改善聚乳酸纤维染色性能的研究

摘要

聚乳酸纤维是新一代环保型合成纤维，具备目前各类市售合成纤维的综合优良性能，尤其是其可生物降解性是其它常规合成纤维无法比拟的，因此受到科技界和企业界广泛关注。聚乳酸纤维给纺织工业产品的研究开发带来了新的发展机会，但同时也给染整加工提出了新的挑战。聚乳酸纤维主要可以通过分散染料染色，但是和分散染料染涤纶纤维不同，常用分散染料在聚乳酸纤维上的上染率比较低，生产实践中难以染得深浓色，不仅造成了染料的浪费，增加了废水处理的负担，也限制了聚乳酸纤维在纺织行业的推广应用，因此急需研究能改善聚乳酸纤维染色性能的方法，开发能提高聚乳酸纤维分散染料上染率的染色助剂和染色技术。本论文主要应用酯类化合物来调控染色过程中聚乳酸纤维结构和针对聚乳酸纤维自制的磺酰胺分散染料的结构与染色性能的关系等角度来研究提高聚乳酸纤维染色性能的多种方法，揭示了各方法的作用机理，研制了含乙酸正戊酯的染色促进剂，为生产企业提高聚乳酸纤维的分散染料上染率，改善染色性能，提供理论依据和有效方法。
　　 通过选用与聚乳酸纤维溶解度参数接近而结构不同的几种有机酯类化合物，研究了其对各种分散染料在聚乳酸纤维上的上染率和织物色深值的影响，发现：乙酸正戊酯能够较好的改善聚乳酸纤维分散染料染色性能，绝大多数分散染料在聚乳酸纤维上的上染率都得到了显著提高，但是容易出现染色不均匀现象。
　　 通过乳化方法和工艺的研究制得了有效成分为乙酸正戊酯的染色促进剂：乙酸正戊酯含量100mL/L，Tween20(相对乙酸正戊酯体积比)5～6％，乳化温度40～60℃，转速10000r/min，采用转相乳化法乳化。所制得的染色促进剂环保且性能稳定，不仅能明显提高分散染料在聚乳酸纤维上的上染率，且得色均匀。
　　 通过CDT、XRD和TGA等方法研究了各种酯类化合物及染色促进剂在染色过程中对纤维微结构的影响，结果表明：酯类化合物的链长与增塑效果之间有一定的关系，一定范围内，随着酯类化合物碳链的增长，对聚乳酸纤维的增塑效果愈加明显；本论文所用的几种酯类化合物中，乙酸正戊酯和乙酸卞酯对聚乳酸纤维的增塑效果比较明显；在加有含酯类化合物的染色促进剂染色时，聚乳酸纤维的结晶度有所下降，且随着染色温度的提高逐渐下降。
　　 通过染色促进剂对聚乳酸纤维染色性能和机械性能的影响研究，制定了最佳染色工艺：染色促进剂60mL/L，染色温度100℃，保温时间40min，浴比1：50，分散染料用量x％(o.w.f)，分散剂NNO与分散染料用量为5：1；部分染料的皂洗色牢度、摩擦色牢度及升华牢度比未加染色促进剂时稍有下降，但色牢度等级均在3-4级以上；染色后纱线的断裂强力、断裂应变、屈服应力和模量等性能指标也略有下降。
　　 通过染色动力学和热力学的研究表明：100℃加入染色促进剂后，染料在聚乳酸纤维上的平衡吸附量明显高于未加时，相当于130℃高温高压下染料在涤纶纤维上的平衡吸附量；100℃加入染色促进剂后，染料在聚乳酸纤维和染液中的分配系数比未加时大，纤维的平衡吸附量也更高。
　　 研究了针对聚乳酸纤维自制的磺酰胺系列染料的饱和烷基碳链长度、磺酰胺类型与聚乳酸纤维染色性能之间的关系，结果表明：伯胺型染料在聚乳酸纤维上的上染率随着饱和烷基链的增长有增大的趋势；烷基链为环状结构的磺酰胺染料在聚乳酸纤维上的上染率比较低；而叔胺型染料在聚乳酸纤维上的上染率普遍较高，适合聚乳酸纤维的染色。
　　 本论文从染色促进剂和专用染料研制两个方面系统研究了改善聚乳酸纤维染色性能的方法，研制了含乙酸正戊酯的染色促进剂，明确了适合聚乳酸纤维染色的磺酰胺分散染料的结构类型，为印染企业实际生产提供了必要的理论和技术依据，对促进聚乳酸纤维在纺织行业的推广以及健康持续的发展具有积极意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1 聚乳酸纤维简介

1.2 聚乳酸纤维的结构特点

1.2.1 聚乳酸纤维的形态结构

1.2.2 聚乳酸纤维的分子结构

1.3 聚乳酸纤维的基本物理化学性能

1.3.1 聚乳酸纤维的基本性能

1.3.2 聚乳酸纤维的可生物降解性能

1.4 聚乳酸纤维的染整加工性能

1.4.1 聚乳酸纤维的前处理

1.4.2 聚乳酸纤维的染色

1.5 目前聚乳酸纤维染色中存在的问题

1.6 本论文的主要研究目的、内容及意义

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料及染化药剂

2.1.1 纱线及织物

2.1.2 化学药剂

2.1.3 染料

2.1.4 实验仪器

2.2 实验及测试方法

2.2.1 聚乳酸纤维染色工艺

2.2.2 实验测试方法

2.3 染色动力学和热力学实验方法

2.3.1 分散染料提纯

2.3.2 染色工艺配方

2.3.3 上染速率曲线测定

2.3.4 吸附等温线绘制

2.3.5 染料扩散系数的测定

第三章 酯类化合物的筛选和染色促进剂的制备

3.1 酯类化合物对聚乳酸纤维染色性能研究

3.1.1 酯类化合物对聚乳酸纤维上染性能影响

3.1.2 乙酸正戊酯对聚乳酸纤维分散深蓝HGL200上染性能的影响

3.1.3 酯类化合物对聚乳酸纤维上染速率的影响

3.2 染色促进剂的制备

3.2.1 各种乳化剂对乳化后的乳液性能和染色性能的影响

3.2.2 乳化剂复配比例对乳液性能和染色性能的影响

3.2.3 乳化剂用量对染色促进剂染色性能的影响

3.3 本章小结

第四章 酯类化合物对聚乳酸纤维结构调控作用的研究

4.1 酯类化合物处理后聚乳酸纤维的CDT值

4.2 酯类化合物对聚乳酸纤维处理前后直径的影响

4.3 染色促进剂对分散染料在聚乳酸纤维上吸附状态的影响

4.4 不同条件处理后聚乳酸纤维的XRD衍射图

4.5 不同条件处理后聚乳酸纤维的TGA曲线

4.6 本章小节

第五章 染色促进剂对聚乳酸纤维染色性能影响的研究

5.1 染色促进剂对聚乳酸纤维染色性能的影响

5.1.1 染色温度及保温时间对分散染料在聚乳酸纤维上上染百分率的影响

5.1.2 染色促进剂对各种分散染料染色性能的影响

5.1.3 染色促进剂对聚乳酸织物色光稳定性的影响

5.1.4 染液相容性研究

5.1.5 染色促进剂对染后聚乳酸织物色牢度的影响

5.1.6 染色促进剂对聚乳酸纱线强力的影响

5.2 聚乳酸纤维染色动力学研究

5.2.1 分散染料在不同溶剂中的工作曲线

5.2.2 分散染料染色动力学参数的测定

5.3 聚乳酸纤维染色热力学研究

5.4 本章小节

第六章 磺酰胺型分散染料在聚乳酸纤维上的应用性能探讨

6.1 实验所用的磺酰胺染料

6.2 磺酰胺染料在聚乳酸纤维上的染色性能探讨

6.2.1 染色温度对磺酰胺染料在聚乳酸纤维上的上染率和织物色深值的影响

6.2.2 磺酰胺染料在聚乳酸纤维上的上染率及其色深值

6.2.3 磺酰胺染料在聚乳酸纤维上的的各项色牢度

6.3 本章小节

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 对今后工作的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文