定型机、涂层机专业生成厂家无锡前洲兴华机械2021年11月29日讯 选取分散蓝56 染料对氨纶 ( 聚醚型聚氨酯弹性纤维 ) 进行上染并测定色牢度等级和表面色深值 (K／S 值 )， 结合傅立叶变换红外光谱测试、X 射线衍射测试和力学性能测试方法从微观的角度探讨并分析分散染料染氨纶的不同工艺参数 ( 时间、温度和染液 pH 值 ) 对其性能与结构的影响，以提出氨纶染色优化工艺条件。结果表明，染色温度小于 120℃时，色牢度不够，易脱色，大于130℃时 K／S 值和断裂强力均明显下降，氨纶损伤严重，故染色温度应控 制在 120～130℃区间；最佳染色时间为 30 min，染色时间短，染料分子与氨纶结合差，大于 30 min 会造成氢键化程度下降，结晶度降低，导致断裂强力降低，染色性能变差；染液 pH 值应为 5～6，氨纶耐酸性较好，耐碱性很差，在弱酸条件下表现出较好的染色性能且对氨纶的力学性能损伤较小。
聚氨基甲酸酯弹性纤维 ( 氨纶 ) 是一种软硬链段交替的多嵌段共聚物，由于相分离的结构特点，具有断裂强力大、弹性回复率高等优点，因此得到广泛应用。但在染色性能方面，经过高温染色、皂洗等过程氨纶分子结构中的 C—O 键和 C—N 键可能会发生大量水解，大分子链的分子间滑脱或化学键断裂，对氨纶的结构与性能造成严重伤害 ，进而影响织物的弹性和使用。
目前，为了深入研究氨纶染色性能的变化，前人多从不同染料种类的角度出发，探讨染料结构、不同助剂等对氨纶上染率、色牢度、断裂强度等性能与形貌的影响并进行分析总结。但是关于各种染色工艺参数对氨纶的微观结构的影响研究较少，更未见分散染料染色工艺对氨纶微观结构与性能的影响研究。故选取一种聚醚型氨纶为研究对象，对其进行不同工艺条件的染整，对氨纶的色牢度、断裂强力和微观基团等结构与性能的影响进行研究分析，旨在为优化氨纶染色工艺和提高生产效益提供指导。
1．主要原材料
干纺聚醚型氨纶：40D，浙江开普特氨纶有限公司；
染料：分散蓝 56，浙江山峪染料化工有限公司；
分散剂 MF ：浙江**染化材料有限公司
乙酸钠、乙酸：工业品，市售。
2．主要仪器与设备
傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 仪：VERTEX70 型，德国 Bruker 公司；
X 射线衍射 (XRD) 仪：D8ADVANCE 型，德国 Bruker 公司；
电子万能试验机：5965 型，美国 Instron 公司；
色 仪：UltraScan VIS 型，美 国 HunterLab 公司；
恒温振荡水浴锅：SHZ–82 型，常州上特仪器制造有限公司。
3．染色
氨纶在恒温振荡水浴锅里染色，染料浓度 2% (owf)，分散剂 MF 浓度为 1 g／L，浴比为 1∶50，染液 pH 值用乙酸溶液 ( 乙酸∶水 =1∶5)、乙酸钠溶液 (1 g／mL) 缓冲溶液调节，于 40℃入染，升温速率为 0.5℃／min，采用不同的时间、温度和染液 pH 值对氨纶进行染色、淋洗，晾干备用。
4．性能测试与表征
FTIR 测试：测试模式为衰减全反射 (ATR)，频 率范围为 500～4 000 cm-1，扫描次数为 32 次，分辨 率为 0.16 cm。
XRD 测试：选用铜 靶，入射线波 长 为 0.154 18 nm，选用 Ni 滤波片，管流为 40 mA，扫描步长为 0.02°，扫描速度为 38.4 s／步，狭缝为 0.5°， 扫描范围 5°～40°。
力学性能测试：根据 FZ／T 50006–2013 和 FZ ／T 50007–2012 标准测试氨纶的断裂强力和弹性回复率，选取预加张力为 0.04 cN，设定夹钳间距为 (50±0.5) mm，拉伸速率为 500 mm／min，每组做 20 个平行样，取其平均值。
表面色深值 (K／S 值 ) 测试：设置 D65 光源，于 10° 视角下进行测试，测试 4 次 K／S 值，取其平均值作为结果。
色牢度按照 ISO 105–A03–1993 测试。
1．染色温度
当染色时间为 30min、染液 pH 值等于 5 时， 不同染色温度下氨纶染色的色牢度等级列于表 1， 氨纶的 K／S 值和力学性能分别如图 1、图 2 所示。
表 1 不同染色温度下氨纶染色的色牢度等级
由表1 可以看出，在染色温度为 115～135℃ 下，染色温度对色牢度等级影响不大，仅在 125℃ 时色牢度等级为 3 级，稍高于其他温度时的染色氨纶。
由图1和图2 可以看出，随着染色温度的升高， 在120～130℃分散染料上染氨纶的表面色深值 K ／S 值变化不大，当温度大于130℃时，K／S 值从 29.21 陡然下降至 25.21 ；氨纶的断裂强力也随着染 色温度的上升从115℃时的 36.98 cN下降至 135℃ 时的 32.59 cN，当在135℃染色时，断裂强力下降显著，相比于130℃时的断裂强力，断裂强力损失接近 7%。
这可能是因为氨纶在高温染液中染色时，分子结构中的 C—N 键和 C—O 键随着温度的升高水解加剧，导致纤维受到损伤，断裂强力降低，并且氨纶的硬段在玻璃化转变温度 (Tg) 下获得足够能量开始运动，结晶区中分子链间某些较弱的结合点由于分子的热运动被破坏，链段空隙变大，也会造成断裂强力下降，导致硬链段微区内部氢键减少，氢键化程度下降，使纤维的无定型区体积减少。由于染料分子一般进入大分子的无定形区，与纤维间形成键合，所以表面色深值也有大幅度的下降。
不同染色温度下氨纶的 XRD 曲线如图3 所示。
表 2 不同染色温度下氨纶的结晶度
波数在1400～1750 cm-1和 2800～3 000cm-1范围内氨纶的FTIR 如图4 所示。
由图4 可以看出，在1538 cm-1附近是来自于 N—H 的变形振动和 C—N 的伸缩振动的偶合所形成的氨酯基酰胺Ⅱ谱带 (δNH+υCN)，可能是分散染料中的—OH 和—NH2 与纤维中硬链段上的酰胺键—CONH—形成较强的氢键所致。2850cm-1和 2916cm-1附近的两处吸收峰是 CH2 基团的伸缩振动，表征氨纶纤维的软链段，为分散染料上染的主要部位，其中染色温度为 125℃的吸收峰均最强，所以可判断出染色温度为125℃时分散染料与氨纶的结合率最高，染色效果最佳。
2． 染色时间
设定温度130℃染液 pH 值等于5，分散染料染氨纶的时间不同时氨纶的力学性能如图5 所示，氨纶的染色性能列于表 3。
表 3 不同染色时间下氨纶的染色性能
由图5和表3可以看出，染色时间在20～ 40 min 范围内K／S 值变化不大，当染色时间为50 min 时，K／S 值降低至 27.713，而在30～40min 范围内，色牢度等级均为 3 级，高于其他染色时间的氨纶。但随着染色时间的增加，氨纶的断裂强力从 38.47 cN下降到 50min 时的33.69 cN，而弹性回复率先上升后下降，在 30min 时达到最大值，为94.76%。
因为氨纶软链段为分散染料上染的主要部分，随着染色时间的增加，染料分子与软段相互结合使其结构更加松弛，弹性回复率上升，而染色时间大于30 min 后，染料分子与氨纶形成的氢键和其他吸附力会遭到较大破坏，因此弹性回复率又有所下降；在高温条件下，染色时间越长，氨纶软硬链段的分离程度越大，导致大分子链的分子间滑脱或化学键断裂，断裂强力下降，硬链段之间的氢键相互作用减少 ，氢键化程度下降，结晶度随之降低。
不同染色时间下氨纶的 XRD 曲线如图 6 所示。
从图6 可以看出，经过染色的氨纶的结晶度明显低于未染色氨纶。利用Jade 软件计算出5组样品的结晶度列于表 4。
表4 数据表明，氨纶的结晶度确实会随着染色时间的延长而降低，这也证实了上述观点。
波数在 2700～3 400cm-1范围内氨纶的 FTIR 如图7 所示。
由图7可以看出，3324cm-1附近的弱吸收峰为NH基团的伸缩振动，表征硬链段，从理论上来讲，染色时间越长，硬链段之间的氢键断裂程度越大，氢键化程度越低，而染色时间为30min 的氨纶的NH基团吸收峰明显大于未染色的且吸收峰最强。这可能是由于分散染料中的—NH2 与氨纶中硬链段上的酰胺键—CONH—相结合形成了较强的氢键；2853 cm-1和 2940 cm-1附近的两处吸收峰是 CH2 基团的伸缩振动，染色时间为30 min 和 40 min的氨纶的两处吸收峰均较强，但由图5可知， 染色时间越长，氨纶的断裂强力越差。综上所述，染色时间选在30min 时染色效果最佳。
3．染液的pH 值
设定染色温度为130℃，时间为30 min，不同染液pH 值下氨纶的 K／S 值和力学性能如图 8、图 9 所示。实验结果表明，当染液的pH 值等于 9 时， 染色氨纶的K／S 值过差并且实际样品已呈粉色，失去原有色泽，所以仅对 pH 值为 4～8 时进行讨论与分析。
由图8 和图9 可以看出，分散染料在弱酸性条件下染色性能较好，染液 pH 值在 4～7 范围内，氨纶的断裂强力从 33.75 cN 上升至 34.81 cN，而表面色深值 (K／S 值 ) 从 27.47 下降至 22.26，当pH 值等于8 时，K／S 值继续下降为 19.44，而断裂强力大幅度下降至 31.65 cN。这是由于聚醚型氨纶的耐酸性较好，而耐碱性很差 ，在强酸、强碱条件下都会发生不同程度的水解，但最易受碱攻击的氨基甲酸酯基 (—O—CO—NH—) 在碱性条件下会加速水解，降低形成氢键的能力，导致氨纶的染色性能变差。
不同pH值时氨纶在 1450～1600 cm范围内的 FTIR 谱图如图10 所示。
由图10 可以看出，在1 538cm-1附近的中强吸收峰为酰胺Ⅱ谱带的伸缩振动峰1576cm-1附近为苯环的 C—C 的伸缩振动峰，染色氨纶相较于未染色氨纶的四处吸收峰有明显变化，且pH 值为5 和6 的吸收峰强度相近并均最强。
1. 用分散染料上染氨纶，其最佳工艺条件为：温度 125℃，时间 30～40 min，pH值为 5～6。
2. 染色温度应控制在120～130℃区间，小于120℃时色牢度不够，易脱色；大于130℃时，表面色深值和色牢度都明显下降，且染色温度越高，氨纶硬 链段间氢键化程度越小，硬链段的结晶度越低，对其力学性能和结构造成的损伤越严重。
3. 染色时间一般控制在30 min，染色时间短， 染料分子与氨纶结合差，色牢度和色深值均不能达到标准，大于30 min 会造成大分子链的分子间滑脱或化学键断裂严重，氢键化程度下降，结晶度降低，导致断裂强力降低，染色性能变差。
4. 氨纶纤维的耐酸性较好，耐碱性很差，在染液 pH 值等于 5～6 的弱酸条件下表现出较好的染色性能且对氨纶的力学性能损伤较小。
5. 通过FTIR 和 XRD 测试方法从氨纶的微观结构分析染色性能，将其与基团氢键进行综合分析， 更加清晰准确地说明染色工艺对氨纶的影响，可保证氨纶染色效果最佳且损伤最小。
印染人整理 参考文献（略）
 |
联系我们 Contact Us
如果您对我公司产品有任何疑问，请致电 |
 |
客户服务 Customer Service
免费服务温馨体贴：免费提供设计方案、免费提供安装指导。 |
 欢迎扫描关注微信公众号 |
