九洲化纤有限公司）试剂：保险粉（上海梯希爱化成工业发展有限公司），净洗剂POEA-15（无锡硕鼎化工有限公司），碳酸钠（AR）、氢氧化钠（AR）、丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、乙酸乙酯（AR）、乙酸丁酯（AR）、苯甲酸苄酯（AR）、水杨酸甲酯（AR）、十二烷基二甲基苄基氯化铵（麦克林试剂有限公司），皂片（上海制皂厂），冰醋酸（AR）、丙酮（AR）（杭州高晶精细化工有限公司），分散红E-4 B、分散蓝E-4 R（浙江吉华集团股份有限公司），分散黄SA-GL（浙江万丰化工有限公司）。

仪器：可调向式染色机DYE-24（上海千立自动化设备有限公司），Lambda 35紫外分光光度计PE（上海普迪生物技术有限公司），SHA-2制冷水浴恒温振荡器（常州市金坛华伟仪器厂），DATA-COLOR 600测色配色仪（广州市艾比锡科技有限公司），均质器AD 500S-H （上海昂尼仪器仪表有限公司），差示扫描量热仪Q2000（美国TA公司），热重分析仪TG209F（德国Netzsch公司），光学显微镜、哈氏切片器（常州仪器厂），电子天平BSA124S-CW（深圳市盛美仪器有限公司），电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1.2 工艺1.2.1 PBS纤维前处理工艺将PBS纤维放入前处理液中（净洗剂POEA-15 2.0 g/L，碳酸钠2.0 g/L），在55 ℃下处理30 min，水洗两次后烘干待用。

1.2.2 载体染色工艺载体乳液制备：称取6份等质量的十二烷基二甲基苄基氯化铵，向6个50 mL烧杯中分别倒入等体积的水将其充分溶解，然后分别向烧杯中依次加入等体积的6种载体溶液，使用均质搅拌器以10 000 r/min转速进行乳化15 min，制得6种不同的载体乳液。

染色配方和工艺：分散染料相对质量分数2.0%（o.w.f），载体质量浓度0～2.0 g/L，调节pH值为4～5，浴比1︰50。

室温下入染，以1.5 ℃/min升温至一定温度，保温一定时间。

1.2.3 无载体染色工艺染色配方和工艺：分散染料相对质量分数2.0%（o.w.f），调节pH值为4～5，浴比1︰50。

室温下入染，以1.5 ℃/min速率升温至80 ℃，保温60 min。

1.2.4 还原清洗工艺将染色后的PBS纤维放入还原清洗液中（保险粉2.0 g/L，氢氧化钠2.0 g/L），在50 ℃下还原清洗15 min，水洗后烘干。

1.3 测试方法1.3.1 PBS纤维热稳定性的测定取两份1 g PBS纤维，在70 ℃条件下，分别用蒸馏水和2%载体溶液处理45 min。

使用热重分析仪在N2氛围下（升温速率10 ℃/min）对试样进行测试。

取两份1 g PBS纤维，在70 ℃条件下，分别用蒸馏水和2%载体溶液处理45 min。

参照GB/T 17594—1998《纺织材料热转变温度试验方法》，采用差示扫描量热法在N2氛围下测定PBS纤维的熔融温度，升温速率10 ℃/min。

1.3.2 染料吸收光谱曲线的测定以不同比例混合水和丙酮配成丙酮水溶液作为溶剂，测试分散染料的吸收光谱曲线，优选出使染料接近完全溶解状态的最佳溶剂比例[8]。

1.3.3 上染率的测定采用残液比色法测定分散染料对PBS纤维的上染百分率，按1.3.1优选的丙酮水溶液溶解残液中的分散染料。

采用紫外分光光度计在分散染料最大吸收波长处测定吸光度，按下式计算上染百分率。

式中：E为上染百分率，%;A0为染色前染液吸光度;A1为染色后残液吸光度;a为原液稀释倍数;b为残液稀释倍数。

1.3.4 染料工作曲线的制定使用丙酮水溶液配制不同质量浓度的分散染料，分别测定不同质量浓度下分散染料在最大吸收波长下的吸光度，绘制染料质量浓度与吸光度的关系曲线，即分散染料的工作曲线。

1.3.5 K/S值测定采用DATA-COLOR 600测色配色仪，在D65和10°光源下测定PBS纤维表观颜色深度K/S值[9]。

1.3.6 耐洗色牢度的测定染色PBS纤维的耐洗色牢度参照GB/T 3921.3—2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度：试验3》测定[10]。

1.3.7 透染性的测定将载体染色和无载体染色后的PBS纤维采用哈氏切片器进行切片处理，在光学显微镜下观察纤维内部的染色情况。

2 结果与分析2.1 PBS纤维热稳定性的测定按照1.3.1的方法测定PBS纤维在载体和无载体处理条件下的热稳定性，结果如图1和图2所示。

由图1可知，经蒸馏水和载体丁二酸二乙酯处理过的PBS纤维，起始分解温度均在350 ℃附近，但是终止分解温度分别在453 ℃和443 ℃，同时水处理过的PBS纤维热失重率为96.17%，载体丁二酸二乙酯处理过的PBS纤维热失重率为96.63%，分析认为这归因于载体的热分解。

综上可知，载体丁二酸二乙酯对于PBS纤维的热稳定性有一定影响。

由图2可知，经蒸馏水和载体丁二酸二乙酯处理过的PBS纤维的熔融温度几乎无变化，分别为112.09 ℃和112.57 ℃;但熔融焓变有所不同，蒸馏水处理过的PBS纤维的熔融焓值为74.44 J/g，而丁二酸二乙酯处理过的PBS纤维的熔融焓值为63.86 J/g，这表明载体处理过的PBS纤维的结晶程度下降，这是由于丁二酸二乙酯的相对分子质量较小，对PBS纤维具有较大的亲和力。