阻燃滌綸纖維染色工藝研究

李 娜，賈君君，韓春艷，楊童童，陳海燕，雷青松

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，紡織材料廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，然而隨著紡織品應(yīng)用的多樣化，紡織品在使用過程中也出現(xiàn)諸多問題。紡織品引燃或助燃也造成了嚴重的社會問題，阻燃纖維的發(fā)展有效解決這一問題。阻燃紡織品由于其獨特的性能，廣泛擴展至工業(yè)、航空航天業(yè)、交通運輸業(yè)以及醫(yī)療衛(wèi)生等特殊領(lǐng)域[1-4]。目前阻燃劑的添加方法有共混法、共聚法、阻燃劑法和后整理法等[5-6]。阻燃滌綸纖維結(jié)晶與纖維的染色性能相關(guān)[7-8]，共聚型阻燃纖維的染色與阻燃劑型滌綸纖維染色工藝各有區(qū)別[1]，為探究阻燃劑法滌綸纖維的染色工藝，故用分散染料對阻燃滌綸纖維進行染色，研究分散染料染色溫度與時間對阻燃滌綸纖維性能的影響，為阻燃滌綸纖維的染色工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 試 驗

1.1 原料與設(shè)備

阻燃纖維，1.33 dtex×38 mm，儀征化纖有限責(zé)任公司。

丙酮，分析純，國藥集團；冰乙酸，分析純，上海實驗；乙酸鈉，分析純，上海實驗；勻染劑，工業(yè)級，上海雅運；分散紅FB、分散藍2BM、分散橙S-4RL，浙江博奧染料工業(yè)有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

紫外可見分光光度計，UV-2450型，日本島津公司；分光色差儀，Ultra Scan VIS型，美國Hunter lab公司；紅外染色機，AHIBA IR型，美國Datacolor公司；差示掃描量熱儀，DSC8500型，美國Perkin-Elmer公司。

1.3 染色方法

在datacolor AHIBA IR紅外染色機上對纖維進行染色試驗，纖維1.5 g，浴比1∶120，入染溫度為50 ℃，以4 ℃/min升溫速度至110 ℃，旋轉(zhuǎn)速度為40 r/min，繼續(xù)沸騰染色，以2 ℃/min降溫速度程序降溫至60 ℃取出。染色前染液和染色后殘液的吸光度用分光光度計測出，得出其上染百分率數(shù)據(jù)。

1.4 測 試

1.4.1 色值測試

染色樣品用Ultra Scan VIS分光色差儀進行色值L、a、b及染色色深值K/S值測試。

1.4.2 上染百分率的測定

上染百分率采用分光光度計測定染色原液和殘液的吸光度，原液和殘液分別用丙酮稀釋，質(zhì)量含量均為30%，上染百分率按下式計算：

(1)

式中F為試樣的上染百分率，%；A1為染色后殘液的吸光度；n1為染后殘液的稀釋倍數(shù)；A0為原染液的吸光度；n0為原染液的稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃滌綸纖維的DSC分析

采用DSC測試研究滌綸與阻燃纖維的基本熱性能，常規(guī)滌綸和阻燃滌綸纖維的DSC升溫曲線見圖1，其對應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)見表1。

圖1 常規(guī)滌綸纖維與阻燃滌綸纖維DSC升溫曲線

表1 常規(guī)滌綸纖維與阻燃滌綸纖維的基本熱力學(xué)性質(zhì)

由圖1和表1可以看出，與常規(guī)滌綸纖維相比，阻燃滌綸纖維熔點Tm較小，原因是阻燃改性劑的加入破壞常規(guī)滌綸的鏈段規(guī)整性，降低了分子鏈段的有序性，因此導(dǎo)致無定型區(qū)比例增加。阻燃滌綸纖維的Tg較小，更加有利于染料分子進入纖維內(nèi)部。

2.2 阻燃滌綸纖維與常規(guī)滌綸纖維染料染色試驗

纖維染色時，纖維上染性能隨著染液中染料的量增加有所變化。為研究阻燃纖維的染色性能，進行了不同濃度下分散藍染料對纖維上染百分率和纖維染色深度K/S的影響試驗。其中owf分別為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%，結(jié)果如表2所示。

表2 不同owf下纖維K/S值和上染百分率

由表2看出，隨著染料濃度的提高，纖維的K/S值越大。阻燃纖維的K/S值均大于常規(guī)滌綸纖維的K/S值，且阻燃滌綸纖維的上染百分率高于常規(guī)滌綸纖維。原因是阻燃纖維中的阻燃劑的加入，降低了分子鏈段的有序性，使得染料分子更容易進入纖維中，因此阻燃纖維具有更加優(yōu)良的染色性能。

2.3 染色時間對染色性能的影響

配制owf為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的分散藍染料，按上述染色方法分別染色，同時設(shè)置染色時間為30、40、50、60、70、80 min，進行染色試驗。測出不同owf和染色時間下殘液的吸光度，計算上染百分率，結(jié)果如圖2所示，其對應(yīng)染色纖維K/S值如圖3所示。

圖2 染色時間對上染百分率的影響

圖3 染色時間對K/S值的影響

由圖2可見，不同owf條件下，染色時間對上染百分率的影響不同。在owf為1%時，染色時間為40～50 min時上染百分率最佳，染色時間大于50 min 時，隨著染色時間的增加，纖維的上染百分率下降，這是由于染料分子濃度較低，在纖維染色的過程中隨著染色時間的增加，纖維分子鏈發(fā)生運動，染料分子會向濃度低的染液中有微量的擴散，因此上染百分率下降。在owf為2%和3%時，隨著染色時間的增加，上染百分率無明顯變化。當owf為4%時，染色時間為30～50 min時，隨著染色時間的增加，上染百分率逐漸增加，當染色時間大于50 min時，上染百分率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，直至上染百分率為91.77%。當owf為5%時，隨著染色時間的增加，上染百分率逐漸上升，直至染色時間為80 min時，上染百分率最高至92.45%，達到了此次試驗的最高上染百分率，說明染色時間長對染料大分子進入阻燃滌綸纖維中有一定的促進作用。由圖3可知，隨著染色owf的增加，染色色深值逐漸增加。當分散染料的owf為5%，染色時間為60 min時，纖維染色的K/S值最高。當生產(chǎn)染色K/S值為30的纖維時，從經(jīng)濟效益和時間成本出發(fā)，分散藍染料owf為2%，染色時間為50 min時已經(jīng)能達到較好的上染百分率。

2.4 染色溫度對染色性能的影響

配制owf為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的分散藍染料，設(shè)置染色溫度分別為115、120、125、130、135 ℃，按上述染色方法分別進行染色試驗。測出不同owf和染色溫度下殘液的吸光度，計算上染百分率，結(jié)果如圖4示，對應(yīng)纖維染色K/S值如圖5所示。

圖4 染色溫度對上染百分率的影響

圖5 染色溫度對纖維K/S值的影響

由圖4可以看出，分散藍染料對阻燃纖維染色時，當染色溫度為115～130 ℃時，隨著染色溫度的升高，阻燃滌綸纖維的上染百分率呈上升趨勢，這是由于在溫度上升時，滌綸纖維的大分子鏈會發(fā)生運動，當溫度高于阻燃滌綸纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，阻燃滌綸纖維大分子鏈的運動加劇，到達上染轉(zhuǎn)變溫度時，微小的染料分子大量進入滌綸纖維大分子鏈的無定形區(qū)間隙中，并擴散，形成濃度梯度進入滌綸纖維內(nèi)部。當染色溫度130 ℃時，染料上染百分率達到熱力學(xué)平衡。染色溫度升高，分子鏈運動加劇，分子間隙增加，部分染料擴散到染液中，當溫度高于130 ℃時，纖維的上染百分率下降。

由圖5可知，當115 ℃時，owf為2.0%、3.0%時纖維的K/S值無太大差別，但上染百分率相差較大，說明纖維將低濃度染液中的分散藍染料全都吸附到纖維中。當染色溫度為135 ℃，owf為5.0%時，纖維的染色深度最深，是由于染液中染料濃度高，致使纖維內(nèi)部與外部形成較高的濃度梯度，染料進入纖維內(nèi)部較多，因此纖維的染色深度較高。

2.5 染料owf對染色性能的影響

配制owf為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的分散藍染料，按上述染色方法分別染色。測出不同owf和染色溫度下殘液的吸光度，計算上染百分率，結(jié)果如圖5示。

圖6 owf對上染百分率的影響

由圖6可知，隨著owf的增加，分散藍染料對纖維的上染百分率均呈下降趨勢，原因是染料濃度增加時，同種纖維對染料的吸附量是有限的，因此達到染料分子最大吸附量之后，染料分子上染量達到動態(tài)平衡，高濃度染液中染料分子的數(shù)量逐漸增多，導(dǎo)致上染百分率降低。纖維的染色深度K/S值隨著owf的增加而增加，由于染料濃度越高，染料大分子進入纖維內(nèi)部的無定型區(qū)越多，因此染色纖維的K/S值越高。

2.6 不同顏色染料對染色性能影響

同種纖維對不同顏色染料進行對比，采用浴比1∶120，染色溫度130 ℃，染色時間為60 min，owf為4.0%的染色條件，使用三種不同顏色的染料對纖維進行染色，其上染百分率、K/S值以及L、a、b值如表3示。

由表3看出，相同染色條件下，分散紅上染百分率最高，分散藍次之，分散橙相對最低，說明在4%owf下，分散紅對該阻燃纖維的親和性能更好。

3 結(jié) 論

a) 阻燃滌綸纖維熔點Tm及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg比常規(guī)滌綸纖維小，更加有利于染料分子進入纖維內(nèi)部。

b) 當阻燃聚酯纖維染色owf低于3%時，染色溫度為130 ℃，染色時間為30 min，投入染液中的染料基本全部進入纖維中。當阻燃聚酯纖維濃度大于3%，染色時間為60 min時，基本達到染色平衡。

c) 在4.0%owf條件下染色時，不同顏色染料的上染百分率：分散紅>分散藍>分散橙。

d) 從經(jīng)濟、環(huán)保效果考慮，染色濃度不宜過高，染色時間不宜超過60 min。