定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無(wú)錫前洲興華機(jī)械2022年2月28日訊 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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有斷裂強(qiáng)力大、彈性回復(fù)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)中的 C—O 鍵和 C—N 鍵可能 會(huì)發(fā)生大量水解，大分子鏈的分子間滑脫或化學(xué)鍵斷裂，對(duì)氨綸的結(jié)構(gòu)與性能造成嚴(yán)重傷害，進(jìn)而影響織物的彈性和使用。

作者：華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 

游革新 陳曦日

中國(guó)工程物理研究院 楊波 周秀文

1.1 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(lán) 56，浙江山峪染料化工有限公司；

分散劑 MF

乙酸鈉、乙酸：工業(yè)品，市售。

1.2 主要儀器與設(shè)備

傅立葉變換紅外光譜 (FTIR) 儀：VERTEX70 型，德國(guó) Bruker 公司；

X 射線衍射 (XRD) 儀：D8ADVANCE 型，德國(guó) Bruker 公司；

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：5965 型，美國(guó) Instron 公司；

測(cè) 色 儀：UltraScan VIS 型，美 國(guó) HunterLab 公司；

恒溫振蕩水浴鍋：SHZ–82 型

1.3 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(diào)節(jié)，于 40℃入染，升溫速 率為 0.5℃／min，采用不同的時(shí)間、溫度和染液 pH 值對(duì)氨綸進(jìn)行染色、淋洗，晾干備用。

1.4 性能測(cè)試與表征

2.1 染色溫度

當(dāng)染色時(shí)間為 30 min、染液 pH 值等于 5 時(shí)， 不同染色溫度下氨綸染色的色牢度等級(jí)列于表 1， 氨綸的 K／S 值和力學(xué)性能分別如圖 1、圖 2 所示。

由表 1 可以看出，在染色溫度為 115～135℃ 下，染色溫度對(duì)色牢度等級(jí)影響不大，僅在 125℃ 時(shí)色牢度等級(jí)為 3 級(jí)，稍高于其他溫度時(shí)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(dāng)溫度大于 130℃時(shí)，K／S 值從 29.21 陡然下降至 25.21 ；氨綸的斷裂強(qiáng)力也隨著染色溫度的上升從 115℃時(shí)的 36.98 cN 下降至 135℃ 時(shí)的 32.59 cN，當(dāng)在 135℃染色時(shí)，斷裂強(qiáng)力下降顯著，相比于 130℃時(shí)的斷裂強(qiáng)力，斷裂強(qiáng)力損失接近 7%。這可能是因?yàn)榘本]在高溫染液中染色時(shí)，分子結(jié)構(gòu)中的 C—N 鍵和 C—O 鍵隨著溫度的升高水解加劇，導(dǎo)致纖維受到損傷，斷裂強(qiáng)力降低，并且氨綸的硬段在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg) 下獲得足夠能量開始運(yùn)動(dòng)，結(jié)晶區(qū)中分子鏈間某些較弱的結(jié)合點(diǎn)由于分子的熱運(yùn)動(dòng)被破壞，鏈段空隙變大，也會(huì)造成斷裂強(qiáng)力下降，導(dǎo)致硬鏈段微區(qū)內(nèi)部氫鍵減少，氫鍵化程度下降，使纖維的無(wú)定型區(qū)體積減少。由于染料分子一般進(jìn)入大分子的無(wú)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。

由圖 3 可以看出，在衍射角 2θ 為 20° 附近有 1 個(gè)衍 射峰。利用 Jade 軟件計(jì)算出 5 組樣品的結(jié)晶度列于表 2。

由表 2 可知，氨綸的結(jié)晶度隨上染溫度的升高而下降，而結(jié)晶度對(duì)染色也是一個(gè)很重要的影響因素，結(jié)晶度越高，染色越困難，因?yàn)榘被姿狨セ碗寤沟冒本]結(jié)構(gòu)中的硬段堆砌更緊密，微區(qū)結(jié)構(gòu)更完整，染料分子難以進(jìn)入硬鏈段，但在高溫 下，氨綸分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇，硬鏈段變得松散，分子取向度也降低，各鏈之間的交聯(lián)化程度也相應(yīng)降低， 使得染料分子易與氨基甲酸酯基結(jié)合，降低硬段間的氫鍵化程度，因而硬鏈段的結(jié)晶度隨之降低。

2.2 染色時(shí)間

設(shè)定溫度 130℃染液 pH 值等于 5，分散染料染氨綸的時(shí)間不同時(shí)氨綸的力學(xué)性能如圖 5 所示，氨綸的染色性能列于表 3。

由圖 5 和 表 3 可以看 出，染色時(shí)間在 20～ 40 min 范圍內(nèi) K／S 值變化不大，當(dāng)染色時(shí)間為 50 min 時(shí)，K／S 值降低至 27.713，而在 30～40 min 范圍內(nèi)，色牢度等級(jí)均為 3 級(jí)，高于其他染色時(shí)間的氨綸。但隨著染色時(shí)間的增加，氨綸的斷裂強(qiáng)力從 38.47 cN 下降到 50 min 時(shí)的 33.69 cN，而彈性回復(fù)率先上升后下降，在 30 min 時(shí)達(dá)到最大值，為 94.76%。因?yàn)榘本]軟鏈段為分散染料上染的主要部分，隨著染色時(shí)間的增加，染料分子與軟段相互結(jié)合使其結(jié)構(gòu)更加松弛，彈性回復(fù)率上升，而染色時(shí)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(huì)遭到較大破壞，因此彈性回復(fù)率又有所下降；在高溫條件下，染色時(shí)間越長(zhǎng)，氨綸軟硬鏈段的分離程度越大，導(dǎo)致大分子鏈的分子間滑脫或化學(xué)鍵斷裂，斷裂強(qiáng)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(jié)晶度隨之降低。

不同染色時(shí)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(jié)晶度明顯低于未染色氨綸。利用 Jade 軟件計(jì)算出 5 組樣品的結(jié)晶度列于表 4。

表 4 數(shù)據(jù)表明，氨綸的結(jié)晶度確實(shí)會(huì)隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，這也證實(shí)了上述 觀點(diǎn)。

波數(shù)在2700~3400cm范圍內(nèi)氨綸的FTIR如圖7所示。

由圖7可以看出3324cm附近的弱吸收峰為NH基團(tuán)的伸縮振動(dòng),表征硬鏈段,從理論上來講.染魚時(shí)間越長(zhǎng),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(shí)間為30min的氨綸的NH基團(tuán)吸收峰明顯大于未染色的且吸收峰最強(qiáng)。這可能是由于分散染料中的-NH與氨綸中硬鏈段上的酰胺鍵-CONH一相結(jié)合形成了較強(qiáng)的氫鍵:2853cm和2940cm 附近的兩處吸收


峰是CH基團(tuán)的伸縮振動(dòng),染色時(shí)間為30min和40min的氨綸的兩處吸收峰均較強(qiáng)，但由圖5可知。染色時(shí)間越長(zhǎng),氨綸的斷裂強(qiáng)力越差。綜上所述，染
色時(shí)間選在30min時(shí)染色效果最佳。

2.3 染液的 pH 值

設(shè)定染色溫度為 130℃，時(shí)間為 30 min，不同染液 pH 值下氨綸的 K／S 值和力學(xué)性能如圖 8、圖 9 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)染液的 pH 值等于 9 時(shí)， 染色氨綸的 K／S 值過差并且實(shí)際樣品已呈粉色，失去原有色澤，所以僅對(duì) pH 值為 4～8 時(shí)進(jìn)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(nèi)，氨綸的斷裂強(qiáng)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(dāng) pH 值等于 8 時(shí)，K／S 值繼續(xù)下降為 19.44，而斷裂強(qiáng)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下都會(huì)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(huì)加速水解，降低形成氫鍵的能力，導(dǎo)致氨綸的染色性能變差。

1. 用分散染料上染氨綸，其最佳工藝條件為：溫度 125℃，時(shí)間 30～40 min，pH 值為 5～6。

2. 染色溫度應(yīng)控制在 120～130℃區(qū)間，小于 120℃時(shí)色牢度不夠，易脫色；大于 130℃時(shí)，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(jié)晶度越低，對(duì)其力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)造成的損傷越嚴(yán)重。

3. 染色時(shí)間一般控制在 30 min，染色時(shí)間短， 染料分子與氨綸結(jié)合差，色牢度和色深值均不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，大于 30 min 會(huì)造成大分子鏈的分子間滑脫或化學(xué)鍵斷裂嚴(yán)重，氫鍵化程度下降，結(jié)晶度降低， 導(dǎo)致斷裂強(qiáng)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(duì)氨綸的力學(xué)性能損傷較小。

5. 通過 FTIR 和 XRD 測(cè)試方法從氨綸的微觀結(jié)構(gòu)分析染色性能，將其與基團(tuán)氫鍵進(jìn)行綜合分析， 更加清晰準(zhǔn)確地說明染色工藝對(duì)氨綸的影響，可保證氨綸染色效果最佳且損傷最小。