聚苯硫醚纤维染色性能以及日晒牢度的提升

魏炳举，覃乐文，邢铁玲

(1. 苏州大学纺织与服装工程学院， 江苏 苏州 215123；2.上海安诺其集团股份有限公司，上海 200051)

0 前言

聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide，简称PPS)纤维是一种线型高分子结晶性聚合物,分子结构比较简单，分子主链由苯环和苯环对位上的硫原子交替排列。大量的苯环赋予PPS以刚性，大量的硫醚键又提供柔顺性，使其分子结构对称，易于结晶[1]。PPS被广泛应用于制备环保型耐高温和耐腐蚀材料，如PPS可以制成过滤织物、除尘器等用在火力发电、水泥、钢铁等高污染工业中，还可以应用于制成化学品的过滤网、电绝缘材料、电缆白胶层、特种用纸、缝纫线、防护服、防火织物、保温材料等[1-3]。近几年，PPS纤维也开始逐渐被应用于纺织行业，例如与不同高性能的纤维混纺，制备保暖、耐热、阻燃以及抗静电等功能的复合纤维面料[4]。

聚苯硫醚纤维玻璃化转变温度和结晶度都较高，采用传统的分散染料高温高压染色，染色效果较差[5]，同时存在染色后日晒牢度差等问题。本文将苯甲酸苄酯作为载体，选用日晒牢度较好的分散染料安诺可隆系列，采用高温高压载体染色法，优化了染色工艺，并通过加入日晒牢度提升剂和抗紫外试剂处理以提高纤维的耐日晒牢度。

1 试验部分

1.1 材料、试剂和仪器

材料：纤维聚苯硫醚(PPS)纤维(四川安费尔高分子材料科技有限公司提供，线密度1.9dtex，长度54mm。),染料安诺可隆红HLC、安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC(均由上海安诺其集团股份有限公司提供) 。

试剂：苯甲酸苄酯(苏州斯麦福生物科技有限公司)，日晒牢度提升剂(上海安诺其集团股份有限公司)，保险粉，氢氧化钠，冰醋酸，碳酸钠，纳米TiO2(上海麦克林有限公司)，抗紫外整理剂RUCO-UV UVS(鲁道夫化工有限公司)，抗紫外整理剂RUCO-SHIELD RAY(鲁道夫化工有限公司)。

仪器：红外染色机(上海皇巨实业有限公司)，震荡水浴锅(中国靖江市新旺染整设备)，烘箱(上海朗高纺织设备有限公司)，分光测色仪(HunterLab)，双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)，日晒牢度实验机(锡莱-亚太拉斯香港有限公司)，耐洗色牢度实验机(无锡纺织仪器厂)，耐摩擦牢度实验机(英国James H.Heal公司)。

1.2 实验工艺

1.2.1 前处理工艺

前处理液处方：

氢氧化钠/(g·L-1) 2

皂片/(g·L-1) 2

浴比 1:100

前处理工艺：

染色前处理(90℃，40 min)→热水冲洗(60℃，10 min)→冷水冲洗→烘干

1.2.2 染色工艺

分散染料/%(owf) X

苯甲酸苄酯/(g·L-1) Y

pH值(用NaAc-HAc调节) 4.5～5

浴比 1:30

染色工艺曲线：

1.2.3 还原清洗工艺

保险粉/(g·L-1) 2

氢氧化钠/(g·L-1) 2

时间/min 40

浴比 1:30

工艺：

还原清洗(80℃，40min)→热水冲洗(50 ℃，10 min)→冷水冲洗→烘干

1.2.4 耐日晒牢度提升处理

室温取0.5g纳米TiO2粉末放入100mL水中，并加入适量六偏磷酸钠，放入超声波中30min，使其分散均匀，得到整理液，然后将染色后纤维浸在得到的整理液中，80℃预烘30min，在110℃下焙烘60min，最后皂洗。

抗紫外整理剂RUCO-UV UVS、RUCO-SHIELD RAY浸渍处理染色后纤维，RUCO-SHIELD RAY在室温处理。

工艺如下：

抗紫外整理剂/ %(owf) 8

pH值 5

浴比 1:10

温度/℃ 40

时间/ min 20

烘干/℃ 110

将日晒提升剂B15在室温时加入到染液中，进行同浴染色。

1.3 测试方法

1.3.1 上染百分率

上染百分率可以用测定染后残液的吸光度与染料原液吸光度之比的办法来计算。实验使用TU-1900双光束紫外可见分光光度计，对染色前后的染液吸光度A0和Ai进行测定，上染百分率(E)按式(1)计算：

E=(1-Ai/A0)×100%

(1)

1.3.2 K/S值

使用测色仪Ultra Scan PRO对染色后PPS纤维的K/S值进行测定，采用D65光源、100观察视角，测试三次取得平均值。

1.3.3 色牢度

对染后纤维的耐洗色牢度，按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》的标准来进行判定；对染后纤维的耐摩擦色牢度，按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》标准来进行判定；对染后纤维的耐日晒牢度，按照GB/T 8426-1998《纺织品色牢度试验耐光色牢度:日光》的标准来进行判定，操作的时候把样品和蓝色羊毛标准样进行同时同条件下的日晒牢度测试，对比蓝色羊毛标准样上的颜色变化程度，对测试样品的颜色变化进行日晒牢度的等级判定。

2 结果与讨论

2.1 聚苯硫醚纤维高温高压载体染色

聚苯硫醚纤维的玻璃化温度(106℃～112℃)较高[6]。使用传统的染色工艺进行染色，染料分子难以进入到纤维内部发生反应，染色后上染百分率、表观得色深度以及各项色牢度均不够理想。本文采用苯甲酸苄酯为载体，用高温高压载体染色法对纤维进行染色。

2.1.1 载体浓度对染色性能的影响

安诺可隆红HLC、安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC三种染料质量分数为6%(owf),染色温度为135℃，染色时间为60min，考察苯甲酸苄酯的质量浓度对聚苯硫醚纤维染色的性能的影响，结果如图1和图2。

图1 染色载体质量浓度对上染率的影响

图2 染色载体质量浓度对纤维K/S的影响

由图1和图2可知，苯甲酸苄酯质量浓度在2g/L以下时，随着载体浓度的增加，安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC的上染率和K/S值明显提高，安诺可隆红HLC的上染率和K/S值在苯甲酸苄酯质量浓度为3g/L时最高；当苯甲酸苄酯质量浓度达到2g/L后，安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC的上染率和K/S值开始下降，安诺可隆红HLC的上染率和K/S值在苯甲酸苄酯质量浓度达到3g/L后开始下降。这是因为，苯甲酸苄酯对聚苯硫醚纤维有增塑作用，载体苯甲酸苄酯的加入使聚苯硫醚大分子链段流动性的增加，纤维的玻璃化温度(Tg)和染色转变温度(Td)降低，染料分子更容易进入纤维分子内部发生反应[7]。同时，苯甲酸苄酯对聚苯硫醚纤维有增溶作用，当苯甲酸苄酯质量浓度超过一定量后，染料溶解于过量的载体形成的分散相(第三相)中，阻碍了纤维与染料的结合，导致纤维的上染率和K/S值降低。因此，安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC染色时苯甲酸苄酯质量浓度为2g/L，安诺可隆红HLC染色时苯甲酸苄酯质量浓度为3g/L。

2.1.2 染料质量分数对染色性能的影响

取染料质量分数分别为2%、4%、6%、8%、10%，染色温度为135℃，染色时间为60min，载体质量浓度安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC为2g/L，安诺可隆红HLC为3g/L，考察染料质量分数对聚苯硫醚纤维染色的性能的影响，结果如图3和图4。

图3 染料质量分数对上染率的影响

图4 染料质量分数对纤维K/S的影响

由图3和图4可知，染料质量分数对染料的上染率和K/S值影响比较大。随着染料浓度的增加，纤维的K/S值增加，当染料质量分数为6%(owf)时，纤维K/S值明显增加，后边增加缓慢。在实际应用中，可根据颜色深度的要求，调整染料的实际用量。当染料质量分数为2%(owf)时，上染率在90%以上，随着染料浓度的增加，上染率明显下降；染料质量分数为10%(owf)时，上染率在80%左右。因此，后续工艺选用的染料质量分数为6%(owf)。

2.1.3 染色温度对染色性能的影响

安诺可隆红HLC、安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC，三种染料质量分数为6%(owf),染色时间60min，载体质量浓度安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC为2g/L，安诺可隆红HLC为3g/L，考察染色温度对聚苯硫醚纤维染色的性能的影响，结果如图5和图6。

图5 染色温度对上染率的影响

图6 染色温度对纤维K/S值的影响

由图5和图6可知，染色温度对染料上染率和K/S值影响很大。当染色温度低于130℃时，染料上染率和K/S值随着温度的升高快速增加，当温度超过130℃时染料上染率和K/S值随着温度的升高增加缓慢。这是因为，聚苯硫醚纤维玻璃化温度较高(106℃～112℃)，当温度低于其玻璃化转变温度时，纤维分子链段运动不剧烈，染料难以进入纤维内部发生反应，随着温度升高，染料无定型运动增加，纤维分子链段运动剧烈，大量的染料和纤维结合，从而提高了染料的上染率和K/S值。因此，选定染色温度为135℃。

2.1.4 染色时间对染色性能的影响

安诺可隆红HLC、安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC三种染料质量分数为6%(owf),染色温度135℃，载体质量浓度安诺可隆黄HLC、安诺可隆蓝HLC为2g/L，安诺可隆红HLC为3g/L，考察染色时间对聚苯硫醚纤维染色的性能的影响，结果如图7和图8。

图7 染色时间对上染率的影响

图8 染色时间对纤维K/S值的影响

由图7和图8可知，染料的上染率和K/S值随着染色时间的延长而提高，当染色时间超过60min后，染料的上染率和K/S值增加缓慢并趋于染色平衡。从节约能源及成本考虑，确定染色时间为60min。

2.2 纤维耐日晒牢度

按1.2.3节工艺对聚苯硫醚纤维进行耐日晒牢度处理，分别测试经过日晒牢度提升剂B15、纳米TiO2、抗紫外整理剂RUCO-UV UVS、抗紫外整理剂RUCO-SHIELD RAY处理后纤维耐日晒牢度，结果见表1。

表1 不同耐日晒牢度整理剂

由表1可知，聚苯硫醚纤维用安诺可隆红HLC染色后，未经任何处理的纤维耐日晒牢度为3级，添加日晒牢度提升剂B15耐日晒牢度为3～4级，进一步采用抗紫外整理剂纳米TiO2处理后耐日晒牢度为4级，用RUCO-UV UVS、RUCO-SHIELD RAY处理后的耐日晒牢度都为3～4级；纤维经安诺可隆黄HLC染色后，未处理纤维的耐日晒牢度为4级，添加日晒牢度提升剂B15的染色纤维耐日晒牢度为4～5级，分别经纳米TiO2、RUCO-UV UVS、RUCO-SHIELD RAY处理后耐日晒牢度都达到5级；纤维用安诺可隆蓝HLC染色后，未处理的纤维耐日晒牢度为3～4级，添加日晒牢度提升剂B15和经过纳米TiO2、RUCO-UV UVS处理的耐日晒牢度均为4～5级，用RUCO-SHIELD RAY处理后耐日晒牢度为4级。因此，染色时添加日晒牢度提升剂并经抗紫外整理剂处理后的纤维，耐日晒牢度可达到优等品要求。

2.3 纤维其它染色牢度

分别测试纤维染色后的耐皂洗牢度和耐摩擦牢度，测试结果为：纤维的耐皂洗牢度可达到4级，耐干摩擦牢度可达到3～4级、湿摩擦牢度可达到3级。

3 结论

(1)苯甲酸苄酯可作为聚苯硫醚纤维分散染料染色时的载体，能够改善聚苯硫醚纤维的染色性能，染色效果较好。优化的工艺为：染色温度为135℃，染色时间60min，载体苯甲酸苄酯质量浓度为2g/L～3g/L。在此工艺条件下，染料上染率达到85%以上，耐皂洗色牢度4级，耐干摩擦牢度可达到3～4级、湿摩擦牢度可达到3级。

(2)采用日晒牢度提升剂B15和纤维进行同浴染色，纤维耐日晒牢度仅达到合格产品要求。在日晒牢度提升剂同浴染色的基础上，对纤维染色后进行抗紫外整理，经过纳米TiO2、抗紫外整理剂RUCO-UV UVS和RUCO-SHIELD RAY处理后的纤维耐日晒牢度可达到优等品要求。