全 文 ：2015,44(4)
收稿日期：2014-11-19 修回日期：2015-03-30
作者简介：牛燕燕(1990— )，女，汉，在读研究生，研究方向为染
整技术、染整助剂的合成及应用。
近年来，由于科学技术的飞速发展，人民生活
水平逐步提高，人们对纺织品的性能方面有了更高
的需求。越来越多具有优良性能的新型纺织纤维走
进生态环保材料的行列，如竹炭纤维，已经成为全
球纺织界广泛关注的一种新型绿色纺织纤维[1]。
白竹炭涤纶的染色原理与普通涤纶类似[2-4]，都
能够用分散染料染色，因此在确定出分散染料上染
白竹炭纤维的最佳染色工艺后，探讨了分散染料对
白竹炭纤维染色的上染速率、热力学和动力学性
能，为白竹炭纤维的染色提供一些理论依据。
1 试验
1.1 材料、药品及仪器
1.16 dtex白竹炭涤纶和普通涤纶由新乡白鹭化
纤集团有限责任公司提供。
分散金黄 E-TD、分散红 3B、分散蓝 2BLN，
市售，结构式如图1所示。分散剂DN，工业级。丙
酮，化学纯。纯碱、平平加O、醋酸-醋酸钠缓冲溶
液均为化学纯，市售。
红外线染色机，上海一派印染技术有限公司生
产。TU-1800紫外可见分光光度计，北京普析通用
仪器有限责任公司生产。SCT染料纺织品测色配色
仪，沈阳彩普科技有限公司生产。JA2004电子天
平，25 mL容量瓶，移液管等。
1.2 纤维前处理
原材料是直接从工厂生产出来的纤维纱线，在
染色试验进行前，应将纱线上的油剂等物质除去。
将纱线于 2 g/L纯碱、2 g/L平平加O、70 ℃条件下
精炼30 min，充分水洗、晾干。
1.3 染色方法
1.3.1 基本染色方法
染色和还原清洗工艺流程：纤维(前处理后)→
白竹炭涤纶的染色性能
牛燕燕，习智华，梅婴婴
（西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048）
摘 要：以普通涤纶为对比，采用3种分散染料对白竹炭涤纶进行染色，探讨了分散染料对白竹炭涤
纶的提升性能、动力学以及热力学性能的影响，并计算出分散染料在纤维上的染色速率常数、半染时
间和分配系数。结果表明：白竹炭涤纶和普通涤纶的染色特性很相似；白竹炭涤纶的染色速率常数和
分散系数稍大于普通涤纶，半染时间比普通涤纶的短。
关键词：竹炭涤纶；分散染料；染色性能
中图分类号：TQ342.21∶TS102.522 文献标志码：A 文章编号：1001-7054(2015)04-09-06
（c）分散蓝2BLN
图1 3种分散染料的化学结构式
（a）分散金黄E-TD
（b）分散红3B
牛燕燕，习智华，梅婴婴. 白竹炭涤纶的染色性能 9
DOI:10.16090/j.cnki.hcxw.2015.04.004
2015年第 44卷第 4期合成纤维 Synthetic Fiber in China
染色工艺[分散染料(分散金黄 E-TD、分散红 3B、
分散蓝 2BLN)4%(omf)、分散剂DN 2 g/L，醋酸-醋
酸钠调节 pH 值为 5，浴比 1∶100，染色入染温度
40 ℃，以 1 ℃ /min 升温至 100 ℃，保温时间
60 min，降温至 60 ℃取出试样]→冷水洗一次→还
原清洗 (纯碱 2 g/L，保险粉 2 g/L，浴比 1∶90，
70 ℃ 处理 20 min)→水洗一次→烘干(温度 100 ℃，
时间10 min)。
1.3.2 染色动力学
纤维0.5 g，染料4%(omf)，浴比 1∶100，pH值
为 5，分散剂 DN 2 g/L，迅速升温至 100、110 或
120 ℃ ，以染色时间为梯度在不同时间段内取样，
取样后要快速降温，然后测试其吸光度。
1.3.3 染色热力学
纤维 0.5 g，浴比 1∶100，pH值为 5，分散剂
DN 2 g/L，迅速升温至 110 ℃或 120 ℃，以染料浓
度为梯度在不同浓度段内取样，取样后要快速降
温，然后测试其吸光度。
1.4 测试
上染率的测试：染色后，收集染色残液，将残
液与丙酮混溶，使得溶液中丙酮与水的比例为7∶3，
在Shimadzu UV-2550双光束紫外可见分光光度计(日
本岛津)上测试其吸光度，按公式(1)计算上染率[5]。
上染率(%)=100× A0 - A1A0 (1)
式中：A0、A1分别为染色原液、染色残液吸光度。
K/S值测试：用 CE700A测色配色仪测试织物
的K/S值。
2 结果与讨论
2.1 分散染料对竹炭涤纶的染色工艺
2.1.1 标准工作曲线的测定
对试验所用的染料测得其标准工作曲线如图 2
所示。由朗伯-比尔 (Lambert-Beer)定律可知：
A=kbc，式中 k是吸光物质在特定波长和溶剂的情
况下的一个特征常数，数值上等于浓度为 1 mol/L
吸光物质在 1 cm光程中的吸光度，是物质吸光能
力的量度；b为液程厚度；c为被测液体的浓度。
根据上述原理可知：当待测物质浓度不高时，
在吸收光程长度固定的情况下，试样的吸光度与待
测物质浓度成正比。
图2 3种分散染料的标准工作曲线
由图 1中 3种染料的标准工作曲线可以计算出
3种工作原液的吸光度和最大吸收波长，见表1。
表1 3种工作原液的吸光度和最大吸收波长
2.1.2 升温上染速率曲线
在升温上染速率曲线上，对上染率增加很快、
线性关系相对较好的几个试验点进行线性回归，取
回归直线与横坐标的交点，即可求得染色转变温度
(见表2)。
染料名称
分散金黄E-TD
分散红3B
分散蓝2BLN
最大吸收波长/nm
443
517
627
吸光度A0
18.201 0
3.100 6
6.634 3
10
2015,44(4)
表2 3种染料的染色转变温度(单位： ℃)
从表面上看升温上染试验很好地表现了分散染
料上染涤纶的过程和上染行为，实际上升温上染试
验并不能很直观地表达染色行为。由图 3可以看
出：分散金黄E-TD上染普通涤纶和白竹炭涤纶的
上染率曲线相似，都呈 S型，在染色 50 min之前，
其上染率较低并且没有太大的变化；50 min之后，
上染率急剧增加，50~100 min内，上染率增加最
快；100 min后上染率变化不大，比较平稳，最终
的上染率为 70%左右。分散红 3B上染普通涤纶和
白竹炭纤维时，随着时间的延长和温度的升高，其
上染率急剧增加，在染色时间为90 min、染色温度
为 130 ℃时，上染率不再随着时间的变化而变化，
最终的上染率达到 90%左右。分散蓝 2BLN的升温
上染率曲线与分散金黄E-TD的相似，由于分散蓝
2BLN的染色转变温度比分散金黄 E-TD低，所以
染色最终达到平衡后，分散蓝的上染率比分散金黄
的上染率要大，最终上染率接近90%。
图3 升温上染率曲线
2.1.3 提升性能
提升性能是表征染料提升力的指标，是指染色
深度随染料用量增加而递增的性能。图4中，纤维
上的染料浓度与染料用量呈线性关系，随着染料用
量的增加，纤维上的染料浓度也增加。由图4还可
以看出：分散金黄的提升性能不如分散红和分散蓝
的好。
本试验中，当染料为 1%(omf)时，染料的上染
率已经达到很高，随着染液中染料浓度的继续增
加，纤维再吸附的染料其实是少量的。但是，上染
率是通过测量残液吸光度后计算出的，如果这样的
话，纤维上的染料量相对于残液中的染料量是很少
的，甚至可以有一个数量级的差别，因此这样的测
量方法不能完全反映出纤维中的实际染料含量。
图 5是用 SCT染料纺织品测色配色仪测得的染
色纤维的K/S值，表示染色纤维的色深度。这样的
测量方法能比较直观地反映出纤维上的染料量。从
图5中可以看出：白竹炭涤纶与普通涤纶的染色特
征很相似。
2.2 染色动力学
图 6为分散红 3B 和分散蓝 2BLN 对白竹炭涤
纶和普通涤纶在不同温度条件下的染色动力学曲
线。
图6中的染色速率曲线可以用公式(2)表征[6]。
dCtdt = k(C∞ -Ct)2 (2)
式中：k为染色速率常数；C∞为染色达到平衡时染
料在纤维上的上染量；Ct为染色 t时染料在纤维上
的上染量。
式(2)经积分变成式(3)和(4)[7]：
染料名称
分散金黄E-TD
分散红3B
分散蓝2BLN
普通涤纶
103.654 030
100.205 950
86.876 237
白竹炭涤纶
102.523 290
98.395 722
84.844 695
牛燕燕，习智华，梅婴婴. 白竹炭涤纶的染色性能 11
2015年第 44卷第 4期合成纤维 Synthetic Fiber in China
1
C∞ -Ct - 1C∞ =k·t (4)
1
Ct = 1C∞ ·t+ 1k·C∞2 (5)
由图6可知：普通涤纶和白竹炭涤纶在一定温
度范围内的上染量都是随着温度的升高而增大的。
当达到一定温度时，其上染量不再变化。为了使染
色达到平衡时所耗时最短，对涤纶染色时要选择适
宜的温度。
根据回归直线的斜率和截距可计算出染色动力
学参数，即染色速率常数 k和半染时间 t1/2，结果列
于表3。普通涤纶与白竹炭涤纶由于性能相似，所
以各温度下的染色速率常数相差很小[8]。
2.3 染色热力学
图 7为分散红 3B 和分散蓝 2BLN上染白竹炭
涤纶和普通涤纶的染色热力学曲线，这是一种能斯
特型吸附等温线，是最简单的一种吸附类型，可看
作由于染料对纤维具有亲和力而溶解其中。在染色
平衡的情况下，染料在纤维上的浓度Cf与在染液中
的浓度Cs之比为一常数。纤维上的染料浓度与染液
中的染料浓度成正比关系，随着染液浓度的增高而
增高，直到饱和为止，即纤维上的染料浓度不再随
图5 染色后纤维的K/S值图4 纤维上染料浓度与染料质量分数的关系曲线
12
2015,44(4)
染液浓度的增加而增加。该等温线完全符合分配定
律，即溶质在两种互不相溶的溶剂中的浓度之比为
一常数[6]。
Cf
Cs =K (5)
式中：Cf为染色平衡时纤维上的染料量；Cs为染色
平衡时染液中的染料质量浓度；K为比例常数，称
为分配系数。
（a）分散红3B
（b）分散蓝2BLN
图7 染色热力学曲线
根据回归直线的斜率计算出分配系数，如表 4
所示。
表4 染色热力学参数
3 结语
(1) 通过对白竹炭涤纶和普通涤纶染色工艺的
探讨可知：这两种纤维的染色特性很相似。
(2) 两种纤维的染色动力学研究表明：白竹炭
涤纶的染色性能比普通涤纶的染色性能好，染色速
率常数稍大于普通涤纶，t1/2比普通涤纶短。
(3) 两种纤维的染色热力学研究表明：分散染
料对这两种纤维的吸附属于能斯特吸附，分配系数
随着温度的升高而降低；白竹炭涤纶比普通涤纶的
分配系数大0.01左右。
染料
分散
红3B
温度/
℃
110
120
纤维
普通
白竹炭
普通
白竹炭
分配系
数K
1.012 6
1.026 4
0.964 8
1.017 5
染料
分散蓝
2BLN
温度/
℃
110
120
纤维
普通
白竹炭
普通
白竹炭
分配系
数K
0.571 5
0.589 4
0.561 1
0.574 2
牛燕燕，习智华，梅婴婴. 白竹炭涤纶的染色性能
图6 染色动力学曲线
表3 染色动力学参数
染料
分散红3B
分散蓝
2BLN
温度/0C
100
110
120
100
110
120
纤维
普通
白竹炭
普通
白竹炭
普通
白竹炭
普通
白竹炭
普通
白竹炭
普通
白竹炭
染色速率常数
0.000 821 072
0.000 832 621
0.027 100 372
0.042 947 953
0.083 455 682
0.092 963 291
0.002 400 476
0.002 529 586
0.009 892 987
0.010 069 907
0.068 555 172
0.077 964 706
半染时间 t1/2/min
30.448 000 000
30.265 873 020
0.996 296 296
0.630 996 310
0.324 723 247
0.291 512 915
11.830 985 920
11.266 666 670
2.789 855 072
2.730 909 091
0.411 347 518
0.361 702 128
13
2015年第 44卷第 4期合成纤维 Synthetic Fiber in China
参考文献
[1] 赵金龙, 沈兰萍. 竹炭改性涤纶纱线的上浆工艺 [J]. 合成纤维,
2013, 42(9): 45-47.
[2] 王琳, 李晓蓉, 曹秋玲. 竹炭及其纺织品的开发和应用[J]. 纺织导
报, 2006(2): 36-37.
[3]潘福奎,等.竹炭纤维的性能与应用[J].山东纺织科技, 2006(3): 57-57.
[4] 姚穆, 周锦芳, 等.纺织材料学(第二版) [M]. 北京:纺织工业出版社,
1985: 586-587.
[5] 王先锋, 潘福奎, 罗佳丽, 等. 竹炭纤维的性能与应用[J]. 山东纺织
科技, 2006(6):54-56.
[6] T威克斯太夫.染色物理化学[M].中国财政经济出版社, 1962, 1-18.
[7] 汪荣鑫. 数理统计[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2005: 122-168.
[8] Ricciardi M, Antonucci V, Giordano M, Zarrelli M. Thermal decompo⁃
sition and fire behavior of glass fiber-reinforced polyester resin compos⁃
ites containing phosphate-based fire-retardant additives. Journal Of Fire
Sciences [serial online]. 2012, 30(4): 318-330.
Dyeing Behaviour of White Bamboo Charcoal Polyester Fiber
NIU Yan-yan1, XI Zhi-hua, MEI Ying-ying
（College of Textiles & Materials, Xian Polytechnic University, Xian 710048, Shaanxi, China）
Abstract: In comparison with ordinary polyester fiber, three kinds of disperse dyes were used to dye white
bamboo charcoal polyester fiber. The dyeing enhance performance, kinetics and thermodynamic perfor⁃
mance of bamboo charcoal polyester were discussed. The dyeing rate constant, half-dyeing time and the dis⁃
tribution coefficient were calculated. The results showed that dyeing affinity of bamboo charcoal polyester fi⁃
ber and ordinary polyester fiber were very similar, the dyeing rate constant and dispersion coefficient of
white bamboo charcoal polyester fiber were slightly larger than the ordinary polyester fiber, half- dyeing
time was shorter than the ordinary polyester fiber.
Key words: bamboo charcoal polyester fiber, disperse dyes, dyeing behaviour
上海宝贝特种油品化工厂
(原上海市大场化工厂)
以品质求生存 以科技促发展 以服务赢市场
•国内油剂生产厂家中历史悠久
•长期专业生产 涤纶、锦纶、丙纶、差别化复合丝、海岛丝的DTY油剂（无异味）
• 满足于客户个性化需求 上油率稳定，抗飞溅性强，坯布不用前水处理可直接高温定形
不变黄、不结焦
• 依靠长期生产经验的积累 产品渗透性强，抗静电、平滑性、染整性佳；新产品JH- 3针织油
剂，有良好的抗腐蚀性能和防锈性能，低噪音，能与弹性纤维兼
容，适合于织机部件的润滑，减小织针磨损速度、降低机台工作
温度。性价比优于道达尔和德国克虏伯产品
•技术创新，以诚信服务赢得市场 广泛适宜各种机型：假捻、牵伸、卷曲、织造
我厂生产的油剂全部不含NP系列化合物（生物毒素），率先在本行业中积极响应联合国鹿特丹
公约（UN Rotterdam Convention）以及斯德哥尔摩公约（Tockholm Convention），完全符合欧盟纺织
品的相关要求，成为可信的环保系列油剂。
请与我们联络
联系人：孟卫金 手机：13901878010 电话：021-56022112 传真：021-56022112
􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀦵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀦵
􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵􀤵
􀦵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀤵􀤵
􀦵
14