氨綸染色性能的改進(jìn)研究

曾 登 孫振波 李春花（連云港杜鐘新奧神氨綸有限公司，江蘇連云港 222047）

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氨綸染色性能的改進(jìn)研究

曾 登 孫振波 李春花
（連云港杜鐘新奧神氨綸有限公司，江蘇連云港 222047）

摘 要概述了氨綸（聚氨酯彈性纖維）的結(jié)構(gòu)特點和氨綸的染色性能，從染料種類、染色條件、氨綸的改性三個方面，綜述了提高氨綸染色性能的研究現(xiàn)狀，并對提高氨綸染色性能的研究方向提出了看法。

關(guān)鍵詞氨綸；染色性能；酸性染料；提高

Study on Dyeing Properties Improvement of Spandex

ZENG Deng, SUN Zhen-bo ,LI Chun-hua
（LDZ New Aoshen Spandex co., LTD, Jiangsu Lianyungang 222047, China）

Abstract The structure characterizations and dyeing properties of the spandex were summaried . The current status of the study on improvement of the dyeing properties of spandex were reviewed from three aspects,including the dyestuff types,the dyeing conditions and the modifications of the spandex .meanwhile the future study direction was prospected.

Key words spandex； dye properties； acid dyestuff； improvement

氨綸是合成纖維的重要品種之一，具有伸長率大、彈性回復(fù)率高等優(yōu)點，干法紡氨綸有著其它纖維無法比擬的彈性，少量添加便可顯著改造織物的彈性，因而被比喻為紡織品中“味精”。

相對于發(fā)達(dá)國家而言，中國的氨綸行業(yè)起步較晚，很多相關(guān)產(chǎn)品都還在開發(fā)研究階段，但是發(fā)展很快，目前已經(jīng)成為全球第一大氨綸生產(chǎn)國，年產(chǎn)量近50萬噸。目前國內(nèi)氨綸主要以干法紡絲氨綸為主，有少量的熔融紡氨綸產(chǎn)品。氨綸主要用于包紗、圓機織物和經(jīng)編織物等紡織品方面，在衛(wèi)材方面也有應(yīng)用，隨著該行業(yè)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。

普通氨綸雖然具有很多優(yōu)異的性能，但在染色性能方面，普通氨綸的上染率和色牢度等指標(biāo)不太理想[1]，和其它纖維混紡染整后會出現(xiàn)色差等現(xiàn)象。尤其是與錦綸混用染深色調(diào)時色差尤為明顯，為了提高氨綸的染色效果（滌/氨混紡織物等），往往會運用極端的染色條件，從而可能造成氨綸絲出現(xiàn)熔斷等異?，F(xiàn)象，進(jìn)而影響織物的彈性和使用。本文從染料種類、染色條件、氨綸的改性個方面，概述了提高氨綸染色性能的研究現(xiàn)狀。

1 概述氨綸（聚氨酯彈性纖維）的結(jié)構(gòu)特點和氨綸的染色性能

氨綸的學(xué)名是聚氨基甲酸酯彈性纖維，氨綸的主要成分是聚氨基甲酸酯，氨綸中含有85%以上聚氨基甲酸酯，它具有所謂的硬鏈段和軟鏈段嵌段共聚所形成的“區(qū)段”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其近遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

依據(jù)上述氨綸的結(jié)構(gòu)特點可知氨綸的染色機理大致如下：

1.1 聚醚部分

這部分極性很小，在氨綸微相分離結(jié)構(gòu)中屬于非結(jié)晶區(qū)，結(jié)構(gòu)松弛，為氨綸纖維提供彈性，也是分散染料能夠上染的主要部位和上染速率快的主要原因，但是與分散染料的結(jié)合力弱。還有一方面的原因目前市場上多數(shù)分散染料商品是染滌綸用，染料的分子較小，和氨綸纖維的結(jié)合力較弱，容易解吸，平衡上染率低，產(chǎn)品的濕熱色牢度差。此外氧原子的孤電子對于中性原料及酸性媒介染料的金屬離子可形成牢固的配位鍵結(jié)合，有利于染料上染。

1.2 聚氨酯及脲基部分

此部分極性較大，氨基甲酯鍵之間可以形成氫鍵，形成氨綸纖維微相分離結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶區(qū)。理論上通過氫鍵及其配位鍵作用，可以上染酸性、中性、酸性媒介及分散染料，但是由于這部分時結(jié)晶區(qū)，分子鏈段堆砌緊密，染料分子無法擴散到結(jié)晶區(qū)內(nèi)部，使得上染率大大下降。在強酸性條件下，氨基甲酯鍵可形成暫時性帶正電的基團，通過靜電作用與酸性染料結(jié)合，在中性和弱酸性條件下則沒有此現(xiàn)象，但是這種作用力是微弱、不穩(wěn)定的，染色后的水煮、皂洗會破壞這種靜電結(jié)合，強酸性染料對氨綸染色表現(xiàn)為高吸附，低牢度。

1.3 大分子端部可能存在氨基

此氨基與錦綸大分子端部的氨基一樣，因此與錦綸具有類似的染色性能。但是結(jié)合氨綸企業(yè)實際的生產(chǎn)工藝，我們發(fā)現(xiàn)氨綸大分子書不存在端氨基的，氨綸大分子的端基一般為酯基和少量的苯胺基，但是苯胺基的活性很大，保存下來的概率很小。因此，氨綸纖維是不存在端氨基的，因此它的染色機理和錦綸的染色機理存在本質(zhì)性的差異，故中性、弱酸性和活性染料對普通氨綸的染性效果均不佳。

綜合上述分析我們可以大致知道普通氨綸的染色性能，針對具體染料的染色性能如表1所示[2]：

表1　普通氨綸染色性能

2 氨綸纖維染色所選用的染料

不同染料會賦予氨綸纖維不同的染色效果，工業(yè)中染料的選擇要考慮很多問題，如染料的污染問題。染料的安全性、價格問題以及染料的滲透性等問題，此外，特別需要注意的是氨綸很少單獨使用，通常都是與其它纖維混合使用，且氨綸通常在織物中的含量為5%-10%，最多不會超過18%。因此，氨綸染色的染料的選擇通常都是依據(jù)與氨綸混用的化纖，例如滌/氨織物通常選用分散染料，錦/氨通常使用酸性染料，棉/氨通常使用中性染料等。能夠用于氨綸染色的染料有多種，包括酸性染料、中性染料、分散染料和酸性媒介染料等。

酸性染料色譜齊全、色澤鮮艷、擁有較好的滲透性，且染色條件簡單，但是耐水洗牢度差，特別是耐堿洗牢度差[3]。分散染料為非水溶性染料，結(jié)構(gòu)中沒有水溶性集團但含有很多極性較大的基團，其染色速率與染料的品種有很大的關(guān)系。中性染料的解度高、勻染性好、色牢度較高，其染色工藝簡單，可用于滌/棉混紡織物染色[4]。酸性媒介染料在弱酸性條件下染色良好，染色均勻,色牢度高，但是含有金屬離子的染料在高溫下對氨綸分子結(jié)構(gòu)有破壞，加之歐盟已經(jīng)禁止使用含鉻的酸性媒介染料。

3 氨綸纖維的染色條件

染色條件對氨綸的染色效果會有十分明顯的影響，每種染料都有其最佳的染色溫度、染色時間和染色pH，可以根據(jù)需要的染色效果來選擇合適的染色條件。

例如滌/氨混紡織物，需要使用分散染料進(jìn)行染色，但是考慮到高溫染色會對普通氨綸的彈性和強度造成破壞，故錢紅飛、宋心遠(yuǎn)[5]通過實驗提出使用分子體積適中,含有合適基團，如-OH，-NH2的分散染料進(jìn)行較低溫度的染色（95℃），1%（對纖維重）；（NH4）2SO4 1g/L；浴比1：50；15℃開始染色，以2℃/分鐘升溫至60℃以后以1℃/分鐘升溫至95℃，保溫40分鐘。但是織物為滌/氨混紡需要綜合考慮滌綸的分散染料染色條件，染色溫度不能太低，應(yīng)該在110℃-120℃之間，相應(yīng)染色最高溫度保溫時間可以縮短至30分鐘。

例如錦/氨混紡織物,使用弱酸性染料染色比較合適，但是錦綸的弱酸性染色條件卻并不適合氨綸染色，車江寧、袁琴華、畢東輝[6]提出了較適合氨綸染色的弱酸性染料的染色工藝，染料濃度根據(jù)染色色深確定，染色溫度100℃；染色pH值2.5；浴比20：1；染色時間60分鐘，其中染料濃度應(yīng)該控制在0.5%-3%（owf），在這樣的工藝下，通過改變?nèi)玖蠞舛瓤梢赃_(dá)到淺、中、深三種染色要求，通過添加添加助劑可以適當(dāng)提高染色牢度。

4 氨綸纖維的改型

依據(jù)氨綸纖維硬鏈段和軟鏈段嵌段共聚所形成的“區(qū)段”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)以及普通氨綸不易染色的根本原因是氨綸大分子鏈缺少與染料結(jié)合的染座，導(dǎo)致上染率低，色牢度差。一般會采用助染輔料，來增加聚合物的染座，但是這種方法存在添加量少上染率不夠，添加多了影響氨綸使用性能和成本過高的問題，同時還存在透染性和染色牢度差的問題。此外，也有采用加入?yún)f(xié)擴鏈劑的，該方法改變了氨綸大分子組成和結(jié)構(gòu)，對氨綸的使用性能影響較大。

4.1 利用染色增強劑對氨綸纖維進(jìn)行改性

提高纖維染色性能最直接簡單的方法是向紡絲原液中添加染色增強劑等輔料，該種輔料能夠與紡絲原液形成均勻穩(wěn)定的共混體系，以此來提高聚氨酯彈性纖維中染座含量，達(dá)到提高纖維的染色性能的目的。

中國專利CN103483478 A[7]公開了一種使用入聚氨酯彈性纖維的助染劑，該種助染劑由甲基丙烯酸二乙氨基乙酯在溶劑二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在引發(fā)劑偶氮二異丁腈作用下發(fā)生自聚合反應(yīng)制備而成的。上述結(jié)構(gòu)的助染劑在實際易染氨綸生產(chǎn)中有一定的應(yīng)用，但是對氨綸染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差、與聚氨酯聚合物相容性差、易遷移等問題。

中國專利CN104141176 A[8]公開了一種具有聚氨酯結(jié)構(gòu)的助染劑，該助染劑是先將4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯和2，4-二苯基甲烷二異氰酸酯混合在溶劑二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在一定條件下加入N-甲基二乙醇胺和N,N-二甲基乙醇胺混合物攪拌反應(yīng)制成，它具有良好的相容性，單位質(zhì)量所含助染有效成分高，不會發(fā)生遷移，但是對氨綸染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差。

4.2 向氨綸大分子主鏈中引入新的可染基團對氨綸纖維進(jìn)行改性

在氨綸聚合體主鏈上增加易染色基團，中國專利CN101096779A[9]公開了一種聚醚型易染氨綸的制備方法，直接讓一種含有叔胺結(jié)構(gòu)的二元伯氨作為協(xié)擴鏈劑，這種方法制作的氨綸雖然達(dá)到了比較理想的上染百分率和色牢度，但因為改變了氨綸的分子結(jié)構(gòu)，使氨綸的物理性能無法滿足大多數(shù)品種的要求，所以無法普遍推廣。此外新引入的叔胺基團對紡絲聚合體的穩(wěn)定性造成不利影響，具體表現(xiàn)為黏度下降較快，嚴(yán)重影響后期的紡絲原液的可紡性。

4.3 增加氨綸大分子端伯胺基的含量

這需要改變傳統(tǒng)東洋紡原液聚合的終止方式，增加氨綸大分子端伯胺基的含量，中國專利CN 101107389A[10]公開了一種可染色斯潘德克斯的，該聚氨酯脲采用至少一種聚合二元醇，4,4-MDI或2,4-MDI的組合以及一些擴鏈劑和終止劑制備，如此以使得聚合物溶液在紡前高度可溶，并具有適當(dāng)?shù)募徢疤匦责ざ群筒泛?。該氨綸纖維具有良好的可染性和色牢度。

5 結(jié)束語

氨綸（聚氨酯彈性纖維）具有很多有良的性能，已經(jīng)完全取代橡膠制品在紡織方面的應(yīng)用，其制品穿著舒適，沒有束縛感，在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。人們對氨綸的染色性能的要求越來越高，所以，改善氨綸的染色性能，將極大滿足消費者對其色彩的要求，目前人們對于提高氨綸可染性的研究并不多，能夠生產(chǎn)可染氨綸的廠家更少，目前可染氨綸產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)才剛剛起步，需要我們做更多的深入地研究，尤其是基于氨綸大分子結(jié)構(gòu)的改性以提高氨綸染色性能的研究，還有待于進(jìn)一步深入。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈淦清，郝新敏等．聚醚型氨綸裸絲染色性的探索[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報.1992,12（1）:34-40．

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[3] 馬建中,王學(xué)川,強西懷,等.皮革化學(xué)品的合成原理和應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國石化出版社.2009:244-245.

[4] 馬興元,程 靜,張曉鐳,等.聚酰胺超細(xì)旦合成革的染色研究[J].西部皮革.2006（4）:8-11.

[5] 錢紅飛，宋心遠(yuǎn).用于氨綸的分散染料染色性能研究[J].染料工業(yè).2000（2）:1-2.

[6] 車江寧，袁琴華，畢東輝.弱酸性染料氨綸染色工藝新探[J].印染.1999（11）:10-12.

[7] 浙江華峰氨綸股份有限公司．一種氨綸染色助劑制作方法[P]．公開號：CN103483478 A．

[8] 連云港杜鐘氨綸有限公司．一種氨綸助染劑及其制備方法[P]．公開號：CN104141176 A.

[9] 煙臺氨綸股份有限公司．一種聚醚型易染氨綸的制備方法[P].公開號：CN101096779A．

[10] 因維斯塔技術(shù)公司.可染色斯潘德克斯[P].公開號: CN101107389A.

作者簡介：曾 登，連云港杜鐘氨綸有限公司技術(shù)員，碩士學(xué)位，主要從事差別化氨綸研發(fā)工作。

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ616.9

投稿日期：2015-10-22