（纺织化学与染整工程专业论文）聚乳酸（PLA）纤维织物深色染色研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担a 学位论文作者签名： 日期：沙6 年育慧 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文储撇：研互导 日期：弘萨旧，；日 指导教师签名 钰 日期：酩年1 月z 日 聚乳酸( p l a ) 纤维织物深色染色研究 摘要 合成纤维自问世以来得到了快速的发展，但使用后产生的不可自然分解的废 弃物对环境造成了极大的威胁。从环保的观点出发，对生物降解材料的研究和开 发在全球已变得非常活跃。聚乳酸纤维( p l a 纤维) 是一种性能较好可生物降解 的纤维，它是采用玉米等自然资源为原料制取的纤维，从原料到废物完全可以再 生利用。 由于聚乳酸纤维具有良好的形状保持性，当与棉花混纺时，具有涤棉混纺 织物的性能；由于p l a 纤维具有吸湿、吸水性能，并能迅速干燥，与羊毛混纺时， 能保持良好形状，抗皱性强。p l a 纤维不仅可与各种天然纤维混纺，也可纯纺， 十分适合做服装，可用于t 恤、茄克衫、外衣、s l n 等，尤其适用于有丝感外观 的女用外衣、内衣。由于p l a 纤维折射率较低，所以具有较好的光泽度，不会产 生刺眼的光泽，而且其手感与丝十分相似，其长丝十分类似真丝。 但聚乳酸纤维染色一直是一个让人头疼的环节，其中的一个问题是它的染深 性。据报道，采用浸染的方式很难将p l a 纤维染得深色，尽管它的折射系数并不 高。染色中的两个主要障碍为：低熔点和遇碱分解性。 本次研究主要着眼于提高p l a 纤维对分散染料的吸附能力，分两个方向进 行； 1 ) 测试所有对织物前处理，染色和还原清洗步骤，在基本保证纤维机械性能的 前提下改进和优化这些处理过程； 2 ) 提高染料浓度直至染色饱和点或应用多种染料来配色取得某种深色色泽来提 高染色深度。 本次研究是基于d y s t n r 公司对i n g e o 纤维( 聚乳酸纤维商品名之一) 染色 工艺的研究成果为根据和基础。它己被大部分p i 。a 纤维和织物的染色厂家所采 纳。 关键词：聚乳酸，p l a ，染深性，k s ，强力，染色牢度 a b s t d e e p - s h a d ec o l o r a t i o no fp l af a b i u c s a b s t r a c t w h i l et h ep o l y ( 1 a c t i ca c i d ) ( p l a ) f i b e rh a sf o u n di t sw i d eu s ei nb o t ha p p a r e l a n di n d u s t r yf i l e d ，i t sr e l a t i v e l yp o o rd y e i n ga n df i n i s h i n gp r o p e r t i e sh i n d e r , t oa c e r t a i ne x t e n t i t ss p r e a d i n gs p e e d i t sb e e nr e p o r t e dt h a tt h ep l af i b e ri s d i f f i c u l tt oo b t a i nad e e pc o l o rs h a d eb ye x h a u s t i o nd y e i n gd e s p i t eo fi t sl o w r e f r a c t i v ei n d e x t h et w om a i no b s t a c l e sd u r i n gt h ec o l o r a t i o np r o c e s sa r ei t s l o wm e l t i n gp o i n ta n di t ss e n s i t i v ed e g r a d a b i l i t yt oa l k a l i t h i ss t u d yf o c u s e so nf i n d i n gt h ew a yt oi n c r e a s ep l af i b e r sa b s o r p t i o n a b i l i t yo fd i s p e r s ed y e s i ti sc a r r i e do u ti nt w od i r e c t i o n s ： 1 ) t e s ta l lt h et r e a t m e n t sb e f o r e ，d u r i n ga n da f t e rd y e i n gp r o c e s s ，m o d i f y a n do p t i m i z et h ep r o c e s s e so np r e m i s et h a tt h ef i b e r sm e c h a n i c a l p r o p er t yi sb a s i c a l l yr e s e r v e d ； 2 ) a u g m e n tt h ed y ec o n c e n t r a t i o nu n t i lt h es a t u r a t i o np o i n t ，a sw e l la s c o m b i n es e v e r a ld y e s ，i ns t e a do fj u s to n e ，t oo b t a i nh i g hc o l o rs h a d e t h ew h o l es t u d yi sb a s e do nd y s t a r sc o l o r a t i o np r o j e c to ni n g e of i b e rw h i c h i sw i d e l yr e c o g n i z e db yt e x t i l ei n d u s t r y ，i nh o p eo fp r o v i d i n gc e r t a i np r a c t i c a l s u g g e s t i o n sa n da d v i c e so np l ad e e p s h a d ed y e i n g s t u d e n tn a m e s u p e r v i s e db y y a n j i ns h a o ( c h e m i c a le n g i n e e r i n go nt e x t i l e s ) p r o f q u a nz h u k e y w o r d s ：p l a ，d e e p s h a d e ，k s ，t e n a c i t y ，d y e i n g i n g e o ，w a s h i n gf a s t n e s s ，t e m p e r a t u r e 。2 l n u - o d u c f i o n 1 1p i a 纤维概述 一前言 1 王1 历史 环境与发展是2 1 世纪的杰题。用玉米加工聚乳酸产品对综合利用资源，减少 环境污染具有重要的意义和犴发价值。人们对p l a 的认识始于2 0 世纪2 0 年代，当 时p l a 作为一种聚酯纤维生溪应用于医学领域。爝来，由于难于降解的聚乙烯、 聚嚣燎、聚氯乙蝾等豹使麓，选残了丑益严耋豹鑫色污染，入鬃嚣戆设想嚣瘸霹 降解豹p l a 来代替一般通髑聚合物产品。在2 0 世纪9 0 年代，美国谷物公司c a r g i l l 公司研究开发了以玉米淀粉作为基本原料来生产乳酸、聚乳酸、聚乳酸纤维、包 装材料镣最终产品。美国d o wc h e m i c a l 公司看好p l a 发展前景，在1 9 9 7 年与 c a r g i l l 公司以5 0 5 0 爨：铡泉念资组建一家耨鳃公霹c d p ( c a r g i l l - d o wp o l y m e r ) 公司。 由予p l a 优异性能，p l a 产品目前在美洲、欧洲及亚洲已有较大的市场需求， 预备在2 0 0 6 年再建一个p l a 正厂。据报导，c d p 公司计划在今后l o 颦间，投资1 0 亿美元，甄将p l a 的产能扩犬劐年产4 5 万吨。 嚣麓p 潍主要矮予生产p l a 纾维，寇括p l a 戆缀纾、长丝、无纺蠢。长丝惫象 p o y ，d t y ，b c f ，复合长丝镩；包装材料，注塑成鍪! 用聚合物。在p l a 纤维开发 上，c d p 公司与许多公司合作。c d p 公司与日本钟纺及岛津制作所按同开发了商 品名为“l a c t r o n ”的p l a 纤维，与日本尤尼吉研( u n i t i k a ) 生产商品名为 t e r r a m a c r e g 豹绥维、无纺枣露薄膜等p 法产黯。还与三菱穗籍以及荚謦骤i f i 公司合佟生产p l a 戆p o y j 酸d t y ，还与可乐丽公弼缔造联合销售p l a 的公司。 现谯世界各工厂生产p l a 纤维及其他产品的原料均来自c d p 公间。目前，美 国杜邦、盈山都等大公司也计划新建生产p l a 纤维工厂。现在，大部分p l a 纤维 工厂农夔露、西欧和日本。2 0 0 2 年p l a 聚合体价格l 。6 5 美元k g ，p l a y i ：4 9 6 美元a g ，p l a 溅秀5 蓦l 美元；【g ，弱润率稳瓷瘴，毛稳率超过2 溉当蔫整赛 对生物可降解聚合物的年需求量为1 5 8 9 k 吨。 h 删u a i o n 1 1 2 生产 1 1 2 1 聚乳酸的合成 从瑰黢单体合成聚巍羧有两释途径，一秤燕煮接聚合法，另一种是爵交酯法。 合成滚经翔瑟l 瘊忝。 0 乳酸 h 2 0 o a o c h 3 ， h o n 蘩巍酸 图1 聚乳酸的合成 直接聚合法是乳酸的赢按脱水缩聚。丙交醐法是二分子的乳酸脱水生成环状 的乳酸鼢二聚体，然后送行开环聚合，它不间予一般的缩聚，因为没有小分子的 承璧簸，掰戳不鬟要逶褥攘囊空攘夺势子，豢仑设备麓荸。嚣嚣，氆器土丈多采 用掰交酯阔接聚合法 1 - 1 2 2 聚乳酸纤维的纺丝方法 用于秘备纤维的聚嚣酸纾维一般是左旋象乳黢，采用于法纺熊躐熔融纺丝可 获炭凝蒙嚣薮裁各聚嚣羧。 予法纺丝 隳乳酸的干法纺丝主骤采用干纺一热拉伸m 艺。纺丝原液的制铸一般采用二 氯甲烷、三氯甲烷或甲笨俸溶剂。在1 1 0 0 c 下把p 从溶解于甲苯溶液巾，对于m n = 3 5 x i 糯p l a 绞丝覆滚瓣缓譬分数秀1 2 ，瓣予蓊；= 5 。3 l 懿p 敬纺丝暴渡懿 质鬣分数为6 。纺丝温度空温下即可，卷绕遮魔为0 2 5 一o 3 5 m m i n ，然后对初 生纤维进行热拉伸，实验结果表明最佳拉伸温度为1 8 0 - - 2 0 0 。( ；。 是呱 予法纺丝的工艺较为复杂，溶剂回收难，翁熊环境恶劣，同时采用的溶剂有 毒性，剿目前为止采用干法纺艇制备聚乳酸纤维迩停留在实验阶段，尚未见商业 化生产撤导。 熔黻纺丝 爨缀邋，采用分子塞为3 3 0 0 0 0 熬聚乳酸，筵葶亍囊空于澡，傻冀熔点透露1 8 6 。c ， 结晶度达7 5 的情况下进行熔融纺丝使聚合物在氮气的保护下从螺杆中熔融挤 出，卷绕逋度为1 8 2 0 m m i n ，然后初生纤维猩1 6 0 。c 热板上进行双区拉伸，即 可获得浆乳酸纤维。 图2 聚乳酸纤维的生产过稷 l 。l 。3 用途 纺级服装 由于p 从纤维具有良好的形状保持性，当与棉筏混纺时，具有涤棉混纺织物 的性能；由于p l a 纤维折射率较低，所以具有较好的光泽度，不会产搬刺眼的光 i n t r o d , t c d o n 泽，_ i 甜a 其手感与丝十分榍似，其长丝十分必似真丝。由于p l a 纤维具有吸湿、 吸水憔能，并能迅速干燥，与羊毛混纺时，能保持良好形状，抗缴蚀强。p l a 纤 维不仪可与各种天然纤维滟纺，也可纯纺，十分适合做服装，可用于t 恤、茄克 衫、辨农、麓服等，尤其逡熙予骞丝感多 观静焱麓多 衣、内衣。凳囊予p l a 纤维 有蓬松的手感，并富有疏农健，具有缀努豹芯吸效应，对皮获不发霸，没有任俺 刺激，撩触皮肤有干燥膊，也很适合制作运动服及罩衣。 家用装饰 聚乳酸纤维的u v 稳定饿、发耀量少、燃烧热低的特点使其在家用装饰市场具 有啜簪l 力，并显它翦爨舅瓣弹瞧更菝宽7 箕农该颁域戆痤惩。癸黧熬痤短毽瑟： 悬挂物、室内装饰品、筒翠、地毯，已有相威的产品进入市场，阐时聚乳酸纤 维应用于填充件也受到了人们的重视。 工北应用 蒙巍羧绥维好筑透气镶、蕊吸经及癸瞧使箕农 织造衣矮域氇蠢发震渗力， 聚嚣酸可应用纺秸法或熔喷法直接割戒菲织撩雍，也可先纺稍成斑纤维，再经 干法成滠法成网制得非织造布。 聚乳黻纤维因其优良的擞物相容性、低毒性和生物降解性，在腋疗、医学领 域其鸯广泛的应用蓠景，焚非织造布可用作学术衣、手术覆盖稚、嗣翠等，其 纾维霹弼作手术缝合线、聚绳、纱鑫、锋缀露、棼溺繇蘩、缀豢镣。蒙襄酸终 为生物降解材料已被美国f d a 批准，在医药及医疗用品方面的开发应用受到了 国内外的高度重视。 l 。2p l a 纤维和织物酶物理化学性熊 1 2 1 聚合物结构 p l a 和p 盱虽然两者都属于聚酯类，但p e t 是芳香族聚酯化合物，每一重复链 段是以举环耦连结，两p l a n 予脂肪族聚酯化会物，在其每一链段侧甄连结着一c 磁 基弱，遽霉冬会妨礴链段旋转，錾壹蘸基瓣氧爨予接殛，p l a 豹分子携象存在3 蘩 异构体，即左旋的l p l a ，猫旋的肿l a 以及内消旋的d ，l - p l a 。由发酵产生的p l a 大部分为l - p l a 。 甄9 函4 d i 魏 产w 玛 8 黔唧一8 强a 火一黼壬点甲于- 鞣 瑰ev o曼 圈3 浆乳酸单体聚合过程 p l a 齄赡神旋光牲续缒串l 呻h 及d p l 矗蹙半结蘸葱分子，瓢卜p l a 是 # 然 磊裔分子。辫l - p l a 密予冀非磊态结梅，簿瓣嵌，骚鏖耐久蛙羞，鬟嚣爝捧药赞 缓释裁件，而d - p l a 2 瑟l p l a 则机械强度较好，可用作医用缀合线，外科矫j e 材料。 蕊中l - p l a 自予酶解产物是左豌乳酸，能教人体完垒 谢，无毒、无缎绞反应。 蠢手不霹兕a 的分予橱象，对最终纤缭的性熊产生影响，掰戳在跣a 形成对，挺 制这腆构象的相对比例，就可得剿不i 司性能的聚台体。 l 。2 ，2 基本往憝 袭l ，1 聚乳酸纤维的基本性能 f i b e rf i q 姥rm o i s t u r e c r i m p 1 0 c c r o s s lf i h e r 融 d e n s 睁 m e l t p o i n t t o n a c 瓣e l o a g a # o n c o n t e 葺硅器e c 差沁n 3 2 _ 3 6o | l 加耐1 7 0 0 c5 0 洲 3 0 ，3 5r o u n d c n r e x0 6 总体而富，聚乳酸酯鲍物理憔能介于涤纶和锦纶6 之问，但聚乳酸酪翰熔点最 低，越强度每潦绘籀近，骥蟹叉较舔，蘸箕绎维帮戮辩冥有锟磐酶搬工性能，学 感和悬垂性它的弹性回复率高，加上亩的玻璃化温魔适崴，说明它的定型性能 和抗皴性能很好，宜作为服用谢料。尤其是它的折射率低，能染成深色：耐紫外 凌，在氰弧宠下不糖良洗涤螽基本拳变色。落戴，魁纤维是裁造内表，融嘉 农服、野外工作服、体育服装、制服、时装的理想材料。 袭l ，2 聚乳酸纤维和其他纤维饿能比较 1 】 p l a搬瓢6 c o t t o n s ；歉 w o o l s p e c i f i c 鼢i 俘 1 2 s1 3 91 1 41 5 21 j 41 3 1 t 9 0 c ) 5 5 * 6 0 7 0 4 0 t i n ( 嗡 1 3 0 1 7 52 5 52 1 5n o n en o n en o n e t e n a e 移f 够母 2 - 。* 巍0 2 蠢一强5 ，s4 04 l 矗 f a i r f 镳- u vr e s i s t a n c e e x c e l l e n t f a i rp o o r f a i r p o o rp o o r r e f r a c t i v ei n d e x1 3 5 - 1 _ 4 5l 。5 41 j 21 5 31 舛i 5 4 e l a s t i c r e c o v e a 9 3岱辨5 25 26 9 ( 5 s t r a i 蝻 i n t r o d u c t i o n m o i s t u r er e g a i n ( )0 4 0 60 2 0 44 17 51 0 1 4 - 1 8 l o w s m o k e ； h i g hs m o k e l m e d i u m b u 吣 b u m 2b m s 6 m i m s l o w l y ； f l a m m a b i l i t ys m o k e ；b u 脚 b u r n s m i n a f t e r a f t e rf l a m e s e l f - e x t i n - g m e l t s f l a m er e m o v e d l l i s h i n g r e m o v e d l o i ( ) 2 6 3 52 0 2 22 0 - 2 41 6 1 72 4 2 5 c o n t a c ta n g l e 7 68 27 0 通过对比可以看出，p l a 纤维的一些突出特点在于： ( 1 ) 聚乳酸纤维的体积质量( 1 2 7 9 c 确比涤纶的( 1 3 8 9 c m 2 ) 小，因此，其产品 比较轻盈； ( 2 ) 回潮率虽然与涤纶接近，但其具有芯吸效应； ( 3 ) 有很好的导湿透气性，有良好的服用舒适性； ( 4 ) 断裂强度和断裂伸长率与涤纶接近，但模量小( 与锦纶相近) ，属于高强、中 伸、低模型纤维，制成的织物强力高、延伸性好，手感柔软、悬垂性好，回 弹性好； ( 5 ) 有较好的卷曲性和卷曲持久性； ( 6 ) 抗紫外线( u v ) 稳定性好； ( 7 ) 可以用分散染料染色，对于染色、后加工或树脂加工等的加工适应性好； ( 8 ) 热粘结温度可以控制； ( 9 ) 结晶熔融温度可以在1 2 0 。g - 1 7 0 0 c 范围内变化； ( 1 0 ) 可燃性低、发烟量小； ( 1 1 ) 耐酸不耐碱，透明性好。 1 2 3 突出性能 绿色环保性 聚乳酸酪最突出的优点就是：它是一种最名副其实的由人工合成的有机高 分子“绿色产品”和“环保产品”。 首先，它的生产原料可以再生，原料来源符合可持续发展的要求。聚乳酸 以地球上可不断再生而取之不竭的农作物一玉米作为原料，发酵制得乳酸，进 而制得其环状二聚体一丙交酯，经聚合而得。因此，聚乳酸纤维也被称为玉米 纤维。事实上一切含淀粉的农产品甚至普通的植物，都是聚乳酸的可用原料。 l n 嘲h d 在这一点上将可以摆脱石油化纤的原料威胁而与再焦纤维素纤维相抗衡，而农 原料选择方薅又鞋：主要逸用天然本毒孝秘糖籽绒一类天然毫纯度纾缨素资源为原 料的再生纤维素纤维更加酱及易得。 其次，聚乳酸配的缴产过程无毒。不产生污染是绿色产品的生产要求。从 农作物提取淀粉，从淀粉发酵露得瑰黢，将乳酸谶一步聚合蔼褥聚乳酸蘸，这 一切的生物加工和纯工加工都可班蔻无毒，对发静污永的处理搬不存在难题。 聚乳酸通常采用熔融纺熊，聚乳酸的熔点很低，不但低于涤纶、尼龙，比丙纶 也要低很多，一般在1 7 0 上下，其产晶综合能糕将是曩翦大类纯学纤维生产 中最低静。 最后，绿色产品要求其本身对环境也不造成污染。石油化纤在自然界都很 难自行降鼹，它们静大麓应用是造成在自然界大羹获聚两导致鑫然生态闺熬的 主要原因。聚乳酸是一种可生物降解舶聚合物，即是一种在环境中可以被降勰 为小分子的树脂”( 可生物降解树脂的定义) ，它的降解先通过主键上的c o 键 零解降勰，然嚣在酶的传惩下进一步辫鳝鸯珏毋秘z 。 人体胃吸收生态往 聚l 一乳酸酯( p l a ) 猩人体内可以经过降解而被吸收，为此从上世纪7 0 年 代起侵将冀赐终努科手歹l 乏审戆特殊嚣糕、移植物尚整形毒| 辩，翅手术缝合线、 骨夹、骨钉等以及作为缓释药物豹包囊材料等等。目前，聚乳酸在医用绷带、 一次性手术农、防粘连膜、尿布、医疗固定装置等方面已经得到广泛应用。 鼹放攀慧医院襄滔臻大学联会羚发磅裁豹掰溅聚襞酸矗管蠹支架代骜遴日 金属支架的工作，已经予2 0 0 3 年2 月份正式宣告成功。报道说，采用聚乳酸支架 避免了采用鑫属支架植入对血管的慢性损伤和机械性刺激。据统计大约有2 5 一 3 隅熬惠老巍金震支架壤入爱戆3 6 个月穴会发生敷管霉狭窄，爨要再行实旒蠹 管搭桥术。研制者利用聚l 一乳酸的霹调节降解速率的性能和它的生物相窖饿， 可有效抑制赢管内膜增嫩。他们还在所实施的支架上进行了表面造孔和涂膜，使 支絮上羼辩携带有菝盘稔、抗矗管增藏等多静药物，霹在支撵狭窄段盘管豹辫糖 缓缓释放药物，对局部胤管病变迸彳亍治疗，并当狭窄段血管通畅内膜愈合完好后 支架自然降解，这为防止衄管再狭窄的发生开辟了新的途径。 燃烧愫秘抗紫乡 线拣戆 聚乳黢雅的极限氧掰数是常用纤维中最高静( 2 4 - 2 6 ) ，在燃烧中只有轻微的 h n 埘* 啪 烟雾释出。p l a 虽然不属非燃烧性聚合物，但与涤纶和棉相比，更易自熄，而 且燃烧时放出热量少，霹她火灾危险佳小。遮对疲羯在装馋蘸辩等方面龙为霪 要。 聚乳酸酯纤维还具有耐紫外线的性能。和p e t 相比，它猩紫外线下吸收值 较低，裁保持不受侵害，适合手室外应用领域帮室内装饰织物。 1 3p l 织物的染整性能概述 1 ，3 。1p l a 纾维特魏 _ 弱耐碱性 在p h 纤维耐碱性研究方掰，天津太学的x y i 描以和香港理工丈学的 a f t 赫呔等入替研究了p l a 纤维的耐稀魏碱性麓。他们将p 强纤维墼子 p h 值为i i 0 的淡碱液中，于8 0 c 处理不同天数，测定其在稀烧碱处理前 后的粘均分子量、失重率、热性能、形态结梅和拉伸性艇姆。研究结果袭 璃，瓤纤维的失重率随着处理辩闻静延长搿增加 在稀烧碱溶液中纤维发 生了降解，纤维表面被刻蚀，出现了许多垂点于纤维轴向的微小裂纹；嫠 热分析法测定的纤维熔点显著降低，熔融热和缨晶度增加。经过5 天臻烧 碱液处理后，碱液p 珏值显著降低，由于碱处理纤维表面出现了缀多结构缺 陷，以及分子量的显著降低，纤维几乎完全失去了拉伸强力，此时纤维失 重率墩加十分显著。 _ 耪耐高温性 p l a 纤维的玻璃化温度和熔点较低，分别只有5 7 吧和1 7 5 。c ，明显低于 普通涤纶。热定形濑度应分子玻璃铯溢度鞠熔点之闻，在p l 矗纤维整个染 整加王过程中热定形温度不可过高，不可超避1 3 5 c 。c a r g i l ld o wp o l y m e r 公司推荐染前预定形温度为1 2 0 - 1 3 0 ，染后热定形温度为1 3 5 。c ，持续时 阋均为3 0 秒。 1 3 。2 染料选择 选择合适的分散染糕对p l a 纾维染色，将糍利于降低染色成本、减少废 水排放、提高染色牢发。染料的选用应根据染辩纯学结构或应掰分类等，辩p n 纤维染色性能( 尤其是上染率) 的影响，或从现有商品染料中筛选出适合p l a 纤 维染色的染料品种，或针对p l a 纤维的分子结构和理化性能，专门开发适用的 染料品种目前已有一些研究人员和染料公司开展了这方面的研发工作。 美国n e b r a s k a 大学的s e s c h e y e r 和y i q i y a n g 等科学家对不同结晶度的 p l a 纤维作染色研究后总结出，大部分所使用的分散染料的上染率均低于5 0 ， 认为分散染料对p l a 纤维只具有中等亲和力，且染料结构与染色性能之间的关 系不大，染料化学结构和能量类型与上染率之间没有明显的关系。 c a r g i l l 公司的j l u n t 和d y s t a r 公司的j b o n e 采用9 只中温型的 d i s p e r s o l 和p a n a n i l 分散染料染p l a 人纤维。在一定的染色条件下，这些染 料的上染率能达到8 0 以上，其中有5 只染料对p l a 纤维的上染率与对涤纶的 上染率非常接近。由此认为，中温型染料比较适合染p l a 纤维。 目前市场上对p l a 纤维适合染色的染料品种有：d y s t a r 公司的d i a n i xx f 系列染料，c i b a 公司的t e r a s i l 系列染料，b a s f 公司的d i s p e r s o l 和p a n a n i l 染料以及日本长濑的d e n a p l a 系列染料。高抗紫外线的染料主要时d y s t a r 公司 的d i a n i x m 系列和c i b a 的t e r a t o p 系列。 1 3 3 精练 p l a 纤维针织物精练的主要目的是去除纤维上的油剂，机织物还必须进行 退浆。众所周知，涤纶纤维前处理常用的碱剂是纯碱和烧碱，使用纯碱不会损 伤涤纶纤维，适量的烧碱前处理也不会导致聚酯纤维性能发生变化。p l a 纤维 属于脂肪族聚酯纤维，研究表明p l a 纤维的耐碱性欠佳；因此p l a 纤维的前处 理应采用纯碱，并在温和条件下进行。由于p l a 纤维本身柔软性较好，故不需 要进行碱减量加工。d y s t a r 公司推荐的精练条件为：纯碱0 5 6 l 、k i e r a l o n j e t bo 5 - i g a ，快速升温至4 0 ，加入精练剂和纯碱，然后快速升温至6 0 c ，处 理1 5 - 2 0 m i n ，冷却至5 0 1 2 排液。 1 - 3 4 染色过程 1 3 4 1 温度 随着染色温度升高，染料的上染率明显提高，当温度升至i i o c 时，染料 上染率达到最大值。如果再提高温度，染料的上染率不但不再提高，相反，随 - 1 3 - i n m 证u a i o n 着染料分子动能增强以及纤维溶胀，有一小部分染料会解吸捌染液中，造成颜 色交浅域色楣变化：戮她，染色懑发逑择在l l o 为宝。僵也蠢资料显示，1 1 0 只适会予中浅色染色，对于一些艨达到深色效粜的生产来说，1 1 5 更宥暇弓i 力。 t k a m e o k a 彝l 。k a w a m u r a 等入研究了不瓣染色湿度秘染色时闻黠p i a 终 维性能盼影响。p l a 纾维经1 4 0 c i 瞄温染色6 0 r a i n 后，分予量降低3 1 麟，强度 则降低6 0 5 ；如9 0 染色1 8 0 r a i n 厨，分子量降低2 5 o ，强度降低5 5 3 ； 1 0 0 t 染像6 0 r a i n 蜃，分子量和强发分剐只降低1 4 。7 移1 8 。熊。试验表骥，亵 温和长时随染色均会鼯致p l a 纤维发生很大程发豹降解。敌认为，应通过控制 染色温度和时间，使分子量的降低稷度低于2 0 。 1 。3 4 2 辩蜒 通常，涤纶染色时间一般取决译所染颜色的深浅，深色所需对闯长，浅色 则短而对于p l a 纤维而言，在染巾深色的情况下，染色3 0 r a i n 和6 0 r a i n 的上 染率嚣染榉瓣色差焦较小：这意嚷游p 法纤维絷魏联器巽重阕爨：涤纶短。 1 3 4 3 染色p h 类似干涤纶染色，p l a 纤维的染色也是在酸性条件下进行的。但不同的酸 碱度对浆辩豹影响稷大。当p 珏焦4 - 6 霹，染3 l | ； 上染率较毫，嚣为染色褒用瓣分 散染料程该p h 值范豳内= 适应性较谶。实际生产巾在p h 值为5 7 的条件下进行 染色。 l 。3 。垂4 漆滋 分散染料染p e a 纤维受浴比影响不大。从经济效益和设备适应性方面考虑， 浴比设定为1 ：8 - 1 ：2 0 。浴比过大，造成染化料浪费，过小则影响匀染性。 1 3 5 还原清洗 p l a 纤维染色后的还原清洗是一个十分重要的加工环节，邋当的还原清洗将 有助于掇舞染色牢度。由予p 强纤缀魏玻璃佬漫魔较低，显对城裁魄较敏感，一 般在5 5 以上的碱性条件下就容易水解，故应注意控制还骤清洗条件。 d y s t a r 日本公司进行了p l a 纤维还原清洗的试验：p l a 纤维采用1 1 0 染色 4 5 r a i n ，綮色螽曩2 9 l 爨险耱、2 9 l 嚣褰予洗涤翔、不霹罨量碱翔豹混会滚，予 6 0 还原清洗1 5 m i n ，试验表明，l g l j j 、苏打、2 9 l 纯碱和l g l 烧碱，还原清洗效 融嘲n 睦i 果相近。但随着温度的升商，用烧碱还原液清洗盾的染色深度明恩降低，这生瘿 是嚣为p l a 纤维发生了承勰。在碱性述蔽清洗时，p 娃纾维永解形成巍酸，还会譬 致洗涤滚酌碱性发生变化，搜还原清洗的不稳定因索增加。事实t ，用l g l 小苏 打6 0 下述原清洗1 5 r a i n ，洗涤液的p h 值会降至5 o 以下；在2 9 l 的烧碱液中7 0 处理1 5 r a i n ，p 丛绎维鲍减量率为2 。这些现象均说明，p l a 纡缀在碱性溶液中 发生了承髂。 根据以上试验结果可知，为了避免碱性还原清洗导致p l a 纤维损伤及其对 颜色滚度懿影响，碱性逐原清洗的瀑发应控艇在6 0 - 6 5 i c ，碱剩可薅纯碱。努 一个代替方法是采用酸性还原清洗，如使用b a s f 公司的液体还原清洗剩 c y c l a n o ne c 0 。酸性还原清洗条件如下：c y c l a n o ne c 02 - 3 9 l ，用e u l y s i ns 或醋酸调繁耀僮至3 。耖4 。o ，8 0 还原清洗1 5 r a i n 。 1 3 6 染色牢度 l 。3 。6 1 翼| 炎牢度 研究袭孵，对于p l a 织物，超过一半的染料，茏其是蓝色染料不能获缮令 人满意的耐光牢度。p l a 纤维具有高的u v 透射率。禚3 7 0 - 2 4 0 n m 的波长范围内， p l a 织物懿漫射透光率犬予普通织物。p l a 纤维裔的皤穿透性群能破坏已吸收 的染辩，导致较差的耐光牢度。要获德高丑晒牢波溪选择合适静分散染料。 1 3 6 2 水洗牢度 在常娥的试验条律下，纾维染色殿本身的澎攀度粳当好，翘题在予后续的 整理。由予染料在p l a 纾维织物中的扩散往好予程p e t 纤维串豹，因此随着热 泳移，有更多的染料迁移歪纤维表面，导致湿牢度降低。因此掘整理过程中， 磐须注意潺度和选择助剡。 1 4d y s t a r 公司对in g e o 纤维染色研究综述 h 窖e o 鼹c a t c h 琰 w 公霉对p l 氏终维所起的个商品名。擞据d y s t a f 公司对 i n g e o 纤维染色性能的研究，认为分数梁辩最适合- ：p l a 纤维稀织物染色。通过 仔细选择其公司的分散染* 斗d i a n k ，i a g e o 纤维可以在l1 0 被染成几乎各个深度 熬颜色。翔聚要想达到簸丈程度的深惩，则1 1 5 黪齑湿更值得一试。另外，在 高温染色辩的恒温时阍爱尽可能的鬣，这样可以躐，j 、高温对纾缎承解带来躺损 以下是d y s t a r 公司对i n g c o 纤维的织物染色成果的综述： 1 4 1 i n g e o 纱线和织物染色工艺“1 1 4 1 1 精练 1 4 1 2 纱线染色工艺 1 4 1 3 布匹染色工艺 - 1 6 1 4 1 4 还原清洗 1 4 2 i n g e o 纤维混纺染色【1 1 1 4 2 1l n g e o ，c o 仕o n 染色工艺 1 7 - 1 4 2 2i n g e o w o o l 染色工艺 1 4 2 3i n g e o s i l k 染色工艺 - 1 8 - 1 5 课题研究的目的和意义 1 5 1 目的 就如很多文章文献说提到的，包括d y s t a r 和其他一些有名的纺织印染公司 都认为p l a 的染色具有特殊性和高难度性。其中的一个有待解决的问题是，尽 管p l a 纤维的反射系数相对其他纤维要小，但仍然难以染得深色。由于其弱抗 碱性和弱抗高温性能，使得它的深色染色条件变得非常苛刻。本次课题的研究 目标就是要找出适合p l a 深色染色的最佳工艺，并通过试验找出p l a 纤维所 能达到的最深染色深度。 基本上来说，本次研究主要有两个侧重点。一是考察现有的p l a 染色工艺， 比如d y s t a r 和c i b a 公司的研究成果。但这些研究成果都是针对于普通色度， 也就是对于浅色和中色的工艺来说的，这两家公司到现在都还没有针对于p l a 纤维深色染色的研究成果。本次研究是基于d y s t a r 公司对p l a 纤维的染色成 i n t r o d u c t i o n 果报告“c o l o r a t i o np a c k ”，对其每一步的物理的化学的处理步骤进行评估，包 括从最起始的染料选择，到之后的染色参数的讨论，到之后的还原清洗。最后， 通过另两种经典方式来进一步提高p l a 纤维的染色深度：提高染料用量和采用 互 维上的使用情况。 拼色染色，即以多种染料来代替单一染料染色 第二研究点是考察一些高日晒牢度的分散染 目前，聚乳酸纤维已经占据一定的市场地位，无论是在服装领域或是在工 业领域，这主要归功于它独特的纤维性能和突出的环保功能。一些业内人士预 计聚乳酸纤维将在一定程度上超过和取代普通涤纶纤维，如果它的生产规模能 逐步扩大的话。但阻碍它进一步得到应用的因素不只是价格问题，同时还有它 的后整理难度问题。尽管现在很多研究所都在试图改变聚乳酸纤维的聚合结构， 但这样的研究成果不是在一两年内可以完成的。因此，提高聚乳酸纤维的后整 理能力，包括染色能力，是使得p l a 纤维进一步扩大应用的关键。研究聚乳酸 纤维的染深性能便是其中的一项刻不容缓的任务。 二实验部分 2 1 织物 聚乳酸纱线( p l a ) ：2 * 5 6 f 4 8 ( g n 法国m a s s e b e u f 纺织染整公司提供) 聚乳酸织物：通过实验室针织机t r i e o l a b 编织 漂白机织免织物：已漂白棉织物，用于测试染色牢度 2 2 染料 本次研究所使用的染料均为分散染料。它们是由d y s t a r 和c i b a 公司在对 p l a 纤维进行研究后所推出的专用分散染料。 d y s t a r 染料： 高水洗牢度系列0 0 0 d i a n i xy e l l o wb r o w nx f d i a n i xr u b i n ex f d i a n i xb l u ex f d i a n i xt u r q u o i s ex f d i a n i xn a v yx f d i a n i xb l a c kx f 高日晒牢度系列( 枷) d i a n i xy e l l o wb r o w na m r d i a n i xy e l l o w a m h m d i a n i xd a r k r e da m 一2 b d i a n i xb l u ea m 7 7 d i a n i xn a v ya m g d i a n i xb l a c ka m - b 其他 d i a n i xb l u ef b l e d i a n i xr e de - e b d i a n i xy e l l o w a c en e w d i a n i xr e d a c e c i b a 染料 高水洗牢度系列0 r e r a s i l ) t e r a s i ly e l l o ww - 6 g s t e r a s i lr e dw w ：b f s2 0 0 t e r a s i lb l u ew - b l s t e r a s i l lb l a c kb l s 高日晒牢度系列( t e r a t o p ) t e r a t o py e l l o wn f g t e r a t o pr e d n f r t e r a t o pb l u en f b t e r a t o pb l a c kl f 2 3 染整助剂和化学品 k i e r a l o nm f b0 3 a s f ) ( 精练剂) p r o p e r t i e s ：d e n s i t y ： 1 0g c ma t2 0 0 c p h ：2 - 3 0 0 鲫i n w a t e r ) f u n c t i o n ：m u l t i f u n c t i o n a lw e t t i n ga n dd e t e r g e n t ，w i t h o u ta p e o ，l i t t l eb u b b l e ， p o s s e s s i n gs o m ef u n c t i o no fa n u l s i f y i n ga g e n ta n de x t r a c t i n ga g e n t i t su s e dt oe l i m i n a t et h eh n p u r i f i e so fc o t t o nd u r i n ga l lt h ec h e m i c a l t r e a t m e n t s r e c o m m e n d a t i o no f r e c i p ef o rs c o u r i n g ： 1 - 3m l lk i e r a l o n 呼b o 2 5 - 2 酣n a 2 c 0 3 t e m p e r a t u r e ： 7 0 9 5o c s e t a m o lb l o b a s f ) ( 分散剂1 p r o p e r t i e s ：d e n s i t y ：1 1 6g e ma t2 0 0 c p h ：a b o u t1 0 ( 1 0 0 9 li nw a t e r ) c o m p a t i b i l i t y ：a s 锄a n i o n i ca u x i l i a r y ，i tc a nb ee m p l o y e d 谢t h a l l o t h e ra _ , d o n i ca n dn o n - i o n i cp r o d u c t s f u n c t i o n ：s e t a m o lb li m p r o v e st h es t a b i l i t yo fd i s p e r s ed y e sb yp r e v e n t i n gt h e f o r m a t i o no fa g 羽o m e r a t i o na n da u g m e n t i n gd y e s s o l u b i l i t y w h e n c o o l i n gt h ed y eb a t ha tt h ee n do ft h ed y e i n gp r o c e s s ， i th i d e r st h e f o r m a t i o no f a g g l o m e r a t i o n ，w h i c hi n c r e a s e st h ea b r a s i o nf a s t n e s s i t s n o taw e t t i n ga g e n to rd e t e r g e n t ，a n dn o tp r o l o n g st h ed y ea b s o r p t i o n p r o c e s s i th a ss o m ea f f i n i t yt oa n i m a lf i b e r sa n dp o l y a m i d ef i b e r r e c o m m e n d a t i o n so f r e c i p ef o rd i s p e r s ed y e i n g , t h ec o n c e n t r a t i o nd e p e n d so nt h er a t i oo ff a b r i ct ow a t e r ，o rd e p e n d s o nt h et y p eo f d y i n gm a c h i n e 1 - 3m l 1 ( c i r c u l a t i n gm a c h i n e ) 1 5 - 5m l l ( a u t o c l a v