一种凝胶染色腈纶的染色方法

摘要

本发明公开了一种凝胶染色腈纶的染色方法，属于湿法纺丝染色。提供一种在线取样参数测定，建立凝胶染色腈纶染液浓度的设计模型。参照凝胶染色腈纶纤维的上染量，依据设计模型各个参数之间的相互关系，计算和确定凝胶染液浴槽内模拟复配的工艺染液的浓度，计算和设计补充新鲜染液的浓度，以及在单位质量纤维条件下，新鲜染液的补充添加量，以达到改进和解决染色不均、丝束泛白的缺陷。可以生产全纤度系列，全规格系列的凝胶染色腈纶纤维，以及不同收缩率的凝胶染色高收缩腈纶纤维。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺织领域的染色方法，具体的说涉及一种凝胶染色腈纶的染色方法。

背景技术

聚丙烯腈纤维(腈纶)的染色加工，一般有以下几种方法：(1)丝束染色法；将成品或丝束(半成品)装填于染浴，边升温边染色。(2)原液染(着)色法；将染料或颜料添加于丙烯聚合物溶液(纺丝原液)，采用现有的湿法纺丝工艺直接制造有(着)色纤维。(3)凝胶染色法；通过现有湿法纺丝技术，对尚处于凝胶态的腈纶初生纤维进行快速着色上染。

CN1403640A、CN1523161、CN1465758A所涉及的原液染(着)色法，存在纺丝原液中染料或颜料分布不匀和色谱不全。作为一种在线染色方法，凝胶染色腈纶的色谱齐全，耐日晒、耐汗浸、耐水洗。影响聚丙烯腈(腈纶)染色的因素，主要有：染料类型、工艺染液浓度、补充染液浓度和染液补充量。

凝胶染色腈纶纤维加工制造中，进入染液浴槽的凝胶态腈纶初生纤维含水率大，凝胶染液浴槽内的工艺染液浓度，被凝胶态腈纶初生纤维带入的水份稀释；凝胶染色腈纶纤维又带走浴槽内的染液。现有的腈纶凝胶染色生产技术，凭人为的经验持续补充染液和调节浴槽液位，以及反复实测来初略确定染液浴槽内的工艺染液浓度。有染色不匀和丝束泛白的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种凝胶染色腈纶的染色方法，以解决现有技术中染色不均、丝束泛白等缺陷。

本发明是在常规凝胶染色的基础上，着重通过设计染液的添加量和添加浓度来实现的。具体的说就是依据表面涂覆理论、骨架载体学说和质量守恒原理，把说明书附图中图2的凝胶染色腈纶加工单元，“分解”成二个步骤：模拟染液浓度复配单元(I)和模拟凝胶染色单元(II)，建立凝胶染色腈纶染液浓度的设计模型。单元(I)是凝胶态腈纶纤维上的水分与补充的新鲜染液之间的浓度复配，以形成“浸渍式+喷淋式”染液浴槽内的实际工艺染液浓度；单元(II)是染液浴槽内的实际工艺染液浓度，对凝胶态腈纶纤维实施凝胶染色。通过在线取样，分别测定进凝胶染液浴槽前，凝胶态腈纶初生纤维的含水率，以及出凝胶染液浴槽后，凝胶染色腈纶纤维的含水率。参照凝胶染色腈纶纤维的上染量，依据附图说明的各个参数之间的相互关系，计算和确定图1中凝胶染液浴槽3模拟复配的工艺染液的浓度，计算和设计图1中调配槽5补充新鲜染液的调配浓度，以及在单位质量纤维条件下，图1中新鲜染液补充泵4的补充添加量，以达到改进和解决染色不均、丝束泛白的缺陷。

本发明的目的在于提供一种凝胶染色腈纶的染色方法，为凝胶染色法，其染色液的添加量是通过如下方法确定的：

(1)分解凝胶染色腈纶加工单元，建立模拟染液浓度复配单元(I)和模拟凝胶染色单元(II)的设计模型；

(2)在凝胶染液浴槽入口处，紧急停车静止状态下，截取500-1500克的凝胶态腈纶初生纤维3-5段，分析测试和确定各段凝胶态腈纶初生纤维的含水率W_C，然后求出算术平均值；

(3)在凝胶染液浴槽出口处，紧急停车静止状态下，截取500-1500克的凝胶染色腈纶纤维3-5段，分析测试和确定各段凝胶染色腈纶纤维的含水率W_B，然后求出算术平均值；

(4)凝胶染色纤维的上染量A为1.0-3.0％，计算单位质量凝胶染色腈纶纤维中所含的染料质量G_O2；

(5)依据凝胶染色腈纶纤维含水率W_B的算术平均值，计算和确定单位质量凝胶染色腈纶纤维中，所含的水份质量G_O3；

(6)依据附图说明的G_E1＝G_O1，G_E22＝G_O2和G_E32＝G_O3相互关系，计算和确定凝胶染液浴槽内，模拟复配的工艺染液的浓度D_B1；

(7)依据附图说明的G_E1＝G_O1，G_E22＝G_E21和G_E32＝G_E30+G_E31相互关系，计算和确定补充新鲜染液的调配浓度D_B0；

(8)依据附图说明的G_E1＝G₀₁， 计算和确定单位质量纤维条件下，新鲜染液补充泵的添加补充量P₀＝G_E21+G_E31。

其中在凝胶染液浴槽入口处，紧急停车静止状态下，截取500-1500克的凝胶态腈纶初生纤维3-5段，按GB/T14340-1993中的如下公式：

W＝[(g₁-g₂)/g₁]×100

W代表每段纤维含水率(％)；g₁代表烘前每段试样质量(克)；g₂代表烘后每段试样质量(克)；分析测试和确定各段凝胶态腈纶初生纤维的含水率(W_C)，然后求出算术平均值。

在染液浴槽出口处，紧急停车静止状态下，截取500-1500克的凝胶染色腈纶纤维3-5段，按GB/T14340-1993的前述公式，分析测试和确定各段凝胶染色腈纶纤维的含水率(W_B)，然后求出算术平均值。

由凝胶染色纤维的上染量(A)1.0％-3.0％，按GB2374-1980中的如下上染量公式：

上染量＝(染料含量/纤维含量)×100

计算单位质量凝胶染色腈纶纤维中，所含的染料(含量)质量(G_O2)。

依据凝胶染色腈纶纤维含水率(W_B)的算术平均值，按现有技术的溶液浓度公式：

溶液浓度＝[溶质/(溶质+溶剂)]×100

计算和确定单位质量凝胶染色腈纶纤维中，所含的水份质量(G_O3)。

依据附图说明的G_E1＝G_O1，G_E22＝G_O2和G_E32＝G_O3相互关系，按前述的溶液浓度公式，计算和确定凝胶染液浴槽内，模拟复配的工艺染液的浓度(D_B1)。

依据附图说明的G_E1＝G_O1，G_E22＝G_E31和G_E32＝G_E30+G_E31相互关系，按前述的溶液浓度公式，计算和确定补充新鲜染液的调配浓度(D_B0)。

依据附图说明的G_E1＝G_O1，计算和确定单位质量纤维条件下，新鲜染液补充泵的添加补充量P₀＝G_E21+G_E31。

通过该方法可以生产0.89至6.67dtex之间全纤度系列，38至113毫米等长、不等长短纤维和长丝束、毛条之间全规格系列的凝胶染色腈纶纤维，以及不同收缩率的凝胶染色高收缩腈纶纤维。与传统腈纶染色相比，该方法不增加染色装备，稳定染色加工参数，消除染色不匀现象，提高产品的合格率，凝胶染色成本是丝束染色法的1/10～1/5。

附图说明

图1为腈纶凝胶染色加工单元的示意图

图2为分解凝胶染色腈纶加工单元

其中1、循环染液喷淋器；2、1-13个旋转辊筒；3、凝胶染液浴槽；4、新鲜染液补充泵；5、新鲜染液调配槽；6、凝胶染液循环泵；I、模拟染液浓度复配单元；II、模拟凝胶染色单元；①、补充染液的状态；②、模拟添加水份复配状态；③、模拟复配后染液状态；④、模拟凝胶态腈纶初生纤维状态；⑤、凝胶染色腈纶纤维状态。

图2中各个参数的物理意义和相互关系：

(1)模拟凝胶态腈纶初生纤维的质量(G_E1)；

(2)凝胶染色腈纶纤维：丝束的质量(G_O1)，染料的质量(G_O2)，水份的质量(G_O3)；

(3)补充染液：染料溶质的质量(G_E21)，水份溶剂的质量(G_E31)；

(5)模拟复配后染液：染料溶质的质量(G_E22)，水份溶剂的质量(G_E32)；

(4)模拟添加水份复配：添加水份溶剂的质量(G_E30)；

(6)G_E1＝G_O1；G_E22＝G_O2；G_E32＝G_O3；G_E22＝G_E21；G_E32＝G_E30+G_E31。

具体实施方式

                           实施例1-3

(1)分解实际凝胶染色腈纶加工单元，建立模拟染液浓度复配单元(I)和模拟凝胶染色单元(II)的设计模型。

(2)在凝胶染液浴槽入口处，于3次不同的紧急停车静止状态下，分别截取实例1：652、758和863克，实例2：892、630和735克，实例3：823、925和815克的凝胶态腈纶初生纤维样品；于凝胶染液浴槽出口处，分别截取实例1：665、1326和915克，实例2：951、785和689克，实例3：1415、963和834克的凝胶染色腈纶纤维。

(3)按国标GB/T14340-1993规定，测试凝胶态腈纶初生纤维样品和凝胶染色腈纶纤维样品的烘前和烘后的质量，分别计算凝胶态腈纶初生纤维样品的含水率(W_C)和凝胶染色腈纶纤维样品的含水率(W_B)，然后求出算术平均值。

表1

  项目内容  实施例1  实施例2  实施例3  凝  胶  态  腈  纶  初  生  纤  维  烘前质量  g_C1(克)  652  758  863  892  630  735  823  925  815  烘后质量  g_C2(克)  456  532  602  534  375  445  410  461  411  含水率  W_C    (％)  30.06  29.82  30.24  40.13  40.48  39.46  50.18  50.16  49.57  W_C平均值  30.04％  40.02％  49.97％  凝  胶  染  色  腈  纶  纤  维  烘前质量  g_B1(克)  665  1326  915  951  785  689  1415  963  834  烘后质量  g_B2(克)  398  791  545  478  395  347  564  389  337  含水率  W_B    (％)  40.15  40.35  40.44  49.77  49.68  49.64  60.14  59.61  59.59  W_B平均值  40.31％  49.70％  59.78％

(4)纤维上染量(A)分别为1.5％、1.8％、2.0％，计算和确定染液浴槽出口处，所含的染料载体质量(G_O2)和水份载体质量(G_O3)。

(5)计算和确定凝胶染液浴槽内，模拟复配的工艺染液的浓度。

(6)计算和确定补充新鲜染液的调配浓度。

(7)计算和确定单位质量纤维条件下，新鲜染液补充泵的补充添加量。

表2

  项目内容  实施例1  实施例2  实施例3  凝胶态腈纶初生纤维  含水率(W_C)(％)  30.04  40.02  49.97  凝胶染色腈纶纤维  含水率(W_B)(％)  40.31  49.70  59.78  凝胶染色的纤维  上染量(A)(％)  1.5  1.8  2.0  凝胶染色腈纶的染料  载体质量(G_O2)(g/g)  0.015  0.018  0.020  凝胶染色腈纶的水份  载体质量(G_O3)(g/g)  0.675  0.988  1.486  浴槽工艺染液  浓度(D_B1)(％)  2.173  1.789  1.328  补充染液  浓度(D_B0)(％)  6.749  5.312  3.941  补充染液  添加量(P₀)(g/g)  0.261  0.339  0.508