阳离子染料可染改性涤纶及其面料的研究进展

1、    阳离子染料可染改性涤纶及其面料的研究进展    张淑军 李刚 张鸿 张明其 刘燕平 潘志娟摘 要：阳离子染料可染改性涤纶是市场上应用广，需求大，开发价值高的改性涤纶，为满足消费者对该产品日益提高的需求，本文通过了解阳离子染料可染涤纶聚酯纺丝原料、纺纱纤维和纱线织造等方面的研发现状和应用情况，分析和讨论了阳离子面料创新的研究成果和市场趋势，得到了阳离子涤纶多样化、功能化的创新方向，市场上产品在易染色的基础上复合了抗菌、抗静电或抗紫外等更多新功能，同时响应时代需求，更加注重和发展针织等更加环保节能、绿色低碳的生产方式。关键词：功能性纤维;阳离子改性涤

2、纶;面料开发;服用性能中图分类号：ts141.8文献标志码：a文章编号：1009-265x（2021）04-0115-06abstract：cationic dye modified polyester is widely used in textile market with high demand and development value. in order to meet consumers increasing demand for this product， the authors analyzed and discussed research results and market

3、 trends of cationic fabric innovation and obtained the diversified and functional innovation directions of cationic polyester based on understanding the r&d and application status of polyester spinning material dyed by cationic dyes， spinning fibers and yarn weaving. the products on the market a

4、re combined with more new functions such as antibacterial， antistatic or anti-ultraviolet functions based on easy dyeing. to respond to the needs of the times， more attention is paid to the development of more environmentally friendly， energy-saving and low-carbon production methods such as knitting

5、.key words：functional fiber; cationic dye modified polyester; fabric development; wearability涤纶自1941年问世，1953年投入工业化生产后，凭借其低廉的价格和一系列优良性能，如强度高、弹性好、热塑性好、耐磨性好以及耐腐蚀等，大量应用于衣料、床上用品、装饰布料、国防军工用品以及其他工业用纤维制品。涤纶发展迅速，应用范围广，是合成纤维的最大类属，其产量居所有化学纤维之首1。普通涤纶织物，有良好的洗可穿性、坚牢耐用，滑爽挺括，然而其缺点也十分明显，如织物透气性差、染色性能差、易起毛起球等。而且普通涤纶需要

6、用非极性分散染料在高温高压、热熔或有涤纶膨化载体存在的条件下进行染色，不仅对染色设备和工艺要求高，而且产品的色调、风格和性能均受到限制2，阳离子可染改性涤纶则很好的解决了该问题，这种改性涤纶生产能耗小、成本低、应用广、需求大，市场反响强烈，是开发热度很高同时较为成熟的一种产品。市场对于功能更加丰富的阳离子涤纶的需求快速增长，使企业更加重视功能化产品的创新，在绿色工业和风格多元化市场的带动下，阳离子可染改性涤纶开发日新月异，被赋予更多功能。1 阳离子涤纶改性技术发展近年来，阳离子染料可染涤纶作为改性涤纶中发展迅速的改性产品之一，受到市场热烈的反响，其改性的方法和应用技术有很多，最常用的方法是通过

7、普通涤纶与亲染料的单体sipm（苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠）进行接枝共聚3，纺丝后得到阳离子涤纶的纤维丝。近年来，在接枝改性的基础上，也进行了更加多样化的后处理，使得产品性能更优，成本更低，生产流程更加快速环保等。1.1 高温高压型阳离子染料可染改性聚酯阳离子可染聚酯cdp（cationic dyeable polyester）于1958年由美国杜邦公司研制成功，1962年投入商业化生产，目前在中国市场规模达到50万t/年。cdp是通过单体在聚合过程中加入带有阳离子基团的第三组分共聚而得，第三组分种类多样，根据实际情况可以选择苯磺酸盐化合物、磷化物和稠环化合物等4。因cdp超分子结构与普通涤纶

8、pet（polyethylene terephthalate）结构相似，阳离子染料对磺酸基的上染基座的可及性较低，故仍需高温高压5。cdp的优点是纤维色泽鲜艳，不易发生升华热迁移引起的色牢度问题，但是浅色品种的色谱少，不易修色。1.2 常压阳离子染料可染改性聚酯ecdp常压阳离子可染聚酯纤维ecdp（easy cationic dyeable polyester）是在聚合過程加入少量的与cdp相同的第三组分6，大多是sipm（苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠），同时引入第四组分peg（聚乙二醇）或其他的第四单体（根据用途可选择不同种类）而制得7，由于peg的引入，纤维分子结构相对于只有第三组分的cd

9、p更为松散，无定形区增大，玻璃化程度降低，故阳离子染料能在常温沸染条件下上染，且上染率高，但不宜深染8。与pet、cdp相比，ecdp手感更柔软，仿毛感强，然而纤维力学性能会趋向中强中伸或低强高伸，且在染整加工后仍能保持原有的手感，另外由于单体加入太过繁杂，造成产品可纺性下降，因此始终无法在长丝领域取得突破，故产品全部集中在短纤维9。这种类型的短纤维主要用来加工毛条，在羊毛混纺后可实现同浴染色10。但是ecdp耐热性差，织物成品反复熨烫后强力损失较为明显。如表1为pet与ecdp的服用性能比较，经过对比发现，ecdp相较于pet的手感更为柔软，抗起球起毛性更加优良，回潮率上升明显，增加了284

10、%，即吸湿性更好，体积比电阻下降了365%，即抗静电能力增加，而断裂强度比pet下降了13.7%。ecdp纤维分子相对于pet多了极性基团，支链增加，分子结构更加松散，结晶度变小，无定形区增加，分子间结合力较小，故而ecdp断裂强度比pet小;又ecdp引入第三组分，使得分子中带有较多的亲水基团cooh，故回潮率明显大于pet;磺酸基团极性大，导电性能较好，且纤维结晶度小，故而ecdp体积比电阻小，抗静电性好。1.3 超柔低温深染阳离子染料可染改性聚酯-parsterparster纤维在聚合纺丝时摒弃现有ecdp所采用的常规技术，加入新型的第四单体12。该纤维低温易染，固色率高，色泽鲜艳，具有

11、深染性能，又有超柔手感，而且短纤维制品具有抗起毛起球性、可纺性优异等特点，相比ecdp性能优化升级，可替代腈纶，广泛应用于棉型、毛型产品的开发。2 阳离子面料发展2.1 常规阳离子面料针对pet染色性能進行改性而得到的改性聚酯面料在市场上应用以来，其中最为广泛的阳离子面料是全涤面料，将ecdp纤维纺制成不同规格的纱线，在织造时，通常是经向为阳离子纱线，纬向为普通涤纶丝，用普通染料和阳离子染料分别进行染色，布面会有双色效应。该类织物具有手感柔软、不易褪色、抗皱耐磨等特点，同时由于两种涤纶丝不同的染色性，便于生产上套色以灵活适应市场变化。2.2 阳离子水洗绒面料这种面料是用cdp阳离子丝与低弹丝作

12、经线，以低弹丝作纬线，一般采用平纹组织织造，抓绒工艺，以其格调清新、绒感舒适糯软以及优良的服用性能而风靡一时。这也反应出了人们对于阳离子面料柔软手感的喜爱13。2.3 低温阳离子涤纶短纤羊毛弹性面料采用ecdp短纤代替传统涤毛弹性面料中的涤纶，很好地解决了分散染料对羊毛沾色以及高温对羊毛损伤的难点，这种ecdp短纤维纺出的纱线既保留了短纤纱线的手感，降低羊毛用量，减少成本，又可以降低染色温度，减少羊毛损伤，节约能源。因为面料色牢度好，抗起球优良，用不同的织法可以形成不同的布面效果，如彩条、闪色、正反面异色等14。2.4 阳离子可染异形纤维面料阳离子可染中空涤纶短纤维是将cdp纺成纤维时，通过特

13、殊工艺使纤维内部为中空结构，成品纤维的纤度可达到1.56 dtex15，材质轻，保暖性好，同时具有中空纤维的芯吸效应，能将体表湿气迅速而自然的排出，保持穿着者的干爽与温暖。其纺织面料染色性好，服用性能优良16。其中比较成熟的纤维产品有改性中空涤纶纤维porel针织面料，该面料不但具备以上阳离子可染中空涤纶面料的优点，能自动调节人体湿热平衡，同时porel纤维手感爽滑柔软，适宜保暖内衣物的开发生产。超纺棉纤维是一种将cdp纺成截面为微孔蜂窝状的纤维，服用性、功能性更加优异，附加值更高，应用前景更加广阔。其纤维柔软，可省去使用化学助剂的后整理工艺，染色安全，且在自然环境5年内可降解，还能加入各种功

14、能性物质以符合各种客户需求。图1为阳离子可染截面异形纤维微观图11-19。图1（a）是具有海岛结构的改性涤纶的横截面，可以纺出具有复合结构的差别化纤维，并根据需要提供易染色、难燃、抗静电、高吸湿等特性;图1（b）是porel纤维的截面图，可以看到细微的沟槽和孔洞，正是这些结构产生毛细现象，通过芯吸、扩散和传导的方式，完成水的吸收渗透和蒸发;图1（c）是蜂窝纤维的横截面，可以看到其截面为圆形和椭圆形，有微孔，增大了纤维的体表面积;图1（d）porel纤维纱线横截面，截面大多为圆形;图1（e）为蜂窝纤维的纵向形态，表面有蜂窝状微孔，纤维与外部空气的接触面积变大，提高了水分的扩散与干燥速度，增强了纤

15、维的吸湿导湿性能;图1（f）为porel单纤维横截面结构图，可清晰地看到中空状截面。表2为阳离子纱线及面料开发小结。如表2所示，阳离子纱线一开始只是改善了颜色，注重良好的染色性。然后发现阳离子纱线的手感软糯20，进行了手感上的创新，开发出的阳离子水洗绒面料在市场上大受好评。继而在绿色节能的大环境下，又对产品的工艺和生产进行调整，开发出既节能又性能优良的低温阳离子涤纶短纤羊毛弹性面料21。近年来，人们追求舒适环保的衣物，催发了针织市场的快速发展，随之适用于针织的纱线也是需求大增22，如阳离子可染异形纤维，大多混纺成纱，因其纱线弯曲性能良好，柔软有弹性，多用于针织织物。3 阳离子涤纶织造应用3.1

16、 阳离子机织面料机织面料对纱线的强度有一定的要求，阳离子纱线的强度要稍弱于普通涤纶，所以在应用于机织面料时，常作为纬纱，用强度较高的普通涤纶作为经纱，应用最为普遍的是常规阳离子全涤面料，有“闪色”效果，外观迷蒙，有神秘感。阳离子可染改性涤纶纤维的加入使面料相对于普通涤纶面料具有良好的染色性和柔软的手感，使之在市场中颇受青睐。也有更加高级的应用，比如阳离子斜纹记忆面料23，以涤纶83.3 dtex（75d）fdy/144根记忆丝为原料，经线混合加入阳离子涤纶丝83.3 dtex（75d）fdy，选用斜纹变化组织。布料服用性好，质地柔软，富有垂感，外观新颖，易于打理。3.2 阳离子针织面料针织物是

17、由线圈相互串套而成，这种弯曲结构对纱线的强度要求不高，因此阳离子改性涤纶在针织面料上应用越来越多。针织面料的生产工艺流程短，编织速度快，产量高，成品具有伸缩性并且柔软多孔，使面料在穿着时合体舒适，市场需求逐年加大。针织面料存在易起毛起球，不挺括，尺寸不稳定等问题，随着针织双面机的普及，面料从2针及4针发展到28针、32针、36针、40针，针更密;同时，随着锦纶、改性涤纶、氨纶等新纤维的广泛应用，针织面料各方面性能也得以改进。如阳离子改性涤纶加捻长丝的运用，使针织物起毛起球，不够挺括等问题迎刃而解，同时颜色亮丽，手感舒适;阳离子涤氨汗布环保面料吸湿排汗，舒适耐用，不易褪色24;一些ecdp聚酯纺

18、出的短纤纱线以及异形截面的阳离子纱线具有优良的弯曲刚度和弹性，手感舒适，吸湿快干，其自动调节人体湿热平衡的优点与针织面料适合制成运动服饰和贴身内衣的特性不谋而合。4 新型功能化阳离子面料4.1 抗菌功能阳离子面料涤纶是高分子聚合物，具有多孔特征，易被微生物附着，成为微生物生存、繁殖的良好寄生体。寄生体不仅会污染纤维，甚至可能危害人体健康，故抗菌的目的是为了消除这些不利影响。主要通过3种方法将抗菌功能复合在阳离子涤纶面料中，其一是在其大分子链中加入含有抗菌效果的第四组分使阳离子涤纶纤维本身带有抗菌性能;再者是通过后整理在阳离子纤维表面覆盖抗菌剂，cdp、ecdp等改性涤纶结构较pet松散，抗菌效

19、果好;实际生产中也有与抗菌纤维比如竹纤维、甲壳素纤维混纺或交织以降低成本和改善织物风格。4.2 抗静电功能阳离子面料通过加入第三组分，阳离子涤纶的吸湿性能稍微增加但仍然较低，易引起静电25。涤纶织物的抗静电性能的提高，其一是通过提高周围环境湿度包括表面涂覆法、化学改性法及导电纤维嵌入的方法26;其二是通过减少纤维的摩擦，提高涤纶纤维的回潮率与纤维材料导电率来实现，比如在纱线中加入導电纤维，通过混纺或混织的方式嵌入到织物中以增加抗静电功能。4.3 抗紫外功能阳离子面料紫外光能破坏有机物大分子中的化学键，导致有机物的降解，缩短材料的寿命。增加抗紫外功能可通过表面整理剂，如将核壳结构的tio2c纳米

20、颗粒，采用浸渍法负载在阳离子涤纶上27，也可以采用改性接技在阳离子涤纶面料中加入水杨酯类紫外吸收剂等组分并实现抗紫外功能。5 结 语在低碳经济、结构调整和产业升级的大背景下，阳离子染料可染改性涤纶面料迎来了发展新机遇，市场发展潜力巨大。随着纺织业技术的发展，行业逐步强调社会效益和综合经济效益，纺织品趋向高档化、多功能化，对常规产品的优化、阳离子改性纤维、抗起毛起球纤维等新产品纤维的需求迫切。a）从对阳离子改性涤纶纤维的研究发展来看，从最开始单纯的改善pet的染色性能，得到了cdp，然后结合生产流程，优化工艺，得到常温沸染的ecdp，一直到较新研究出来的高固色率、高染料利用率、低染色污水排放的p

21、aster纤维，阳离子纤维的研究从最开始的化学改性到近年来的物理化学表面改性，开发更加多样化，功能更加细化，以对应市场不断提高的多层次的需求，同时阳离子纤维生产越来越低碳环保，绿色节能。b）对于阳离子涤纶面料的开发，最开始只是常规开发，大多是注重颜色，利用阳离子改性涤纶不同于其他纤维的染色性，进行套色或其他工艺得到闪色效果，也有注重其柔软的手感，进行磨毛处理得到超柔水洗绒等保暖效果出众的面料。而随着市场需求的升级，阳离子面料的开发更加复杂，出现了三色面料、阳离子可染中空涤纶短纤维面料、蜂窝纤维面料等更加个性化的产品，一些抗菌、抗静电、抗紫外等新型功能化面料研发也越加火热。c）相比于机织面料，针

22、织面料柔软舒适合体，且在生产上相对于机织面料有投资少、占地少、流程短、维护简单、运营成本低等优点，从2000年开始，针织经过十多年的快速发展，各种针织服饰层出不穷。服用类针织品由传统的内衣进入休闲服与时装领域，朝着舒适、保健、防护等功能性服装方向发展。阳离子面料在针织面料中的应用十分广泛。综上所述，可以看到阳离子面料纺织生产各个环节的开发都在不断创新进步。其开发研究要更加深入，不断学习新的技术，根据生产工艺不断地调整，努力适应纺织业和染整后整理的技术加工水平，完善纺织加工性能，稳定产品的质量，降低产品的成本，同时紧跟时代潮流，面向市场不断开发出有竞争力的产品，跟上消费者的需求，才能在激烈的市场

23、竞争中脱颖而出。参考文献：1 于伟东.纺织材料学m.北京：中国纺织出版社，2006：26-27.2 蒋听培.涤纶染色改性，第三讲，阳离子染料可染型共聚酯纤维的制备j.合成纤维，1985（1）：43-49.3 wang j， li x y， ge f y. carrier-free and low-temperature ultradeep dyeing of poly（ethylene terephthalate） copolyester modified with sodium-5-sulfo-hydroxyethyl-isophthalate and 2-methyl-1，3-propan

24、ediolj. acs sustainable chemistry & engineering，2016，4（6）：5-8.4 li x， wang j， wang h， et al. alkaline hydrolysis and pretreatment of trilobal high dimethyl 5-sulfoisophthalate sodium cationic dyeable polyesterj. journal of the textile institute proceedings & abstracts， 2015，107（10）：1336-1346

25、.5 葛凤燕，王俊，谢其成，等.阳离子染料可染改性聚酯纤维及其染色加工概况c.2011年超柔软易染聚酯纤维论文集，2011：4-6.6 杨肖婉，王建明，张大省.阳离子染料常压可染新型改性涤纶的热性能及染色性能j.纺织学报，2016（12）：71-75.7 zhao m l， li f x， yu j y， et al. preparation and characterization of poly（ethylene terephthalate） copolyesters modified with sodium-5-sulfo-bis-（hydroxyethyl）-isophthalate

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