难染色纤维可染性技术的动向

刘辅庭

(上海 200092)

难染色纤维可染性技术的动向

刘辅庭

(上海 200092)

综合介绍难染色性纤维的染色方法，经物理加工和化学改性来提高染色性以及用超临界流体染色。

难染色性纤维；染色方法；超临界流体染色

1 纤维的染色性[1]

染色是染料分子进入纤维内部，与构成纤维的高分子相互作用的结果，经处理而不溶解。纤维由结晶区域和非结晶区域构成，结晶确保纤维的强度。非结晶区域确保纤维的柔软性及吸湿性，而且染色只发生在非结晶区域。

染料分子与纤维分子如无力使其相互作用，染料不进入纤维内部而不发生染色。虽有些进入，经洗涤易脱落。染料分子和纤维间的结合有氢键、范德瓦尔斯结合、离子结合、共价键。其他如纳夫妥染料、氧化染料、硫化染料等进入纤维内的小化合物在纤维内部结合而变大，难以脱离。

染色性重要的是染料分子向纤维内扩散和染料分子与构成纤维的高分子的相互作用。因此染色的研究是扩散和吸附现象的研究，前者是速度论，后者是平衡论(热力学)。

2 难染色性纤维

改性的聚丙烯纤维虽可染色，但不是100%聚丙烯。聚丙烯纤维未必是高结晶度，染料可进入，但无亲合性。

m型芳香族聚酰胺纤维需要拼用溶剂，但染色不充分。p型芳香族聚酰胺纤维需要前处理后进行染色。由于这些纤维由结晶高分子构成，染料难以进入。

PBO纤维、聚乙烯纤维及聚芳酯纤维由于无非结晶区域，难染色，需要特种方法。

3 难染色性纤维的染色方法

3.1 高温染色

通常，聚酯纤维的染色条件是到130℃，近年来有应对160～170℃的液流染色机，可染中间色程度。主要用分散染料、阳离子染料进行染色，但有含水时纤维的保存、配色难的问题。

3.2 用水以外的媒体进行染色

例如帝人公司的染色方法是：(1) 70℃以上用二甲基磺氧化物进行前处理后进行染色；(2) N-甲基-2-吡咯烷酮前处理后进行染色；(3)二甲基甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮及/或二甲基磺氧化物的混合液的前处理后进行染色；(4)70℃以上的二甲基磺氧化物的前处理后进行染色，再经150～200℃热处理，使纤维的收缩有回复，染料固定于纤维内部；(5)阳离子染料染色时使用载体；(6)间位芳香族聚酰胺纤维在超临界二氧化碳中染色时使用极性溶剂。

最近芳香族聚酰胺纤维用碱剂前处理，或碱剂和载体的前处理后进行。也有不用载体进行液流染色。碱剂量对纤维100份重量为5～30或5～20份重量。

最近根据东海染工公司的专利(特开 2012-058390)，含极性溶剂的处理液前处理芳香族聚酰胺纤维后，可用还原染料或硫化染料染色。用N-甲基-2-吡咯烷酮时，各种色牢度高。

有公司将芳香族聚酰胺纤维用苯甲基醇在水中的乳化液进行前处理，其后洗净，或芳香族聚酰胺纤维进行干热处理，然后用通常方法染芳香族聚酰胺纤维。

前处理时，芳香族聚酰胺纤维在苯甲基醇中处理。温度为60～140℃，苯甲基含量为10g/L～150g/L。其后净洗，染色与芳香族聚酰胺纤维的原来的染色法相同，用分散染料或阳离子染料进行浸染。在干热处理时，扩散在纤维内部的苯甲基醇促进染浴中的染料向纤维内部扩散。

3.3 物理加工提高染色性

例如塔斯纶加工法染芳香族聚酰胺纤维。这是改性方法之一，通过冲击纤维，使其部分的结晶结构破坏或原纤化。塔斯纶加工原来是包芯纱的制造方法。纤维经高压空气或水通过喷嘴，使纤维受损，可破坏结晶区域(特开2010-7222A)。物理强度最大降低20%。但染深色尚有问题。

3.4 化学改质提高染色性

3.4.1 共混其他成分的纤维制造

共混尼龙等的高分子进行纺丝的改质聚丙烯，可用分散染料染色，但难染深色。

3.4.2 马来酸变成的聚丙烯纤维

用马来酸制成的聚丙烯纤维各公司有售，可用酸性染料(部分分散染料)染色。

3.4.3 接枝聚合的改性纤维

用接枝聚合方法使难染色纤维导入染位，而酸性、阳离子、活性、分散等染料可染色。对结晶纤维，接枝反应多在纤维表面，而在一定的接枝率可耐久性染色。

活性基的生成方法用过氧化物等的化学方法外，有电子射线或γ射线法、等离子体照射、辉光放电等，接枝到纤维内部，适用电子射线、γ射线法。

3.5 用超临界流体染色

用临界二氧化碳进行染色时，二氧化碳可反复回用，无废液。

按基础研究的结果，超临界染色的机理特征是：(1) 以分散染料等疏水性染料为对象，染料的溶解度以摩尔分率为10-5～10-6较低；(2) 染色一般在25MPa, 120℃进行；(3)疏水性纤维有些膨胀，可塑化(玻璃化温度降低)；(4)因此染料向纤维内部扩散，比水快2～3位，短时间染色达到平衡；(5)吸附按分配速度，分配系数大，可染深色；(6)染色后少量残留的染料可按粉末状态回收；(7)要用压力容器，初期投资高。

作者[2]进行超临界二氧化碳的纺织品加工技术开发事业项目，现在第3年已制成350L染浴的实用机，进行实用化研究。用超临界流体染难染性纤维，以芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯纤维等为中心进行研究，对芳香族聚酰胺纤维，与水一样，用极性有机溶剂作为共溶剂，可进行染色，但溶剂和二氧化碳的回收，增加工程复杂性。

聚丙烯纤维用一般的分散染料染色时，与聚丙烯分子无亲合性。染料需导入聚丙烯类似的结构。作者合成较长烃链的分散染料，色牢度良好。现在进行实用化试验。

用超临界流体进行染色，在2009年德国的专利到期的同时，由泰国投资，荷兰DyeCoo公司开始。2012年2月Nike公司与DyeCoo公司协作，其纺织品都用超临界二氧化碳染色。

环境负荷低，所用二氧化碳98%可回用,可参阅2013年国际超临界流体探讨会[2]。

除了照射技术、超临界流体技术，还有溶胶凝胶法、离子液体法等。

[1] 屈照夫. 难染纤维的染色动向[J]. 《纤维制品消费科学》(日)，2014,55(6)：32-38.

[2] 2013年国际超临界流体探讨会[J]. 加工技术(日)，2013,48(12)：4-10.

2014-09-01