陽離子染料常壓可染新型改性滌綸的熱性能及染色性能

楊肖婉， 王建明， 張大省

(北京服裝學院 材料科學與工程學院， 北京 100029)

陽離子染料常壓可染新型改性滌綸的熱性能及染色性能

楊肖婉， 王建明， 張大省

(北京服裝學院 材料科學與工程學院， 北京 100029)

針對常規滌綸常壓難以上染的問題，對一種新型改性滌綸的熱性能和染色性能進行研究。使用掃描電子顯微鏡、差示掃描量熱法和熱失重分析等對纖維形貌及熱性能進行表征和測試。結果表明：纖維具有縱向溝槽及橫向十字形結構；玻璃化轉變溫度為62 ℃，結晶溫度為131 ℃，熔點為241 ℃，初始熱分解溫度為402.8 ℃。利用亞甲基藍上染纖維，測得纖維的染色飽和值為5.8。使用Maxilon陽離子染料(紅、金黃、藍、黑)對織物進行染色并繪制上染速率曲線，結果表明：入染30 min后可達到染色平衡，染色保溫時間為30 min，染色樣品色牢度均能達到4級左右;黑色染料用量為5%(o.w.f)時，K/S值變化趨于平緩，干濕摩擦牢度為4～5級。

陽離子染料； 改性滌綸； 染色性能； 色牢度

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維的染色改性一般是采用添加第3組分或第4組分改性劑，改變PET的分子結構，以降低其結晶能力，提高其染色性能。目前陽離子染料可染改性聚酯纖維的代表品種主要有高溫高壓型陽離子染料可染改性聚酯(CDP)、常壓沸染型陽離子染料可染改性聚酯(ECDP)及被稱高含量、高性能CDP的陽離子染料可染改性滌綸(HCDP)和低溫陽離子染料可染新型改性聚酯纖維(如Parster纖維)[1-2]。通常CDP的特性黏度一般為0.54 dL/g左右，其纖維強度較低，需要在115～120 ℃才能上染，且難于染深色；ECDP的特性黏度可達到0.58 dL/g，可在100 ℃上染，若將其用于制備復合紡絲法的超細纖維，其纖維強度低，若通過非相容高聚物共混紡絲技術制備更細的超細纖維基本是無法實施的。以對苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)及間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉(SIPE)為基本原材料，添加適當的催化劑、穩定劑等，適當的改變原料配比，經酯化、縮聚而得到的一種陽離子染料常壓可染新型滌綸，稱之為NECDP纖維，經過改變原料配比合成的NECDP，可使其特性黏度達到0.74 dL/g以上，有利于紡絲效率的提高，將NECDP與低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混紡絲或復合紡絲，經甲苯溶除LDPE后即可制得NECDP超細纖維，纖維線密度小于0.06 dtex[3-4]。間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉(SIPE)的加入不僅引入了磺酸鈉染座，從而與陽離子染料結合，還將間位結構引入破壞了大分子的規整結構，使染料分子易于進入聚酯，纖維具有陽離子染料常壓沸染特性[5-6]。同時第3、4單體的加入有利于降低NECDP的玻璃化轉變溫度和結晶溫度，有利于染料分子的進入[7]。本文主要研究了常規線密度NECDP纖維的熱性能及其染色性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

陽離子染料：Maxilon Red SL 200%(紅)、Maxilon?Golden Yellow GL EC 400%(金黃)、Maxilon? Blue SL 200%(藍)和Maxilon? Black FBL-01 300%(黑)，亨斯邁公司。

藥品：醋酸鈉，分析純，北京化工廠；醋酸，分析純，北京化學試劑公司。

儀器：HC21K化纖染色試驗編織機(無錫市宏成紡織機械電子有限公司)；JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社)；SEIKO EXSTAR DSC 6200熱性能分析儀、SEIKO EXSTARTG DTA/TG 6300型差熱-熱重聯用分析儀(日本精工株式會社)；Lambda 750 UV/VIS Spectrometer 紫外可見近紅外分光光度儀(珀金埃爾默股份有限公司)；電熱恒溫水浴鍋(余姚市東方電工儀器廠)；電磁爐；PHB-5酸度計(天津市賽得利斯實驗分析儀器制造廠)；722可見分光光度計(上海欣茂儀器有限公司)；MINOTLA CM-3600d 電腦測色配色系統(意大利奧林泰克斯(北京)有限公司)；M228 ROTAWASH水洗色牢度儀 (SDLATLAS 公司)；M238A摩擦牢度測試儀(SDLATLAS 公司)；Q-SUN XE-3 XENON TEST CHAMBER日曬牢度儀(美國Q-LAB公司)。

1.2 纖維制備及織物規格

紡絲機螺桿直徑為Φ35 mm，單紡位6頭，采用POY-DTY工藝制備NECDP異形截面纖維。紡絲溫度為272 ℃，紡絲速度為2 800 m/min。采用HC21K化纖染色試驗編織機編織襪筒，引入2根87.6 dtex/72 f 復絲進行緯平針織造，織物規格為：橫密81縱行數/5 cm； 縱密64橫列數/ 5 cm；面密度113.0 g/m2。

1.3 染色工藝

染色溫度為100 ℃，浴比為1∶100，用醋酸和醋酸鈉調節pH為4.5，升溫速率控制在1 ℃/min，入染溫度為50 ℃。

1.4 測試方法

1.4.1 NECDP纖維的形態結構

試樣先經鍍金處理，用JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡觀察纖維縱向及橫斷面的外貌形態結構并記錄。

1.4.2 NECDP纖維的熱性能

采用SEIKO EXSTAR DSC 6200熱性能分析儀研究NECDP的玻璃化轉變溫度、結晶溫度及熔點等性能。須先將樣品消除熱歷史而后進行DSC掃描，升溫速度為20 ℃/min，掃描溫度范圍為30～300 ℃。

采用SEIKO EXSTAR DTA/TG 6300熱分析儀在N2下研究NECDP纖維的熱性能，升溫速度為10 ℃/min，掃描溫度范圍為室溫到700 ℃。

1.4.3 NECDP織物的染色飽和值

實驗條件參照GB/T 2401—2006《陽離子染料染腈綸時纖維飽和值、染料飽和值及飽和因數的測定》。 根據亞甲基藍標準工作曲線以及下式計算殘液中染料用量[8-10]。

式中：C為殘液中染料用量，%(o.w.f)；c為測得的吸光度所對應的染料質量濃度， mg/mL；B為從500 mL的染液中吸取的體積，mL；A為將B稀釋后的體積，mL；M為纖維質量，mg。

按照下式計算NECDP纖維的染色飽和值：

式中：D為圖中直線交點縱坐標讀數，%(o.w.f)；98.5%為亞甲基藍的純度；90%為測定要求的上染百分率；5/4為相對分子質量為400的陽離子染料和相對分子質量為320的亞甲基藍的比值。

1.4.4 上染率

用722型可見光分光光度計測試染色原液與殘液的光密度, 由下式計算染料對纖維的上染率[11-12]：

式中：R為上染率，%；A0為原液的光密度；A1為殘液的光密度。

1.4.5K/S值

使用MINOTLA CM-3600d 電腦測色配色系統測定染色后試樣的表面得色深度K/S值。

1.4.6 色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定耐摩擦色牢度。參照GB/T 3921. 3—2008《紡織品色牢度試驗耐洗色牢度》測定耐皂洗色牢度。參照GB/T 8426—1998《紡織品色牢度試驗耐光色牢度：日光》測定日曬牢度。

2 結果與討論

2.1 NECDP纖維的物理力學性能

表1示出POY及DTY異形纖維的部分物理力學性能。由表可知，纖維的斷裂強度增加是由于經拉伸過后的POY絲取向度的增加。

表1 纖維的物理性能Table 1 Physical and mechanical properties of fiber

2.2 NECDP纖維的形態結構

圖1示出纖維的縱向表面和橫斷面形態結構的掃描電鏡(SEM)照片。由圖1(a)可知，纖維縱向有明顯的溝槽,圖1(b)橫斷面顯示出十字形結構。異形十字形纖維使纖維比表面積增大，有利于提高染色速率。

2.3 NECDP纖維的熱性能

圖2示出NECDP纖維的TG及DSC分析譜圖。圖2(a)顯示NECDP纖維的初始熱分解溫度為402.8 ℃，具有很好的熱穩定性能。由圖2(b)可見，NECDP纖維的玻璃化轉變溫度為62.2 ℃，低于常規PET的玻璃化轉變溫度，有利于纖維的常壓染色；結晶溫度為131.3 ℃；NECDP的熔點為241.0 ℃，冷結晶峰溫度、起始結晶溫度均比常規PET有較大幅度降低，結晶峰和熔融峰形仍比較尖銳，表明NECDP纖維的結晶較完善。

2.4 NECDP織物的染色

2.4.1 NECDP織物的染色飽和值

以亞甲基藍為染料，染色殘液中染料用量為橫坐標，原始染料的含量為縱坐標作曲線，然后從原點作斜率為10的直線。圖3示出染浴中剩余染料含量與原始染浴中染料含量的關系。

由圖3的2條直線相交點D值求得原始染料的含量為5.2%(o.w.f)。又根據染色飽和值公式得出該NECDP纖維的染色飽和值Sf為5.8。

2.4.2 NECDP織物上染速率曲線測定

圖4示出紅、金黃、藍、黑染料的上染速率曲線，染料用量為5%(o.w.f)。圖中曲線斜率反映了染料在纖維上的上染速率，在上染初期纖維上染料濃度隨時間的延長增加得較快，之后隨著時間的延長，增加越來越慢，最后纖維上的染料濃度不再隨染液的增加而增加，即達到了染色平衡。其中藍色染料上染速率較快，達到染色平衡所需要的時間相對較短，在入染25 min后基本達到染色平衡。其他3種在30 min左右達到染色平衡。金黃色上染速率較慢。染色達到平衡后，再保溫30 min即可。染料的上染百分率均能達到98%以上。表2示出NECDP織物的染色牢度。表中NECDP織物染色后，NECDP織物耐洗、干、濕摩擦、日曬牢度均較好。

表2 NECDP 織物染色牢度Tab.2 Color fastness of NECD 級

2.4.3 NECDP織物的黑色染料染色

染料的用量分別為1%(o.w.f)～7%(o.w.f)。不同用量的黑色染料對NECDP織物的染色K/S值和摩擦色牢度見表3。由表可見，染料用量在5%(o.w.f)后，K/S值趨于穩定，5%(o.w.f)的染料用量值接近2.4.1所測的Sf值。不同用量黑色染料對NECDP織物的染色具有很好的干、濕摩擦色牢度。7%(o.w.f)以下用量的牢度級別基本沒有變化，都能達到4～5級。

表3 NECDP 織物的K/S值及色牢度Tab. 3 K/S value and color fastness of NECDP fabric

3 結 論

1)NECDP纖維表面有明顯的溝槽，橫斷面為十字形結構。纖維的玻璃化轉變溫度為62.3 ℃、結晶溫度為131.3 ℃、熔點為241.0 ℃，熱分解溫度為402.8 ℃。

2)所測NECDP纖維的染色飽和值為5.8。在上染過程中藍色染料上染速率較快，入染25 min后基本達到染色平衡，染料的上染百分率均能達到98%以上，且染色后的各項牢度都在4級左右。

3)黑色染料在用量為5%(o.w.f)時，K/S值為29.50，隨著用量的增加,K/S值的變化趨于平緩，說明染色已經達到飽和，與染色飽和值接近。

FZXB

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Thermal and dyeing properties of novel cationic-dyeable polyester fabrics under atmospheric pressure

YANG Xiaowan, WANG Jianming, ZHANG Dasheng

(SchoolofMaterialsScience&Engineering,BeijingInstituteofFashionTechnology,Beijing100029,China)

In view of the problem of the conventional polyester fiber on the difficulty in dyeing under atmospheric pressure, the thermal and dyeing properties of a novel modified polyester fiber were studied. The morphology and thermal properties of the fibers were characterized and tested by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analysis.The results show that the fiber has longitudinal grooves and cross-shaped structures; the glass transition temperature ,crystallization temperature, melting point and initial thermal decomposition temperature of fiber are 62, 131 and 241 ℃, respectively. The dyeing saturation value of fiber was measured by using methylene blue dye on the fiber, and the dyeing saturation value is 5.8. The fabrics are dyed with Maxilon cationic dyes(red, golden yellow, blue and black), and the dyeing rate curves are drawn. The results show that the dyeing balance can be reached after 30 min, the holding time is 30 min and the color fastness is about 4 grade. The fabric is dyed with Maxilon Black, and the results show that theK/Svalue tends to be stable when the dye concentration is about 5% (o.w.f), and the dry and wet rubbing fastness is 4-5 grade.

cationic dye; modified polyester; dyeing performance; color fastness

10.13475/j.fzxb.20160105405

2016-01-26

2016-09-02

楊肖婉(1991—)，女，碩士生。研究方向為染整加工新技術。王建明，通信作者，E-mail:wangjm1502@163.com。

TQ 342.21； TS 193.6

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