阳离子染料常压可染新型改性涤纶的热性能及染色性能

杨肖婉， 王建明， 张大省

(北京服装学院 材料科学与工程学院， 北京 100029)

阳离子染料常压可染新型改性涤纶的热性能及染色性能

杨肖婉， 王建明， 张大省

(北京服装学院 材料科学与工程学院， 北京 100029)

针对常规涤纶常压难以上染的问题，对一种新型改性涤纶的热性能和染色性能进行研究。使用扫描电子显微镜、差示扫描量热法和热失重分析等对纤维形貌及热性能进行表征和测试。结果表明：纤维具有纵向沟槽及横向十字形结构；玻璃化转变温度为62 ℃，结晶温度为131 ℃，熔点为241 ℃，初始热分解温度为402.8 ℃。利用亚甲基蓝上染纤维，测得纤维的染色饱和值为5.8。使用Maxilon阳离子染料(红、金黄、蓝、黑)对织物进行染色并绘制上染速率曲线，结果表明：入染30 min后可达到染色平衡，染色保温时间为30 min，染色样品色牢度均能达到4级左右;黑色染料用量为5%(o.w.f)时，K/S值变化趋于平缓，干湿摩擦牢度为4～5级。

阳离子染料； 改性涤纶； 染色性能； 色牢度

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的染色改性一般是采用添加第3组分或第4组分改性剂，改变PET的分子结构，以降低其结晶能力，提高其染色性能。目前阳离子染料可染改性聚酯纤维的代表品种主要有高温高压型阳离子染料可染改性聚酯(CDP)、常压沸染型阳离子染料可染改性聚酯(ECDP)及被称高含量、高性能CDP的阳离子染料可染改性涤纶(HCDP)和低温阳离子染料可染新型改性聚酯纤维(如Parster纤维)[1-2]。通常CDP的特性黏度一般为0.54 dL/g左右，其纤维强度较低，需要在115～120 ℃才能上染，且难于染深色；ECDP的特性黏度可达到0.58 dL/g，可在100 ℃上染，若将其用于制备复合纺丝法的超细纤维，其纤维强度低，若通过非相容高聚物共混纺丝技术制备更细的超细纤维基本是无法实施的。以对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)及间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)为基本原材料，添加适当的催化剂、稳定剂等，适当的改变原料配比，经酯化、缩聚而得到的一种阳离子染料常压可染新型涤纶，称之为NECDP纤维，经过改变原料配比合成的NECDP，可使其特性黏度达到0.74 dL/g以上，有利于纺丝效率的提高，将NECDP与低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混纺丝或复合纺丝，经甲苯溶除LDPE后即可制得NECDP超细纤维，纤维线密度小于0.06 dtex[3-4]。间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)的加入不仅引入了磺酸钠染座，从而与阳离子染料结合，还将间位结构引入破坏了大分子的规整结构，使染料分子易于进入聚酯，纤维具有阳离子染料常压沸染特性[5-6]。同时第3、4单体的加入有利于降低NECDP的玻璃化转变温度和结晶温度，有利于染料分子的进入[7]。本文主要研究了常规线密度NECDP纤维的热性能及其染色性能。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

阳离子染料：Maxilon Red SL 200%(红)、Maxilon®Golden Yellow GL EC 400%(金黄)、Maxilon® Blue SL 200%(蓝)和Maxilon® Black FBL-01 300%(黑)，亨斯迈公司。

药品：醋酸钠，分析纯，北京化工厂；醋酸，分析纯，北京化学试剂公司。

仪器：HC21K化纤染色试验编织机(无锡市宏成纺织机械电子有限公司)；JSM-6360LV型扫描电子显微镜(日本电子株式会社)；SEIKO EXSTAR DSC 6200热性能分析仪、SEIKO EXSTARTG DTA/TG 6300型差热-热重联用分析仪(日本精工株式会社)；Lambda 750 UV/VIS Spectrometer 紫外可见近红外分光光度仪(珀金埃尔默股份有限公司)；电热恒温水浴锅(余姚市东方电工仪器厂)；电磁炉；PHB-5酸度计(天津市赛得利斯实验分析仪器制造厂)；722可见分光光度计(上海欣茂仪器有限公司)；MINOTLA CM-3600d 电脑测色配色系统(意大利奥林泰克斯(北京)有限公司)；M228 ROTAWASH水洗色牢度仪 (SDLATLAS 公司)；M238A摩擦牢度测试仪(SDLATLAS 公司)；Q-SUN XE-3 XENON TEST CHAMBER日晒牢度仪(美国Q-LAB公司)。

1.2 纤维制备及织物规格

纺丝机螺杆直径为Φ35 mm，单纺位6头，采用POY-DTY工艺制备NECDP异形截面纤维。纺丝温度为272 ℃，纺丝速度为2 800 m/min。采用HC21K化纤染色试验编织机编织袜筒，引入2根87.6 dtex/72 f 复丝进行纬平针织造，织物规格为：横密81纵行数/5 cm； 纵密64横列数/ 5 cm；面密度113.0 g/m2。

1.3 染色工艺

染色温度为100 ℃，浴比为1∶100，用醋酸和醋酸钠调节pH为4.5，升温速率控制在1 ℃/min，入染温度为50 ℃。

1.4 测试方法

1.4.1 NECDP纤维的形态结构

试样先经镀金处理，用JSM-6360LV型扫描电子显微镜观察纤维纵向及横断面的外貌形态结构并记录。

1.4.2 NECDP纤维的热性能

采用SEIKO EXSTAR DSC 6200热性能分析仪研究NECDP的玻璃化转变温度、结晶温度及熔点等性能。须先将样品消除热历史而后进行DSC扫描，升温速度为20 ℃/min，扫描温度范围为30～300 ℃。

采用SEIKO EXSTAR DTA/TG 6300热分析仪在N2下研究NECDP纤维的热性能，升温速度为10 ℃/min，扫描温度范围为室温到700 ℃。

1.4.3 NECDP织物的染色饱和值

实验条件参照GB/T 2401—2006《阳离子染料染腈纶时纤维饱和值、染料饱和值及饱和因数的测定》。 根据亚甲基蓝标准工作曲线以及下式计算残液中染料用量[8-10]。

式中：C为残液中染料用量，%(o.w.f)；c为测得的吸光度所对应的染料质量浓度， mg/mL；B为从500 mL的染液中吸取的体积，mL；A为将B稀释后的体积，mL；M为纤维质量，mg。

按照下式计算NECDP纤维的染色饱和值：

式中：D为图中直线交点纵坐标读数，%(o.w.f)；98.5%为亚甲基蓝的纯度；90%为测定要求的上染百分率；5/4为相对分子质量为400的阳离子染料和相对分子质量为320的亚甲基蓝的比值。

1.4.4 上染率

用722型可见光分光光度计测试染色原液与残液的光密度, 由下式计算染料对纤维的上染率[11-12]：

式中：R为上染率，%；A0为原液的光密度；A1为残液的光密度。

1.4.5K/S值

使用MINOTLA CM-3600d 电脑测色配色系统测定染色后试样的表面得色深度K/S值。

1.4.6 色牢度

参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定耐摩擦色牢度。参照GB/T 3921. 3—2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》测定耐皂洗色牢度。参照GB/T 8426—1998《纺织品色牢度试验耐光色牢度：日光》测定日晒牢度。

2 结果与讨论

2.1 NECDP纤维的物理力学性能

表1示出POY及DTY异形纤维的部分物理力学性能。由表可知，纤维的断裂强度增加是由于经拉伸过后的POY丝取向度的增加。

表1 纤维的物理性能Table 1 Physical and mechanical properties of fiber

2.2 NECDP纤维的形态结构

图1示出纤维的纵向表面和横断面形态结构的扫描电镜(SEM)照片。由图1(a)可知，纤维纵向有明显的沟槽,图1(b)横断面显示出十字形结构。异形十字形纤维使纤维比表面积增大，有利于提高染色速率。

2.3 NECDP纤维的热性能

图2示出NECDP纤维的TG及DSC分析谱图。图2(a)显示NECDP纤维的初始热分解温度为402.8 ℃，具有很好的热稳定性能。由图2(b)可见，NECDP纤维的玻璃化转变温度为62.2 ℃，低于常规PET的玻璃化转变温度，有利于纤维的常压染色；结晶温度为131.3 ℃；NECDP的熔点为241.0 ℃，冷结晶峰温度、起始结晶温度均比常规PET有较大幅度降低，结晶峰和熔融峰形仍比较尖锐，表明NECDP纤维的结晶较完善。

2.4 NECDP织物的染色

2.4.1 NECDP织物的染色饱和值

以亚甲基蓝为染料，染色残液中染料用量为横坐标，原始染料的含量为纵坐标作曲线，然后从原点作斜率为10的直线。图3示出染浴中剩余染料含量与原始染浴中染料含量的关系。

由图3的2条直线相交点D值求得原始染料的含量为5.2%(o.w.f)。又根据染色饱和值公式得出该NECDP纤维的染色饱和值Sf为5.8。

2.4.2 NECDP织物上染速率曲线测定

图4示出红、金黄、蓝、黑染料的上染速率曲线，染料用量为5%(o.w.f)。图中曲线斜率反映了染料在纤维上的上染速率，在上染初期纤维上染料浓度随时间的延长增加得较快，之后随着时间的延长，增加越来越慢，最后纤维上的染料浓度不再随染液的增加而增加，即达到了染色平衡。其中蓝色染料上染速率较快，达到染色平衡所需要的时间相对较短，在入染25 min后基本达到染色平衡。其他3种在30 min左右达到染色平衡。金黄色上染速率较慢。染色达到平衡后，再保温30 min即可。染料的上染百分率均能达到98%以上。表2示出NECDP织物的染色牢度。表中NECDP织物染色后，NECDP织物耐洗、干、湿摩擦、日晒牢度均较好。

表2 NECDP 织物染色牢度Tab.2 Color fastness of NECD 级

2.4.3 NECDP织物的黑色染料染色

染料的用量分别为1%(o.w.f)～7%(o.w.f)。不同用量的黑色染料对NECDP织物的染色K/S值和摩擦色牢度见表3。由表可见，染料用量在5%(o.w.f)后，K/S值趋于稳定，5%(o.w.f)的染料用量值接近2.4.1所测的Sf值。不同用量黑色染料对NECDP织物的染色具有很好的干、湿摩擦色牢度。7%(o.w.f)以下用量的牢度级别基本没有变化，都能达到4～5级。

表3 NECDP 织物的K/S值及色牢度Tab. 3 K/S value and color fastness of NECDP fabric

3 结 论

1)NECDP纤维表面有明显的沟槽，横断面为十字形结构。纤维的玻璃化转变温度为62.3 ℃、结晶温度为131.3 ℃、熔点为241.0 ℃，热分解温度为402.8 ℃。

2)所测NECDP纤维的染色饱和值为5.8。在上染过程中蓝色染料上染速率较快，入染25 min后基本达到染色平衡，染料的上染百分率均能达到98%以上，且染色后的各项牢度都在4级左右。

3)黑色染料在用量为5%(o.w.f)时，K/S值为29.50，随着用量的增加,K/S值的变化趋于平缓，说明染色已经达到饱和，与染色饱和值接近。

FZXB

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Thermal and dyeing properties of novel cationic-dyeable polyester fabrics under atmospheric pressure

YANG Xiaowan, WANG Jianming, ZHANG Dasheng

(SchoolofMaterialsScience&Engineering,BeijingInstituteofFashionTechnology,Beijing100029,China)

In view of the problem of the conventional polyester fiber on the difficulty in dyeing under atmospheric pressure, the thermal and dyeing properties of a novel modified polyester fiber were studied. The morphology and thermal properties of the fibers were characterized and tested by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analysis.The results show that the fiber has longitudinal grooves and cross-shaped structures; the glass transition temperature ,crystallization temperature, melting point and initial thermal decomposition temperature of fiber are 62, 131 and 241 ℃, respectively. The dyeing saturation value of fiber was measured by using methylene blue dye on the fiber, and the dyeing saturation value is 5.8. The fabrics are dyed with Maxilon cationic dyes(red, golden yellow, blue and black), and the dyeing rate curves are drawn. The results show that the dyeing balance can be reached after 30 min, the holding time is 30 min and the color fastness is about 4 grade. The fabric is dyed with Maxilon Black, and the results show that theK/Svalue tends to be stable when the dye concentration is about 5% (o.w.f), and the dry and wet rubbing fastness is 4-5 grade.

cationic dye; modified polyester; dyeing performance; color fastness

10.13475/j.fzxb.20160105405

2016-01-26

2016-09-02

杨肖婉(1991—)，女，硕士生。研究方向为染整加工新技术。王建明，通信作者，E-mail:wangjm1502@163.com。

TQ 342.21； TS 193.6

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