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?！娟P(guān)鍵詞】染色速率，雙擴散、初生纖維，烘干、熱定型。纖維染色速率是對聚丙烯腈纖維染色的相對速率的一種度量。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。腈綸纖維染色機理：聚丙烯腈纖維大分子具有酸性。陽離子染料對其上染可以看作是一個離子交換過程。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，由于酸性基團的存在及氰基的強電負性，在染浴條件下，纖維表面帶有負電荷，具有很高的動電層位電位其數(shù)值約為（44 58 mV）。上染過程分析由于陽離子染料與纖維中的酸性(陽離子)基團以鹽鍵結(jié)合，因纖維的生產(chǎn)工藝不同，纖維中酸性基團的數(shù)量也有差異。與纖維中酸性基團未結(jié)合的染料濕牢度較差。因此，陽離子染料的染色飽和值不應(yīng)超過以離子鍵結(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為其優(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)高的二級玻璃化轉(zhuǎn)變點

3、（100）所致。成功的染色需要對聚合物進行改性。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，另一些含胺或季胺基團。這就導(dǎo)致了較疏松的結(jié)構(gòu)，把玻璃化轉(zhuǎn)變點降到8595，可使腈綸纖維有較好的染料滲透性。在纖維中引入陽離子基團或陰離子基團，可使得用這二類纖維制得的紗線或織物獲得鮮艷的色澤。纖維中引入陽離子基團或陰離子基團多少，直接決定纖維的上色基團的多少，也就是衡量纖維上色能力，即纖維染色的飽和度。對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，可通過模擬劇場座位多少，劇場座位多少即為染色基團，入座的人即為

4、染色劑，開始入座時，人很快找到座位，但隨著入座人增多，座位越來越少，人找座位的機會就慢，也就是說，座位做多，入場找座位的機會就越快，同理，染色基團結(jié)合配對就快，即纖維染色速率就快。增加染色基團，改性聚丙烯睛的配比，可改變纖維上色率。但通過改變聚合物據(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、紡絲成形條件對染色速率的影響1）初生纖維的影響原液細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）不斷通過這一皮層擴散至細流內(nèi)部，而細流中的溶劑（DMAC）也通過皮層擴散至凝固浴中，由于雙向擴散的

5、不斷進行，使皮層不斷增厚，當(dāng)細流中間部分的溶劑濃度降至某一臨界濃度以下時，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，可使雙擴散速度增快，纖維成形條件加劇，即形成皮芯結(jié)構(gòu)，同時皮層和芯層產(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凝固浴區(qū)后，通過四冷輥進入四級水洗槽以除去溶劑。由凝固浴出來的絲束中含有一定量的溶劑，如果不把這部分溶劑去除，在染色過程中更會產(chǎn)生不良影響即上色不均；通過提高水洗水溫度、流量，使纖維溶脹加劇，且DMAC分子運動加快，有利于絲束中的DMAC向水中擴散，同時有利于水向絲束中擴散，提高水洗效率，達到水洗效果，達到理想狀態(tài)染色效果。通過牽伸提高纖維的分子取向度，改善其物理-機械性能。在牽伸過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，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度顯著提高，延伸度下降，耐磨性和對各種不同類型形變的耐疲勞強度也明顯提高，進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，提高纖維的物理機械性能和染色速率。初生纖維經(jīng)過水洗、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，而且由于雙擴散運動所引起的結(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械性能和染色率。纖維在適當(dāng)溫

8、度下進行干燥，水份逐漸蒸發(fā)并從微孔移出，在微孔中產(chǎn)生一定的負壓，即毛細管壓力。在適當(dāng)溫度下大分子鏈比較自由地運動而引起熱收縮，使微孔半徑相應(yīng)的發(fā)生收縮，微纖之間的距離越來越近，導(dǎo)致分子間作用力急劇上升，最后達到微孔的融合，從而達到了以上目的。通過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，對應(yīng)染色速率的變化:（表一）4、熱定型影響：熱定型是通過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，無定形區(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