定型機、涂層機專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機械2021年11月29日訊 選取分散藍56 染料對氨綸 ( 聚醚型聚氨酯彈性纖維 ) 進行上染并測定色牢度等級和表面色深值 (K／S 值 )， 結合傅立葉變換紅外光譜測試、X 射線衍射測試和力學性能測試方法從微觀的角度探討并分析分散染料染氨綸的不同工藝參數(shù) ( 時間、溫度和染液 pH 值 ) 對其性能與結構的影響，以提出氨綸染色優(yōu)化工藝條件。結果表明，染色溫度小于 120℃時，色牢度不夠，易脫色，大于130℃時 K／S 值和斷裂強力均明顯下降，氨綸損傷嚴重，故染色溫度應控 制在 120～130℃區(qū)間；最佳染色時間為 30 min，染色時間短，染料分子與氨綸結合差，大于 30 min 會造成氫鍵化程度下降，結晶度降低，導致斷裂強力降低，染色性能變差；染液 pH 值應為 5～6，氨綸耐酸性較好，耐堿性很差，在弱酸條件下表現(xiàn)出較好的染色性能且對氨綸的力學性能損傷較小。
聚氨基甲酸酯彈性纖維 ( 氨綸 ) 是一種軟硬鏈段交替的多嵌段共聚物，由于相分離的結構特點，具有斷裂強力大、彈性回復率高等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。但在染色性能方面，經(jīng)過高溫染色、皂洗等過程氨綸分子結構中的 C—O 鍵和 C—N 鍵可能會發(fā)生大量水解，大分子鏈的分子間滑脫或化學鍵斷裂，對氨綸的結構與性能造成嚴重傷害 ，進而影響織物的彈性和使用。
目前，為了深入研究氨綸染色性能的變化，前人多從不同染料種類的角度出發(fā)，探討染料結構、不同助劑等對氨綸上染率、色牢度、斷裂強度等性能與形貌的影響并進行分析總結。但是關于各種染色工藝參數(shù)對氨綸的微觀結構的影響研究較少，更未見分散染料染色工藝對氨綸微觀結構與性能的影響研究。故選取一種聚醚型氨綸為研究對象，對其進行不同工藝條件的染整，對氨綸的色牢度、斷裂強力和微觀基團等結構與性能的影響進行研究分析，旨在為優(yōu)化氨綸染色工藝和提高生產效益提供指導。
1．主要原材料
干紡聚醚型氨綸：40D，浙江開普特氨綸有限公司；
染料：分散藍 56，浙江山峪染料化工有限公司；
分散劑 MF ：浙江**染化材料有限公司
乙酸鈉、乙酸：工業(yè)品，市售。
2．主要儀器與設備
傅立葉變換紅外光譜 (FTIR) 儀：VERTEX70 型，德國 Bruker 公司；
X 射線衍射 (XRD) 儀：D8ADVANCE 型，德國 Bruker 公司；
電子萬能試驗機：5965 型，美國 Instron 公司；
色 儀：UltraScan VIS 型，美 國 HunterLab 公司；
恒溫振蕩水浴鍋：SHZ–82 型，常州上特儀器制造有限公司。
3．染色
氨綸在恒溫振蕩水浴鍋里染色，染料濃度 2% (owf)，分散劑 MF 濃度為 1 g／L，浴比為 1∶50，染液 pH 值用乙酸溶液 ( 乙酸∶水 =1∶5)、乙酸鈉溶液 (1 g／mL) 緩沖溶液調節(jié)，于 40℃入染，升溫速率為 0.5℃／min，采用不同的時間、溫度和染液 pH 值對氨綸進行染色、淋洗，晾干備用。
4．性能測試與表征
FTIR 測試：測試模式為衰減全反射 (ATR)，頻 率范圍為 500～4 000 cm-1，掃描次數(shù)為 32 次，分辨 率為 0.16 cm。
XRD 測試：選用銅 靶，入射線波 長 為 0.154 18 nm，選用 Ni 濾波片，管流為 40 mA，掃描步長為 0.02°，掃描速度為 38.4 s／步，狹縫為 0.5°， 掃描范圍 5°～40°。
力學性能測試：根據(jù) FZ／T 50006–2013 和 FZ ／T 50007–2012 標準測試氨綸的斷裂強力和彈性回復率，選取預加張力為 0.04 cN，設定夾鉗間距為 (50±0.5) mm，拉伸速率為 500 mm／min，每組做 20 個平行樣，取其平均值。
表面色深值 (K／S 值 ) 測試：設置 D65 光源，于 10° 視角下進行測試，測試 4 次 K／S 值，取其平均值作為結果。
色牢度按照 ISO 105–A03–1993 測試。
1．染色溫度
當染色時間為 30min、染液 pH 值等于 5 時， 不同染色溫度下氨綸染色的色牢度等級列于表 1， 氨綸的 K／S 值和力學性能分別如圖 1、圖 2 所示。
表 1 不同染色溫度下氨綸染色的色牢度等級
由表1 可以看出，在染色溫度為 115～135℃ 下，染色溫度對色牢度等級影響不大，僅在 125℃ 時色牢度等級為 3 級，稍高于其他溫度時的染色氨綸。
由圖1和圖2 可以看出，隨著染色溫度的升高， 在120～130℃分散染料上染氨綸的表面色深值 K ／S 值變化不大，當溫度大于130℃時，K／S 值從 29.21 陡然下降至 25.21 ；氨綸的斷裂強力也隨著染 色溫度的上升從115℃時的 36.98 cN下降至 135℃ 時的 32.59 cN，當在135℃染色時，斷裂強力下降顯著，相比于130℃時的斷裂強力，斷裂強力損失接近 7%。
這可能是因為氨綸在高溫染液中染色時，分子結構中的 C—N 鍵和 C—O 鍵隨著溫度的升高水解加劇，導致纖維受到損傷，斷裂強力降低，并且氨綸的硬段在玻璃化轉變溫度 (Tg) 下獲得足夠能量開始運動，結晶區(qū)中分子鏈間某些較弱的結合點由于分子的熱運動被破壞，鏈段空隙變大，也會造成斷裂強力下降，導致硬鏈段微區(qū)內部氫鍵減少，氫鍵化程度下降，使纖維的無定型區(qū)體積減少。由于染料分子一般進入大分子的無定形區(qū)，與纖維間形成鍵合，所以表面色深值也有大幅度的下降。
不同染色溫度下氨綸的 XRD 曲線如圖3 所示。
表 2 不同染色溫度下氨綸的結晶度
波數(shù)在1400～1750 cm-1和 2800～3 000cm-1范圍內氨綸的FTIR 如圖4 所示。
由圖4 可以看出，在1538 cm-1附近是來自于 N—H 的變形振動和 C—N 的伸縮振動的偶合所形成的氨酯基酰胺Ⅱ譜帶 (δNH+υCN)，可能是分散染料中的—OH 和—NH2 與纖維中硬鏈段上的酰胺鍵—CONH—形成較強的氫鍵所致。2850cm-1和 2916cm-1附近的兩處吸收峰是 CH2 基團的伸縮振動，表征氨綸纖維的軟鏈段，為分散染料上染的主要部位，其中染色溫度為 125℃的吸收峰均最強，所以可判斷出染色溫度為125℃時分散染料與氨綸的結合率最高，染色效果最佳。
2． 染色時間
設定溫度130℃染液 pH 值等于5，分散染料染氨綸的時間不同時氨綸的力學性能如圖5 所示，氨綸的染色性能列于表 3。
表 3 不同染色時間下氨綸的染色性能
由圖5和表3可以看出，染色時間在20～ 40 min 范圍內K／S 值變化不大，當染色時間為50 min 時，K／S 值降低至 27.713，而在30～40min 范圍內，色牢度等級均為 3 級，高于其他染色時間的氨綸。但隨著染色時間的增加，氨綸的斷裂強力從 38.47 cN下降到 50min 時的33.69 cN，而彈性回復率先上升后下降，在 30min 時達到最大值，為94.76%。
因為氨綸軟鏈段為分散染料上染的主要部分，隨著染色時間的增加，染料分子與軟段相互結合使其結構更加松弛，彈性回復率上升，而染色時間大于30 min 后，染料分子與氨綸形成的氫鍵和其他吸附力會遭到較大破壞，因此彈性回復率又有所下降；在高溫條件下，染色時間越長，氨綸軟硬鏈段的分離程度越大，導致大分子鏈的分子間滑脫或化學鍵斷裂，斷裂強力下降，硬鏈段之間的氫鍵相互作用減少 ，氫鍵化程度下降，結晶度隨之降低。
不同染色時間下氨綸的 XRD 曲線如圖 6 所示。
從圖6 可以看出，經(jīng)過染色的氨綸的結晶度明顯低于未染色氨綸。利用Jade 軟件計算出5組樣品的結晶度列于表 4。
表4 數(shù)據(jù)表明，氨綸的結晶度確實會隨著染色時間的延長而降低，這也證實了上述觀點。
波數(shù)在 2700～3 400cm-1范圍內氨綸的 FTIR 如圖7 所示。
由圖7可以看出，3324cm-1附近的弱吸收峰為NH基團的伸縮振動，表征硬鏈段，從理論上來講，染色時間越長，硬鏈段之間的氫鍵斷裂程度越大，氫鍵化程度越低，而染色時間為30min 的氨綸的NH基團吸收峰明顯大于未染色的且吸收峰最強。這可能是由于分散染料中的—NH2 與氨綸中硬鏈段上的酰胺鍵—CONH—相結合形成了較強的氫鍵；2853 cm-1和 2940 cm-1附近的兩處吸收峰是 CH2 基團的伸縮振動，染色時間為30 min 和 40 min的氨綸的兩處吸收峰均較強，但由圖5可知， 染色時間越長，氨綸的斷裂強力越差。綜上所述，染色時間選在30min 時染色效果最佳。
3．染液的pH 值
設定染色溫度為130℃，時間為30 min，不同染液pH 值下氨綸的 K／S 值和力學性能如圖 8、圖 9 所示。實驗結果表明，當染液的pH 值等于 9 時， 染色氨綸的K／S 值過差并且實際樣品已呈粉色，失去原有色澤，所以僅對 pH 值為 4～8 時進行討論與分析。
由圖8 和圖9 可以看出，分散染料在弱酸性條件下染色性能較好，染液 pH 值在 4～7 范圍內，氨綸的斷裂強力從 33.75 cN 上升至 34.81 cN，而表面色深值 (K／S 值 ) 從 27.47 下降至 22.26，當pH 值等于8 時，K／S 值繼續(xù)下降為 19.44，而斷裂強力大幅度下降至 31.65 cN。這是由于聚醚型氨綸的耐酸性較好，而耐堿性很差 ，在強酸、強堿條件下都會發(fā)生不同程度的水解，但最易受堿攻擊的氨基甲酸酯基 (—O—CO—NH—) 在堿性條件下會加速水解，降低形成氫鍵的能力，導致氨綸的染色性能變差。
不同pH值時氨綸在 1450～1600 cm范圍內的 FTIR 譜圖如圖10 所示。
由圖10 可以看出，在1 538cm-1附近的中強吸收峰為酰胺Ⅱ譜帶的伸縮振動峰1576cm-1附近為苯環(huán)的 C—C 的伸縮振動峰，染色氨綸相較于未染色氨綸的四處吸收峰有明顯變化，且pH 值為5 和6 的吸收峰強度相近并均最強。
1. 用分散染料上染氨綸，其最佳工藝條件為：溫度 125℃，時間 30～40 min，pH值為 5～6。
2. 染色溫度應控制在120～130℃區(qū)間，小于120℃時色牢度不夠，易脫色；大于130℃時，表面色深值和色牢度都明顯下降，且染色溫度越高，氨綸硬 鏈段間氫鍵化程度越小，硬鏈段的結晶度越低，對其力學性能和結構造成的損傷越嚴重。
3. 染色時間一般控制在30 min，染色時間短， 染料分子與氨綸結合差，色牢度和色深值均不能達到標準，大于30 min 會造成大分子鏈的分子間滑脫或化學鍵斷裂嚴重，氫鍵化程度下降，結晶度降低，導致斷裂強力降低，染色性能變差。
4. 氨綸纖維的耐酸性較好，耐堿性很差，在染液 pH 值等于 5～6 的弱酸條件下表現(xiàn)出較好的染色性能且對氨綸的力學性能損傷較小。
5. 通過FTIR 和 XRD 測試方法從氨綸的微觀結構分析染色性能，將其與基團氫鍵進行綜合分析， 更加清晰準確地說明染色工藝對氨綸的影響，可保證氨綸染色效果最佳且損傷最小。
印染人整理 參考文獻（略）
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