影響腈綸纖維染色速率

1、影響腈綸纖維上色速率的因素文/楊立杰【摘要:】闡述了腈綸纖維染色速率定義及染色原理，影響腈綸染色速率的因素，及常規(guī)調(diào)整方法。【關(guān)鍵詞】染色速率，雙擴(kuò)散、初生纖維，烘干、熱定型。纖維染色速率是對(duì)聚丙烯腈纖維染色的相對(duì)速率的一種度量。一般而言，他依賴于該纖維的物理結(jié)構(gòu)。腈綸（聚丙烯腈）纖維上色率的快慢與穩(wěn)定，直接影響下游工序染色的效果，是腈綸纖維質(zhì)量至關(guān)重要的參數(shù)。下面介紹一下影響腈綸聚丙烯腈纖維上色速率的因素。腈綸纖維染色機(jī)理：聚丙烯腈纖維大分子具有酸性。陽(yáng)離子染料對(duì)其上染可以看作是一個(gè)離子交換過(guò)程。染料離子D+和纖維FSO3H或FCOOH發(fā)生離子交換反應(yīng)，可用下式表示： FSO3H+D+=FS

2、OD+H+或FCOOH+D+=FCOOD+H+ 腈綸纖維中，由于酸性基團(tuán)的存在及氰基的強(qiáng)電負(fù)性，在染浴條件下，纖維表面帶有負(fù)電荷，具有很高的動(dòng)電層位電位其數(shù)值約為（44 58 mV）。上染過(guò)程分析由于陽(yáng)離子染料與纖維中的酸性(陽(yáng)離子)基團(tuán)以鹽鍵結(jié)合，因纖維的生產(chǎn)工藝不同，纖維中酸性基團(tuán)的數(shù)量也有差異。與纖維中酸性基團(tuán)未結(jié)合的染料濕牢度較差。因此，陽(yáng)離子染料的染色飽和值不應(yīng)超過(guò)以離子鍵結(jié)合的纖維的染色飽和值。1、聚合生產(chǎn)影響：由100%的聚丙烯腈組成的纖維因?yàn)槠鋬?yōu)異的化學(xué)性和耐氣候性，已首先得到工業(yè)化的應(yīng)用。但由于其染色困難，所以難以實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)。其主要原因是據(jù)丙烯腈有相當(dāng)高的二級(jí)玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)

3、（100）所致。成功的染色需要對(duì)聚合物進(jìn)行改性。丙烯腈通常致使與一種含量為5%10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的單體共聚。其中一些單體含磺酸或羥基基團(tuán)，另一些含胺或季胺基團(tuán)。這就導(dǎo)致了較疏松的結(jié)構(gòu)，把玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)降到8595，可使腈綸纖維有較好的染料滲透性。在纖維中引入陽(yáng)離子基團(tuán)或陰離子基團(tuán)，可使得用這二類纖維制得的紗線或織物獲得鮮艷的色澤。纖維中引入陽(yáng)離子基團(tuán)或陰離子基團(tuán)多少，直接決定纖維的上色基團(tuán)的多少，也就是衡量纖維上色能力，即纖維染色的飽和度。對(duì)于纖維染色飽和度的理解，纖維染色飽和度越大，在相同條件下，纖維染色率就越快。理解纖維染色速率，可通過(guò)模擬劇場(chǎng)座位多少，劇場(chǎng)座位多少即為染色基團(tuán)，入座的人即為

4、染色劑，開(kāi)始入座時(shí)，人很快找到座位，但隨著入座人增多，座位越來(lái)越少，人找座位的機(jī)會(huì)就慢，也就是說(shuō)，座位做多，入場(chǎng)找座位的機(jī)會(huì)就越快，同理，染色基團(tuán)結(jié)合配對(duì)就快，即纖維染色速率就快。增加染色基團(tuán)，改性聚丙烯睛的配比，可改變纖維上色率。但通過(guò)改變聚合物據(jù)丙烯腈配比，本質(zhì)上改變了高聚合物分子量的結(jié)構(gòu)，從而影響了纖維的風(fēng)格，所以通過(guò)改性聚合物改變纖維染色速率是不足取得，在這里就不多介紹了。2、紡絲成形條件對(duì)染色速率的影響1）初生纖維的影響原液細(xì)流的表面首先與凝固浴接觸而很快形成一薄層，凝固浴中凝固劑（水）不斷通過(guò)這一皮層擴(kuò)散至細(xì)流內(nèi)部，而細(xì)流中的溶劑（DMAC）也通過(guò)皮層擴(kuò)散至凝固浴中，由于雙向擴(kuò)散的

5、不斷進(jìn)行，使皮層不斷增厚，當(dāng)細(xì)流中間部分的溶劑濃度降至某一臨界濃度以下時(shí)，原為均相的共聚物溶液發(fā)生相分離，聚合物從溶液中沉淀析出，形成初生纖維的芯層，并產(chǎn)生一定的體積收縮形成纖維。提高原液固含量對(duì)改善紡絲條件及剛成形纖維的結(jié)構(gòu)合成品纖維的性能也都是有利的。在其他條件不變而增加紡絲原液中含固量，則可使初生纖維的密度增大，纖維中孔洞數(shù)目減少，結(jié)構(gòu)均一性提高，纖維的強(qiáng)度增大，染色速率降低。提高原液溫度凝固浴溫度，凝固浴溫度增加凝固浴循環(huán)量，可使雙擴(kuò)散速度增快，纖維成形條件加劇，即形成皮芯結(jié)構(gòu)，同時(shí)皮層和芯層產(chǎn)生的收縮不一致，造成內(nèi)應(yīng)力不均一，使纖維產(chǎn)生空洞、結(jié)構(gòu)疏松，纖維上色率過(guò)快，導(dǎo)致染色發(fā)花，且

6、染色率增加，反之纖維空洞減少，染色速率降低。2）水洗、牽伸改變纖維的結(jié)構(gòu)，改變纖維染色性能絲束離開(kāi)凝固浴區(qū)后，通過(guò)四冷輥進(jìn)入四級(jí)水洗槽以除去溶劑。由凝固浴出來(lái)的絲束中含有一定量的溶劑，如果不把這部分溶劑去除，在染色過(guò)程中更會(huì)產(chǎn)生不良影響即上色不均；通過(guò)提高水洗水溫度、流量，使纖維溶脹加劇，且DMAC分子運(yùn)動(dòng)加快，有利于絲束中的DMAC向水中擴(kuò)散，同時(shí)有利于水向絲束中擴(kuò)散，提高水洗效率，達(dá)到水洗效果，達(dá)到理想狀態(tài)染色效果。通過(guò)牽伸提高纖維的分子取向度，改善其物理-機(jī)械性能。在牽伸過(guò)程中大分子或聚集態(tài)結(jié)構(gòu)單元發(fā)生舒展并沿纖維軸取向排列，同時(shí)還伴隨著相態(tài)的變化，以及其它結(jié)構(gòu)特征的變化。在牽伸時(shí)，纖維

7、低序區(qū)的大分子沿纖維軸向的取向度大大提高，同時(shí)伴有密度、結(jié)晶度等其它結(jié)構(gòu)方面的變化。由于纖維內(nèi)大分子沿纖維軸取向，形成并增加了氫鍵、偶極鍵以及其它類型的分子間力，纖維承受外張力的分子鏈數(shù)目增加了，從而使纖維的斷裂強(qiáng)度顯著提高，延伸度下降，耐磨性和對(duì)各種不同類型形變的耐疲勞強(qiáng)度也明顯提高，進(jìn)而改變了纖維的染色速率。3、烘干的影響烘干可使纖維結(jié)構(gòu)更加緊密，提高纖維的物理機(jī)械性能和染色速率。初生纖維經(jīng)過(guò)水洗、牽伸后，超分子結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，但纖維聚集態(tài)中存在一定程度的內(nèi)應(yīng)力和缺陷，而且由于雙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所引起的結(jié)構(gòu)不均勻而產(chǎn)生為數(shù)眾多、大小不等的空洞及裂隙，這嚴(yán)重影響纖維的物理機(jī)械性能和染色率。纖維在適當(dāng)溫

8、度下進(jìn)行干燥，水份逐漸蒸發(fā)并從微孔移出，在微孔中產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即毛細(xì)管壓力。在適當(dāng)溫度下大分子鏈比較自由地運(yùn)動(dòng)而引起熱收縮，使微孔半徑相應(yīng)的發(fā)生收縮，微纖之間的距離越來(lái)越近，導(dǎo)致分子間作用力急劇上升，最后達(dá)到微孔的融合，從而達(dá)到了以上目的。通過(guò)提高或降低纖維壓力，可降低或提高纖維上色率。下表為烘干壓力，對(duì)應(yīng)染色速率的變化:（表一）4、熱定型影響：熱定型是通過(guò)把纖維暴露在一定壓力下的飽和蒸汽中，舒解纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)由于高倍拉伸所造成的一些不穩(wěn)定的分子間作用力，重建和加強(qiáng)成為較穩(wěn)定的分子間作用力，從而使內(nèi)應(yīng)力大部得到消除，使結(jié)構(gòu)均勻化，晶區(qū)或準(zhǔn)晶區(qū)結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，無(wú)定形區(qū)的序態(tài)有所提高，提高定型壓力，可使纖維結(jié)構(gòu)得以舒展，提高