一种PA6长丝染色性能的检测方法

摘要

本发明涉及化纤染色性能检测技术领域，具体讲，涉及一种PA6长丝染色性能的检测方法，具体为：将PA6长丝进行热定型处理，测试热定型处理后长丝的非晶区含量、α和β晶区含量比，测定PA6长丝的原料PA6切片的端氨基含量，运用公式I计算PA6长丝染色性能指标值S：其中：C为α和β晶区含量之比；X为非晶区含量；N-NH2为原料切片的端氨基含量值，单位为mmol/kg；S为染色性能指标值。本发明提出了一种PA6长丝染色性能的标准化检测方法，更加直接、客观，并且流程简单、人为误差小。

说明书

技术领域

本发明涉及化纤染色性能检测技术领域，具体讲，涉及一种PA6长丝染色性能的检测方 法。

背景技术

聚酰胺(PA)纤维具有优良的物理化学性质，在服装、家纺和产业领域有着广泛的用途， 产量仅次于聚酯纤维，是第二大合成纤维品种。聚己内酰胺(PA6)是聚酰胺中最主要品种 之一，PA6长丝具有良好的耐磨性、强度、弹性回复性，是高档纺织品的良好原料。对于PA6 纤维的染色来说，酸性染料由于通过强离子键或静电吸引力作用与PA6分子链末端氨基结合 而获得优良的色牢度的鲜艳色泽。

PA6染色性能的评价包括染色均匀性、上染速率和上染率、色牢度等，目前在染色均匀 性方面有FZ/T 50008-1996：PA6长丝染色均匀度试验方法，而在上染率方面尚无统一的标准。 目前PA6长丝生产企业对产品染色性能评价方法较为复杂，需要将纤维织成袜带，再经过去 油、烘干、浸染、干燥、判色等一系列复杂过程，其中判色环节多采用人工比色方法，误差 较大。

业界普遍认同PA6切片的端氨基含量直接对纤维染色性能产生影响，并在FZ/T  51004-2011：纤维级聚己内酰胺切片标准中端氨基指标进行规定。

PA6染色的上染率直接与纤维聚合物分子链的端氨基含量有关，但现有评价方法往往不 重视纤维的结晶结构对染色性能的影响。Tsuruta等人(Journal of Applied Polymer Science,1965. 9(1):11-23)关于干热定形和蒸汽热定形处理对PA6纤维染色性和结构影响进行了研究，发现 PA6纤维的结晶度随蒸汽热定形和干热定形而增加，染料的扩散速率随蒸汽热定形而增加， 随干热定形而降低。Gupta等人(Coloration Technology,2000.116(12):385-392.)研究了化学 亲和力和物理结构对PA6纤维染色性能的影响，指出通过蒸汽热定形的样品在非晶区能产生 大量酸性染料可染端氨基。

PA6纤维晶形结构有α和β两种，研究认为这两种晶形分子链的端氨基结构有明显区别， α型的端氨基暴露于分子链上易于接触染料分子，β型的端氨基受氢健影响更加稳定，不容易 与染料分子结合。在纤维成型过程中，原料、热稳定剂、纺丝工艺等都会对纤维晶型结构产 生影响，进而影响染色性能。

针对现有聚酰胺纤维染色性能评价方法流程长、耗时、人为误差大的不足，本发明综合 对PA6长丝染色性能影响的化学结构和物理结构因素，提出了一种PA6长丝染色性能的检测 方法。

发明内容

本发明的发明目的在于提出一种PA6长丝染色性能的检测方法。

为实现本发明的发明目的，采用的技术方案为：

本发明涉及一种PA6长丝染色性能的检测方法，包括以下步骤：

(1)将PA6长丝进行热定型处理；

(2)测试热定型处理后长丝的非晶区含量、α和β晶区含量；

(3)测定PA6长丝的原料PA6切片的端氨基含量；

(4)运用公式I计算PA6长丝染色性能指标值S：

$S=(C+X)\times 30+N_{-{\mathrm{NH}}_2}$

          (I)

其中：C为α和β晶区含量之比；X为非晶区含量；N_-NH2为原料切片的端氨基含量值， 单位为mmol/kg；S为染色性能指标值。

本发明的第一优选技术方案为：在步骤(1)中，热定型处理为定长热定型处理。

本发明的第二优选技术方案为：热定型处理的温度大于PA6长丝的玻璃化温度。

本发明的第三优选技术方案为：定长热定型处理为将PA6长丝置于加热箱中进行定长 热定型处理。

本发明的第四优选技术方案为：加热箱的温度为100～190℃，优选120～170℃，更优 选150～170℃。

本发明的第五优选技术方案为：热定型处理的时间为5～100min，优选10～80min，更 优选20～80min。

本发明的第六优选技术方案为：在步骤(2)中，晶区含量和非晶区含量采用广角X光 衍射仪对长丝的赤道线、子午线进行扫描并辅助计算机模拟计算获得。

本发明的第七优选技术方案为：在步骤(2)中，非晶区含量的测定方法为：采用广角 X光衍射仪对长丝的赤道线、子午线进行扫描，选用X衍射角2θ为10～30°，扣除空气背景 和噪音信号，晶形峰和非晶形峰采用计算机拟合获取，PA6的无定形峰2θ为21.4°±0.2°，利 用公式(II)计算非晶区含量：

$X=\frac{A_a}{A}\times 100\%$

     (II)

其中X为非晶区含量，单位为％；A为计算机拟合的无定形和晶形峰相加的总积分面积， A_a为计算机拟合无定形峰面积。

本发明的第八优选技术方案为：在对长丝的子午线扫描中，利用计算机对长丝子午线扫 描谱图的各个晶形峰进行拟合，采用α晶形的2θ为21.1°±0.2°晶面面积与γ晶形2θ为10.7°± 0.2°晶面面积之比，计算得到α和γ两种晶区的含量之比。

本发明的第九优选技术方案为：S值的范围在60～95，优选70～90。

下面对本发明的内容做进一步的解释和说明。

为了克服现有技术中对聚酰胺染色性能评价方法流程长、人为误差大的缺陷，本发明针 对PA6长丝的化学结构和物理的特点，提出了一种PA6长丝染色性能的检测方法。本发明先 将PA6长丝在加热箱内进行热定型处理。纺丝后的PA6纤维结构往往不够稳定，通过定长热 定型处理后能够让纤维结构稳定，便于在后续检测中消除误差波动。本发明的热定型处理可 采用已知的通用方法。优选的，热定型处理的温度大于PA6长丝的玻璃化温度。在本发明中， 采用将PA6长丝置于加热箱中进行定长热定型处理的方式；并且，加热箱的温度为100～190℃， 优选120～170℃，更优选150～170℃；加热时间为5～100min，优选10～80min。

本发明中结晶度和晶区结构测试采用广角X衍射测试辅助计算机模拟计算获得。采用 PA6聚合物的X衍射结晶结构符合两相模型假设，即含有无定形和晶形两种结构物质，且两 种物质的衍射信号可以区分。在计算结晶度时，采用聚合物的x衍射信号集中在2θ＝10～30° 范围内，扣除空气背底后其它衍射角下聚合物衍射信号为零，即扣除空气背景和噪音信号。 晶形峰和非晶形峰可以采用计算机拟合获取。PA6聚合物的无定形峰位置采用文献值 2θ＝21.4°。利用公式(II)计算非晶区含量。

$X=\frac{A_a}{A}\times 100\%$

     (II)

其中X为非晶区含量，以％表示；A为计算机拟合的无定形和晶形峰相加的总积分面积， 以任意单位表示；Aa为计算机拟合无定形峰面积，以任意单位表示。

PA6聚合物含有两种晶形结构即α和β形。在对纤维的子午线扫描中：α晶形主要含有两 个晶面：2θ≈21.1°的(040)，2θ≈31.9°的(060)。β晶形主要含有一个晶面：2θ≈10.7°(020) 晶面。利用计算机对纤维子午线扫描谱图的各个晶形峰进行拟合，采用(040)面积与(020) 面积之比，表示α和β形两种晶体相对含量比。

本发明中，纤维的原料PA6切片的端氨基含量可由已知方法：中华人民共和国纺织行 业标准FZ/T 51004-2011(纤维级聚己内酰胺切片)测得。

本发明中，染色性能指标值S值的范围在60～95，数值越大表示纤维上染率越高，染 色效果越好。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

现有技术中需要将纤维进行染色，并通过肉眼观察得到染色性能，其在实际生产应用中 由于其操作流程长、受多种因素制约，如原料、操作手段、观察等，得到的结果误差很大，因 此，亟需一种可以客观的对PA6长丝染色性能进行检测和评价的方法。本发明提出了一种PA6 长丝染色性能的标准化检测方法，通过测定PA6长丝的物理结构和化学含量从而量化纤维的 上染量(染色效果)。本发明通过分别对聚酰胺染色上染率直接相关的纤维聚合物分子链端氨 基含量、非晶区含量以及α晶区和β晶区的比例等参数进行测定，通过大量实验总结和统计模 型计算，得到可全面评价PA6长丝染色性能的检测方法。本发明的检测方法基于聚酰胺纤维 本身的性质，更加直接、客观，易于形成标准化方法。并且，本发明的检测方法流程简单， 计算得到染色性能指标值，人为误差小。

本发明的具体实施方式仅限于进一步解释和说明本发明，并不对本发明的内容构成限制。

具体实施方式

实施例1

1.将PA6长丝热定型处理：将纤维束绕在玻璃器皿上，打结系紧后再置于恒温烘箱中进 行定长热定型处理，恒温烘箱的温度大于纤维的玻璃化温度，热定型温度为100～190℃，在 烘箱中放置的时间为5～100min；

2.采用帕纳科公司X’Pert Pro MPD X-射线仪对热定型后纤维进行赤道线和子午线扫描， 测试电压20～45kV，阳极电流20～45mA，Cu靶，Kα线波长0.1542nm，单晶硅测仪器线宽 0.006～0.016°；

2.1选取x衍射谱图在在2θ＝10～30°范围内，扣除空气背景和噪音信号后，采用计算机拟 合晶形峰和非晶形峰，PA6聚合物的无定形峰位置采用文献值2θ＝21.4°；利用公式(II)计 算非晶区含量；

$X=\frac{A_a}{A}\times 100\%$

     (II)

其中X为非晶区含量，以％表示；A为计算机拟合的无定形和晶形峰相加的总积分面积， 以任意单位表示；Aa为计算机拟合无定形峰面积，以任意单位表示。

2.2利用计算机对纤维子午线扫描谱图的各个晶形峰进行拟合，拟合2θ≈21.1°(040)晶 面的峰面积面积以及2θ≈10.7°(020)晶面的峰面积，用两者比值计算α和β形两种晶体相对含 量比；

3.采用FZ/T 51004-2011(纤维级聚己内酰胺切片)方法测定纤维的原料切片的端氨基含 量；

4.将得到的α和γ晶形相对含量之比、非晶区含量、原料切片的端氨基含量值代入公式(I) 计算PA6长丝染色性能指标值S：

$S=(C+X)\times 30+N_{-{\mathrm{NH}}_2}$

           (I)

其中：C为α和β晶区含量之比，X为非晶区含量，N_-NH2为原料切片的端氨基含量值，以 单位为mmol/kg代入公式计算，S为染色性能指标值。

实施例2

以下为热处理条件对平行样品相对绝对误差影响的对比实施例，对同一样本在同一条件 下进行两次平行测试，计算相对误差，具体操作过程同实施例1。从而比较不同热处理条件 下，同一个样品两次平行测试的相对误差。结果如表1所示：

表1：热处理条件对平行样品相对绝对误差影响

样品编号 热处理温度 热处理时间 原料切片端 α和γ晶形相 非晶区含量 两次平行样S值

  (℃) (分钟) 氨基含量 对含量之比 (％) 的相对误差(％) PA-1 110 20 41.0 0.41 64.0 4.0 PA-2 190 20 41.3 0.42 63.0 3.5 PA-3 120 5 40.9 0.41 64.0 3.7 PA-4 150 5 41.0 0.40 63.5 4.2 PA-5 120 100 41.0 0.41 64.0 3.2 PA-6 150 100 41.0 0.42 64.5 4.5 PA-7 120 20 41.2 0.42 63.0 1.8 PA-8 150 20 41.3 0.41 64.0 1.5 PA-9 170 20 41.0 0.41 63.5 1.6 PA-10 120 80 41.2 0.40 63.0 1.7 PA-11 150 80 41.4 0.42 63.5 1.6 PA-12 170 80 41.0 0.40 63.0 1.8

根据本实施例结果显示，在本发明优选的热处理条件下，平行样品两次平行样S值的相 对误差小于2％。

比较例1

采用六种PA长丝样品在相同的处理条件进行定长热定型处理：将纤维绕在玻璃器具上， 打结系紧防止松开，然后放入烘箱里，纤维热处理温度150℃，热处理时间40min，得到编号 为PA-a～g的纤维。

参考行业内标准测试方法GB/T 2378-2003对上述三种热定型处理纤维染色处理，采用 GB/T 23976.1-2009测试计算上染率(上色率)值，计为F1～7。

采用本发明方法测试三种纤维的α和β晶形相对含量之比、非晶区含量、原料切片的端氨 基含量，计算染色性能指标值，记为S1～6。

检测结果如表2所示：

表2：

根据上述检测结果显示，与现有技术方法比较，本发明的检测方法同样能够准确反映差 异样品的染色性能差异。