定型機、涂層機專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機械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，具有斷裂強力大、彈性回復率高等優(yōu)點，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(jié)構(gòu)與性能造成嚴重傷害，進而影響織物的彈性和使用。

作者：華南理工大學機械與汽車工程學院 

游革新 陳曦日

中國工程物理研究院 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 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 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；

測 色 儀：UltraScan VIS 型，美 國 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，采用不同的時間、溫度和染液 pH 值對氨綸進行染色、淋洗，晾干備用。

1.4 性能測試與表征

2.1 染色溫度

當染色時間為 30 min、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。

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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變溫度 (Tg) 下獲得足夠能量開始運動，結(jié)晶區(qū)中分子鏈間某些較弱的結(jié)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(nèi)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。

由圖 3 可以看出，在衍射角 2θ 為 20° 附近有 1 個衍 射峰。利用 Jade 軟件計算出 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)晶度對染色也是一個很重要的影響因素，結(jié)晶度越高，染色越困難，因為氨基甲酸酯基和脲基使得氨綸結(jié)構(gòu)中的硬段堆砌更緊密，微區(qū)結(jié)構(gòu)更完整，染料分子難以進入硬鏈段，但在高溫 下，氨綸分子鏈的運動加劇，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 染色時間

設(shè)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。

由圖 5 和 表 3 可以看 出，染色時間在 20～ 40 min 范圍內(nèi) 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 30～40 min 范圍內(nèi)，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 50 min 時的 33.69 cN，而彈性回復率先上升后下降，在 30 min 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(jié)合使其結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)晶度列于表 4。

表 4 數(shù)據(jù)表明，氨綸的結(jié)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2700~3400cm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基團的伸縮振動,表征硬鏈段,從理論上來講.染魚時間越長,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-NH與氨綸中硬鏈段上的酰胺鍵-CONH一相結(jié)合形成了較強的氫鍵:2853cm和2940cm 附近的兩處吸收


峰是CH基團的伸縮振動,染色時間為30min和40min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。

2.3 染液的 pH 值

設(shè)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(jié)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(nèi)，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。

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(yīng)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(jié)晶度越低，對其力學性能和結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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。