摘要: 随着科学与技术的发展，从材料的微观结构分析其宏观性能已成为重要的研究方向。在纺织纤维与染整加工领域，有关纤维素纤维微隙结构的研究是在人们意识纤维超分子结构中结晶度和取向度尚不足以解释纤维素纤维某些性能而展开。关于纤维素纤维微隙结构... 展开 随着科学与技术的发展，从材料的微观结构分析其宏观性能已成为重要的研究方向。在纺织纤维与染整加工领域，有关纤维素纤维微隙结构的研究是在人们意识纤维超分子结构中结晶度和取向度尚不足以解释纤维素纤维某些性能而展开。关于纤维素纤维微隙结构与染色间关系的文献报道多集中于直接染料，而活性染料较少，还原染料则更为鲜见。纤维孔隙体积与染料上染量（固色率或K/S值）关系的研究多为定性描述，缺少定量分析。本论文主要研究纤维素纤维微隙结构与活性染料或还原染料染色行为的关系，并尝试建立纤维孔隙体积与活性染料固色率的函数关系，以助于理解不同种类或不同前处理纤维素纤维织物染色性能的差异并为织物的染整加工从理论上提供参考。 论文采用反相尺寸排阻色谱法（ISEC）法研究了棉、苎麻和粘胶等纤维素纤维的微隙结构（孔隙尺寸及分布），以及它们与活性染料或还原染料上染量的关系。纤维内微分可及体积、累积可及体积和表面积大小顺序为：粘胶>棉>苎麻。这三种纤维累积可及体积的差异以小孔隙最为明显，如粘胶Ф=25.2累积可及体积，约是棉纤维的2.5倍；而苎麻的累积可及体积约是棉纤维的88%。选择分子量不同的5只活性染料对这三种纤维素纤维织物进行染色。以棉纤维为基准，C.I.活性橙16和C.I.活性红23（分子量600-700）在粘胶上固色率分别比棉高66%和97.4%，而对C.I.活性黑5、C.I.活性红120和C.I.活性红243（分子量1000-1700）在粘胶上固色率比棉高15%左右；苎麻与棉之间固色率的差异较小，分子量600-700的染料固色率比棉少15%左右。这些现象可从上述ISEC测定结果中获得较满意的解释,如C.I.活性红23在粘胶与棉上固色率的差异主要与25.2累积可及体积有关。还原染料染色结果与活性染料类似。 进一步的研究聚焦于对天然纤维中加工量最大的棉纤维和棉纤维染色用量最大的活性染料进行，主要探讨纤维微隙结构对染料扩散或吸附的影响。分别测定丝光棉和丝光后再经液氨处理的棉（简称丝光/液氨棉）的微隙结构。以丝光棉为基准，丝光/液氨棉微分可及体积分布曲线向小孔隙方向移动，Ф≤28.8孔隙的累积可及体积增加，Ф>28.8孔隙的累积可及体积下降。用上述分子量不同的5只活性染料对丝光棉、丝光/液氨棉进行染色，以其中C.I.活性橙16（小分子量）和C.I.活性红243（大分子量）为例作染色动力学和染色热力学研究。C.I.活性橙16在丝光/液氨棉上的染色速率和平衡吸附量明显高于丝光棉的，C.I.活性红243在丝光/液氨棉的染色速率和平衡吸附量都较丝光棉有明显下降，该染色现象是由丝光棉再经液氨处理后Ф≤28.8累积可及体积增加，中大孔隙（Ф>28.8）累积可及体积减少引起的。 选择商品交联剂SDP1对丝光/液氨棉进行交联处理（人为改变纤维内累积可及体积），观察活性染料固色率的变化。从 ISEC测定结果看丝光/液氨棉纤维经交联处理后，微分可及体积分布曲线向小孔隙方向移动，累积可及体积随交联程度的提高而递减，表明纤维内的交联“封闭”或“分隔”大孔隙。用C.I.活性橙16和C.I.活性红243对丝光/液氨/交联棉进行染色。染料的固色率显著下降。结合苎麻、粘胶、丝光棉和丝光/液氨棉的数据，将Ф=25.2?和Ф=56.7?孔隙的累积可及体积分别对C.I.活性橙16和C.I.活性红243的固色率作图，非线性拟合可知，所选染料固色率与累积可及体积满足Reciprocal函数关系，拟合相关系数大于0.96，建立了累积可及体积与活性染料固色率的函数关系。 为了验证累积可及体积与活性染料固色率的函数关系，采用15%氢氧化钠溶液对丝光/液氨棉作溶胀处理（碱处理）。经 ISEC测定，丝光/液氨棉碱处理后纤维孔隙（Ф<74.4?）累积可及体积增加。碱处理后，C.I.活性红243的染色速率提高，固色率由63.8%提高到78.5%，与丝光棉（77.8%）接近，说明碱处理能削弱或弥补丝光棉经液氨处理后C.I.活性红243固色率的降低。这也再次表明孔隙体积与活性染料固色率的密切关系。根据Reciprocal函数关系，由C.I.活性红243固色率计算可得丝光/液氨/碱处理棉中Ф56.7?的累积可及体积为0.0460略低于实验值（0.0496），说明函数关系基本成立。 通过观察不同分子量活性染料对丝光棉和丝光/液氨棉染色的色深差异，设想分子量差异较大的黄蓝两只染料，混合后对丝光棉和丝光/液氨棉染色，可通过染色织物色相的变化推断液氨处理对孔隙的影响。试验表明，C.I.活性黄15/C.I.活性蓝194染色丝光/液氨棉较丝光棉偏黄，而C.I.活性蓝19/C.I.活性黄145染色丝光/液氨棉较丝光棉偏蓝，色差大于单只染料染色，均能定性反映液氨处理后小孔隙累积可及体积变大，大孔隙累积可及体积变小的情况。用两只染料混合染色的方法，操作简便、耗时短，可以在生产现场快速对织物进行分析。 论文建立了纤维素纤维累积可及体积与活性染料染色行为的函数关系，为染色中遇到的问题提供解决思路，比如选择大分子量染料对棉/粘胶混纺或交织织物染色，可缩小两种纤维间的色差。至于企业反映丝光/液氨棉比丝光棉得色浅的问题，本论文的研究结果是小分子量染料，丝光/液氨棉得色深于丝光棉，而大分子染料则相反。以上这些解决实际生产中易发生问题的思路是由纤维素纤维超分子结构中除结晶度和取向度外的第三个重要因素纤维微隙结构提供的。 收起