陽離子染料可染改性滌綸及其面料的研究進展

張淑軍 李剛 張鴻 張明其 劉燕平 潘志娟

摘 要：陽離子染料可染改性滌綸是市場上應用廣，需求大，開發(fā)價值高的改性滌綸，為滿足消費者對該產(chǎn)品日益提高的需求，本文通過了解陽離子染料可染滌綸聚酯紡絲原料、紡紗纖維和紗線織造等方面的研發(fā)現(xiàn)狀和應用情況，分析和討論了陽離子面料創(chuàng)新的研究成果和市場趨勢，得到了陽離子滌綸多樣化、功能化的創(chuàng)新方向，市場上產(chǎn)品在易染色的基礎(chǔ)上復合了抗菌、抗靜電或抗紫外等更多新功能，同時響應時代需求，更加注重和發(fā)展針織等更加環(huán)保節(jié)能、綠色低碳的生產(chǎn)方式。

關(guān)鍵詞：功能性纖維;陽離子改性滌綸;面料開發(fā);服用性能

中圖分類號：TS141.8

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）04-0115-06

Abstract：Cationic dye modified polyester is widely used in textile market with high demand and development value. In order to meet consumers increasing demand for this product， the authors analyzed and discussed research results and market trends of cationic fabric innovation and obtained the diversified and functional innovation directions of cationic polyester based on understanding the R&D and application status of polyester spinning material dyed by cationic dyes， spinning fibers and yarn weaving. The products on the market are combined with more new functions such as antibacterial， antistatic or anti-ultraviolet functions based on easy dyeing. To respond to the needs of the times， more attention is paid to the development of more environmentally friendly， energy-saving and low-carbon production methods such as knitting.

Key words：functional fiber; cationic dye modified polyester; fabric development; wearability

滌綸自1941年問世，1953年投入工業(yè)化生產(chǎn)后，憑借其低廉的價格和一系列優(yōu)良性能，如強度高、彈性好、熱塑性好、耐磨性好以及耐腐蝕等，大量應用于衣料、床上用品、裝飾布料、國防軍工用品以及其他工業(yè)用纖維制品。滌綸發(fā)展迅速，應用范圍廣，是合成纖維的最大類屬，其產(chǎn)量居所有化學纖維之首[1]。

普通滌綸織物，有良好的洗可穿性、堅牢耐用，滑爽挺括，然而其缺點也十分明顯，如織物透氣性差、染色性能差、易起毛起球等。而且普通滌綸需要用非極性分散染料在高溫高壓、熱熔或有滌綸膨化載體存在的條件下進行染色，不僅對染色設(shè)備和工藝要求高，而且產(chǎn)品的色調(diào)、風格和性能均受到限制[2]，陽離子可染改性滌綸則很好的解決了該問題，這種改性滌綸生產(chǎn)能耗小、成本低、應用廣、需求大，市場反響強烈，是開發(fā)熱度很高同時較為成熟的一種產(chǎn)品。市場對于功能更加豐富的陽離子滌綸的需求快速增長，使企業(yè)更加重視功能化產(chǎn)品的創(chuàng)新，在綠色工業(yè)和風格多元化市場的帶動下，陽離子可染改性滌綸開發(fā)日新月異，被賦予更多功能。

1 陽離子滌綸改性技術(shù)發(fā)展

近年來，陽離子染料可染滌綸作為改性滌綸中發(fā)展迅速的改性產(chǎn)品之一，受到市場熱烈的反響，其改性的方法和應用技術(shù)有很多，最常用的方法是通過普通滌綸與親染料的單體SIPM（苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉）進行接枝共聚[3]，紡絲后得到陽離子滌綸的纖維絲。近年來，在接枝改性的基礎(chǔ)上，也進行了更加多樣化的后處理，使得產(chǎn)品性能更優(yōu)，成本更低，生產(chǎn)流程更加快速環(huán)保等。

1.1 高溫高壓型陽離子染料可染改性聚酯

陽離子可染聚酯CDP（Cationic Dyeable Polyester）于1958年由美國杜邦公司研制成功，1962年投入商業(yè)化生產(chǎn)，目前在中國市場規(guī)模達到50萬t/年。CDP是通過單體在聚合過程中加入帶有陽離子基團的第三組分共聚而得，第三組分種類多樣，根據(jù)實際情況可以選擇苯磺酸鹽化合物、磷化物和稠環(huán)化合物等[4]。因CDP超分子結(jié)構(gòu)與普通滌綸PET（Polyethylene terephthalate）結(jié)構(gòu)相似，陽離子染料對磺酸基的上染基座的可及性較低，故仍需高溫高壓[5]。

CDP的優(yōu)點是纖維色澤鮮艷，不易發(fā)生升華熱遷移引起的色牢度問題，但是淺色品種的色譜少，不易修色。

1.2 常壓陽離子染料可染改性聚酯ECDP

常壓陽離子可染聚酯纖維ECDP（Easy Cationic Dyeable Polyester）是在聚合過程加入少量的與CDP相同的第三組分[6]，大多是SIPM（苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉），同時引入第四組分PEG（聚乙二醇）或其他的第四單體（根據(jù)用途可選擇不同種類）而制得[7]，由于PEG的引入，纖維分子結(jié)構(gòu)相對于只有第三組分的CDP更為松散，無定形區(qū)增大，玻璃化程度降低，故陽離子染料能在常溫沸染條件下上染，且上染率高，但不宜深染[8]。

與PET、CDP相比，ECDP手感更柔軟，仿毛感強，然而纖維力學性能會趨向中強中伸或低強高伸，且在染整加工后仍能保持原有的手感，另外由于單體加入太過繁雜，造成產(chǎn)品可紡性下降，因此始終無法在長絲領(lǐng)域取得突破，故產(chǎn)品全部集中在短纖維[9]。這種類型的短纖維主要用來加工毛條，在羊毛混紡后可實現(xiàn)同浴染色[10]。但是ECDP耐熱性差，織物成品反復熨燙后強力損失較為明顯。如表1為PET與ECDP的服用性能比較，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，ECDP相較于PET的手感更為柔軟，抗起球起毛性更加優(yōu)良，回潮率上升明顯，增加了284%，即吸濕性更好，體積比電阻下降了365%，即抗靜電能力增加，而斷裂強度比PET下降了13.7%。ECDP纖維分子相對于PET多了極性基團，支鏈增加，分子結(jié)構(gòu)更加松散，結(jié)晶度變小，無定形區(qū)增加，分子間結(jié)合力較小，故而ECDP斷裂強度比PET小;又ECDP引入第三組分，使得分子中帶有較多的親水基團—COOH，故回潮率明顯大于PET;磺酸基團極性大，導電性能較好，且纖維結(jié)晶度小，故而ECDP體積比電阻小，抗靜電性好。

1.3 超柔低溫深染陽離子染料可染改性聚酯-Parster

Parster纖維在聚合紡絲時摒棄現(xiàn)有ECDP所采用的常規(guī)技術(shù)，加入新型的第四單體[12]。該纖維低溫易染，固色率高，色澤鮮艷，具有深染性能，又有超柔手感，而且短纖維制品具有抗起毛起球性、可紡性優(yōu)異等特點，相比ECDP性能優(yōu)化升級，可替代腈綸，廣泛應用于棉型、毛型產(chǎn)品的開發(fā)。

2 陽離子面料發(fā)展

2.1 常規(guī)陽離子面料

針對PET染色性能進行改性而得到的改性聚酯面料在市場上應用以來，其中最為廣泛的陽離子面料是全滌面料，將ECDP纖維紡制成不同規(guī)格的紗線，在織造時，通常是經(jīng)向為陽離子紗線，緯向為普通滌綸絲，用普通染料和陽離子染料分別進行染色，布面會有雙色效應。該類織物具有手感柔軟、不易褪色、抗皺耐磨等特點，同時由于兩種滌綸絲不同的染色性，便于生產(chǎn)上套色以靈活適應市場變化。

2.2 陽離子水洗絨面料

這種面料是用CDP陽離子絲與低彈絲作經(jīng)線，以低彈絲作緯線，一般采用平紋組織織造，抓絨工藝，以其格調(diào)清新、絨感舒適糯軟以及優(yōu)良的服用性能而風靡一時。這也反應出了人們對于陽離子面料柔軟手感的喜愛[13]。

2.3 低溫陽離子滌綸短纖羊毛彈性面料

采用ECDP短纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)滌毛彈性面料中的滌綸，很好地解決了分散染料對羊毛沾色以及高溫對羊毛損傷的難點，這種ECDP短纖維紡出的紗線既保留了短纖紗線的手感，降低羊毛用量，減少成本，又可以降低染色溫度，減少羊毛損傷，節(jié)約能源。因為面料色牢度好，抗起球優(yōu)良，用不同的織法可以形成不同的布面效果，如彩條、閃色、正反面異色等[14]。

2.4 陽離子可染異形纖維面料

陽離子可染中空滌綸短纖維是將CDP紡成纖維時，通過特殊工藝使纖維內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，成品纖維的纖度可達到1.56 dtex[15]，材質(zhì)輕，保暖性好，同時具有中空纖維的芯吸效應，能將體表濕氣迅速而自然的排出，保持穿著者的干爽與溫暖。其紡織面料染色性好，服用性能優(yōu)良[16]。其中比較成熟的纖維產(chǎn)品有改性中空滌綸纖維Porel針織面料，該面料不但具備以上陽離子可染中空滌綸面料的優(yōu)點，能自動調(diào)節(jié)人體濕熱平衡，同時Porel纖維手感爽滑柔軟，適宜保暖內(nèi)衣物的開發(fā)生產(chǎn)。

超紡棉纖維是一種將CDP紡成截面為微孔蜂窩狀的纖維，服用性、功能性更加優(yōu)異，附加值更高，應用前景更加廣闊。其纖維柔軟，可省去使用化學助劑的后整理工藝，染色安全，且在自然環(huán)境5年內(nèi)可降解，還能加入各種功能性物質(zhì)以符合各種客戶需求。圖1為陽離子可染截面異形纖維微觀圖[11-19]。圖1（a）是具有海島結(jié)構(gòu)的改性滌綸的橫截面，可以紡出具有復合結(jié)構(gòu)的差別化纖維，并根據(jù)需要提供易染色、難燃、抗靜電、高吸濕等特性;圖1（b）是Porel纖維的截面圖，可以看到細微的溝槽和孔洞，正是這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，通過芯吸、擴散和傳導的方式，完成水的吸收滲透和蒸發(fā);圖1（c）是蜂窩纖維的橫截面，可以看到其截面為圓形和橢圓形，有微孔，增大了纖維的體表面積;圖1（d）Porel纖維紗線橫截面，截面大多為圓形;圖1（e）為蜂窩纖維的縱向形態(tài)，表面有蜂窩狀微孔，纖維與外部空氣的接觸面積變大，提高了水分的擴散與干燥速度，增強了纖維的吸濕導濕性能;圖1（f）為Porel單纖維橫截面結(jié)構(gòu)圖，可清晰地看到中空狀截面。

表2為陽離子紗線及面料開發(fā)小結(jié)。如表2所示，陽離子紗線一開始只是改善了顏色，注重良好的染色性。然后發(fā)現(xiàn)陽離子紗線的手感軟糯[20]，進行了手感上的創(chuàng)新，開發(fā)出的陽離子水洗絨面料在市場上大受好評。繼而在綠色節(jié)能的大環(huán)境下，又對產(chǎn)品的工藝和生產(chǎn)進行調(diào)整，開發(fā)出既節(jié)能又性能優(yōu)良的低溫陽離子滌綸短纖羊毛彈性面料[21]。近年來，人們追求舒適環(huán)保的衣物，催發(fā)了針織市場的快速發(fā)展，隨之適用于針織的紗線也是需求大增[22]，如陽離子可染異形纖維，大多混紡成紗，因其紗線彎曲性能良好，柔軟有彈性，多用于針織織物。

3 陽離子滌綸織造應用

3.1 陽離子機織面料

機織面料對紗線的強度有一定的要求，陽離子紗線的強度要稍弱于普通滌綸，所以在應用于機織面料時，常作為緯紗，用強度較高的普通滌綸作為經(jīng)紗，應用最為普遍的是常規(guī)陽離子全滌面料，有“閃色”效果，外觀迷蒙，有神秘感。陽離子可染改性滌綸纖維的加入使面料相對于普通滌綸面料具有良好的染色性和柔軟的手感，使之在市場中頗受青睞。也有更加高級的應用，比如陽離子斜紋記憶面料[23]，以滌綸83.3 dtex（75D）FDY/144根記憶絲為原料，經(jīng)線混合加入陽離子滌綸絲83.3 dtex（75D）FDY，選用斜紋變化組織。布料服用性好，質(zhì)地柔軟，富有垂感，外觀新穎，易于打理。

3.2 陽離子針織面料

針織物是由線圈相互串套而成，這種彎曲結(jié)構(gòu)對紗線的強度要求不高，因此陽離子改性滌綸在針織面料上應用越來越多。針織面料的生產(chǎn)工藝流程短，編織速度快，產(chǎn)量高，成品具有伸縮性并且柔軟多孔，使面料在穿著時合體舒適，市場需求逐年加大。針織面料存在易起毛起球，不挺括，尺寸不穩(wěn)定等問題，隨著針織雙面機的普及，面料從2針及4針發(fā)展到28針、32針、36針、40針，針更密;同時，隨著錦綸、改性滌綸、氨綸等新纖維的廣泛應用，針織面料各方面性能也得以改進。如陽離子改性滌綸加捻長絲的運用，使針織物起毛起球，不夠挺括等問題迎刃而解，同時顏色亮麗，手感舒適;陽離子滌氨汗布環(huán)保面料吸濕排汗，舒適耐用，不易褪色[24];一些ECDP聚酯紡出的短纖紗線以及異形截面的陽離子紗線具有優(yōu)良的彎曲剛度和彈性，手感舒適，吸濕快干，其自動調(diào)節(jié)人體濕熱平衡的優(yōu)點與針織面料適合制成運動服飾和貼身內(nèi)衣的特性不謀而合。

4 新型功能化陽離子面料

4.1 抗菌功能陽離子面料

滌綸是高分子聚合物，具有多孔特征，易被微生物附著，成為微生物生存、繁殖的良好寄生體。寄生體不僅會污染纖維，甚至可能危害人體健康，故抗菌的目的是為了消除這些不利影響。主要通過3種方法將抗菌功能復合在陽離子滌綸面料中，其一是在其大分子鏈中加入含有抗菌效果的第四組分使陽離子滌綸纖維本身帶有抗菌性能;再者是通過后整理在陽離子纖維表面覆蓋抗菌劑，CDP、ECDP等改性滌綸結(jié)構(gòu)較PET松散，抗菌效果好;實際生產(chǎn)中也有與抗菌纖維比如竹纖維、甲殼素纖維混紡或交織以降低成本和改善織物風格。

4.2 抗靜電功能陽離子面料

通過加入第三組分，陽離子滌綸的吸濕性能稍微增加但仍然較低，易引起靜電[25]。滌綸織物的抗靜電性能的提高，其一是通過提高周圍環(huán)境濕度包括表面涂覆法、化學改性法及導電纖維嵌入的方法[26];其二是通過減少纖維的摩擦，提高滌綸纖維的回潮率與纖維材料導電率來實現(xiàn)，比如在紗線中加入導電纖維，通過混紡或混織的方式嵌入到織物中以增加抗靜電功能。

4.3 抗紫外功能陽離子面料

紫外光能破壞有機物大分子中的化學鍵，導致有機物的降解，縮短材料的壽命。增加抗紫外功能可通過表面整理劑，如將核殼結(jié)構(gòu)的TiO2@C納米顆粒，采用浸漬法負載在陽離子滌綸上[27]，也可以采用改性接技在陽離子滌綸面料中加入水楊酯類紫外吸收劑等組分并實現(xiàn)抗紫外功能。

5 結(jié) 語

在低碳經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，陽離子染料可染改性滌綸面料迎來了發(fā)展新機遇，市場發(fā)展?jié)摿薮?。隨著紡織業(yè)技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)逐步強調(diào)社會效益和綜合經(jīng)濟效益，紡織品趨向高檔化、多功能化，對常規(guī)產(chǎn)品的優(yōu)化、陽離子改性纖維、抗起毛起球纖維等新產(chǎn)品纖維的需求迫切。

a）從對陽離子改性滌綸纖維的研究發(fā)展來看，從最開始單純的改善PET的染色性能，得到了CDP，然后結(jié)合生產(chǎn)流程，優(yōu)化工藝，得到常溫沸染的ECDP，一直到較新研究出來的高固色率、高染料利用率、低染色污水排放的Paster纖維，陽離子纖維的研究從最開始的化學改性到近年來的物理化學表面改性，開發(fā)更加多樣化，功能更加細化，以對應市場不斷提高的多層次的需求，同時陽離子纖維生產(chǎn)越來越低碳環(huán)保，綠色節(jié)能。

b）對于陽離子滌綸面料的開發(fā)，最開始只是常規(guī)開發(fā)，大多是注重顏色，利用陽離子改性滌綸不同于其他纖維的染色性，進行套色或其他工藝得到閃色效果，也有注重其柔軟的手感，進行磨毛處理得到超柔水洗絨等保暖效果出眾的面料。而隨著市場需求的升級，陽離子面料的開發(fā)更加復雜，出現(xiàn)了三色面料、陽離子可染中空滌綸短纖維面料、蜂窩纖維面料等更加個性化的產(chǎn)品，一些抗菌、抗靜電、抗紫外等新型功能化面料研發(fā)也越加火熱。

c）相比于機織面料，針織面料柔軟舒適合體，且在生產(chǎn)上相對于機織面料有投資少、占地少、流程短、維護簡單、運營成本低等優(yōu)點，從2000年開始，針織經(jīng)過十多年的快速發(fā)展，各種針織服飾層出不窮。服用類針織品由傳統(tǒng)的內(nèi)衣進入休閑服與時裝領(lǐng)域，朝著舒適、保健、防護等功能性服裝方向發(fā)展。陽離子面料在針織面料中的應用十分廣泛。

綜上所述，可以看到陽離子面料紡織生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的開發(fā)都在不斷創(chuàng)新進步。其開發(fā)研究要更加深入，不斷學習新的技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝不斷地調(diào)整，努力適應紡織業(yè)和染整后整理的技術(shù)加工水平，完善紡織加工性能，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn)品的成本，同時緊跟時代潮流，面向市場不斷開發(fā)出有競爭力的產(chǎn)品，跟上消費者的需求，才能在激烈的市場競爭中脫穎而出。

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