芳纶高温高压载体染色

芳纶高温高压载体染色

由于芳纶纤维玻璃化转变温度高达275℃，按常规染色方法(130℃)难以染色。为了符合绿色染整目标，急需为芳纶织物开发环保型染色技术。而加入环保型载体对芳纶织物进行分散染料染色就是一项方便、有效、安全的染色技术。因此研究芳纶织物高温高压分散染料载体染色工艺和机理不仅具有理论价值，而且更有实际意义。

本文以间位或者芳纶织物为主要研究对象，通过单因素分析和正交实验，确定了分散艳红X、分散黄Y和分散深蓝Z三只染料对芳纶织物高温高压染色的最佳工艺为：染色温度T℃、染色时间tmin、pH值X、浴比1:X。在该最佳工艺的基础上加入环保型载体X，确定芳纶织物高温高压载体染色的最佳工艺为：载体X浓度Xg/l、染色温度X℃。结果表明：高温高压载体染色法能明显改善芳纶织物分散染料染色性能：染色品的上染率>X%、K/S值>X；耐洗色牢度≥X-Y级、耐摩擦色牢度和耐光色牢度≥X级，耐热压色牢度≥X级。

通过紫外可见分光光度仪、动态光散射纳米粒度分析仪和FESEM分析了载体X对分散染料色光、溶解性、粒度、分散状态和分散稳定性的影响，从而研究载体X对分散染料的作用机理。结果表明：载体X不影响分散染料的色光，即不影响分散染料的结构，但能提高分散染料在水中的溶解性，降低分散染料的粒度。

通过TGA、XRD、FTIR、SEM和光学显微镜分析了载体X对芳纶纤维结构及性能的影响，从而研究载体X对芳纶纤维的作用机理。结果表明：载体X 不影响芳纶纤维的表面形态和化学结构，与芳纶纤维结构相似，两者相似相溶；载体X使芳纶纤维的热性能和物理机械性能略有增加，但不改变芳纶纤维内部晶体结构及阻燃性；载体X能明显改善芳纶纤维的透染性，增加芳纶纤维的直径、横截面面积和空隙率。

以分散Y为例，通过对芳纶织物分散染料染色动力学和热力学分析，研究了载体X对芳纶纤维分散染料染色过程的作用机理。染色动力学分析结果表明：载体X能增大分散染料在芳纶纤维上的染色速率常数和扩散系数，缩短半染时间。染色热力学分析结果表明：在低浓度下，载体X不影响分散染料上染芳纶纤维的吸附等温线类型，基本符合Nernst型吸附；载体X能增大分散染料在芳纶纤维上和染浴中的分配系数、染色亲和力和染色热，降低染色熵。

关键词：芳纶纤维；分散染料；载体染色；染色热力学；染色动力学

1.1文献综述

1.1.1芳纶纤维及其染色技术

芳纶是一种高科技特种纤维，它具有优异的力学性能，稳定的化学性质和理想的机械性能。它的全称是“芳香族聚酰胺纤维”。芳纶和脂肪族聚酰胺纤维(如尼龙66)相比，由于在大分子链中以芳香基代替了脂肪链而柔性减小，刚性增大，反映在纤维性能方面则是耐热性能增强，初始模量显著增大[1]。

至今为止，芳纶纤维的种类很多，但最主要有两种：对位芳纶和间位芳纶。对位芳纶的化学名称为对苯二甲酰对苯二胺，英文简称PPTA(Poly-P-phenylene ferephthalamide的缩写词)[1]，也称芳纶1414，商品名为“Kelvar”，它一般是由对苯二甲酰氯和对苯二胺缩聚而成。间位芳纶的化学名称为间苯二甲酰间苯二

胺，英文简称

MPIA(Poly-m-phenylene isophthalamide的缩写词)[1]，也称芳纶1313，商品名为“Nomex”，它一般是由间苯二甲酰氯和间苯二胺缩聚而成。本论文主要研究间位芳纶的染色，故重点介绍间位芳纶的优异性能如下：

(1)耐热性能

芳纶1313纤维结构式为

，是由酰胺键互相连接的芳基所构成的线型大分子。在它的晶体中，氢键在两个平面内排列，从而形成了氢键的三维结构[2]。由于极强的氢键作用，使之结构稳定，在一般高温状态下能保持较高的强力。在177-200℃工作温度下，时间长达20000小时仍能保持原强度的90%左右；在260℃下持续1000小时，其强度仍保持原强度的65-70%[3]。

另外，芳纶1313纤维不熔融。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆，炭化，直到分解，且不会产生熔滴，这一点对满足人体的防护要求十分重要[4]。

(2)阻燃性能

芳纶1313纤维由于其自身固有的结构特点，在火焰中不延燃，极限氧指数为29-32%[3]。而且有数据表明：芳纶1313纤维的烟密度和燃烧时散发的有毒气体都少于其它纤维[5]。

(3)热湿舒适性能

所谓“热湿舒适性”是指人们对热环境比较满意的条件。人体热舒适最基本的条件是维持人体的热平衡，即人体自身产热量与向环境散热量之间能量交换的平衡。在环境温度较高的情况下(33℃以上)，人体与环境之间的温差很小，甚至存在逆温差，这是人体可以自主调节的，这时服装的透湿性能就显得尤为重要。

通过对几种防火面料吸湿性及服装舒适性测试，可以得出结论，NomexIIIA 的吸湿性能优于其他织物，而且它的热防护性能相对于其他防火服装也是最好的。所以，对于防火服装来说，NomexIIIA具有优良的热湿舒适性[6]。

(4)化学性能

芳纶1313耐化学性良好，能耐大多数酸，长期浸渍在盐酸，硝酸和硫酸中，强度略有下降；耐碱性能好，但长期在氢氧化钠中，强度下降；它可耐大多数漂白剂及溶剂，在次氯酸钠中，强度略有损失；对氧化物稳定，在250℃的腐蚀气体作用下，强度仍保持常温时的60%；在酸的露点以上温度具有抗氧化物的作用，但在露点以下，由于浓硫酸聚集在纤维上，强度往往下降[3]。

(5)防辐射性能

芳纶1313纤维耐辐射性较强，与涤纶，锦纶等相比，Nomex在β与γ射线的照射下仍具有较高的残余强力[7]。

(6)机械性能

Nomex短纤维的一般性能：断裂强度0.47N/tex，断裂伸长率17%，弹性模量132CN/texe。有数据表明，与其它纤维的机械性能相比，芳纶

1313(TEIJINCONEX)断裂强度较高(高于普通涤纶，棉，尼龙66)，伸长较大，因而耐磨牢度好，耐穿耐[8]。正是由于芳纶纤维的这些优异性能，近年来，随着芳纶生产工艺的成熟和产量的增长，其应用范围不断扩大，如耐高温纺织品(耐温防护服，消防服，军服和航天服等)，高温下使用的过滤材料(高温过滤袋和过滤毡)，防火材料和工业耐高温设备的衬垫等。