聚酯纤维的表面改性与染色

聚酯纤维有很多优良的性能, 如加工工艺 简单、 耐日光照射、 强度高、 定型稳定等 ; 但其染 色性差、 透气性差, 吸水性差及有蜡状手感和极 光效应。由于这些缺点的限制, 聚酯纤维的织 物只能用于低档服装面料和装饰用布。聚酯纤 维的染色性能差的主要原因是, 纤维表面往往 难以润湿和 粘合, 其表 面能量低 , 具有不相 容 性, 化学上呈惰性或含有弱的边界层。随着纤 维表面处理技术的发展 , 聚酯纤维织物的染色 改性技术有了很大提高, 同时 , 聚酯纤维织物的 使用范围也得到了扩展。聚酯纤维的表面处理 工艺有化学处理、 光学处理、 等离子体处理等 , 这些方法可引起表层 ( 0. 01~ 100 m) 的物理或 化学变化 1 , 不影响纤维 和织物的 整体性质。 表面处理技术可从根本上改善聚酯纤维的染色 聚酯纤维的皂化机理 :
3 等离子体处理
等离子体处理聚酯纤维的机理及所引起的 化学润湿性和相容性, 与用紫外光照射基本相 同 6, 7, 10, 11 , 等离子体分热等离子体、 冷等离子 体和混合等离子体, 用于纤维表面改性的等离 子体是冷等离子体和混合等离子体。等离子体 具有紫外线辐射 , 包含自由基 , 激发的分子和原 子及电子, 化学反应主要是由紫外线和中性粒 子( 亚稳态形体和自由基 ) 引起的。在等离子体 处理过程中, 链的裂解与交联及氧化同时发生 , 裂解的小分子产物被蒸发和喷溅出去 , 裂解产 物中分子量较大的聚合物大分子和交联网络啮 合而被留下, 其性质和数量与聚合物的性质和 等离子体的气体、 放电的功率及处理时间有关。 与未处理的聚合物相比 , 它们有较低的分子量 和较低的玻璃化温度及相对低的粘度。通过界 面中的流动和相互扩散可以改善粘着性 , 此外 , 它们也含有极性基团, 这些极性基团可以增加 与其它聚合物的键合力。因此, 极性基团的性
图2 吸湿率 ! 接枝率曲线
表2
接枝率 /% 0 4. 97 9. 80 19. 42
接枝产物的物理机械性能
强度 / cN# dt ex - 1 5. 42 4. 39 3. 62 3. 44 模量 / kg# mm - 2 743 579 507 493 延伸率 /% 37. 8 43. 7 54. 1 60. 7
第 11 卷第 3 期
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法。S. A. H olme 将聚酯纤 维在正丁胺水 溶液 中和正丁胺蒸 气中氨解 , 并比较 其结果
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枝程度的提高, 吸湿性随之提高 ( 如图 2 所示) 。 其原因是 , 在织物表面引入了 COOH 基团, 从 而改善了纤维表面的润湿性, 在接枝物转化为 钠盐时, 吸湿性大幅度提高 , 改性后 , 随着接枝 率的提高, 聚酯纤维的染色性能得到明显提高 , 上染率与接枝率曲线如图 3 所示。随着接枝率 的提高 , 接枝织物的强度和模量有所下降 , 但对 聚酯纤维的影响不大 ( 如表 2 所示 ) 4 , 其它射 线只照射纤维的表面, 而 射线的辐射是穿透 被照射物体。因此 , 在使用 射线照射改善纤 维表面性能时, 在照射时间和照射剂量上都要 慎重, 以防止纤维的过度损伤 , 射线处理的过 程对纤维的污染 , 尚无报道。
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。
。研究中发现 , 经氧气低温等离子体
改性的涤纶织物使用分散性染料时, 与未处理 的织物相比较, 具有较高的初染率和平衡上染 率 , 并具有深色效应, 织物的可润湿性和柔顺性 明显提高, 但纤维的结晶度和取向度下降。
表3 分散兰 C ! 2R, 分散黑 B! GY 织物上染率
B ! G Y 织物上染率 / % 经处理 64. 64 76. 52 76. 96 77. 04 77. 04 77. 31 未处理 61. 92 73. 26 75. 11 75. 73 76. 25 77. 31
在连 续 碱 减 量 处 理 中, 采 用 的 碱 液 浓 度 在 200g/ L 以上, 碱液不能向纤维内部迅速扩散。
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业 剂。
1998 年 9 月
为了加速碱减量时皂化反应的速度 , 在碱液中 加入少量的季铵盐类阳离子表面活性剂, 由于 季铵盐类阳离子表面活性剂的分子中有 1~ 2 个非极性的长碳链烃基 , 它对非极性纤维有很 好的 亲 合 性, 可 提 高 纤 维 与 碱 液 的 润 湿性。 OH 与季铵基团以静电相吸引成为一体, 共同 向纤维内部扩散 , 这样就增强了 OH 与纤维大 分子的接触机会 , 降低碱液的表面张力 , 促进了 皂化反应的进行。所以碱减量助剂可以降低碱 减量的温度和缩短时间及减少碱的用量。在常 温下 , 聚酯纤维对碱液十分稳定, 当达到玻璃化 温度 ( 80~ 90 ∃ ) 时, 才开始发生皂化反应, 在不 加助剂的情况下反应速度很慢, 但随着温度升 高而加快, 如果有碱减量助剂存在, 则 95 ∃ 时 的反应速度还可以略高于 130 ∃ 的不加碱减量 助剂的速度, 如图 1 所示。
表1 几种耐高碱的渗透剂对碱的润湿性数据
助剂 Leopen M L F! 6 OPE PPE ! 942 润湿时间 / s 10. 0 11. 5 15. 0 11. 0
碱减量后的聚酯纤维的直径变细, 表面凹 穴密布, 比表面积增加。当染液温度低于玻璃 化温度时, 例如, 在 80~ 90 ∃ , 未碱减量的纤维 只能吸收少量的染料, 而碱减量后的纤维在 50 ~ 70 ∃ 时 , 已能吸收染液中 50% 的染料。由于
+
O )!
O ! R 中带 电荷的 C 原子 , 形成加成物, 继 而酯键水解断裂, 大分子降解为分子量较小的 分子, 反应依次进行下去, 直至生成对苯二甲酸 钠和乙二醇而离开纤维 , 使织物的重量减少, 故 称碱减量法 , 又称减量法。
O
-
O
OH H2 O
-
O C + O
-
C OR OH O H( O C
O C OR
OH-
性能和其它服用性能。
1 化学处理
纤维及其织物的化学处理有 : 碱洗、 氨解、 强氧化剂氧化膨润等方法。用于聚酯纤维的表 面处理的典型有效方法是碱洗 , 工业上称碱减 量法, 碱减量法是目前表面处理技术工业化的 成功实例。碱减量法的基本原理是皂化反应 , 在皂化反应时 , OH - 首先攻击 ! ( C) (
-
近年来 , 国内的学者也对碱减量助剂进行 了研究 , 在连续碱减量过程中, 一般采用高浓度 的碱液, 而国内生产的碱减量助剂不耐高浓度 碱液。在连续碱减量的研究中 , 向碱液中加入 耐高浓度碱液的渗透剂, 作为改善碱液对纤维 的润湿性助剂
2
, 用帆布沉降法测定其润湿时
间的数据如表 1 所示。除了考虑润湿性外, 还 考虑到渗透剂在碱液中的溶解度和储存稳定性 及成本 , 选用耐高浓度碱渗透剂 PPE ! 942, 其 量为 2g/ L 。加入渗透剂后, 碱液的渗透性得到 改善, 织物的可染性和染色均匀性较好, 对碱减 量无明显影响。
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聚酯纤维的表面改性与染色
刘桂春 ( 鞍山 合成纤维厂 , 鞍山 114012)
摘 要
王文科
孙淑华
( 大连合成纤维研究所 , 大连 116021)
论述了聚酯纤维表面处理方法 , 将碱减量处理和等离子体处理及紫外线处理的效果进行了比较 , 认 为等
离子体和紫外线处理是有希望取代碱减量处理的方法。选择性较强及光敏剂的应用使紫外线处理成为一种有工 业化 前途的方法。 关键词 聚酯纤维 表面改性 碱减量 等离子体处理 紫外线处理 光敏剂
C OR O O C O
-
OR
H 2O Na + OH-
O C ONa + ROH
CH2 CH2 ) n OH + 2n NaOH 2 ∀ 40 O C ONa + n H OCH2 CH2 OH 62
192 O n NaO C 210
碱减量法的技术关键是, 碱减量助剂的应 用。聚酯纤维是一种惰性极强的非极性纤维 ,
早期使用的碱减量助剂都是沿用阳离子染 料染色的助染剂 , 这类助剂有很强的阳离子活 性, 即有 很强的促进作 用; 但其残 留物不易 洗 掉, 在染色时与阴离子分散剂和染料凝聚形成 色斑, 降 低染色牢度 , 抑制织物上 高聚物的 脱 落, 影响手感, 还会使白色织物泛黄。为了克服 这些缺点 , 在阳离子分子中引入水溶性基团, 以 适当降低纤维对碱溶液的活性, 以降低在织物 上的残留量。根据近年来的专利资料介绍 , 很 多促进剂是以季铵盐为主 , 还混有多元醇、 胺类 或双氧水等物质组成的复配型碱减 量专用助
图 1 温度、 时间与减量率的关系
碱减量后纤维对光漫射的原因 , 织物的染色效 果在视觉上不够丰满 , 为了获得一般涤纶织物 的同样 效果, 往往 需要 使用 未 碱减 量织 物的 1 5~ 2 倍染料 , 虽然碱减量的织物很容易达到 衣料的日晒牢度 , 但由于染料的迁移 , 其水洗牢 度和摩擦牢度偏低 , 故需要使用竭染性好和摩 尔光密度高的染料。虽然碱减量是一种改善聚 酯纤维染色性能的有效方法, 但其水的耗量大 和对环境的 污染问题已引 起人们的 重视。因 此 , 用新的技术代替碱减量法处理聚酯纤维织 物已经成为研 究聚酯表面处理技术的重要课 题。 氨解是聚酯纤维表面处理的又一种化学方
5! 9Biblioteka 质和数量是改善染色性和相容性的主要因素。 将经纬 密 N72 根 ∀ 34 根克重 为 78g/ m 2 的涤纶织 物, 洗涤后 在功 率为 100W, 压 力为 5P a 的等离子体 系统中处理 10min, 用 C ! 2R 分散兰和 B ! GY 分散黑染料进行上染率比较 ( 表 3)
染色时间 C ! 2R 织物上染率 / % / min 30 55 85 图3 上染率 ! 接枝率曲线 100 120 经处理 45. 70 80. 70 81. 43 82. 90 84. 29 85. 00 未处理 40. 00 65. 52 68. 57 69. 29 73. 57 74. 29