芳纶染色及功能整理
2024-11-29 17:20:06
芳纶纤维又称芳香族聚酰胺纤维，是一种新型的高新合成纤维，在航空航天、信息技术、汽车、油气、土木工程以及防护等领域都发挥着重要的作用。芳纶纤维与普通锦纶纤维一样同属于酰胺类纤维， 在分子主链中均含有酰胺键，不同的是芳纶纤维的酰胺键与苯环相连，而锦纶纤维的酰胺键则与脂肪基相连。
芳纶纤维因为质量更轻、强度更高、耐久性更好，以及具有耐高温和耐酸碱等特点而被关注，作为高性能复合材料制备的增强体，在高性能纤维中占据重要地位。芳纶纤维主要包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维，根据酰胺键与苯环上的C原子的连接位置不同可以分为邻位芳纶、对位芳纶（PPTA）和间位芳纶（PMTA），已经实现工业化生产的主要有间位芳纶和对位芳纶两种，结构式如下：对位芳纶（PPTA）即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，国内称芳纶1414，是分子链85%以上的酰胺键直接键合在芳香环上的线性高分子聚合物。市面上对位芳纶的品牌主要有美国Dupont开发的Kevlar®纤维、日本Teijin的Twaron®纤维和Technora®纤维以及烟台泰和新材的Taparan®（泰普龙）纤维等。对位芳纶是现有高性能纤维中综合性能最好的纤维之一，最突出的特点是强度高、模量高以及可耐高温。但是对位芳纶不耐强酸、强碱，耐光性、抗紫外性能均较差，纤维为微黄色，由于其具有特殊的化学结构，染料难以进入纤维内部，不易着色，即便着色，色牢度也很差，常被称为难染纤维。间位芳纶（PMTA）是指聚间苯二甲酰间苯二甲胺纤维，国内称为芳1313，最早是由美国Dupont研发成功的Nomex®纤维，并于1967年实现工业化，还有日本Teijin开发的Teijinconex®纤维，烟台泰和新材研制的Tametar®（泰美达）纤维等。间位芳纶纤维分子由酰胺基团相互连接间位苯基构成，分子链呈线性锯齿状，由于分子间具有较强的氢键作用，纤维具有优异的阻燃性、热稳定性、耐辐射等性能，是有机耐高温纤维中发展最快的品种。Dupont生产的Nomex®纤维广泛应用于电气绝缘、汽车、航空航天、高温气体过滤、军用及执法人员防护、消防和应急响应、制造业、交通运输业以及公用事业等领域，市场占有率比较高。间位芳纶在酸、碱、有机溶剂、还原剂以及漂白剂中的稳定性比较好，但是不能与强酸、强碱等长期作用，而且间位芳纶对日光的稳定性比较差，比较难染色。芳纶染色可以使用经过筛选的分散染料和阳离子染料，但是分散染料和阳离子染料相比没有太大优势，且色泽没有阳离子染料鲜艳，染色残液中的染料含量也较大，因此目前还是使用经过筛选的阳离子染料对芳纶染色比较合适。传统芳纶染色工艺中多使用苄基醇/苯乙酮作为载体，但是从毒理学角度上看，这类载体具有较强的毒性，不符合当下生态可持续发展的要求，因此迫切需要寻找低毒或无毒的化学品进行替代。本实验选用“非有害”的化学助剂对Nomex面料进行染色，并且探究传统功能整理在Nomex面料上的效果。织物：Nomex纤维（单位面积质量为200g/m2，Dupont公司）。试剂：碳酸钠、醋酸、硝酸钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），AstrazonOrangeRN 200%染料（德司达集团），精练剂DIADAVIN® UN、释酸剂TANACID® NA、阳离子可染芳纶导染剂Levegal® C45、Levegal® C90、分散匀染剂AVOLAN® IWliquid、抗起毛起球整理剂Baypret NanoPU、C8防水整理剂Baygard UF C03、C6防水整理剂Baygard Clean、无氟防水剂Baygard 0427（TANATEX Chemicals公司）。仪器：ME4002S/Z电子天平、实验室pH计（梅特勒-托利多集团），Sandolab染色机（宏益科技股份有限公司），P-B0横式轧染树脂机、ModleR-3自动定形烘干机（厦门瑞比精密机械有限公司），Y571B型摩擦牢度仪（常州第一纺织设备有限公司），BGY9802E 型光源箱（BURKE公司），AATCC标准洗衣机&干衣机［惠而浦（中国）股份有限公司］，喷淋测试仪、YG（B）406织物表面电阻率测定仪（温州市大荣纺织仪器有 限公司），Coloreye 7000A测色仪（X-Rite爱色丽公司）。配方：DIADAVIN® UN 1g/L，Na2CO3 2~3g/L。工艺：浸入织物（浴比10：1，60~80℃ , 30min）→ 清洗2次→调节pH。配方：Astrazon Orange RN 200%染料1%~2%（omf）， 导染剂25~50g/L，硝酸钠20g/L。工艺：将染浴温度设定到60℃,加入导染剂，用甲酸调节pH到3，加入2%AVOLAN® IW liquid运行15min；加入1%~2%（omf）Astrazon Orange RN200%（预溶解），60℃运行5min，以2℃/min 加热到80℃ ;分3~4次加入20g/L 硝酸钠（45min内加完），检查pH是否为3.0，以1.5℃/min加热到130℃,运行60~90min，冷却至70~80℃,排液，80~85℃重复清洗（有效去除残余导染剂和织物表面的染料），具体工艺流程如下：将染浴温度设定为60℃ , 加入0.5~ 1.0g/L AVO⁃LAN® IW liquid、0.5g/L 60%的醋酸，90℃运行20min。 如果织物的耐摩擦色牢度不好，重复上述操作；织物必须在190~200℃下定形烘干，以去除残余导染剂。配方：Baypret Nano PU 20~40g/L。工艺：调节溶液pH为5~6，浸轧（轧液率70%~90%）→140℃焙烘。工艺：调节溶液pH为4~5，浸轧（轧液率70%~90%）→120℃烘干→ 170℃焙烘90s。配方：防蚊整理剂Eulan SPA 01 50~100g/L，增强剂EDOLAN AB 15~30g/L。工艺：调节溶液pH为4，浸轧（轧液率70%~80%） →100~120℃烘干→140~170℃焙烘60s。准备9块10g的布样和9块5g的布样进行染色，分别在70、80、90、100、110、120、130℃、130℃×45min、130℃×90min时取出10g布样，并立即量取50mL残液倒入染杯，放入5g布样继续染色。观察织物状态，测试K/S值。参考ISO 12945-2：2000《纺织品织物表面起球性能的测定第二部分马丁代尔法》进行测试。1.3.3 防水防油性参考AATCC 22《拒水性能测试：喷淋法》以及AATCC 118—2002《拒油性：碳氢化合物的阻抗测试》进行测试。式中：AI表示初始的苄氯菊酯用量（1600mg/m2）；p.u.表示带液率；m表示每平方米织物的质量。当Baypret Nano PU用量为40g/L时，2000转时抗起毛起球性为3~4级，4000转时可达3级。
2.2 防蚊性能将含有苄氯菊酯的Eulan SPA 01作为防蚊整理 剂，丙烯酸酯类EDOLAN AB作为增强剂可以提升耐久性能，经测试符合理论计算值范围，且具有较好的水洗耐久性能。
2.3 染色拐点
由图1、图2可知，Levegal® C45、Levegal® C90的染色拐点都是100℃。在低温时，染料只是吸附在芳纶上，当温度达到100℃时，吸附和解吸达到平衡，染料开始与芳纶反应。当温度达到130℃时，反应达到平衡，即使延长反应时间，颜色深度也只是增加一点点。因此，Levegal® C45、Levegal® C90替代用于芳纶染色的苄基醇/苯乙酮，具有很好的效果。
由表1可以看出，C8整理剂具有更好的防水防 油效果，无氟整理剂的初始防水效果可以达到含氟 整理剂的水平，但是相较C8防水剂，其耐久性欠佳。 由于无氟防水整理符合环保要求，是大势所趋，应用时还需要辅以合适的胶黏剂提升洗涤耐久性能。芳纶作为新型材料，在工业上具有较高的应用价值。但是由于其结构的特殊性，在染色及整理上存在一些难点。在染色过程中加入导染剂Levegal® C45、 Levegal® C90可以有效提升得色率，常规面料的功能 整理对其一样适用，在整理过程中，根据面料的基础性能进行适当调整，可以得到较好的功能整理效果，极大地提升了产品的附加值。
