（纺织工程专业论文）ptt纤维的染色性能研究.pdf

p t t 纤维的染色性能研究 摘要 摘要 p t t 纤维性质类似于p e t ，但具有较易拉伸、弹性和回复性佳、手感好佳、易染 色、抗污性佳等独特优点，是种新型的聚酯纤维，具有广泛的研究前景，因此对 p t t 纤维染色性能的研究不仅对新纤维的开发利用提供一定的理论依据，还能对合理 的生产实践起到一定的指导作用。目前，我国对p t t 染色性能方面研究报道还少， 本文用傅立叶红外光谱( f t - 墩) 、差热分析( d s c ) 、临界溶解时间( c d t ) 等分 析方法研究了热定型和染色对p t t 纤维结构的影响，探讨了热定型对p 1 t 纤维可染 性的影响，同时进行了多项p t t 纤维的基本染色性能试验，探讨了不同染色温度对 上染百分率及表观色深值的影响、不同染料的升温上染特性、不同染料的移染性能和 染深性能以及p t t 和p e t 纤维同浴染色时染色温度对它们的染色深度的影响。实验 重点研究了分散染料对p t t 纤维的染色动力学和热力学。研究结果表明： 热定型增加了p t t 纤维结晶程度，p 订纤维的可染性随着热定型温度的升高先 降低后增加，1 7 0 1 2 定型试样的可染性最低；分子量大的偶氮分散染料对热定型造成 的p t t 纤维微细结构差别的敏感性大；不同分散染料染色对p t t 纤维结构的影响方 式和程度是不同的。分子量小的蒽醌分散染料在高温染色时促进了p 1 t 纤维的解结 晶，降低了结晶度，并且随着染料浓度的增加，其影响程度越大。 p t t 纤维在低温下就有良好的可染性，染色温度比p e t 纤维大约低2 0 ( 2 。分散 染料对p t t 纤维的升温上染特性与染料结构、纤维品种等因素有关，其临界染色温 度比p e t 纤维约低1 5 2 0 c 。分子结构较小、低温水溶性较好的低温型染料的染色转 变温度比分子结构大的高温型染料约低2 00 c 。l1 0 c 下分散染料对p t t 纤维的移染性 能比对1 3 0 ( 2 下对p e t 纤维的移染性能差。在染料提升性能方面，染料结构与提升 性能的关系不同于涤纶染色。杂环染料的提升性能并不好。选用低温型染料进行高温 染色，有利于p 1 w p e t 混纺交织物获得同色染色效果。 提纯染料对p t t 纤维的染色速率常数高于p e t 纤维，半染时间也短，而且染色 速率随染色温度的升高而增加。提纯分散染料在p t t 纤维上的吸附等温线属于n e m s t 分配型吸附。分配系数随染色温度的升高而降低。p t t 纤维用低温型纯染料蓝5 6 和 p 1 v r 纤维的染色性能研究 摘要 高温型纯染料橙3 0 在11 0 。c 下染色，即使染料浓度达到1 2 o w f 时，仍未出现染色 饱和值：而p e t 纤维用该染料染色，饱和值约为1 0 1 2 。 关键词：聚对苯二甲酸丙二醇脂纤维；热定型；染色；吸附：吸附等温线；动力学 热力学；结构 作者：董召勤 指导教师：唐人成 2 0 0 4 年6 月 1 1 a b s t r a c t p o l y ( t r i m e t y l e n et e r e p h t h a l a t e ) ( p n ) f i b e r r8 so n co fn e wp o l y e s t e rf i b e r sw h i c hh a s g o o de x t e n s i b i l i t y ，h i g he l a s t i cr e s i l i e n c e ，s o f th a n d l e ，g o o dd y e a b i l i t y ，r e s i s t a n c et os o i l i n g ， i sw i d e l yu s e da sn e wt e x t i l em a t e r i a l 、i t l lp r o s p e c t t h er e s e a r c ho ni t sd y e i n g p e r f o r m a n c ea n dm e c h a n i s mp r o v i d eb o mat h e o r e t i c a lb a s i sf o ri t sd e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o na n dag u i d e l i n ef o ri t sd y e i n ga n df i n i s h i n gp r o c e s s a tp r e s e n t ，t h el i t e r a t u r eo n t h ed y e i n gp e r f o r m a n c ea n dm e c h a n i s mo fp t tf i b e ri sf e w i nt h i sp a p e r , t h ei n f l u e n c eo f h e a ts e ta n dd y e i n go nt h es t r u c t u r eo fp t tf i b e rw a si n v e s t i g a t e db yf t i d s c ，c r i t i c a l d i s s o l u t i o nt i m e ( c d l ) t h ei n f l u e n c eo fh e a ts e to nt h ed y e a b i l 时o fp t tf i b e rw a s d i s c u s s e d ，t o o m e a n w h i l e ，m a n ye x p e r i m e n t so nt h ed y e i n gp e r f o r m a n c eo fp e tf i b e r w e r ec a r r i e do u t 孤ee f f e c to fd i f f e r e n td y e i n gt e m p e r a t u r eo nt h eu p t a k ea n dv i s u a lc o l o r d e p t hv a l u ea n dd y e i n gc h a r a c t e d s t i c so fd i f f e r e n td y e sw i t l lt e m p e r a t u r ei n c r e a s i n gw e r e d i s c u s s e d ，a n dt h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nt h ed y e i n gd e p t hw e r ea l s oe v a l u a t e dw h e n d y e i n gf o rp 1 v ra n dp e tf i b e ri nt h es a m ed y eb a t hc o n d i t i o n e s p e c i a l l yt h ek i n e t i c sa n d t h e r m o d y n a m i c so fd y e i n gw i t hd i s p e r s ed y e sw e r em a i n l ys t u d i e d t h r o u g ht h e s e i n v e s t i g a t i o n s ，t h er e s u l t ss h o w e d ： t h eh e a ts e ti n c r e a s e st h ec y s t a l l i n i t yo fp t tf i b e r t h ed y e a b i l i t yo fp 1 v rf i b e rf i r s t i n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e s 、v i t l la l li n c r e a s ei nt h eh e a ts e tt e m p e r a t u r e ，t h a to f t h es a m p l e h e a t s e tu n d e r1 7 0 ( 2i sl o w e s t t h ed i s p e r s ea z od y e sw i t hh i g hm o l e c u l a rw e i g h ta r ev e r y s e n s i t i v et ot h ed i f f e r e n c eo ff i n es t r u c t u r eo ff i b e ri n d u c e db yh e a t s e tt r e a t m e n t d i f f e r e n t d i s p e r s ed y e se x h i b i td i f f e r e n ti n f l u e n c es t y l e sa n dd e g r e e so nt h es t r u c t u r eo fp t tf i b e r d u r i n gt h ed y e i n g ，t h ed i s p e r s ea n l l w a q u i n o n ed y e sw i t hl o wm o l e c u l a rw e i g h tp r o m o t e t h ed e e r y s t a l l i z a t i o no fp t tf i b e r ，d e c r e a s et h ec r y s t a l l i n i t y ，a n dm o r e o v e r ，t h eh i g h e rt h e c o n c e n t r a t i o n so f d y e sa r e ，t h eg r e a t e rt h ei n f l u e n c eo nt h ef i n es t r u c t u r ei s p t tf i b e rh a st h eb e r e rd y e a b i l i t yt h a np e tu n d e rl o wt e m p e r a t u r ea n di t sd y e i n g t e m p e r a t u r ei sl o w e r2 0 ct h a nt h a to fp e t t h ed y e i n gb e h a v i o r so fd i s p e r s ed y e so n p t tf i b e ra r cr e l a t e dt ot h ed y e ss t r u c t u r ea n df i b e rt y p e si t sc r i t i c a ld y e i n gt e m p e r a t u r e i i l 坠业! ! ! ! ! ! 生望竖! 竖望! ! 型! ! ! 堕些生堕! 苎! 堕! ! 堡! ! 堡坠! ! ! 型生! ! 堕 垒! ! 堡! 壁 w e r el o w e r15 2 0 ct h a nt h o s eo fp e t f o rl o we n e r g yd y e sw i t ht h es m a l l e rm o l e c u l a r s t r u c t u r ea n dt h eb e t t e rs o l u b i l i t ya tl o wt e m p e r a t u r e ，t h e i rd y e i n gc o n v e r s i o nt e m p e r a t u r e a r el o w e r2 0 ct h a nt h o s eo fh i g he n e r g yd y e sw i t hl a r g em o e c u l a rs i z e s t h em i g r a t i n g b e h a v i o r o f d i s p e r s ed y e so n p t r f i b e r a t1 i o * ci s w o r s e t h a n t h a t o np e t f i b e r a t1 3 0 c o nt h eo t h e rh a n d ，t h er e l a t i o nb e t w e e nd y es t r u c t u r ea n db u i l d i n g - u pb e h a v i o ri sd i f f e r e n t f r o mt h ep e t t h eh e t e r o e y c l i cd i s p e r s ed y e sh a v ew o r s eb u i l d i n g u pb e h a v i o r 。t h e d y e i n ga th i g ht e m p e r a t u r ew i t hl o we n e r g yl e v e ld y e si sf a v o r a b l et oa t t a i nt h es o l i ds h a d e e f f e e tf o rp t t p e tb l e n d s t h ed y e i n gt a l ec o n s t a n to fp u r ed y e s ( c i d i s p e r s eb l u e5 6a n do r a n g e3 0 ) f o r p t t i n c r e a s i n gw i t hi n c r e a s i n gd y e i n gt e m p e r a t u r e ，i sh i g h e rt h a nt h a to fp e t a n dh a s s h o r t e rh a l f - d y e i n gt i m e 。t h ei s o t h e r mo fp u r ed i s p e r s ed y e so np t tf i b e rb e l o n gt ot h e n e m s tm o d e la n dt h ep a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gd y e i n gt e m p e r a t u r e p t tf i b e rd y e d 、】v i mc i d i s p e r s eb l u e5 6 ( 1 0 we n e r g yl e v e l ) a n dc i d i s p e r s eo r a n g e3 0 ( h i 曲e n e r g yl e v e l ) a t l1 0 c ，s t i l ld o n ta c h i e v et h es a t u r a t i o ne v e na tt h e1 2 o w l d y e c o n c e n t r a t i o n ，w h i l ep e tf i b e rc o u l da c h i e v es a t u r a t i o na tt h e1 0 , - 1 2 o w fd y e sw i t ht h e s a r n ed y e s k e y w o r d s ：p o l y ( t r i m e t y l e n et e r e p h t h a l a t e ) f i b e r ；h e a ts e t ；d y e i n g ；a d s o r p t i o n ； i s o t h e r m ；t h e r m o d y n a m i c s ；k i n e t i c s ；s t r u c t u r e ； w r i t t e nb y ：d o n gz h a o - q i n s u p e r v i s e d ：a s s o c i a t ep r o f t a n gr e n c h e n g j u n e2 0 0 4 t v p t t 纤维的染色性能研究 第一章引言 第一章引言 聚对苯二甲酸丙二醇酯( p o l y t r i m e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t ep t t ) 是由1 , 3 一丙二醇 ( p d o ) 与对苯二甲酸( t p a ) 经缩聚反应而成。p t t 聚合物早在1 9 4 1 年就已由c a l i c o p r i n t e r sa s s 公司的w h i n f i e l d 和d i c k s o n 合成发明出来。但由于合成聚合物原材料之 一的1 , 3 丙二醇( p d o ) 一直缺乏低成本的合成路线，半个世纪以来未能实现p t t 的工 业化生产。完全限截了p t t 的开发利用。直到2 0 世纪9 0 年代。美晷s h e l l 化学公 司成功开发出一条由环氧乙烷( e o ) 加氢甲酰化生产p d o 的经济的商业化工艺路线， 才使m 的工业化生产成为可能。 1 9 9 5 年的5 月，美国s h e ll 化学公司向市场推出聚对苯二甲酸丙二醇酯( c o r c e m a p o l y m e r ) ，自此，p t t 纤维的开发受到了诸如美国s h e l l 化学、美国d u p o n t 、美国 k o s a 、日本旭化成、日本东丽、韩国s k 化学等公司的关注，美国s h e l l 化学、美国 d u p o n t 现已成为p t t 纤维生产量最大的两家公司。 p t t 纤维的化学结构式如图1 1 所示，与p e t 年珏p b t 化学结构中她偶数个亚甲 基单元相比，p t t 每个链节中有3 个亚甲基。这种化学结构中奇数个亚甲基单元会在 大分子链之闻产生“奇碳效应”1 ，使苯环不能与3 个亚甲基处予同一平面，临近两 个羰基的斥力不能呈1 8 0 0 平面排列，只能以空间1 2 0 0 错开排列，由此使大分子链形 成螺旋状排列( 图1 - 2 ) 。这种螺旋状结构就象弹簧一样，在外力作用下伸长，当外 力去除后又恢复原状。p 1 t 纤维这种大分子构象决定了它与其它聚酯纤维相比表现出 一些特殊物理性能。 o 一0 + 。一苎心c ”- - o - c h 2 c 畦阿 。一o + o g 泸c “- - o - - c h 2 c h 2 c h 七 p 丌 0 一0 + 0 8 _ 卜b c h 2 c h ：c h 2 c h 2 士晰 图1 - 1 p 1 r r 、p e t 和p b t 的化学结构式 p 1 1 纤维的染色性能研究第一牵引言 镰 p e tp t t肿 图1 - 2 芳香族聚酯大分子构象 p t t 纤维与其它合成纤维的主要应用性能比较如表1 1 所示。由于p t t 纤维蓬 松性和回弹性好，抗污性又十分优良，因此i r i t 纤维比较适合于制作地毯。p t t 纤 维在回弹性、柔软性、蓬松性和染色性方面表现优异，因此p t f 纤维十分合适应用 于服装领域。p t t 长丝和短纤可用于生产各种高弹伸缩及手感柔软的弹性针织和机织 物，因其生产工艺和方法比氨纶弹力织物更加简便，故这方面的市场正在急速增长。 p t t 弹性织物与其它弹性织物不同，它具有腈纶的蓬松性、涤纶的防污性和耐久性以 及锦纶的柔软性。 表1 - 1p 1 t 与其它合成纤维的性能比较 p t t 纤维的染色性能研究 第一章引言 p t t 性质类似于p e t ，但具有较易拉伸、回复性佳、手感佳、易染色、弹性佳、 抗污性佳等独特优, s t 2 叫。p t t 纤维具有非常广阔的应用镢域。它的这些独特性能使 它可以被广泛地应用于地毯工业。目前因为p t t 在回弹性、柔软性、蓬松性和染色 性方面表现优异，它又从地毯上的应用扩大至服装领域，如体闲服、泳衣、体育运动 服、时装、贴身内衣、袜子、里料等，预计在不久的将来可以在定程度上取代涤纶 和尼龙。 对于p t t 纤维的结构与性能的研究，目前主要集中在纤维的结晶结构、分子链 构象、力学性能、粘弹性能、染色性能、抗污性能和熔体的粘弹性等方面，陈克权嘲 综述了国内外学者在上述诸多方面的研究成果。在染色方面，美国的y i q iy a n g 4 1 、 日本的山口一恚等人i s - - 6 】对p t t 纤维染色工艺进行了较为深入的研究。 热定型是热塑型纤维印染加工的主要工序之一。它可调整纤维的微缅结构建立 更加稳定的形状，使纤维的总体取向度和结晶度提高，结晶区的大小和结晶度达到一 个新的状态，纤维的热稳定性显著提高，使纤维或织物在后n t 及服用过程中有较好 的尺寸稳定性。 目前，国内外对普通的聚酯纤维( 如p e t ) ，热定型加工机理的研究和工艺条件 ( 包括温度、时间和张力等) 的分析已较为普遍【7 圳。印度mdt e l l 等人1 9 1 在热定型 对阳离子可染改性涤纶( c d p e t ) 的染色性能影响的研究也较为深入。p t l 纤维虽 亦属于聚酯纤维家族，但在结构上有其特殊性。性能亦有差异。对p t t 纤维经热定 型后其结构和性能变化的研究报道尚比较罕见。 在染色方面，国内外对纤维染色理论和加工工艺的研究已经较为成熟，相比之下 对染色过程中纤维的结构和性能变化的研究则较少，kd ec l e r c k 等人【1 0 】用d s c 、x - 射线衍射、密度和双折射等方法研究分析了染色中分散染料与涤纶纤维结构性能间的 关系。对p t t 纤维相关的研究尚未见文献报道 目前的研究资料h “3 壤明：同p e t 纤维一样，p t t 纤维也是采用分散染料染色： 一般而言。p 1 t 纤维在1 0 0 * c 保温3 0 - - - 4 5 r a i n ，即可得到与p e t 纤维1 3 0 c 染色相近的表 观色深度；若用高温型分散蓝7 9 于1 2 0 ( 2 染色，染料上色率将更为提高而且表观色 深度更远高于p e t 纤维1 3 0 c 染色的表观色深度，约高5 0 ：p t t 容易发生不均染，升 温速度是一般涤纶的二分之一：在e 、s e 、s 型分散染料的比较上，1 0 0 * c 以上时染色 浓度较为安定，建议温度为1 0 0 - , 11 0 c ，还原净洗温度为6 0 7 0 c 。 d y s t a r 公司对低温、中温和高温型分散染辜4 在p t t 纤维上的升湿上染速率兹线 p t t 纤维的染色性能研究 第一章引言 进行了测定【6 1 ，得到如下结果：低温型染料m i k e t o ne c oc o e ：当染色温度达到6 0 c 时，已有较多的染料发生吸附，当染色温度达到1 0 0 。c 时，染料的吸附量不再增加， 在6 0 9 0 之间染料上染率变化较大，中温型染料p a l a n i le c oc c ：在7 5 1 0 5 之间 上染率变化较大：高温型染料p a l a n i le c oc c - s ：在7 5 1 0 5 c 之间上染率变化较大。 d y s t a r 公司测定了p t t 纤维的临界染色温度范围，认为：p t t 纤维的临界染色 温度范围比p e t 纤维大约低1 6 t o 【5 】。 d y s t a r 公司对用d i a n i x 分散染料染色的p t t 和p e t 织物作了水洗牢度比较，普 通型d i a n i x 染料染色的p t t 纤维的水洗牢度比p e t 纤维一般低半级，而碱易洗的 d i a n i xh f 染料的水洗牢度，p t t 和p e t 之间并不存在差异 6 1 。y i q iy a n g 等人对p t t 和p e t 染色针织物的水洗、日晒和摩擦牢度作了测定，并未发现p 1 t 和p e t 染色牢 度之间存在差异【4 l 。 y i q iy a n g 等人对p 1 1 押e t 混纺物的染色性能进行了研究i 川，他们用c i 分散黄 5 4 ( 低温型) 和c i 分散蓝7 9 ( 高温型) 对5 0 5 0 p e t p t t 混纺织物和5 0 5 0 p e t p t t 混合织物进行拼混染色，研究染色温度对涤纶，p t t 混纺物和混合物中p t t 和涤纶组 分的染色深度的影响。由他们的试验可知，只要选用对涤纶和p t t 纤维染色性能差 别大的分散染料染色，利用p e t 和p t t 纤维可染性的差别和对染色温度敏感性的不 同，再配合不同浓度比例的拼色染料，则涤纶p t t 纤维混纺交织物能很容易地染成 双色或异色。 y i q iy a n g 等人曾经对商品分散染料在p t t 纤维上的吸附性质进行了研究，研究 了吸附的动力学和吸附等温线类型，并与涤纶的染色深度进行了比较。他们测定的恒 温上染速率是在常压1 0 0 温度下进行的，他们认为商品分散染料对p 1 t 纤维的上染 速率与染料的低温型、中温型和高温型分类无关，低温型的分散红6 0 和蓝5 6 的染色 速率常数甚至比高温型的红1 6 7 ：1 低很多( 参见表1 - 2 ) 。他们对分散蓝5 6 和分散红 1 6 7 ：1 在p t t 纤维上的吸附等温线进行了测定，使用的染色条件是：商品分散染料 0 o w f - 1 8 o w f 浴比1 ：1 0 ，室温始染，以3 c m i n 的升温速率升温至所染色温度 ( 1 0 0 。c ) ，在染色温度下保温1 5 0 r a i n ，染色后水洗，直至洗涤液无色。染料浓度的 测试采用残液比色法。获得的吸附等温线如图1 3 所示。y i q iy a n g 等人认为，分散 染料在p t t 纤维上的吸附等温线在低浓度时属于n e m s t 分配型吸附，当染料较高时， 吸附等温线形状开始发生变化，又趋向于l a n g m u i r 型，用l a n g m u i r 型吸附方程也适 合描述分散染料在p i t 纤维上的吸附，而且相关系数很高( 孙 o 9 9 ) 。 4 p t t 纤维的染色性能研究 第一章引言 表l - 2 商品分散染料对p 1 盯纤维的染色动力学参数”j ( 染料1 2 o w f , p h 7 、1 0 0 c ，浴比l ：1 0 0 。1 7 d 的1 8 s p t t 纱针织物。) 024 6bl o1 21 41 8 l g d y e i n 融出i 叫l 图1 - , s y i q iy 童n g 等人报道的分散染料对i r i t 纤维的吸附等温线1 1 5 1 ( 1 0 0 1 2 ) 随着p t t 纤维在纺织领域的应用日益广泛，对热定型与染色过程对p t t 纤维结构 和性能的影响进行研究可为其染整加工提供一定的理论依据。本文针对p t t 纤维的物 理和化学性能，并总结前人在p t t 纤维和其它聚酯纤维相关方面的研究成果。通过大 量的实验，采用傅立叶红外光谱分析( f t - i r ) 、差热分析( d s c ) 等方法对热定型和 染色对p t t 纤维结构性能的影晌进行了较为深入探讨。研究比较经不同温度、时间、 状态下热定型和不同温度、染料染色等处理后，对纤维的临界溶解时间( c d t ) 、染 料的上染百分率进行了测试。同时，在前人研究的基础上进行了多项p t l 钎维的基本 染色性能试验，探讨了不同染色温度对上染百分率及表观色深值的影响、不同染料的 升温上染特性、不同染料的移染性能和染深性能以及p t t 和p e t 纤维同浴染色时染色 o 一四lf曼。lj4m舌。占 p t t 纤维的染色性能研究 第一章引言 温度对它们的染色深度的影响，重点研究了分散染料对p t t 纤维的染色动力学和热力 学。在这些研究中，也侧重对p 丌与p e l 研维的染色性能和分散染料的吸附性质进行 了比较。 6 p 1 t 纤维的染色性能研究第二章热定型对p 1 1 纤维的纤维结构和染色性能的影响 第二章热定型对p i t 纤维的纤维结构和染色性能的影响 2 1 试验材料和方法 2 1 1 试验材料 s o m a l o r t mp t t 长丝1 5 6 d p f ( f d y7 5 d 4 8 f ) ( 苏州方圆化纤有限公司) 。 2 1 2 试验方法 2 1 2 1 纤维热定型 采用g z x 4 3 f o m b s - l ( 9 0 5 3 a ) 型电热恒温鼓风干燥箱( 上海跃进医疗器械厂) 热定型纤维，1 9 纤维在保持原长( 无特殊说明外) 下豳绕于3 0 c m 宽木制框架上， 1 2 0 - - - 1 9 0 定型9 0 s e c ，冷却，从木框上取下待用。 2 1 2 2 纤维的前处理方法 前处理在g k c 2 4 1 型数显控温水浴锅( 上海浦东新区电理仪器厂) 中进行，纤维 重i g ，n a 2 c 0 3 0 5g l ，平平加o g l ，浴比i ：1 0 0 ，温度6 0 c ，时间6 0 m i n 。 2 1 3 测试方法 2 1 3 1 临界溶解时问( c d t ) 的测试 临界溶解时间按照参考文献n 们中的方法进行测试，采用5 0 5 0 ( w w ) 的苯 酚：1 ，l ，2 , 2 四氯乙烷混合溶剂，测试温度2 5 c ，每只样品测定十次，取平均值。 2 1 3 2 红外光谱分析 傅立叶红外光谱( f t - i r ) 用m a g n a - l r5 5 0 红外光谱仪( 美国n i c o l e t 公司) 记 录，采用k b r 压片法制样。 2 1 3 3 差热分析 在2 0 1 0d s cv 4 4 e 热分析仪( 美国t ai n s t r u m e n t s 公司) 上测定，测试条件：氮 气流量5 0 m l m i n ，升温速度1 0 c m i n 。 2 2 结果与讨论 2 2 1 热定型对p t t 纤维结构的影响 2 2 1 1 热定型对纤维临界溶解时间影晌 p t t 纤维的染色性能研究第二章热定型对p t t 纤维的纤维结构和染色性能的影响 临界溶解时间法是广泛用于测定聚酯纤维的热定型效果。它随纤维结晶度、结晶 尺寸和结晶完整性的不同而异。结晶度低、晶体尺寸小、结晶完整性差则溶解所需时 间少，反之则多。图2 1 ( a ) 显示了c d t 与热定型温度之间的关系。从图中可以清楚 地看到，c d t 随着热定型温度的升高而增大，随着热定型时间的延长c d t 值相应增大， 尤其熟定型温度较高时c d t 值增大明显。图2 1 ( b ) q b l o g ( c d d 随热定型温度升高 而线形增大，这一变化趋势与p e t 纤维相同“”。p 1 v r 纤维在热处理过程中，其结晶状 态发生了变化。随着热定型条件的加强，纤维的结晶程度提高，这在后续的试验可以 证实。 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 蓉2 0 0 1 0 0 0 3 0 2 5 o2 0 81 5 三1 0 o 5 0 0 $ $ $ $ 窜$ 热定型温度 c ( a ) s 枣$ $ s $ 热定型温度。 ( b ) 图2 - 1 热定型温度对临界溶解时间的影响 2 2 1 2 红外光谱分析热定型对纤维结晶结构影响 纤维红外光谱的吸收峰位置和吸收强度与各原子振动频率有关，与其化学组成和 化学键类型密切相关，聚酯纤维的红外光谱还能反应出其微细结构，如结晶、结晶取 8 p t t 纤维的染色性能研究第二章热定型对p 1 广r 纤维的纤维结构和染色性能的影响 向程度等。表2 - i 列出了p t t 纤维红外光谱中部分特征振动吸收的归属。 表2 - 1p t t 纤维红外光谱部分振动吸收的归属8 9 经不同温度热定型p t t 纤维的红外光谱如图2 - 2 ，不同温度的红外光谱与对照样 相比，各特征吸收峰峰形非常相似，说明p t t 纤维经不同温度热定型后化学组成几 乎没有发生变化。通过图谱分析，各特征吸收峰的吸收强度有一定程度的变化，如表 征纤维大分子晶相的1 5 0 4 c m 1 、1 3 8 5c m 一、1 3 5 8c m 、1 1 7 4c m 、1 0 3 4c m 、9 3 3c m d 和8 1 5c m 4 等，说明经过热定型后p t t 纤维的结晶状态发生了变化。由文献“盯可 知，p t t 纤维结晶和无定形区典型的特征吸收峰分别出现在1 3 5 8c m d 和1 3 8 5c m “ 处。由图2 - 2 ( b ) 计算两者吸收强度之比a 1 3 5 d a l 3 8 5 ，以a 1 3 5 d a l 3 8 5 表征纤维的结晶 指数，其值随热定型温度的变化见图2 3 。可知p t t 纤维结晶程度随热定型温度的升 高而增大，情况与普通聚酯纤维类似“。原因可能是纤维在热处理过程中晶区相互 合并和无定形区相互聚集。无定形区可自由活动的大分子出现了部分结晶，从而使纤 维总结晶程度提高。 9 p t t 纤维的染色性能研究第二二章热定型对p 1 厂r 纤维的纤维结构和染色性能的影响 - m - ( m - 1 ) ( a ) 1 8 0 0c m 1 , - 6 0 0 c m l _ i i ( b ) 1 4 2 5c m 一1 3 2 5 c m 。 圈2 - 2 不同温度热定型p r t 纤维的傅立时红外光谱图 ( 从上到下分别为：对照样、1 2 0 1 2 、1 4 0 c 、1 7 0 c 、1 9 0 1 2 定型样。) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 对照样 1 2 01 4 01 7 01 9 0 热定型温度 c 图2 3 热定型对结晶指数的影响 0 p 1 1 纤维的染色性能研究 第二章热定型对p 1 t r 纤维的纤维结构和染色性能的影响 2 2 1 3 差热分析热定型对纤维结晶结构影响 图2 4 、2 - 5 分别为未定型和不同温度热定型p t t 纤维的d s c 曲线图，可以看出 经过不同温度热定型后d s c 曲线中没有出现较为明显的新的吸热或放热峰，说明热 定型没有明显改变p t t 纤维的热性能。从表2 2 的d s c 分析数据知，纤维的初始熔 融温度( o n s e t t e m p e r a t u r e ) 和熔点( t m ) 变化很小。但结晶熔融热a h 稍微增加， 认为是纤维的结晶度提高的缘故。另外，文献n 们给出涤纶的玻璃化温度( t g ) 随热 定型温度的升高先增大再又减小。在本实验中，我们没有发现p t t 纤维玻璃化温度 因热定型而发生的明显变化，可能是d s c 曲线未能反映出，有待进一步试验。 苦 三 阻 _ 础 罢 砉 正 吾 工 图2 - 4 未定型p 1 广r 纤维的d s c 曲线 1 0 01 5 02 0 0 t e m p e r a t u r e 图2 - 5 不同温度热定型m 纤维的d s c 曲线 1 3 0 1 4 0 1 6 0 1 7 0 p t t 纤维的染色性能研究第二章热定型对p t t 纤维的纤维结构和染色性能的影响 表2 - 2 热定型p r r 纤维试样的d s c 分析数据 垫塞型叁! ! ：q ! ! ! ! ! ! 婴型兰 ! 型兰垒望笪堡 对照样 2 1 9 8 82 2 3 3 4 5 8 8 9 1 3 0 2 1 9 8 02 2 3 9 86 1 4 8 1 4 0 2 1 9 8 02 2 3 7 06 1 9 0 1 6 0 2 1 9 7 9 2 2 3 8 86 1 7 9 1 7 0 2 1 9 8 1 2 2 3 5 76 2 2 0 2 p 1 t 纤维的染色性能研究 第二章热定型对p t t 纤维染色性能的影响 第三章热定型对p t t 纤维染色性能的影响 3 1 试验材料和方法 3 1 1 试验材料 3 111 纤维 s o m a l o r t mp 1 v r 长丝1 5 6 d p f ( f d y7 5 d 4 8 f ) ( 苏州方圆化纤有限公司) 。 3 1 1 2 染料 本实验所用染料如表3 1 所示。 3 1 i 3 其它化学品 分散匀染剂e g 锄o lr a p ( h o e e h s t 公司) 、匀染剂平平加o ( 市售) 。 醋酸、乙酸钠、苯酚、1 , 1 ，2 ，2 - 四氯乙烷、丙酮、n , n 二甲基甲酰胺( d m f ) ( 分析纯) 。 表3 - 1 用于m 纤维染色的分散染辩 商品名 分c , 散l 化学结构 类型 纛 篇刚兮夕嚣三删4 7 1 4 6 8 _ b 、怀l h c o c h w 1 4 u 。“h 3 1 高温型 分散红 红1 5 3 g s 分散紫 紫3 l h f i u 萎怒籼 莒= 1 龋 非n 卜c c 删h 3糊唑：温型=ci-。(834ch=ch,cn 、_中m 型 h 3 c 4 2 2 4 3 葸醌 高温型 c 2 h 4 0 c o c h 3 4 5 3 4 5 n 、c ，h 。o c o c h ， 偶氮苯 中温型 2 3 甲碾弛 3 6 5 1 8 葸醌 低温型 1 3 p 恻 蓉 叫 擀 p t t 纤维的染色性能研究第三章热定型对p 1 厂r 纤维染色性能的影响 分散深监 蓝7 9 o h g l n 0 2 h n 、 c o c h ， 4 0 c o c h 3 6 3 9 4 l 4 0 c o c h 3 偶氮苯 高温型 注：染料由d y s t a r 公司提供，其余为国产。 3 1 2 试验方法 3 1 2 1 纤维热定型 采用o z x o f - m b s 1 ( 9 0 5 3 a ) 型电热恒温鼓风干燥箱( 上海跃进医疗器械厂) 热定型纤维，1 9 纤维在保持原长( 无特殊说明外) 下圈绕于3 0 c m 宽木制框架上， 1 2 0 - - - 1 9 0 1 2 定型9 0 s e c ，冷却，从木框上取下待用。 3 1 2 2 纤维的前处理方法 前处理在g k c 2 4 1 型数显控温水浴锅( 上海浦东新区电理仪器厂) 中进行，纤维 重l g ，n a 2 c o a 0 5g ，l ，平平加ol g l ，浴比l ：1 0 0 ，温度6 0 ( 2 ，时间6 0 r a i n 。 3 1 2 3 纤维基本染色方法 染色采用i r - 1 2 s m 型红外试色机( 台湾瑞比染色试机有限公司) 中进行。 处方：分散染料3 o w f 分散匀染剂e g a n o l r a p le y e p h 5 ( h a c - n a a c ) 浴比：1 ：1 5 0 纤维： o 5 9 工艺流程见图3 1 。 9 5 x 6 0 m i n 图3 - 1p 1 t 纤维染色流程圈 5 0 水洗 3 1 3 上染百分率的测定 采用残液比色法测定上染百分率( e ) ，测试液( 染液稀释后与丙酮以4 0 6 0 比 例配成测试液) 的吸光度采用7 2 1 型分光光度计测定，用以下公式计算上染百分率， 4 礅 一毋 p t t 纤维的染色性能研究 第三章热定型对p t t 纤维染色性能的影响 式中a o 和a 1 分别为染色原液和残液的吸光度。 o o ( 一矧 3 2 结果与讨论 3 2 1 热定型温度对上染百分率的影响 热定型温度是影响定型效果的最重要因素，它对纤维的染色性能有着显著的影 响。从图3 2 可以看出；随着热定型温度的升高，p t t 纤维对染料的吸收程度不断降 低，当热定型温度升高到1 7 0 c 左右时，对染料的吸收降n - f 最低值，超过1 7 0 ( 2 后 又重新上升。p 1 r 纤维染色性能的变化，主要与p t t 在不同定型温度下的结晶状态 有密切关系。 痧$ $ $ $ s $ 零 聱热定型温度 c 图3 - 2 热定型溢度对上染百分率量的影响 ( 染料3 o w l , 9 5 c 染色l m i n ，热定型时间9 0 s e c ) 当定型温度较低时，纤维受热无定形区出现部分结晶，随着定型温度的升高，结 晶数量不断增加，无定型区总的体积逐渐减少，到1 7 0 时结晶数目达最大，从而减 少了每个晶体所占有的无定形区体积，况且由于小晶粒间的物理缠结作用，减小了无 定形区的部分活动性，结果降低了染料上染量。到了1 7 0 以后，由于定形温度较高， 许多体积较小的不稳定的晶体熔融并重新结晶，生成尺寸较大的相对较为完整的晶 粒，这样总晶体数目减少，而每个晶体所占用体积增大，使纤维无定形区域更加开放， 有利于染料分子渗入，因而上染百分率随定形温度上升而增加。这与聚酯纤维p e t 、 c d p e t 等情况相同【9 】。 伯如蚰 龉求扭稞q p t t 纤维的染色性能研究第三章热定型对p t t 纤维染色性能的影响 3 2 2 热定型时间对上染量的影响 定型时间也是热定型的一个主要工艺条件。热定型时间一般包括：加热时问、热 渗透时间和分子调整时间和冷却时间【8 】。热定型时间对p t t 纤维染色性能的影响如