（材料加工工程专业论文）间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明 1 l l l l l l l i i i l l l l l l l l l l l l l l l n l l l l y 2 13 6 4 16 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 文中己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 学位论文作者签名 游如前 日期 m 1 年f 月l 乡日 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 不保密函 学位论文作者签名 淋螂 日期 冽年 月多日 指导教师签名 呷章考 日期 知f f 年f 月l 妇 0 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备 及结构与性能研究 摘要 间位芳香族聚酰胺纤维 间位芳纶 由间苯二胺与间苯二甲酰 氯缩聚而成 国内称为芳纶1 3 1 3 p m i a 纤维有着优异的耐热性 耐 焰性和纺织m c 性能 其主要用途是制作热防护服 滤材和阻燃装饰 布 应用于军事 消防等领域 其中的很多方面都需要有色的间位芳 纶 由于间位芳纶分子结构紧密 结晶度高 小分子染料很难进入纤 维大分子内部 导致染色困难 本文采用了原液着色法制备了具有较 好染色深度的有色间位芳纶 并且保持了纤维原有的化学特性和机械 性能 本文通过比对同色系颜料的性质 这些性质主要有颜料的耐热 性 颜料的结构 颜料的粒径分布 颜料耐水 耐酸 耐碱性 颜料 在溶剂中的分散性 以及颜料在聚合物中的显色性 最后在红色 蓝 色 紫色类颜料中各筛选出了一种满足工艺条件的颜料 并且对选择 的颜料进行了研究 结果表明颜料的热性能优异 三种颜料的分解温 度都在4 0 0 c 以上 可满足纤维在阻燃 耐热应用方面的温度 颜料 的平均粒径在2 5 0 0 n m 以下 其粒径可满足颜料在着色时的透明度 光泽度 着色强度 并且容易均匀的分散 颜料的耐水性 耐酸性 i o 缝缝 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 耐碱性 耐溶剂性均达到5 级以上 颜料的热加工温度3 0 0 时 颜 料在聚合物中的染色深度最高 色泽最好 本文研究了原液着色浆液的挤出胀大性能 通过分析对比 从而 为选择适合原液着色间位芳香族聚酰胺浆液纺丝的喷丝头提供依据 当纺丝浆液浓度 温度及相关其他条件恒定时 毛细管长径比l d 较 小时 随着毛细管长径比l d 的增大 挤出胀大比 b 的变化明显 b 下降的较快 当l d 大于7 时 则b 随l d 的变化趋于平缓 采用原 液着色p m i a 浆液纺丝时 丝条样品的挤出胀大比 b 随着压力的增大 而变大 随着温度的上升而减小 因此纺丝时可通过提高压力来减少 高温对纺丝成形的影响 原液着色间位芳香族聚酰胺浆液进入凝固浴中 通过控制凝固条 件 如凝固浴浓度 凝固浴温度 凝固时间等 从而得到性能良好的 初生纤维 本文通过研究凝固的双扩散过程 采用成分分析法 应用 计算机程序 计算出了扩散系数 研究扩散性能的过程中 通过对比 超声萃取法和索式萃取法 最终确定了适合本研究的萃取方法 并且 确定了测定各组分的方法和实验条件 计算出了扩散系数 最后主要 分析了喷头拉伸对凝固性能的影响 结果表明两种方法的萃取效果一 致 并且超声振荡萃取法的萃取时间短 采用紫外分光光度法测定萃 取液中的d m a c 含量 对萃取液需稀释倍数为1 0 0 0 倍 紫外分光光度 计对d m a c 的吸收波长在1 9 7 n m 左右 喷头拉伸倍数越大 测定的扩 散系数越大 表明纤维的凝固速度越快 湿法纺丝形成纤维后 进行干热拉伸得到成品纤维 本文对着色 i i 星狲 间位芳香族聚酰胺原液着童纤维的制备及结构与性能研究 纤维的性能进行了系统的研究 主要研究了着色纤维的机械性能 着 色纤维的染色深度 以及日晒后对纤维的染色深度影响 日晒对纤维 机械性能的影响 结果表明机械性能最优的拉伸工艺参数为 喷头负 拉伸为6 0 湿拉伸1 8 倍 干热拉伸倍数为3 倍 此时纤维的断裂 强度最大 达到了5 7 3c n d t e x 通过染色深度测试分析表明 干 热拉伸温度3 0 0 拉伸2 3 倍时 纤维的色泽都较好 本文还通过方程拟合了纺丝工艺条件对纤维机械性能的关系 用 m a t l a b 语言编程将机械性能数据进行了三维可视化显示 最后通过 拟合方程和可视化数据平面 分析了纺丝工艺的优化条件 关键词 间位芳香族聚酰胺纤维 原液着色 挤出胀大 凝固过程 纤维的结构与性能 m a t l a b o 问位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 s t u d yo np r e p a r a t i o n s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so f d o p ed y e i n gi 坦e t a a r a m i d f i b e r a b s t r a c t m e t a a m m i di ss y n t h e s i z e db ym p h e n y l e n e d i a m i n ea n di s o p h t h a l o y ld i c h l o r i d e t h r o u g h c o n d e n s a t i o n p o l y m e r i z a t i o n m e t a a r a m i d f i b e rh a se x c e l l e n th e a t r e s i s t a n c e f l a m er e s i s t a n c ea n dt e x t i l ep r o c e s s i n gp e r f o r m a n c e i ti so f t e nu s e dt o m a n u f a c t u r ep r o d u c t sa sh e a tp r o t e c t i v ec l o t h i n g s f i l t e r sa n df i r ep r e v e n t i o nf a b r i c s w h i c hh a v em a n ya p p l i c a t i o n si nm i l i t a r y f i r ep r o t e c t i o na n ds oo n c o l o u r e d m e t a a r a m i df i b e r sa r eo f t e nn e e d e di nt h e s ef i e l d s t i l em e t a a r a m i di sd i 伍c u l tt o b ed y e dd u et oi t sc l o s em o l e c u l a rs t r u c t u r e h i g hc r y s t a l l i n i t ya n ds m a l lp i g m e n t m o l e c u l e sc a l lh a r d l yg e ti n t ot h ef i b e rs t r u c t u r e c o l o u r e dm e t a a r a m i df i b e r sw i t h g o o dd y e i n gd e p t ha r ep r o d u c e db yt h ed o p ed y e i n gm e t h o di nt h i ss t u d y a n dt h e c h e m i c a lp r o p e r t i e s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i b e r sa l em a i n t a i n e d t h ep r o p e r t i e so fs o m ek i n d so fp i g m e n t sa r ea n a l y z e di nt h i sp a p e r i n c l u d i n g h e a tr e s i s t a n t w a t e rr e s i s t a n t a c i dr e s i s t a n t a l k a l ir e s i s t a n c ep r o p e r t i e s m o l e c u l a r s t r u c t u r e s s i z ed i s t r i b u t i o n d i s p e r s i v ep r o p e r t i e sa n dc o l o u rr e n d e r i n gp r o p e r t i e s t h e n t h r e ea p p r o p r i a t ep i g m e n t sa r ec h o s e nf r o mt h er e d b l u ea n dp u r p l ep i g m e n t sw h i c h a r es u i t a b l ef o rt h es p i n n i n gc o n d i t i o n s m e a s u r e m e n t ss h o wt h a tt h ep i g m e n t sh a v e e x c e l l e n tt h e r m a l p r o p e r t i e s t h e t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r e so ft h e p i g m e n t sa r ea l la b o v e4 0 0 cw h i c hc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fh e a tr e s i s t a n t a p p l i c a t i o n s t h ea v e r a g ed i a m e t e ro fp i g m e n t sa l ea l lb e l o w2 5 0 0 r i m s op i g m e n t s a r ee a s yt od i s p e r s ei nt h ef i b e r sa n dc a l lm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft r a n s p a r e n c y c o l o u rg l o s sa n dc o l o u rf a s t n e s s t h ew a t e rr e s i s t a n c e a c i dr e s i s t a n c e a l k a l i 麟 问位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 r e s i s t a n c ea n ds o l v e n tr e s i s t a n c eo ft h ep i g m e n t sa l ea l lu pt o5l e v e l f u r t h e rm o r e t h ep i g m e n t sh a v et h eb e s td y e i n gd e p t hw h e nt h ep r o c e s s i n gt e m p e r a t u r ei s3 0 0 c t h ed i e s w e l lb e h a v i o ro fd o p ed y e dm e t a a r a r n i ds o l u t i o ni ss t u d i e di nt h i sp a p e r a f t e r a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n aa p p r o p r i a t es p i n n e r e tw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h ed o p ed y e i n gs p i n n i n g o fm e t a a r a m i df i b e rc a nb es e l e c t e d w h e nt h es o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n s p i n n i n gt e m p e r a t u r ea n d o t h e rc o n d i t i o n sa r ec o n s t a n t w h e nt h el 巾i ss m a l l t h ee x t r u s i o nd i e s w e l lr a t i o b d e c l i n e s s i g n i f i c a n t l yw i t ht h el e n g t ha n dd i a m e t e rr a t i o l d i n c r e a s e s w h e nt h el di so v e r7 t h e v a l u eo fbc h a n g e ss m a l lw i t ht h el dc h a n g e s w h a t sm o r e t h ee x t r u s i o ns w e l l i n gr a t i o i n c r e a s e sw i t ht h es p i n n i n gp r e s s u r ei n c r e a s e so rt h et e m p e r a t u r ed e c r e a s e si nt h ep r o c e s so fd o p e d y e i n gs p i n n i n go fm e t a a r a m i df i b e r t h e r e f o r e t h ei n f l u e n c eo fh i g ht e m p e r a t u r ec a nb e r e d u c e db yi n c r e a s i n gt h es p i n n i n gp r e s s u r e a s s p u nf i b e r so fm e t a a r a m i da r ef o r m e db yc o a g u l a t i n gp r o c e s s t h ep r o p e r t i e so fa s s p u n f i b e r sc a nb ec o n t r o l l e db yc o n t r o l l i n gt h ec o a g u l a t i n gc o n d i t i o n s s u c ha sd o p ec o n c e n t r a t i o n c o a g u l a t i n gt e m p e r a t u r ea n dc o a g u l a t i n gt i m e t h ed i f f u s i o n i ss t u d i e da n dt h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t sa r ec a l c u l a t e dt h r o u g ht h ec o m p o n e n ta n a l y s i sm e t h o da n dc o m p u t e rp r o g r a m s i n t h i sr e s e a r c h t h ee x t r a c t i o nm e t h o di sd e t e r m i n e da f t e rc o m p a r i n gt w oe x t r a c t i o nm e t h o d sd u r i n g t h er e s e a r c h u l t r a s o n i cw a v ev i b r a t ee x t r a c t i o nm e t h o da n ds o x h l e te x t r a c t o re x t r a c t i o nm e t h o d t h ec o m p o n e n tm e a s u r em e t h o d sa n de x p e r i m e n tc o n d i t i o n sa 陀a l s od e t e r m i n e d t h e nt h e d i f f u s i o nc o e f f i c i e n t sa r ec a l c u l a t e d f i n a l l y e f f e c to f j e ts t r e t c ht ot h ec o a g u l a t i n gp e r f o r m a n c e i sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a t t h et w oe x t r a c t i o nm e t h o d sh a v et h es a m ee f f e c t a n dt h e u l t r a s o n i cw a v ev i b r a t ee x t r a c t i o nm e t h o di sc h o s e nd u et oi t ss h o r te x t r a c t i o nt i m e t h ed m a c c o n t e n ti sm e a s u r e db yu vs p e c t r o p h o t o m e t r y t h ee x t r a c ti sd i l u t e d10 0 0t i m e s a n dt h e a b s o r p t i o nw a v e l e n g t hi nt h eu vs p e c t r o p h o t o m e t r yi sa b o u t1 9 7 n m f u r t h e rm o r e t h eg r e a t e r t h ej e ts t r e t c h t h eg r e a t e rt h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n ti s t h ef a s t e rt h ec o a g u l a t i o ni s f i b e r sa r ep r e p a r e da f t e rw e ts p i n n i n ga n dd r yh e a ts t r e t c h i n g t h ep r o p e r t i e so fc o l o r e d f i b e r sa r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h i sp a p e r t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s d y e i n gd e p t ho ft h e c o l o r e df i b e r sa n dt h ei n f l u e n c eo fs u nl i g h te x p o s u r eo nt h e ma r em a i n l ys t u d i e d t h er e s u l t s s h o wt h a t f i b e r sw i t ht h em a x i m u mb r e a k i n gs t r e n g t h r e a c h i n g5 7 3c n d t e x a r ef o r m e dw i t h t h eo p t i m a lp a r a m e t e r so fs p i n n i n gp r o c e s s j e ts t r e t c hr a t i o 6 0 h o tw a t e rs t r e t c h1 8t i m e s d r yh e a ts t r e t c h i n gr a t i o3 t h er e s u l to fd y e i n gd e p t hs h o w st h a t f i b e r sh a v eg o o dc o l o u rg l o s s w i t hh e a ts t r e t c h i n g2 3t i m e su n d e rt e m p e r a t u r eo f3 0 0 f u r t h e rm o r e t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ns p i n n i n gc o n d i t i o n sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si sf i t t e db ya ne q u a t i o n a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t yd a t av i s u a l i z a t i o nb a s e do nt h em a t l a bp r o g r a m m i n gl a n g u a g ei sc a r r i e do u t f i n a l l y t h e o p t i m a ls p i n n i n gp r o c e s sc o n d i t i o n s a r er e s e a r c h e dt h o u g ht h ef i t t i n ge q u a t i o na n dt h e m e c h a n i c a lp r o p e r t yd a t av i s u a l i z a t i o n 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 y u a n j i n gz h a n g m a t e r i a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s u p e r v i s e db yl e ic h e n k e yw o r d s m e t a a r a m i df i b e r d o p ed y e i n g d i e s w e l lb e h a v i o r c o a g u l a t i o np r o c e s s f i b e rs n 佻t i l i a n dp r o p e r t y m a t l a b 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 目录 第一章前言 1 1 1 间位芳香族聚酰胺 p m i a 的结构与染色性能 1 1 1 1 间位芳香族聚酰胺分子结构 1 1 1 2 间位芳香族聚酰胺结晶结构 1 1 1 3 间位芳香族聚酰胺结构对染色性的影响 2 1 2 间位芳香族聚酰胺纤维染色方法 2 1 2 1 改变聚合物大分子结构 3 1 2 2 纤维改性 3 1 2 3 改变染色工艺 6 1 2 4 其他方法 8 1 3 原液着色法 8 1 4 本论文的研究内容及意义 9 1 5 本文的创新点 1 0 第二章着色颜料的选择及性能研究 1 2 2 1 实验部分 1 2 2 1 1 颜料的红外光谱测试 1 2 2 1 2 颜料的核磁共振光谱测试 1 2 2 1 3 颜料的x 一衍射测试 1 2 2 1 4 颜料的同步热分析测试 1 2 2 1 5 颜料的粒径分布测试 1 2 2 1 6 颜料的耐水性 耐酸性 耐碱性 耐溶剂性 1 3 2 1 7 颜料在溶剂中的分散性 1 3 2 1 8 颜料在聚合物中的显色性能 1 3 2 2 结果与讨论 1 4 2 2 1 颜料的热性能分析 1 4 2 2 2 颜料的粒径分布 1 6 2 2 3 颜料的结构分析 1 9 2 2 4 颜料的耐水性 耐酸性 耐碱性 耐溶剂性分析 2 2 2 2 5 颜料在溶剂中的分散性 2 3 2 2 6 颜料红在聚合物中的显色性能分析 2 4 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 2 3 第三章 3 1 3 2 3 3 第四章 4 1 4 2 4 3 第五章 5 1 结 仑 2 5 原液着色间位芳香族聚酰胺纺丝浆液挤出胀大特性研究 2 7 实验 2 7 3 1 1 实验仪器 2 7 3 1 2 实验原料 2 8 3 1 3 工艺参数的设定 2 8 3 1 4 纺丝浆液浓度 c 的测定 2 8 3 1 5 纺丝浆液密度 p 的测定 2 8 3 1 6 挤出胀大比 b 的测定 2 8 结果与讨论 2 9 3 2 1 着色p m i a 浆液密度与温度的关系 2 9 3 2 2 着色p m i a 浆液挤出胀大比 b 与纺丝工艺的关系 3 0 结 念 3 4 原液着色间位芳香族聚酰胺浆液凝固过程研究 3 5 实验 3 5 4 1 1 初生纤维的制备 3 5 4 1 2 萃取方法的选择 3 6 4 1 3 纤维中溶剂含量的测定与计算 3 6 4 1 4 扩散系数的计算 3 7 结果与讨论 一3 7 4 2 1 萃取方法的比较与确定 3 8 4 2 2 紫外分光光度法测定d m a c 稀释倍数的确定 4 0 4 2 3 初生纤维凝固成型中的扩散系数 4 l 4 2 4 喷头拉伸对初生纤维扩散系数的影响 4 3 结论 4 5 原液着色间位芳香族聚酰胺纤维的结构与性能 4 6 实验部分 4 6 5 1 1 实验设备 4 6 5 1 2 实验原料 4 7 5 1 3 纺丝工艺参数的选择 4 7 5 1 4 纺丝流程 4 7 5 1 5 纤维纤度的测定 4 7 5 1 6 纤维强度的测定 4 7 5 1 7 声速法测纤维取向度 4 8 5 1 8 纤维染色深度的测定 4 8 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 5 1 9 纤维日晒性能的测定 4 8 5 2 结果与讨论 4 9 5 2 1 着色纤维的机械性能 4 9 5 2 2 着色纤维的声速取向 5 0 5 2 3 着色纤维的染色深度 5 l 5 2 4 着色纤维的耐光色牢度 5 l 5 2 5 日晒对着色纤维机械性能的影响 5 2 5 3 结论 5 3 第六章机械性能与纺丝工艺关系的方程拟合与基于m a t l a b 的数据可视化研究 5 4 6 1 机械性能与纺丝工艺关系的方程拟合 5 4 6 1 1 纺丝工艺参数的最优化 5 4 6 1 2 干热拉伸倍数与机械性能关系的方程拟合 5 5 6 1 3 纺丝工艺参数与机械性能关系的方程归一化拟合 5 6 6 1 4 归一化方程检验 5 7 6 2 基于m a t l a b 的纺丝工艺条件与机械性能数据的可视化 5 7 6 2 1m a t l a b 对三维散点数据的可视化执行 5 8 6 2 2m a t l a b 实现三维散点数据模拟平面 5 9 6 2 3 基于m a t l a b 可视化平面的纺丝工艺条件与机械性能关系分析 5 9 6 3 结论 6 0 小结 6 1 展望 6 2 参考文献 6 3 致谢 6 7 硕士研究生期间发表和待发表的论文 6 8 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 第一章前言 间位芳香族聚酰胺纤维 间位芳纶 由间苯二胺与间苯二甲酰氯缩聚而成 国内 称为芳纶1 3 1 3 由美国杜邦公司在2 0 世纪6 0 年代首先研制成功 1 9 6 7 年以商品名 n o m e x 推向市场 间位芳纶具有良好的耐热性 其玻璃化温度为2 7 0 热分解温度为4 0 0 一4 3 0 p m i a 纤维有很好的耐焰性能 离开火焰会自熄 在4 0 0 c 的高温下 纤维发生碳化 成为一种隔热层 能阻挡外部的热量传入内部 起到有效的保护作用 l j 极限氧指数为 2 9 在火焰中不会发生熔滴现象 并且如果在会熔滴的化学纤维中混纺少许的p m i a 纤维也可防止熔滴现象 间位芳纶由于有着优秀的耐热性 耐焰性和纺织加工性能 其 主要用途是制作热防护服 滤材和阻燃装饰布 应用于军事 消防等领域1 2 j 然而 由于间位芳香族聚酰胺纤维分子结构紧密 结晶度高 小分子染料很难进入 纤维大分子内部 导致染色困难 这阻碍了间位芳香族聚酰胺纤维的发展和应用 因此 国内外对间位芳香族聚酰胺有色纤维的制备做了大量研究 主要方向是改进间位芳纶的 染色性能和采用原液着色的方法 1 1 问位芳香族聚酰胺 p m i a 的结构与染色性能 1 1 1 间位芳香族聚酰胺分子结构 间位芳香族聚酰胺分子结构如图1 1 酰胺键和苯环以间位相连 苯环上间位的共 价键的内旋转位能低 可旋转角度大 因此间位芳香族聚酰胺大分子是柔性分子链结构 所以在力学性能上接近普通的柔性链纤维 但苯环基团含量高 易形成梯形结构 耐热 性能大于脂肪族纤维 3 1 n h d m c d c 图l 间位芳香族聚酰胺分子式 1 1 2 问位芳香族聚酰胺结晶结构 间位芳香族聚酰胺纤维的结晶结构如图1 2 为三斜晶系 亚苯基环的两面角从酰胺 平面测量3 0 这是分子内相互作用力下最稳定的结构 间位芳香族聚酰胺单元的结 0爰擞 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制各及结构与性能研究 晶尺寸为 a o 5 2 7 n m b o 5 2 5 n m c l13 n m a 1 1 1 5 1 3 1 1 1 4 y 8 8 0 z i c 轴的长度表明它比完全伸直链短9 亚苯基二酰胺和c n 键旋转的高能垒阻 碍了间位芳香族聚酰胺分子链成为完全伸直链的构象 它的晶体里的氢键作用强烈 使 其化学结构稳定 赋予间位芳香族聚酰胺纤维优越的耐热性 阻燃性和耐化学腐蚀性 4 图1 2 间位芳香族聚酰胺纤维的结晶结构 1 1 3 问位芳香族聚酰胺结构对染色性的影晌 间位芳香族聚酰胺纤维是白色的 由于其特殊的结构 纤维大分子结构紧密 结晶 度较大 玻璃化温度很高 没有亲和基团 染料分子不易进入 因此 它的染色十分困 难 采用现有的常规染色方法进行染色 纤维的上染率很低 对于高结晶度的湿法纺丝 纤维 此问题尤为突出 所以染色性能的改善是一个主要的研究方向 1 2 间位芳香族聚酰胺纤维染色方法 由于间位芳香族聚酰胺纤维染色困难 国内外为解决间位芳香族聚酰胺纤维染色问 题 采用了多种方法 但是染色过程仍存在一定问题 许多方法染色效果还不够理想 其中采用的方法 可分为以下几种 1 通过添加第三 第四单体 改变纤维分子的结 构 使该结构有利于纤维染色 2 对纤维表面进行物理化学改性 使纤维表面有利于 染色 3 改变染色工艺 控制染整工艺参数 染色化学助剂 染料等的用量与种类 实现染色性能的改变 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 1 2 1 改变聚合物大分子结构 用含有磺酸基团的单体进行共聚 其含量为至少0 2 w t 1 5 1 烷基苯磺酸盐可作为 改性剂1 6 用亚二甲苯基二胺为第三单体共聚制得的p m i a 的共聚物作为改性剂与p m i a 浆 液混合纺丝 所得纤维的深色染色牢度大大提高 7 以间位的亚二甲苯基二胺代替间苯 二胺和间苯二甲酰氯共聚 所得的共聚物和p m i a 共混纺丝 所得纤维在保持好的耐 热性的同时具有好的染色性能 8 n a d a g a w a 等通过该种方法制得的纤维在染色性能方 面有良好的效果 在美国专利 9 中 用带有烷基苯磺酸基的阳离子季盐和间位芳香族聚酰胺合成化合 物 使之容易用阳离子染料染色 得到的化合物中含有间位芳香族聚酰胺的基团在8 5 以上 而烷基苯磺酸基的阳离子季盐占有2 8 7 o 此外 该化合物中引入带卤素的 磷酸烷基酯基团和苯基磷酸盐基团 使化合物更容易染色 并且加入了2 0 6 0w t 的 紫外线吸收体 起到了容易染色 提高光照牢度的作用 带卤素的磷酸烷基酯基团和苯 基磷酸盐基团 起到了提高阻燃性能 染色性能 并且降低成本的作用 制备过程为 制备浆液 从喷丝孔挤出到无机氯化钙溶液中 然后进入3 0 0 3 2 5 2 的喷丝板上继续拉 伸 结晶 润滑 最终得到易染色纤维 含有烷基苯磺酸锴盐的间位芳香族聚酰胺纤维很容易与阳离子染料染色 因此 间 位芳香族聚酰胺在n 甲基 2 吡咯烷酮中用四丁基十二烷基苯处理 湿纺 然后拉伸 使纤维2 0 0 根丝的细度为4 0 0 旦 该纤维显示了良好的染色性和强度l l 引 此外 采用非卤化芳族磷酸酯 结构简式r o p o o r o x o p o o r n o r r 代表非卤 化的苯基 x 代表双酚a 残余物 n 的范围为1 3 也可改善间位芳族聚酰胺纤维染色 和防火 洗涤性能l l 1 2 2 纤维改性 1 2 2 1 表面预处理 纤维表面预处理 改善染色性能的方法有紫外线辐射预处理染色法 液氨预处理 等离子体预处理染色法 p e 0 4 5 m e d m a 预处理法等 1 2 2 1 1 紫外线辐射预处理染色法 日本专利采用紫外光辐照的方法 用2 4 8 n m 波长的紫外线脉冲激光束 以2 0 4 5 0 m j c m 2 的强度处理纤维样品后 在纤维表面引起自由基反应 处理过的纤维随后用 阳离子染料染色 高温高压染1 h 后 可染得深浓的色泽 同时具有较好色牢度i 1 2 j 1 2 2 1 2 液氨预处理法 有文献报到 1 3 德国专家用液氨膨化法对间位芳香族聚酰胺织物染色 将纤维先用n h 3 在 4 0 到 3 3 v 条件下处理3 1 0m i n 以增加纤维对染料的亲和力 浸轧后 纤维上残留的n h 3 用汽蒸或水洗的方法去除 然后把织物放入染浴中染色 0 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 染色处方为碱性蓝4 1 2 织物重量 硝酸钠 2 0 克 升 苄基醇 7 0 克 升 6 0 醋酸 2 5 克 升 起始温度4 0 升温到6 0 染色 随后用含非离子净洗剂 浓度2 克 升 水洗 再用热水和冷水分别冲洗 于2 0 0 c 固色3 0 秒钟 最后根据染色织物反射率计算f u s 值 比较各种方法的染色效果 通过对比发现采用液氨处理后 水洗不烘干的染色方法 比其余两种方法的染色效果都好 k s 值最高 另两种方法的刚s 值很低 染色牢度与 通常用阳离子染料染色时相同 这种预处理的特点是 纤维在液氨预处理和染色过程之间始终保持1 0 0 的带液量 纤维经液氨预处理后 可引起膨化 在染色时可不需要其他任何载体 1 2 2 1 3 等离子体预处理染色法 将要染色的纤维用氢或n h 3 的低温等离子体预处理一定时间 使被处理的纤维上 带有活性胺基团 随后用酸性染料染色 这种方法可明显提高上染率 这方面的研究工 作日本和法国做得较多 目前发展中存在的问题 低温等离子体技术虽然解决了间位芳香族聚酰胺纤维染色 的环保问题 但同时它本身也有自己的不足之处 低温等离子体技术基本上还处于实验 阶段 实验的处理装置大多还是实验室的小装置 目前出现了工业化应用的装置 此外 虽然不同低温等离子体对同一织物产生不同的处理效果以及同一低温等离子体不同作 用参数产生不同作用效果己有许多研究成果 但由于低温等离子体技术作用的复杂性和 低温等离子体固有的不稳定性 使得为解决的问题还很多 西安工程大学l 4 用该方法进行了大量实验 选择了分散阳离子染料对间位芳香族 聚酰胺纤维进行染色 以及改变不同的低温等离子体处理条件来探讨对间位芳香族聚酰 胺纤维染色k s 值的影响 结果发现低温等离子体处理及低温等离子体接枝聚合处理 在一定程度上能增加间位芳香族聚酰胺的染色表观深度 且低温等离子体接枝聚合处理 的效果要好于单用低温等离子体处理的效果 从实验中得到间位芳香族聚酰胺纤维的具体染色工艺 染料浓度9 助染剂a 浓 度为2 5 5 鲋 染浴的p h 值为4 6 染色时间6 0 r a i n 染色温度1 2 0 低温等离子体处 理及低温等离子体接枝聚合处理分别是真空度7 5 p a 处理功率2 0 0 w 处理时间3 r a i n 在低温等离子体处理工艺的基础上接枝丙烯酸浓度5 0 质量分数 浸渍在其液体中 1 h 温度7 0 1 2 2 1 4p e 0 4 s m e d m a 预处理法 韩国专家于2 0 0 9 研究了一种新的预处理方法 合成得到的p e 0 4 5 m e d m a 预处 理的纤维适用于用酸性染料染色 处理后纤维表面带有正电荷与带有阴离子的酸性染料 有很强的作用 染色性能直接取决于p e 0 4 5 m e d m a 的浓度 染浴的p h 值和染料的浓 度 合成p e 0 4 5 m e d m a 的过程如图1 3 4 o 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 阶芦巾c h 2 c h p 电 b r c c o 叶2 0 十h c h 3 p e 0 4 5 一b r c i h 3亍心训慨科 批r 亡乞蹙 腥0 4 5 r 心一r dh r 一c h 一30 楚一 1 c 心gc h 咛h 图1 3 合成p e 仉5 l l e l l 从方程式 1 2 2 1 5 溶液预处理 对纤维用一种溶液进行预处理 然后用阳离子染料染色间位芳香族纤维u 引 溶液 中n a o h8 1 5w t h 2 0 23 8w t h 2 0 2 稳定剂0 5 3w t 在4 0 6 0 c 下保持8 1 2h 然后在7 0 8 5 下水洗 染液中含有非离子芳醚1 6w t 苯甲基1 6w t 苯乙酮1 4 w t 冰醋酸o 1 0 5 w t 阳离子染料1 3 0 n a n 0 30 1 0 3w t 和水 将染液在 温度升高速度为1 1 5 m i n 的条件下加热 将纤维浸在1 2 0 1 3 5 的染液中4 5 6 0r a i n 然后冷却到到6 0 7 0 冷却速度为 1 5 2 0 c m i n 最后用水洗 这种方法不会降 低纤维的强力 而且能使纤维染上各种颜色 不用特殊的设备 就可用其大量生产纤维 1 2 2 2 结构改性 1 2 2 2 1 制造多子l 结构 g o r d o nm 等 l7 介绍了通过制造多孔的间位芳香族聚酰胺 改善染色性 需要控制 孔的大小 体积和密度 该方法制的的纤维染色性不够好 而且由于染色过程中有颜料 和有机染料存在 很难控制染色工艺 废水很难处理 1 2 2 2 2 接枝法 纤维先用有机溶剂溶胀 随后引进能与离子染料形成离子键的接枝物质 这种接枝 剂通常是胺类化合物 随后 通过干燥的方法使纤维卷缩 将胺类化合物接着在纤维 上 这种方法的优点是 增加了纤维的染色席位 并且可提高染色纤维的色牢度 一 h 涪 对脚 h d a 啄 七 o 哕 帐 m 吡 盼 一 心 一 一 问位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制各及结构与性能研究 1 2 3 改变染色工艺 1 1 2 3 1 真空减压染色法 日本采用的这种染色方法是在真空管内进行的 用纯水做染色介质 在5 5 0 6 5 0 m m h g 气压的染色条件下 纤维被充分地膨化 由此提高了染料向纤维内部扩散渗透 的能力 染色后的纤维须在真空管内预干燥 而后取出 以普通方法干燥 这种方法的 优点是 在减压条件下 纤维可充分地膨化 提高了竭染率 并可染得均匀的色泽 1 2 3 2 连续染色法 美国专利 1 8 中介绍了一种间位芳香族聚酰胺纤维的连续染色工艺 是通过使用溶 胀剂使染料进入纤维的 染色后的纤维强度和防火性能和之前为染色的纤维相似 对颜 色没有限制 色泽好 耐光性较好 溶胀剂是二甲亚砜 d m s o 其中d m s o h 2 0 为 9 0 1 0 时效果最好 如图1 4 为染色用工艺设备 峒 图1 4 间位芳香族聚酰胺纤维的连续染色工艺设备 1 2 3 3 载体染色法 这是芳香族聚酰胺纤维所采用的最普遍的一种染色方法 通常采用芳基羧酸醋及其 衍生物和一些杂环化合物作载体 这种方法染色工艺简单 色泽鲜艳 各项色牢度都可 达到3 4 级 但是这类载体常伴有令人讨厌的强刺激气味 在染色过程中不断地释放出 来 使人闻之生畏 且染色织物上的残留载体极难去除 在以后的存储和使用过程中会 长期挥发 对人 对环境的污染很大 因此 一些工业发达国家正在竞相开发低毒 高 效 无刺激性气味的新型染色助剂来取代这类载体 据专利介绍 1 9 9 3 年和1 9 9 4 年德 国 美国已有新一代染色助剂问世 它们是n o m a p 0 1 m i x 和t 4 9 7 5 它们具有与传统 载体所相同的促染效果 而几乎没有刺激性气味 1 9 1 1 2 3 1 1 载体的选择 载体对染料的溶解能力比水高 不少染料在载体中的溶解度比在水中的高几十倍 因此吸附在纤维表面的载体层中的染料浓度比染浴中的浓度高 这样便提高了染料在纤 维内外的浓度梯度 也可加速染料的上染 理想的载体应是无毒 无臭 促染效果好 6 0 间位芳香族聚酰胺原液着色纤维的制备及结构与性能研究 不降低染料的亲和力 不影响色泽和牢度 易于洗除和成本低廉的化合物 具有载体功 能的化合物种类繁多 2 3 1 2 载体染色研究进展 吴赞敏等 2 0 采用载体染色的方法 选用阳离子 弱酸性和中性染料分别对间位间 位芳香族聚酰胺纤维进行染色 结果表明采用载体高温高压与阳离子染料同浴染间位间 位芳香族聚酰胺纤维 可以得到较好的染色效果 阳离子染料在酸性或弱酸性条件下染 色 加入电解质 对间位间位芳香族聚酰胺纤维上染起到促染作用 采用类似氯苯的载 体进行高温高压染色 间位芳香族聚酰胺纤维能获得较好的染色牢度等染色性能 张建春 李少萍等 2 l 采用了三种易取到的载体 芳香酮 苯乙酮 芳香醇 苯甲 醇 芳香醚 苯甲醚 它们在气相中