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納卡纖維的染色性能研究
集萃印花網(wǎng)  2010-12-24 00:00:00
    【集萃網(wǎng)觀察】納卡纖維是聚丙烯腈纖維表面經(jīng)納米處理后獲得的纖維,由于引入了兩性型功能基團(tuán),其中親水性功能基團(tuán)使纖維吸濕放濕性有了很大提高,回潮率比常規(guī)腈綸高118%,性能更接近于天然纖維,親膚性好,同時(shí)手感也變得極其滑爽,柔軟度可以同山羊絨相媲美,因而被廣泛地使用于混紡原料,對(duì)于提高紡織制品的柔軟性、膨松性、豐滿度、彈性具有極其重要的意義。

  納卡纖維的結(jié)構(gòu)有別于常規(guī)腈綸纖維,因而染色性能和常規(guī)纖維相比有很大的不同。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)始采用納卡纖維進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā),而針對(duì)納卡纖維染色性能的研究國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)有相關(guān)報(bào)道。為了更具體準(zhǔn)確地了解這種新型纖維的染色性能,本文對(duì)其陽(yáng)離子染料染色飽和值、染色速率、上染速率和色牢度進(jìn)行了測(cè)試與分析,為紡織品加工和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供參考。

  1 實(shí)驗(yàn)部分

  1.1 材料及儀器

  1.1.1材料

  納卡纖維(0.167tex×38mm):品德實(shí)業(yè)(太原)有限公司;腈綸纖維(0.167tex×38mm):吉林化纖;Astrazon藍(lán) FRR(德國(guó)拜耳);醋酸(市售);醋酸鈉(市售);元明粉(市售);緩染劑A。

  1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

  染色小樣機(jī)(靖江市新旺染整設(shè)備廠);721型光電分光光度計(jì)(上海第三分析儀器廠);恒溫烘箱(天津市泰斯儀器有限公司);TP電子天平(上海天平儀器廠);酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠);Y571B型摩擦牢度儀(溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠);SW12型皂洗牢度儀(萊州市電子儀器有限公司)。

  1.2 實(shí)驗(yàn)方法

  1.2.1 納卡纖維染色飽和值Sf的測(cè)定

  Sf是100克纖維在一定條件下所能吸附分子質(zhì)量為400的染料(孔雀綠)的最大克數(shù)。采用721型光電分光光度儀測(cè)定染色殘液的吸光度來(lái)計(jì)算納卡纖維染色的飽和值。

  配方: Astrazon藍(lán) FRR 10%;元明粉 5%;醋酸 4%(pH4.5);醋酸鈉 1%;浴比 1:100。配制300mL染液,取100mL作標(biāo)準(zhǔn)液(比色用),200mL放入小樣機(jī)用于染色,將2g納卡纖維樣用蒸餾水浸透,放入樣機(jī)染色。

  染色工藝:70℃入染,1℃/min升溫至沸,染4h。染后將染色殘液倒在200mL的容量瓶中,用蒸餾水補(bǔ)足至200mL,使用分光光度計(jì)進(jìn)行比色。

  染料的最大吸收波長(zhǎng)為630nm,取此附近6個(gè)波長(zhǎng)測(cè)光密度和透光率,結(jié)果取平均值。Sf按下式計(jì)算:

  ×10%×1.25

  式中: ——為染后殘液光密度的平均值;

  ——為標(biāo)液的光密度平均值;

  10%——標(biāo)液的濃度;

  1.25——Astrazon藍(lán)換算為標(biāo)準(zhǔn)染料分子量的換算比值。

  1.2.2 染色速率V的測(cè)定

  用已知染色速率的吉化腈綸纖維和納卡纖維樣品做染色對(duì)比測(cè)驗(yàn),兩種纖維的線密度相同。采用如下配方及工藝:

  Astrazon藍(lán)FRR 2.0%;醋酸(60%)1.5%;在浴比1:30、溫度95℃、pH=4.5條件下,進(jìn)行同浴染色,直至染料吸盡。用目光觀測(cè),纖維色澤相同,則兩者染色速率相同。差別大于20%,另選一種已知染色速率的腈綸纖維重復(fù)試驗(yàn)后,即可確定。

  1.2.3上染百分率的測(cè)定

  用一缸殘液比色法進(jìn)行測(cè)定,按染料1%、醋酸3%調(diào)pH值為4.5、元明粉10%、緩染劑A 0.5%配制染液500mL,取100mL作標(biāo)準(zhǔn)液,余者放在一只染缸內(nèi)升溫至40℃,投入8×1g散纖樣(浴比1:50),按升溫速率1℃/min染色,染色時(shí)間120min,每隔15min取出一份樣品及一份供比色用的染液,依次取8個(gè)樣。要注意保持染色過(guò)程中的浴比。用目光觀測(cè)纖維的染色深度,同時(shí)按下式計(jì)算:

  ×100%

  式中:        ——?dú)堃旱墓饷芏龋?——標(biāo)液的光密度。

  1.2.4 染色牢度的測(cè)試

  耐摩擦牢度:按GB/T 3921—1997(ISO105-X12:1993)《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》試驗(yàn)方法分別對(duì)腈綸纖維絨線織片和納卡纖維絨線織片進(jìn)行測(cè)試;耐洗牢度:按GB/T 3921—1997(ISO105-C03:1989)試驗(yàn)方法分別對(duì)腈綸纖維絨線織片和納卡纖維絨線織片進(jìn)行測(cè)試。

  2 分析與討論

  2.1 染色飽和值Sf

  纖維染色飽和值表示纖維吸附染料最大能力,等于纖維上所有吸附位置都吸附了等量染料時(shí)的吸附量。吸附位置數(shù)量決定于纖維中酸性基團(tuán)的含量。

  按照1.2.1實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得納卡纖維的Sf值為1.9,與改性前的Sf值2.3相比下降了20%。原因有二:①腈綸纖維染色,是通過(guò)庫(kù)侖引力吸附陽(yáng)離子染料,發(fā)生定位吸附,納卡纖維由于引入了兩性型活性基團(tuán),占據(jù)了部分染座,染料分子不能與纖維中的所有酸性基團(tuán)結(jié)合;②納卡纖維表面存在納米晶化層,使得纖維中的有些酸性基團(tuán)染料不可及。

  根據(jù)Sf值,可以制定合理的染色處方,用染料與緩染劑的f 值分別與該染料及緩染劑用量相乘,用它們的乘積之和與納卡纖維的Sf相比較,若小于Sf值,該處方是經(jīng)濟(jì)合理的。

  2.2染色速率V

  按照1.2.2實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得納卡纖維的V值為2.2,與腈綸纖維的3.2相比,有了很大的降低。V值表示纖維吸附染料速率的高低。它決定于纖維的微結(jié)構(gòu),形態(tài)結(jié)構(gòu),比表面積等,和酸性基團(tuán)的數(shù)量也有很大關(guān)系。染料的上染可分為染料向纖維表面吸附和染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散兩個(gè)階段,納卡纖維由于引入了兩性型活性基團(tuán),Zeta電位差下降,吸附速率降低,使得纖維表面和內(nèi)部的染料濃度差減小,擴(kuò)散速率也相應(yīng)降低。纖維表面形成的晶化結(jié)構(gòu)對(duì)染料擴(kuò)散也有一定的阻礙作用,從而使得納卡纖維的V值較腈綸有所下降。

  腈綸染色的最大問(wèn)題是如何獲得勻染,V值是影響勻染的重要因素。V值按數(shù)值大小可劃分為三個(gè)區(qū)域,2.0以下為慢速,2.0~5.0之間為中速,5.0以上為快速。V值高的纖維,上色迅速,得色量較高,易染花。V值低的纖維,上色緩慢,得色量低。納卡纖維的V值屬中速。

  2.3上染速率曲線圖

  通過(guò)1.2.3實(shí)驗(yàn)可得到,納卡纖維和腈綸纖維的陽(yáng)離子染色上染率曲線圖,見(jiàn)圖1:

  圖1 上染速率曲線圖

  從圖1可以看出,溫度對(duì)納卡纖維上染速率影響很大,在50℃時(shí)纖維已有一定的上染,這可能和它大的比表面積有很大的關(guān)系,在染色溫度高于90℃時(shí),上染速率迅速增加,這是因?yàn)椋?/FONT>

  對(duì)于合成纖維而言,只有在玻璃化溫度Tg以上,才有高分子鏈段運(yùn)動(dòng),由于這種鏈段運(yùn)動(dòng)所提供的空間,才使得染料分子有可能在纖維內(nèi)部滲透、擴(kuò)散并固著,完成染色。

  對(duì)于納卡纖維而言,正是其高分子劇烈的鏈段運(yùn)動(dòng)及分子內(nèi)酸性基團(tuán)與染料中陽(yáng)離子基團(tuán)間強(qiáng)烈的庫(kù)侖力,造成了在一個(gè)狹窄的溫度空間內(nèi)大量集中上色的現(xiàn)象。和腈綸相比,納卡纖維的上染速率轉(zhuǎn)變溫度要高10℃左右,如前文所說(shuō),這和它的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化有關(guān)。

  提高染色效果的途徑有兩種,即控制上染均勻吸附和增進(jìn)移染[5]。對(duì)納卡纖維陽(yáng)離子染料染色來(lái)說(shuō),移染是非常緩慢的,可以不予考慮,原因是染料和纖維之間屬離子鍵結(jié)合,結(jié)合力非常強(qiáng),一旦結(jié)合,很能發(fā)生移染,因而只能從控制上染均勻吸附著手。染色溫度的良好控制對(duì)提高納卡纖維染色質(zhì)量顯得至關(guān)重要,尤其在85℃-100℃這個(gè)狹窄溫度區(qū)間內(nèi),應(yīng)嚴(yán)格地讓溫度按工藝要求升降,誤差不得大于1℃,使染料均勻上染。

  從圖1還可看出,染色時(shí)間增加,上染百分率增加,所用染料基本都在90℃以后的30min內(nèi)被吸收完。因而將納卡纖維的染色時(shí)間確定為45min-60min。

  升溫曲線為:40℃入染,以1℃/min升溫至85℃,進(jìn)入集中上染區(qū),減緩速度,升溫至95℃-100℃,保溫染色45min之后以1℃/min的速度降至常溫。

  2.3 耐摩擦牢度和耐洗牢度

  對(duì)兩種纖維染色后的絨線織片的耐摩擦牢度和耐洗牢度的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

  表1 兩種纖維耐摩擦牢度和耐洗牢度檢測(cè)結(jié)果

  

  從表1可看出,納卡纖維的干、濕摩擦牢度都在4級(jí)以上,均達(dá)到服用要求,經(jīng)過(guò)皂洗后原樣褪色、沾色情況也均良好。

  3 結(jié)論

  納卡纖維的染色飽和值為1.9g染料/100g纖維,據(jù)此可制定經(jīng)濟(jì)合理的染色工藝處方;納卡纖維的染色速率為2.2,屬中速;納卡纖維染色時(shí),上染速率轉(zhuǎn)變溫度為90℃,染色時(shí)溫度高于90℃后,要嚴(yán)格控制升溫速率,以提高勻染效果;納卡纖維的耐摩擦牢度和耐洗牢度都在4級(jí)以上,均達(dá)到服用要求。

來(lái)源: 文/狄友波 李忠 王欣 品德實(shí)業(yè)(太原)有限公司

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