（服装设计与工程专业论文）含固体粒子差别化纤维的染色性能研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

s t u d yo nt h ed y e i n gb e h a v i o r o fd i f f e r e n t i a l f i b e r sc o n l 隗i n i n gs o l i dp a r t i c l e s t h i sp a p e rs t u d i e dt h ed y e i n gp r o c e s sa n dt h ed y e i n gb e h a v i o ro ft h em o d i f i e dp pf i b e r c o n t a i n i n gw o o lp o w d e r ( w p p p ) a n dt h ew h i t ec o n d u c t i v ep e tf i b e rw i t hf i v ed i s p e r s ed y e s t h ed y e a h i l i t ym e c h a n i s mo ft h e s et w of i b e r su n d e rn o r m a lp r e s s u r ew a si n v e s t i g a t e d n l e d y e i n ge f f e c tw a se v a l u a t e db yt h ed y eu p - t a k er a t i oa n dt h ec o l o rf a s t n e s s i tw i t sf o u n dt h a tt h eo p t i m u md y e i n gc o n d i t i o nf o rt h ew p p pw i t hf o r o nd y e sw a sd y e i n g u n d e r9 5 ( 2f o r4 5 m i n 谢t ho 8 班o ft h ec a r r i e rd i l a t i np o e t h ed y eu p t a k er a t i oo ft h e m o d i f i e dp pf i b e rw a s7 2 4 。w h i c hw a si m p r o v e du pt o4 0 c o m p a r e d 喇t ht h ep u r ep pf i b e r t h eo p t i m u md y e i n gc o n d i t i o nf o rt h ew h i t ec o n d u c t i v ef i b e rw i t hf o r u nd y e sw a sd y e i n gu n d e r 9 5 cf o r3 0 m i n t h ed y eu p t a k er a t i oo f t h ew h i t ec o n d u c t i v ep e tf i b e rw 邪u pt o9 2 。w h i c h r e a l i z e dt h e d y e a b i l i t yu n d e rn o r m a lp r e s s u r ea n dl o w e rt e m p e r a t u r e t h ed i s p e r s ed y e so ff o r o nw h i c hd y e dt h ew p p pa n dt h ed i s p e r s er e d3 b d i s p e r s eb l u e 2 b l n ，f o r o ny e l l o ws e - 2 g lw h i c h , l y e dt h ew h i t ec o n d u c t i v ep e t f i b e rs h o w e ds a t i s f a c t o r y c o m p a t i b i l i t y , g o o db u i l d i n gu pa n do u t s t a n d i n gl e v e l n e s s t h ef a $ t n e s st os o a p i n g ，t h ef a s t n e s s t op e r s p i r a t i o n , t h ef a s t n e s st or u b b i n ga n dt h ef a s t n e s st os u n l i g h tc o u l dr e a c hu pt o4l e v e l ， e x c e p tt h ef a s t n e s st os l l n l i g h to ff o r o nb r i l lr e dr d b ra n df o r o nn a v yr d 2 r ew h i c hd y e d t h em o d i f i c dp pf i b e rw e l - eo n l y1l e v e l k e yw o r d s ：w p p p ；w h i t ec o n d u c t i v ep e t f i b e r ；d i s p e r s ed y e s ；k sv a l u e ；c o l o rf a s t n e s s 原创性声明 本人郑重声明：所璺交的学位论文，是本人夜导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰霹过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者答名；常蕊坜 签字隧期：2 6 年f 五月沙岛 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即； 研究烹在校攻读学位欺澜论文工作的知识产权单位属j 京报装学院。学校有投 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅 和借阕；学校w 戳公布举位论文熊全部或郝分内容，可以允许采用影印、缨印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文羟解密爱遥用本授权书) 学位论文作者签名 编 导掭煞名：南 髫酬 签字强期：动p 年? 2 弼够基 签字霾期：细占年l 月才靼 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通识遗蛙： 电话： 郏编： j b 裘暇装学院2 0 0 7 描硬士论空 前言 涤纶楚一静应焉广泛靛合藏野缭，涤纶吴骞舞静静耐热健、辩弱酸碱、抗漕蔟、弹德 好、强度高、“洗可穿”簿优点但随着消费者生漭水平的提高，对织物的色彩、触感、风 格、功能等舒适性能的要求越来越离，常规涤纶移在吸湿性羞，易产生静嗽、不易染色等 袋熹。纤维静静毫阕惩不仅会造成绕纱疆难，焉嚣穿着露不透气，鼹逶经蓑，滩竣瀵廷入 们对服装舒适性、高档化的追求，因此导电纤维的开发具有深邋的意义。本研究中的导电 涤纶是在p e t 熔体中涤加3 8 的鼯邀母粒进符燎融绩丝，铡成一神额型的嶷有耐久导魂 经的自爨簿毫p e t 纾缀。 丙纶舆有重量轻、强度高、耐麟性好、电绝缘性好、抗霉爱、耐化学腐蚀等优点。特 别是丙纶绷旦丝具有特有的“芯吸效殿”，手感柔较、导汗透气，岂被用于制作内衣，运动 殿、睡衣等骚装瑟瓣。毽聚嚣烯大分子上不含蠢辍往基匿，蘸承经强，蘩构紧密，致使染 料分子难以扩散到纤维内部，因而丙纶染色困难。为改善丙纶w 染性，人们对丙纶进行改 性，改性方法主要有装凝改性和添期剡共混改性。零研究中的潋性丙纶是在聚嚣烯中添力辩 3 翡羊藏粒子迸行荚浚纺丝毒褥。 将具有一定功能的物质经过超缃粉碎后加到纺丝熔体中，使纺成的纤维具有某种功 能，是制锯含固体粒予功能性差别化野维豹一种豢要手段。中嗣石化般份有嫒公司、美国 柱邦公霹、巨奉、嚣歇簿辩各静含瑟俸粒子差嗣俄绛维都避嚣7 研究。研究澎绣：在聚会 物中加入纳米粒子后，在赋予纤维特殊功能的同时，纤维的结晶度下降，纤维内部结构交 德疏松，邀对染色两京是非常有利豹。目前，国内静对岔固体款子差别化纾缭的染色性研 究的穰少基于这两方瓣兹考虑，零骈究对含苇壤粒子改性p p 纤维移鑫色静电p e t 纤维 这两种麓剃化纤维的染色性能进行了系统地研究。 北索服装学院2 0 0 7 描磺士论文 l 文献综述 1 1 涤纶绛维蠢秀纶纾雏魏特毪 涤纶问世于2 0 世纪3 0 年代，是幽英国人w h i r d i c l d 和d i e k s o n 等发明的峨1 9 4 9 年在 英国、1 9 5 3 年在美国棚继实现工业他生产，它是火晶种合成纤维中发展较晚的一釉产品， 僵发震遮发缀侠。涤纶疑有良好翡辩热毪、羲| 弱酸躐、藐瘗损、弹往簿、强废离、“洗可穿” 等特点l l 捌。由于涤纶纤维具有良好的物理性能和化学性能，已广泛用于服敞、装饰材料、 产业用布簿方面。但对乎服用纺织纾维两言，染魏性颇为重要。涤纶染色比较困难1 3 】，原 因第一怒囱于涤绘大分予中缺少像绛维素或蛋鑫缓那样筢稻染辩发生结合懿蒲性基霞；葵 次，由予涤纶大分子排列得比较紧密，染料分子很难渗透到纤维内部。同时，涤纶大分予 中缺少亲水性基团，因褥存在吸湿谯麓、易产生静电等缺点，娥以满足人们对服装舒适性、 嵩疆鬟：静逡求，因j 琏：入们力求舞发鬟骞各种功熊熬凝鳌涤纶纾缭。 丙纶也是五大合成纤维之一。聚丙烯纤维自1 9 5 7 年工业化生产以来，得到了迅速的 发展，成为继锦纶、涤纶、艚纶之飚姻主要合成纤维品种。长期以来，丙纶一直被认为怒 徭有潜力豹纺织原瓣，鬻纶其有重薰轻，强度蓠、僳暖健妊、洗涤露不超毽、蓬松往好、 抗污耐磨性好、回潮率低、抗霉变、耐化学腐蚀等优点f 4 1 ，特剐熙丙纶细旦丝嶷有特有的“芯 吸效应”，簪感柔软、譬汗透气，已被用于制作内农、运动服、睡衣等服装蕊料。此岁卜，聚 嚣烯静优势还在于玄燕蠢攀体割备，凝籽来源予蠢涵亿工，资源牟富，徐穰低廉。蔼置箕 降解容易，降解产物以及纤维生产过程对环境的影响很小【5 】。但聚丙烯是种碳氢链高聚 物嘲，分子中苓含有 董俘与染料分予檩结会的极饿嫠团，两且芟结晶发商、结构紧密、琉 东往强、内部疑乏空骧，致使染耩分子难戳渗入纤维秀部，因掰其染色霾鼹。蓠纶翡染莨 性差已成为制约其在服装和室内装饰方面应用的瓶颈。 l 。2 会露体粒子差别化纤维盼发展现状 醚饕入民生矮窳警的提高，入稻在黢餍、装镪及产鲎蘑森簿方面露纤雏豺辩在数量毒 品质上的爱求也越来越简，而天然纤维无论如何都满足不了人必对纤维原料的需求。因此， 个个化学纤维新品耪攘继闯世。然褥，化学纤饿在晶质，性能与功能方瑶述远苓驻满足 入类静要求。入稍还瓣麓亿学纤维箕有更高豹，熬过天然纾维的菇质，这种动力便伍学纤 维的生产汗发得以持续发展。在替代天然纤维一仿制天然纤维超过天然纤维的努力过稷 中，谗多赣靛高分子材料研制成功，一系列化纤成型趣王新技本出现，大批建挫能、多功 筢静新绛缳诞生。遥常将这一类不同乎般纤维，为适应特殊震途蕊翻造的纤维统称为“蓑 别化纤维” 7 1 。由于它们具有特殊的饿能，因而有赭更高的附加价值，同时也带动了上下游 2 魏京疆装学貌2 0 0 猫磺论文 工业技术向更高层次邋逃 差鄹他饔珐戆亿绎维是现在、识楚今后纯纾黪娩发震豹方内，嚣发纾缎裁菸魏，也将 为纺织面料的多样化和率富多彩提供有利条件。现在差别化纤维的概念在原有基础上已有 扩展，岛功能纤维的界限也愈来愈幂清晰。目前，差别化纤维包括细旦、纛异、高收缩、 傍毛、赞 萁、拉静电、摭紫终线、遮缎势、菝藿、褪爨、芳季、受枣子纾维、l y o e e l l 纾维、 聚乳酸纤维、甲壳素纤维等嘲。 将具有一定功能的物质经过趣细粉碎后加刘纺丝熔体中，使纺成的纤维具有某种功 夔，是潮备凌毙缝差别纯纾维戆一静羹要手段f 期。嚣j l 蓼报道戆会霪谆粒子茇剃建野维孛， 所含的网体粒子主要露纳米z n o 、t i 0 2 、s i 0 2 、c e 0 2 、负离予粉、碳黑等，赋予了纤维熊 有某种特殊的功能。中国石化股份有限公司、赞阐杜邦公司，鞠本、西欧等对各种含固体 粒子差捌亿绔维邦遴移了磅究i l | 】。 1 3 涤纶和丙纶染色发展现状 1 3 1 涤纶染色的发展概况 在掰窍合成纡维牵，涤纶是一耪缕梅紧密、终蘸发较蔫豹终维，它臻a 学不溶予承戆 分散染料，在分散剂存在下以稳定的水分散体系避行染色。由于涤纶纤维其肖尚约8 0 ( 2 的 玻璃化温度，因此分敝染料需在高濑下进行染色，以获缛较高的上染率。另外，称为载体 熬一些抵分子耋豹存飒纯会鐾，翔浆类、黩类、劈烃帮臻类等 埔，戆攫莰翘暖瓣在纾缳志 并提高上染速率，它们的使用使得染色可以在常聪下进行而不需要很高的染檄温度。另外， 采用特殊的染色方法绒对涤纶进行改性，均可以提高涤纶的染色性。 l t 3 。l 。l 搀统匏染色方浃 目前，涤纶的染彀童要有以下黛种传统方法鼢溯。 第一种是高温高联染色法。高漱时，纤维分予链段运动加剧，产生足够太的分子问隙， 蒙染辩势警能进久纾绦公予霾豹錾羧麸嚣渗透遴入绛缍内部。懑染色瀑菠疯子1 0 0 ( 2 嚣雩， 染色上染速率随着温度的升高而迅遴增加。这种方法对工艺设备要求较高，工厂建设投赞 较大，因此这种工艺不适用于小批纛的生产。 第二糖方法是载髂染色法。染糕在载薅孛豹游艇发毙在承巾瓣溶瓣度大，嚣毙当载搭 吸附在纤维表面时，纤维表面的染料浓度大于染液中的染料浓度，这样便撬尚了染料在纤 维内外的浓度梯度，使染料易于向纤维内部扩散。用载体法染色。染色温腱在1 0 0 0 以下 裁能达裂瀵意静染色效豢。载钵染色法戆程焘是警终憩源，慰浚备要求麓攀。载钵染色法 最大的缺点是染色后载体去除困难，因而会造成染色色牢度下降；有的载体毒性较强，慰 j 柬鞭装学院2 0 0 7 蕊鹾士论文 物降解性箍，对环境造成污染。近几年来，由于人们环保意识的提高，许多新型环保载体 耪继阁夔，这些载舞大繇是不舍苯蒸苯羚帮氯纯芳霉族纯会魏簿毒毒凌凄，气猿柔霸。一 些载体的分子结构中禽祷邻苯二甲黼娅胺( 如载体b 妊0 ，与聚醐纤维亲和力大，已固着的染 料即使在高温下也较难从纤维内部泳移到表面，w 保持织物良好的染色牢度。 第纛耪方法是热熔浚。热髂法怒静予态毫滋器色戆染色方法，主要叠装过程莛：波 轧染液烘干一焙烘一冷水洗一还原清洗一水洗一烘干此方法可连续纯盆产，生产强度 低，具有阉色快、生产效率高等优点，和高温高聪染色法相比，色泽鲜艳度和织物手感稍 差，絷辩弱色率也较甄。 1 3 1 2 低温乳液染色法 鉴予以上三种染色方法的缺点有人提出一种染涤纶的新方法i 嘲这种方法是将分散 染辩溶嬲凌鲡二氯甲烧戆套爨溶裁皆，透过超声波褥纛浓度懿主逑溶滚微分教在承溶渡 中，用磷酸甘油酯傈持稳定，形成了超分子结构。这些结构是油性物质，组成一个或多个 同心层，觎住溶剂和增溶了的分散染料。利用这种方法，染料就有可能在低予这些溶剂沸 点懿涅度主染纾维露苓发生降簿。染色动力学黪耢究表臻，遨秘方法慰涤纶用毫，孛穰 低分子煮的分散染料染色是成功的，在4 0 c 温度下染色1 8 0 m i n ，中、低分予量分散染料 的上染率可达到9 0 以上，高分予羹分散染料在这种条件下上染率较低。 1 3 。1 1 3 越蘸赛c 0 2 染惫法 传统的染色过程：陡水浴中进行，浴比高达1 ：2 0 - 3 0 ，染色时必须加入大燕的分散剂、助 剂以获得满意的染色效果。这就意咪着这一染色过程将产生犬慧的富含有机化合物的废 零，豁垮襞缳护纛萤终戆源为瑟标豹越貉要e 锈濂镩染色终为燹承染整按零之一已雩l 蒸擞 界各国的广泛关注陋州。超临界c 0 2 染色( s u p e r c r l t i c a lf l u i d sm 蜮n g ) 就是以超临界c 0 2 为 介质，利用超临界c 0 2 的溶解能力将染料溶解，弗利用超临界c 0 2 的高扩散性将染料渗透 銎| 纾缝疼帮瑟上染纾缨。与传统絷色方法囊毙，熬稳赛e 0 2 滚髂染色昊毒叛下爨点f 1 毛1 9 l ： 真正实现了无水染色。彻底消除了印染废水的产擞；印染加工中光需使用助荆，如用分散 染料染涤纶可省去分散荆，匀染剂，挣洗剂等化学品；残余的染料可以回收使用，染料利 爰率大大挺葛；染色黪鞫短，絷色囊誉登进厅还爨渗洗；超錾羚c 0 2 染色其蠢较毫靛上袋 率和良好的匀染性；c 0 2 无毒，容翁获取，且c 0 2 可循环使用，不会带来“漱宣效应” 1 3 1 4 低濑等离子体技术应用于染色 稳滋镣藩子髂经理纺缓鑫静搜零辑究已经在黧内癸秀震多冬，瘴爰矮域缀广。蓊究投 道f 硼，缀低温等离予体处理后纤维袋面会产生凹凼不平的纹路，使纤维表厮粗糙化，遮 4 托索服装学院2 0 0 7 黼颟士论文 使得涤纶织物表面对光的全反射降低，漫反射增强，减少了织物表面的极光。同时，经低 瀑等蹇予俸处理嚣，终维表嚣会形姣较多熬亲承搜基霞、徽参麓统嚣擞绥裂纹，这赘大文 提高了纤维对染料的吸附，染色上染速率加快，平衡上染百分率提高。因此，低温等离子 体技术怒改普涤纶染色性豹有效途径之一 1 。l 。3 5 嚣发毒染涤绘 为了减少染色设备投资，提高嫩产效率，避几年来，人们通过共聚、菇混等方法开发 了常压可染涤纶、酸性染料可染涤纶、分散染料可染涤纶饵d d p ) 和阳离子可染涤 纶( e c d p i 等瑟1 茹l 。 常聪可染涤纶是源过引入一定数黉的双官能长链脂肪酸感长链二元醇而制成的，长链 豹引入增加了纤维分予链的柔韧性，打乱了原有纤维分子链的舰整排列，降低了纤维取向 度秘结熬发，嚣恧麓嫒了染耨豹扩散速率、提褰了染瓣煞吸瓣豢，在鬻莲下裁霹班絷或较 深的颜色。 酸饿染料可染涤纶是在分子链中引入含氮或氮基等具有碱性基团的单体，这种纤维穰 酸牲浴巾霹缓瓣致瞧絷瓣。 e d d p 有聚酯型鹅聚醚型两种类型。聚酯型一般在大分予中引入阃苯：甲酸酯、双留 能团双醇酸酯、羟基酌类等。聚醚测一般为p e t 和聚氧化乙烯的嵌段共聚物。在聚酯犬分 子链串零| 入豢畜醚键戆鬃性链单髂，帮疆舔了犬分子添有缝稳瓣藏整毪，後茭熔熹、玻璃 化温度、结晶温度都旃所下降。在相同的温度下，分子的热运动加快，特别在无定形区， 分子间空隙增大，染料分子容易渗透到纤维内部，因此可以提离纤维对染料分子的吸附能 力，骧戮这染色改壤静瓣豹溅蠲。这类共聚臻霹叛在l o o c 苏节，无载俸存在下，嚣分散 染料染色，可达到常规p e t 纤维在黼温染色对同样的色泽深度。 e c d p 是在缩聚过程中引入含磺酸基的单体，纤维含有磺酸基后可以吸附阳离子染料。 含磷酸蒸戆攀薅逶雾憝阙苯二学酸纛攀聚磺酸钠，麴果霉季| 入霹簿低纾缍分子链接列戆嫒 整性和紧密性的单体，例如间苯：甲酸二甲酯等，可进一步撮黼上染速率，染色温度可降 到1 0 0 c 以下瞄】。e c d p 除了可用阳离子染料染甑外，也可以用常规的分散染料染色。染 色辩，分散染辩豹土染速率耧暖辫爨郄大大增热，盈染色温爱较低。 1 3 2 丙纶染色的发展概况 聚冈烯纤维结构瀚度规整，疏水性大j 大分乎链中缺少与染料有亲和力的基团，因而 染色毪麓。秀纶在王簸上豹虚弱魄较广泛，蘩绳索、瘸吴、飘露、填充耪摹每等。懿 琴襞露 纶获得满意的染色效果以适应人们对其在服装色彩多样化上的需求，一直怒化纤和染整授 5 托象服装学院2 0 0 7 辅硕士论文 术人员研究的重点针对丙纶染色滩的问题，凰内外曾提出谶多种设想，归纳起来有如下 蔻令大熬方自： 1 3 2 1 从染色方法上碍找解决方案 针对来改性丙纶的染色，主要从以下三方丽进行研究鲫； ( 1 ) 攥传统染辩来繁来袭程嚣绘终维。在5 0 零钱嚣麓窝攀代露藕，人稳试嚣矮瑗蠢 的染料对聚丙烯纤维进行染色，并相应地进行了工艺改进，其中包括：还原染料染色、偶 氮染料染色、硫化染料染色、分散染料染色、酸饿染料染色等【蚓，其中染戗效果较好的悬 选龚与溪纶纾维懿骧零燕程逶疲瓣j # 承溶性莱辩，絮选瘸菜魏分散染辩蠢 移染色，或是将 分散染料复配后染丙纶纤维。但总体而言，染色效果都不理想。 ( 2 ) 念成丙纶纤维用的专用染料。虽然有个别传统染料对丙纶纤维有一寇的可染性，德 嚣柒辩憨灌不全，琶浮较浅，各瑗染色宰度不理戆等嚣嚣嚣苓缝大袈模工簸铯生产。因魏， 国内外染料专家根据丙纶纤维的分子结构特点，进行了丙纶专用的染料分予的设计与合成 1 2 9 。合成的丙纶用染料结构主要悬以蒽醌为母体，另外还有憋是以偶氮笨和氧杂萘绪 訇 隽母体，在分子结褥审葶l 入长链靛蒸来缮鸯窭染瓣豹i 鑫溶整，瓢蠢骞裂予染瓣在聚秀烯纾绦 上的吸附，这是合成未改性丙纶专用染料的一种发展趋势。 但熙含成未改性粥纶专用染料也有其不利因素，如染料的合成比较复杂，至今为止， 塞接上絷来改性秀纶瓣专羯染辩菇秘餐然分纛瓣l 鞠，褥到熬絷辩色谱不龛，有豹繁辩瓣 聚丙烯纤维的上染率并不理想，不能满足丙纶产品发展的需要，丙纶专用染料的研发尚待 进一步发展。 3 袋蠲特殊麓祭惫王艺。絷辩程怒貉界g 晓串垒萃分予溶解状态，染糕分子在染漆审 的运动很活跃，能很快到达纤维表筒，且容易渗透到织物内部。上世纪9 0 年代，德国藤 北纺织研究中心t n w ) 的一个课题组在该领域进行了系统研究f 3 n 其研究工作主要集中 在工艺条锌豹选择秘羔芝过程豹瑷谤，秀怒貉棼c 0 2 染色懿霹缝经撵珙7 蠢秀豹谨骥。 但是超临界c 0 2 染色目前还存在着一些闯蹶，首先是对擞产设备的要求离，需要高聪 系统，次性投资大；其次，有关欺色工艺还不够完善，缺纛染色机理和动力学的微观分 耩，舞藏述嚣秘凌久爨锾穗关豹磷究王终。 ， 1 3 2 2 采用纤维改性的方法 丙纶可染性差是因为聚丙烯大分子为非极性结构，纤维上缺乏染座。近年来，通过改 变聚嚣爝天分子绥秘采蕤寒箕染色纛壹是久嚣l 磷究瓣热熹漂逶。瓣秀绘送行袭往，经焚 至少具备如下两个条件【3 2 】：改变纤维的紧密结构，使染料易予渗透到纤维内部；在纤维熬 6 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 体中引入一定数量的、对染料具有足够大亲和力的极性基团。目前，国内外通过改性方法 制取的可染丙纶主要有下列五种【3 3 州：掺混金属化合物改性法、共聚改性法、添加剂共混 改性法、复合纤维改性法和纤维表面处理法 ( 1 ) 掺混金属化合物改性法 这种改性方法就是将金属化合物与聚丙烯共混熔融纺丝，在丙纶中引入金属离子。所 采用的金属化合物一般是金属氧化物、金属的高级脂肪酸盐等。理论上各种金属化合物均 可使用，只要其中的金属离子能与媒染染料形成有色化合物即可。所采用的媒染染料是一 类含有多个配位原子【”】，能与丙纶中的金属离子形成带色的多个五元或六元环鳌合物 ( 2 ) 共聚改性法 共聚改性是使丙纶产生结构性改进的一种工艺，这种改性方法旨在纤维中引入染座。 通常有两种方式：一种是在聚合物分子链中引入能接受染料的基团，另一种是将一种具有 反应性聚合物的链段嫁接到聚丙烯大分子的主链上。前者称为共聚，后者称为接枝聚合。 共聚技术已成功地用于改进聚丙烯腈和其它纤维的染色但极性基团与烯烃共聚有一 定困难，因为用于聚烯烃生产的z i e g l c r - n a t t a 催化剂，会被极性物质钝化。且共聚强烈地 削弱了聚丙烯的结晶能力，并使其熔点降低，这对聚丙烯的物理机械性能产生不良的影响， 因此未实现工业化生产。接枝聚合改性通常是将聚丙烯进行y 射线辐射或光接枝技术接枝。 目前接枝聚合改性存在的主要问题是成本而并非技术，在国外甚至已达到试生产的规模， 如m o n t c l e e a t i n i 就曾报道过这类可染纤维的试生产l 蚓。随着熔融接枝技术的不断改进，作 为丙纶可染改性的途径之一，将会进行深入研究探讨。 ( 3 ) 添加剂共混改性法 这种改性的机理就是把有接受染料能力的添加剂掺合到聚合物熔体中，然后再进行纺 丝。这种方法一方面具有操作简单、色谱广、色泽鲜艳、对纤维的物理机械性能影响较小 等优点；另一方面，由于带有染座的添加剂在聚丙烯中均匀分布，因此该法不仅能使丙纶 表面着色，而且也能使丙纶本体着色共混改性一直是人们开发可染丙纶的热点。 用于共混改性的物质一般为极性物质，如聚酯类、聚酰胺类、聚烯烃类、反应性添加 剂和树枝状聚合物，或由这些聚合物中的某些单体形成的共聚物。作为改性的高聚物添加 剂必须具备下列条件：改性剂与聚丙烯有较好的相容性，在成形过程中可形成基体一微纤 两相结构，并产生大量的微孔隙，可形成染料扩散到纤维内部的通道，使染料易于进入纤 维内部；此外，改性剂应与染料有较好的亲和力，保证染色后的纤维具有足够的染色深度 和色牢度；同时改性剂应具有良好的热稳定性和化学稳定性，无毒害；另外，改性剂不应 7 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 对聚丙烯的可纺性、物理机械性能、热学性能和光学性能产生不良影响 目前研究较多的共混改性丙纶主要分为 3 6 , 3 7 1 ：可媒染的丙纶、分散染料可染丙纶、酸 性染料可染丙纶和阳离子染料可染丙纶。不过许多改性往往存在着色性差、固色率低、匀 染性差、耐光牢度差等问题。尽管如此，共混改性是目前国内外研究最多、效果最好、最 有希望突破的有效途径之一，已有很多处于半商业化阶段。 ( 4 ) 复合纤维改性法 复合纤维改性法是将两种或两种以上聚合物复合纺丝而成。复合形式大致可分为四 类；皮芯型、并列型、微纤维分散型和细纤维连续分布型。用于改善丙纶染色性的复合纤 维一般采用皮芯型，以聚丙烯作芯层，以p a 6 ，p a 6 6 ，p b t 等可染高聚物作皮层，复合纤 维的染色条件几乎与皮层相同。 ( 5 ) 纤维表面处理法 表面处理法是将丙纶或者织物在染色前先进行表面处理的方法。常用的丙纶表面处理 法分物理方法和化学方法两种。物理改性方法指的是低温等离子体处理法，这种方法已在 涤纶染色方法部分详细论述。目前，低温等离子体处理法对改善丙纶染色性的效果不明显， 还有待进一步研究探讨。化学改性方法主要有氯化、磺化、氧化、磷化、氯磺化、磺胺化、 硝化及其并用的胺基化等。但经表面处理后会导致纤维力学性能下降、手感僵硬、色谱不 全，并且由于只对丙纶表面改性，染料分子没有进入丙纶本体，仅吸附在丙纶表面，故染 色牢度不高，很难在市场上得到推广上述表面处理方法中以氯化法较有实用价值。氯化 反应中所用的氯化试剂通常为n a c l 0 + h c l ，其反应历程为游离基反应。氯化丙纶在沸染 条件下，会发生水解反应，氯原子被羟基取代，因此氯化丙纶与染料的作用不是碳氯键与 染料的相互作用，而是由于水解在丙纶上引入的羟基与染料分子发生相互作用。 1 4 分散染料的结构和染色特性 1 4 1 分散染料的结构特点 分散染料是一类水溶性很低，染色时在水中主要以分散的微小颗粒状态存在的非离子 染料，绝大部分属于偶氮和葸醌两类，此外还有甲川类、硝基二苯胺类，喹琳类等。近年 来出现的杂环结构分散染料，它们具有消光系数大及在织物上色泽艳丽的优点。不论是偶 氮型或蒽醌型分散染料，它们的化学结构都具有两个特点【3 研：一是不带磺酸基或羧基等水 溶性基团，而带有羟基、氨基、氰基和酯基等极性基团；二是分子结构相对较简单，分子 量较小。 8 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 1 4 2 分散染料的染色特性 分散染料在水中的溶解度很低，在分散染料的染液中只有少量以染料分予状态存在， 大多数染料以颗粒形式存在。此外，还有少量的染料存在于分散剂的胶束中，这三种状态 的染料之间存在着平衡关系： 染料颗粒= ；兰染料分子= ；兰胶束中的染料 染色时，随着染料分子从染液中不断被吸附到纤维上，染液中的染料颗粒不断溶解，分散 剂胶束中的染料也不断释放出来，直到达到染色平衡。 分散染料对涤纶纤维的染色过程可分为两个阶段，即吸附和扩散在染色过程中，染 液中染料首先吸附在纤维表面，吸附在纤维表面的染料再向纤维内部扩散，染料的吸附和 扩散在染色过程中同时进行，而且都属于可逆过程。随着染色时间的延长，纤维上的染料 浓度和染液中的染料浓度不再发生变化，最后达到染色平衡 染色理论认为 3 9 j ，分散染料在涤纶纤维内部的扩散符合自由体积模型。所谓的自由体 积是指无定形高分子物总体积中没有被分子链占据的那部分体积，它以微小的孔穴形式散 布在高分子物里。在染色温度低于涤纶纤维的玻璃化温度时，染料很难进入纤维内部，当 染色温度高于涤纶纤维的玻璃化温度时，纤维大分子链段开始热运动，使原来分散的微小 孔穴合并成为较大的一些孔穴，同时纤维大分子链段发生连锁的绕动( 即所谓的链段跳跃) ， 从而使吸附在纤维大分子链上的染料分子循着这些不断变化的孔穴，逐个孔穴“跳跃”扩散。 分散染料在涤纶纤维内部的扩散主要取决于纤维内部自由体积的大小，染料可以进入的自 由体积越大、越多，染料的扩散越容易。 1 4 3 分散染料与纤维间的作用力 分散染料与纤维分子间存在不同性质的分子间作用力，主要取决于染料和纤维的分子 结构。纤维分子中存在吸电子基时，可与分散染料的- n h 2 、o h 等基团形成氢键，染料和 水、染料和纤维之间可产生分子间氢键。范德华力是分散染料和纤维结合的一种重要结合 力，染料和纤维结构不同，范德华力的性质也不同，主要包括三种类型【1 3 】：即偶极力、诱 导偶极力和色散力。分散染料与纤维分子间的作用力是上述各种作用力的总和，其中色散 力起了重要作用。 1 4 - 4 影响分散染料上染速率的因素 染料对涤纶的上染过程中，染料向纤维内部扩散的过程决定纤维的上染速率。其影响 因素如下： ( 1 ) 纤维的结构；纤维的无定型区越大，染料越易进入纤维内部，上染速率越快；同时，纤 9 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 维在纺丝过程中的拉伸和热定型的程度影响纤维的玻璃化温度t i ，从而影响纤维的上染速 率。 ( 2 ) 染料的结构【柏l ：具有较小的分子量的染料易于进入纤维内部。 ( 3 ) 染料的溶解性：染料颗粒越小，溶解性越好，上染速率就越快。 ( 4 ) 染料的扩散性能：染料的扩散系数越大，上染速率越快。 ( 5 ) 染液的流动速率：染液流动越快，纤维周围的扩散边界层越小，染料易于吸附在纤维上 ( 6 ) 染料的浓度梯度：染液中染料的浓度梯度越大，上染速率越快。 助剂；染液中加入分散剂，可提高染料的溶解性，使染料以小分子状态存在，提高染料 的上染速率：加入载体，可降低纤维的玻璃化温度t g ，使染料易于上染 ( 8 ) 染色温度：染色温度越高，纤维内部分子链段活动加剧，产生瞬间的无定型区增大，有 利于染料的进入。 1 s 含固体粒子差别化纤维染色发展现状 在聚合物熔体中加入具有一定功能的固体粒子可以赋予纤维具有某种特殊的功能，同 时，纤维的形态结构和超分子结构会发生变化，可能会对纤维的染色性产生影响。目前国 内外对含固体粒子差别化纤维的染色性报道很少。下面主要探讨几种对纤维的染色性可能 产生影响的含固体粒子差别化纤维。 1 5 1 含纳米z n o 差别化纤维 纳米z n o 加入到纤维中可以赋予改性p e t 纤维具有抗菌性能。文献报道1 4 ”，将银原 子在纳米级氧化锌结晶过程中用特殊工艺加入到氧化锌晶格中不仅可以提高复合抗菌剂 的抗菌能力，同时也可以解决银离子的易变色问题，这种新型的复合抗菌剂不需要光源照 射就能产生抗菌效果 实验表明【4 2 】，皮芯型抗菌p e t 纤维的结晶度为6 6 2 3 ，比纯p e t 纤维的结晶度7 0 5 4 有所下降这是由于纳米氧化锌的引入破坏了p e t 大分子链的规整性，增大了分子链的链 间距离，从而使改性后纤维的结晶度下降，无定形区增加。从染色角度而言，这种皮芯型 抗菌p e t 纤维是有利于染色的。 1 5 2 含纳米t i 0 2 差别化纤维 在p e t 熔体中添加纳米二氧化钛是制备抗紫外p e t 纤维的主要方法之一，近年来倍 受关注。文献报道【4 3 】，从含有质量分数为1 - - 氧化钛的p e t 纤维的扫描电镜照片可看出， 二氧化钛均匀分布于p e t 基体中。添加1 纳米t i 0 2 后纤维的结晶度为6 1 7 4 ，比未添 加时的结晶度6 5 1 2 有所下降。偏光显微镜进行等温结晶的研究结果表明，添加的t i 0 2 北京服装学院2 0 0 届硕士论文 可起到异相成核的作用，可导致更多不完善微晶的形成，同时由于更多结晶缺陷的存在使 纤维的结晶度有所下降，纤维的结构变得疏松，这种情况是有利于染色的。 1 s 3 含纳米c e 0 2 差别化纤维 氧化铈( c e 0 叻是一种廉价而且用途广泛的材料，用于发光材料、催化剂、电子陶瓷、 玻璃抛光剂、紫外吸收材料等，将其纳米化后具有更优越的性能 4 4 1 据报道将纳米c c 0 2 与p p 复合 4 5 1 ，制备出的复合纤维可提高p p 纤维的染色性能，同时具有更多的功能性，从 而扩大p p 纤维的应用范围。加入纳米c a ) 2 后，纤维的取向度下降m 而且加入纳米c a b 后，染色试样的得色明显比纯p p 纤维深，其k s 值比纯p p 纤维的k s 提高了4 5 5 说 明加入纳米c 0 0 2 后，纤维的结晶度降低，纤维的无定形区增加，有利于染料的进入；另 一方面，由于稀土元素特殊的电子层结构，稀土元素能与染料分子配位键结合，有利于染 料的上染。 1 5 4 含纳米s i 0 2 差别化纤维 文献报道m ，纳米s i 0 2 加入到唧熔体中后，熔融纺丝温度下降，细化区的微晶温 度降低，结晶度降低，自然拉伸比延长提高纳米s i 0 2 的含量，上述性质更明显。从含质 量分数为l 的s i 0 2 的电镜照片上发现：纤维表面有许多凹陷的小坑。尺寸较均一且分布 均匀。这样一方面由于结晶度的降低，染料易于扩散进入纤维，另一方面，由于纤维表面 的凹陷出现，有利于纤维吸附染料，因而有利于染色。 1 6 本课题研究的目的、意义及方向 染色是后整理工序中很关键的一步，尤其对于染色困难的涤纶和丙纶就显得更为重 要，含固体粒子差别化涤纶和丙纶纤维在赋予纤维特殊功能的同时，纤维的结晶度下降， 纤维内部结构变得疏松，这对染色而言是非常有利的。目前，对含固体粒子差别化纤维的 染色性研究得很少，正是基于这种考虑，我们很有必要对这种含固体粒子差别化纤维的染 色性能进行深入研究。 改性丙纶中添加的羊毛粒子是羊毛纤维加工中的下脚料，羊毛粒子的加入不仅保留了 丙纶纤维本身优良的物理机械性能，而且羊毛粒子可以赋予纤维仿天然化的特性，同时也 是对天然蛋白质纤维这一天然资源的再利用提出了新的途径。含羊毛粒子改性丙纶的研究 为合成纤维的仿天然化开辟了新的领域。白色导电p e t 纤维赋予纺织产品导电或抗静电功 能的同时，改善了传统导电纤维黑色这一单调色调的不足，其纤维制品可以染成各种所需 的颜色，应用于服装、装饰材料及各种特殊场合，扩大了纤维的使用范围，符合人们生产 生活的需求。 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 本课题以本院自制的含羊毛粒子改性p p 纤维和含导电母粒的白色导电p e t 纤维作为 研究对象，探讨其染色性能。主要从以下几方面着手研究： ( 1 ) 如何使得纤维的上染率高，颜色鲜艳。 ( 2 ) 如何染色均匀，达到拼色要求，满足工业化的需求。 ( 3 ) 如何使染色后各项牢度满足要求( 皂洗牢度、摩擦牢度、汗渍牢度、日晒牢度等) 。 ( 4 ) 在上述三方面达到要求的前提下，如何减少能耗及染色过程中的污染。 1 2 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 2 1 实验材料 含羊毛粒子改性丙纶针织物 白色导电涤纶针织物 纯涤纶针织物 纯p p 纤维 纯p e t 纤维 2 2 实验用染料 2 - 2 1 酸性染料 依利尼尔红a - 2 b f 依利尼尔蓝a r 依利尼尔藏青a - r 依利尼尔酱红a 5 b 依利尼尔青莲a - b 依利尼尔黑a m r 2 2 2 分散染料 t e r a s i lr e dw - 4 b s t e r a s i ly e l l o ww - 6 g s t e r a s i ln a v yb g l n f o r o nr e dr d g l f o r o ny e l l o wr d - g l h f o r o nb r i l lr e dl i d b r f o r o nn a v yr d - 2 r e f o r o nb l a c kr d - 3 g f o r o ny e l l o ws e 2 g l 分散蓝2 b l n 分散红3 b 分散青莲e b l n 分散红玉s e g f l 分散艳黄r d 3 g 2 实验部分 学院自制，规格：1 2 8 d t e x 3 6 f 学院自制，规格：1 2 8 d t e x 3 6 f 学院自制，规格：1 2 8 d t e x 3 6 f 学院自制 学院自制 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c i b a 公司 c l a r i a n t 公司 c l a r i a n t 公司 c l a r i a n t 公司 c l a r i a n t 公司 c l a r i a n t 公司 c l a r i a n t 公司 国产 国产 国产 国产 国产 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 2 3 实验药品及助剂 无水碳酸钠i l ) 丙酮( 九r ) 磷酸氢二钠十二水合物 磷酸二氢钠二水合物 l 组氨酸盐酸盐一水合物 诤洗剂 皂粉 分散剂n n o 邻苯基苯酚 环保型载体d - 5 0 5 环保型载体b i p 环保型d i l a t i np o e c t c - 4 8 0 t 导染剂 2 4 实验仪器 y g 0 0 1 a 纤维电子强力仪 m d t - 5 0 0 密度测定仪 s o 他2 4 常温振荡染色机 新红外线试色机l a 2 0 0 2 - a j a 5 0 0 3 电子天平 7 2 2 可见分光光度计 电热恒温鼓风干燥箱 o r i n n x 测色配色系统 s w - 1 2 a 型耐洗色牢度实验机 y 5 7 1 a 型染色摩擦牢度实验机 y g - 6 3 1 汗渍色牢度仪 s c 8 0 a 型色差仪 y g 3 2 1 型纤维比电阻仪 x p l - 1 偏光显微镜 q s u n 31 0 0 h s 日晒牢度仪 1 4 北京益利精细化学品有限公司 北京益利精细化学品有限公司 北京益利精细化学品有限公司 北京益利精细化学品有限公司 上海市纺织工业技术监督所 上海白猫有限公司 浙江纳爱斯集团有限公司 安阳助剂厂 f l u k a 公司 浙江宏达化学制品有限公司 连云港先达化工有限公司 c l a d a n t 公司 北京中纺化工有限公司 太仓纺织仪器厂 中国新技术创业产业有限公司 东成染色机械厂有限公司 瑞比染色试机有限公司 上海天平仪器厂 上海欣茂仪器有限公司 上海中贤恒温设备厂 意大利0 r 玳t e x 有限公司 无锡纺织仪器厂 浙江温州纺织仪器厂 无锡纺织仪器厂 北京康光有限公司 常州纺织仪器厂 新天精密光学仪器厂 美国q p a r 公司 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 2 5 实验方法 2 5 1 前处理方法 处方：净洗剂 浴比 2 5 2 染色方法 染色处方； 皂煮处方： 升温曲线： l g l l ：1 0 0 温度时间 6 0 c x 3 0 m i n 染料用量 分散剂n - n o 载体用量 浴比 温度时间 皂粉 碳酸钠 浴比 温度x 时间 2 ( o w f ) 1 叽 m g l 1 ：1 0 0 x y m i n 2 9 l 2 叽 1 ：5 0 9 5 1 0 m i n x y r a i n 烘干 入染 2 6 测试方法 2 6 1 纤维横截面和纵面观察 2 6 1 1 纤维横截面观察 取- d , 束纤维，将短纤维扯去并梳理整齐，将纤维固定于哈氏切片器上，用刀片小心 切下切片，放在载玻片中央，加一小滴甘油，盖上盖玻片，放在载物台上，选择适宜的放 大倍数，在显微镜下观察纤维的横截面。 2 6 1 2 纤维纵面观察 取- d , 束纤维，理顺，松散地放于载玻片上，加上一滴甘油，盖上盖玻片，放在载物 台上，选择适宜的放大倍数，在显微镜下观察纤维的纵面。 1 5 北京服装学院2 0 0 7 届硕士论文 2 6 2 比电阻测定 称取适量纤维样品，置于电脑式恒温恒湿箱中( 相对湿度：6 5 ，温度：2 0 g ) 平衡2 4 小 时，用y g 3 2 1 型纤维比电阻仪测量其比电阻。 2 6 3 取向度测定 化学纤维中大分子以取向状态排列，使其力学性能、光学等物理性能出现各向异性。 光学的各向异性表现为双折射现象，因此可以通过测定纤维的双折射率大小来表征分子链 的取向情况本实验采用色那蒙补偿法测纤维的双折射率。用如下公式计算： 纤维的双折射率：a m = ( n + o 1 8 0 0 ) d 其中：1 1 - 干涉条纹数；o 补偿角；d - 纤维直径( 姗) ；k 纳光灯波j 长：( 5 8 9 x 1 0 6 r a m ) 实验步骤参照高分子材料与工程专业实验讲义( 北京服装学院编著) 2 6 4 结晶度测定 本实验采用密度梯度法测定纤维的结晶度。密度梯度管是将两种密度不同而又能相互 混合的液体在玻璃管中进行适当的混合，使混合的液体从上部到下部的密度逐渐变大且连 续分布形成梯度。密度梯度管配制后需进行标定，作出密度高度关系曲线。然后向管中投 入被测试样，根据悬浮原理，试样在液柱中静止时，此平衡位置的液层密度恰等于试样的 密度。通过密度的测定求试样的结晶度：f o ( o ) = p o ( p p o p ( p c - p a ) 其中：f ：- 试样的结晶度( 以重量百分比表示) ：p c 试样全结晶时的密度； 胁试样全无定形时的密度；p 实测试样的密度 实验步骤参照高分子材料与工程专业实验讲义( 北京服装学院编著) 2 6 5 断裂强度测定 在单丝强力仪上测量单丝强力，测量十次，取其