難染色纖維可染性技術(shù)的動向

劉輔庭

(上海 200092)

難染色纖維可染性技術(shù)的動向

劉輔庭

(上海 200092)

綜合介紹難染色性纖維的染色方法，經(jīng)物理加工和化學改性來提高染色性以及用超臨界流體染色。

難染色性纖維；染色方法；超臨界流體染色

1 纖維的染色性[1]

染色是染料分子進入纖維內(nèi)部，與構(gòu)成纖維的高分子相互作用的結(jié)果，經(jīng)處理而不溶解。纖維由結(jié)晶區(qū)域和非結(jié)晶區(qū)域構(gòu)成，結(jié)晶確保纖維的強度。非結(jié)晶區(qū)域確保纖維的柔軟性及吸濕性，而且染色只發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)域。

染料分子與纖維分子如無力使其相互作用，染料不進入纖維內(nèi)部而不發(fā)生染色。雖有些進入，經(jīng)洗滌易脫落。染料分子和纖維間的結(jié)合有氫鍵、范德瓦爾斯結(jié)合、離子結(jié)合、共價鍵。其他如納夫妥染料、氧化染料、硫化染料等進入纖維內(nèi)的小化合物在纖維內(nèi)部結(jié)合而變大，難以脫離。

染色性重要的是染料分子向纖維內(nèi)擴散和染料分子與構(gòu)成纖維的高分子的相互作用。因此染色的研究是擴散和吸附現(xiàn)象的研究，前者是速度論，后者是平衡論(熱力學)。

2 難染色性纖維

改性的聚丙烯纖維雖可染色，但不是100%聚丙烯。聚丙烯纖維未必是高結(jié)晶度，染料可進入，但無親合性。

m型芳香族聚酰胺纖維需要拼用溶劑，但染色不充分。p型芳香族聚酰胺纖維需要前處理后進行染色。由于這些纖維由結(jié)晶高分子構(gòu)成，染料難以進入。

PBO纖維、聚乙烯纖維及聚芳酯纖維由于無非結(jié)晶區(qū)域，難染色，需要特種方法。

3 難染色性纖維的染色方法

3.1 高溫染色

通常，聚酯纖維的染色條件是到130℃，近年來有應(yīng)對160～170℃的液流染色機，可染中間色程度。主要用分散染料、陽離子染料進行染色，但有含水時纖維的保存、配色難的問題。

3.2 用水以外的媒體進行染色

例如帝人公司的染色方法是：(1) 70℃以上用二甲基磺氧化物進行前處理后進行染色；(2) N-甲基-2-吡咯烷酮前處理后進行染色；(3)二甲基甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮及/或二甲基磺氧化物的混合液的前處理后進行染色；(4)70℃以上的二甲基磺氧化物的前處理后進行染色，再經(jīng)150～200℃熱處理，使纖維的收縮有回復，染料固定于纖維內(nèi)部；(5)陽離子染料染色時使用載體；(6)間位芳香族聚酰胺纖維在超臨界二氧化碳中染色時使用極性溶劑。

最近芳香族聚酰胺纖維用堿劑前處理，或堿劑和載體的前處理后進行。也有不用載體進行液流染色。堿劑量對纖維100份重量為5～30或5～20份重量。

最近根據(jù)東海染工公司的專利(特開 2012-058390)，含極性溶劑的處理液前處理芳香族聚酰胺纖維后，可用還原染料或硫化染料染色。用N-甲基-2-吡咯烷酮時，各種色牢度高。

有公司將芳香族聚酰胺纖維用苯甲基醇在水中的乳化液進行前處理，其后洗凈，或芳香族聚酰胺纖維進行干熱處理，然后用通常方法染芳香族聚酰胺纖維。

前處理時，芳香族聚酰胺纖維在苯甲基醇中處理。溫度為60～140℃，苯甲基含量為10g/L～150g/L。其后凈洗，染色與芳香族聚酰胺纖維的原來的染色法相同，用分散染料或陽離子染料進行浸染。在干熱處理時，擴散在纖維內(nèi)部的苯甲基醇促進染浴中的染料向纖維內(nèi)部擴散。

3.3 物理加工提高染色性

例如塔斯綸加工法染芳香族聚酰胺纖維。這是改性方法之一，通過沖擊纖維，使其部分的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞或原纖化。塔斯綸加工原來是包芯紗的制造方法。纖維經(jīng)高壓空氣或水通過噴嘴，使纖維受損，可破壞結(jié)晶區(qū)域(特開2010-7222A)。物理強度最大降低20%。但染深色尚有問題。

3.4 化學改質(zhì)提高染色性

3.4.1 共混其他成分的纖維制造

共混尼龍等的高分子進行紡絲的改質(zhì)聚丙烯，可用分散染料染色，但難染深色。

3.4.2 馬來酸變成的聚丙烯纖維

用馬來酸制成的聚丙烯纖維各公司有售，可用酸性染料(部分分散染料)染色。

3.4.3 接枝聚合的改性纖維

用接枝聚合方法使難染色纖維導入染位，而酸性、陽離子、活性、分散等染料可染色。對結(jié)晶纖維，接枝反應(yīng)多在纖維表面，而在一定的接枝率可耐久性染色。

活性基的生成方法用過氧化物等的化學方法外，有電子射線或γ射線法、等離子體照射、輝光放電等，接枝到纖維內(nèi)部，適用電子射線、γ射線法。

3.5 用超臨界流體染色

用臨界二氧化碳進行染色時，二氧化碳可反復回用，無廢液。

按基礎(chǔ)研究的結(jié)果，超臨界染色的機理特征是：(1) 以分散染料等疏水性染料為對象，染料的溶解度以摩爾分率為10-5～10-6較低；(2) 染色一般在25MPa, 120℃進行；(3)疏水性纖維有些膨脹，可塑化(玻璃化溫度降低)；(4)因此染料向纖維內(nèi)部擴散，比水快2～3位，短時間染色達到平衡；(5)吸附按分配速度，分配系數(shù)大，可染深色；(6)染色后少量殘留的染料可按粉末狀態(tài)回收；(7)要用壓力容器，初期投資高。

作者[2]進行超臨界二氧化碳的紡織品加工技術(shù)開發(fā)事業(yè)項目，現(xiàn)在第3年已制成350L染浴的實用機，進行實用化研究。用超臨界流體染難染性纖維，以芳香族聚酰胺纖維、聚丙烯纖維等為中心進行研究，對芳香族聚酰胺纖維，與水一樣，用極性有機溶劑作為共溶劑，可進行染色，但溶劑和二氧化碳的回收，增加工程復雜性。

聚丙烯纖維用一般的分散染料染色時，與聚丙烯分子無親合性。染料需導入聚丙烯類似的結(jié)構(gòu)。作者合成較長烴鏈的分散染料，色牢度良好?，F(xiàn)在進行實用化試驗。

用超臨界流體進行染色，在2009年德國的專利到期的同時，由泰國投資，荷蘭DyeCoo公司開始。2012年2月Nike公司與DyeCoo公司協(xié)作，其紡織品都用超臨界二氧化碳染色。

環(huán)境負荷低，所用二氧化碳98%可回用,可參閱2013年國際超臨界流體探討會[2]。

除了照射技術(shù)、超臨界流體技術(shù)，還有溶膠凝膠法、離子液體法等。

[1] 屈照夫. 難染纖維的染色動向[J]. 《纖維制品消費科學》(日)，2014,55(6)：32-38.

[2] 2013年國際超臨界流體探討會[J]. 加工技術(shù)(日)，2013,48(12)：4-10.

2014-09-01