（纺织化学与染整工程专业论文）聚乳酸纤维的染色特性及其与羊毛混纺制品的一浴染色技术研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

摘要 聚乳酸( p l a ) 纤维是生态环保型合成聚酯纤维，兼具有天然纤维和合成纤维的优良性 能以及可生物降解性能，得到了科技界和企业界的广泛关注。聚乳酸等新型纤维的开发和 利用，以及与其它纤维的混纺制品的- 丌发已成为世界纺织品发展的主流方向，聚乳酸纤维 不仅具有环保性，也具有优异的拉伸性能及弹性回复性能，与羊毛混纺将大大提升羊毛制 品的品质和附加值。但是目前关于聚乳酸纤维在纺织染整过程中工艺本身对其结构和性能 的影响规律，以及聚乳酸纤维染色机理的理论研究均十分薄弱，生产实践和应用缺乏理论 的有效指导，大部分分散染料对聚乳酸纤维的上染率较低，造成染料的浪费；聚乳酸纤维 与羊毛混纺制品一浴法染色技术的信息也非常缺乏，这些都极大地阻碍了聚乳酸纤维及其 混纺产品的推广应用。本文从前处理( 酸处理、氧化剂处理、热处理) 对聚乳酸纤维结构 和性能的影响规律、分散染料对聚乳酸纤维的染色特性和羊毛与聚乳酸混纺制品一浴法染 色技术三个方面进行了研究，并对改善聚乳酸纤维染色性能的方法进行了探索。 通过扫描电镜( s e m ) 观察聚乳酸纤维经过酸处理、氧化剂处理自订后的表面形态，应用 红外光谱( f t i r ) 、临界溶解时间( c d t ) 分析干热处理前后纤维结构的变化，并结合处理前 后纱线断裂强度和断裂伸长率等机械性能指标的测试分析等，研究了前处理对聚乳酸纤维 结构与性能的影响。结果表明：聚乳酸纤维的耐酸性能和耐氧化剂性能较好；适当的干热 处理使得聚乳酸纤维内部结晶状态趋于完善，结晶度随干热处理温度的升高而增加；低于 1 4 0 的干热处理不会引起纱线强度的显著降低，两水浴湿热处理温度若高于1 1 0 时，聚 乳酸纱线的断裂强度和断裂伸长率均急剧下降。 通过测定各类分散染料对聚乳酸纤维在不同条件下的上染率和k s 值，确定了聚乳酸 纤维的临界染色温度范围，并绘制了上染速率曲线和吸附等温线。结果表明：含有醋酸酯 基的分散染料上染率较高，染色始染温度不宜高于6 0 c ，温度以1 0 0 - 11 0 ，保温时间以 4 0 6 0 m i n 为宜；9 5 时聚乳酸纤维的平衡吸附量、染色速率常数和扩散系数均大于8 5 时，半染时间则相反；相同染色条件下，染料上染聚乳酸纤维的半染时l b 比涤纶要长，需 要较长的染色时间才能达到吸附平衡；分散蓝r s e 上染聚乳酸纤维的吸附等温线并不完全 服从n e r n s t 分配型，丽是l a n g m u i r 与n e r n s t 复合型；温度升高，n e m s t 型分配系数k n 增大，l a n g m u i r 定位吸附饱和值【s 降低，更趋向于发生n e m s t 型分配机理。 通过分析加入不同分散剂后分散染料溶液吸收光谱的变化，并测定有机酯类化合物加 入后，染料上染聚乳酸纤维的上染率和k s 值，同时应用红外光谱( f t i r ) 和差热分析( d s c ) 探索了染色中有机酯类化合物对聚乳酸纤维结构的影响。结果表明：乙酸丁酯不会影响分 i 散剂n n o 的分散性能；染色时，加入有机酯类化合物对染料上染聚乳酸纤维具有明显的促 染作用，其中乙酸丁酯的效果更为明显；染色过程分散染料会引起纤维微结构的改变，分 散蓝2 b l n 使纤维的结晶度下降，而分散深蓝h g l 则提高了纤维结晶度，染色中加入乙酸 丁酯会降低纤维的结晶度。 通过测定l a n a s o l 染料对丝光羊毛的固色率、分散染料对羊毛的沾色性以及l a n a s o l 染料对聚乳酸纤维的沾色性，研究各种染化料在一浴染色条件下的相容性，分析了各染色 工艺因素对一浴染色同色性的影响规律，确定了合适的聚乳酸羊毛混纺制品的一浴同色 染色工艺条件。结果表明：l a n a s o l 活性染料对丝光羊毛具有良好的染色性能，不同类型的 分散染料对羊毛的沾色程度不同，通过净洗沾色可以部分去除；l a n a s o l 染料对聚乳酸纤维 几乎不沾色；分散染料和l a n a s o l 染料及其配套助剂在一浴染色条件下具有良好的相容性； 适宜的一浴法染色工艺条件为：染浴p h 值5 左右，染色温度1 0 0 ，染色保温时间为4 0 - 6 0m i n ，7 0 以前的升温速率2 , - - , 3 m i n ，7 0 - - - 1 0 0 升温速率1 - - 2 m i n 。 关键词：聚乳酸纤维；力学性能：结晶结构：动力学参数；吸附等温线；聚乳酸羊毛； 一浴染色 a s t u d yo nt h ed y e i n gp r o p e r t i e so f p l af i b e ra n do n e b a t hd y e i n go f p l a w 6 0 lb l e n d s a b s t r a c t p o l y ( 1 a c t i ca c i d ) ( p l a ) f i b e ri san e wb i o d e g r a d a b l e ，p o l y e s t e rf i b e r ，b a s e do nl a c t i ca c i d w h i c hi sp r o d u c e df r o mn a t u r a lr e n e w a b l er e s o u r c e ss u c ha sc o ms t a r c h ，s u g a rb e e t t h ef i b e r h a st h ee x c e l l e n tp r o p e r t i e so fb o t hn a t u r a la n ds y n t h e t i cf i b e r s ，e s p e c i a l l yb i o d e g r a d a b l e p r o p e r t i e sw h i c hm a k e si t a t t r a c t i v ef o rt h et e c h n o l o g ys e c t o ra n dt h eb u s i n e s sc o m m u n i t y s c o n c e m t l l ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fn e wf i b e r sa n dt h e i rb l e n d sh a db e c o m et h e i m p o r t a n td i r e c t i o n i nt h ew o r l dt e x t i l em a r k e t p o l y ( 1 a c t i ca c i d ) f i b e rh a se n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n , e x c e l l e n tt e n s i l ep r o p e r t i e sa n de l a s t i cr e c o v e r yp e r f o r m a n c e i fi ti sb l e n d e dw i t h w o o l ，t h e yw i l lh a v em o r ed e v e l o p m e n tp o t e n t i a l b u ta tp r e s e n t ，t h es t u d yo np l af i b e ri ss t i l l q u i t ew e a k ，s u c ha st h ec h a n g e dl a wo fs t r u c t u r ea n dp h y s i c a lp r o p e r t i e si nt h ed y e i n ga n d f i n i s h i n gp r o c e s s ，i t sd y e i n gm e c h a n i s mo ft h e o r e t i c a lr e s e a r c h f a c t o r yl a c kt h et h e o r yo f e f f e c t i v eg u i d a n c e t h eu p t a k eo fm o s td i s p e r s ed y e sf o rd y e i n gp l af i b e ri sl o w e r ，w h i c hr e s u l t i nd y e sw a s t e t h es u i t a b l eo n e b a t hd y e i n gp r o c e s sf o ro n e b a t hd y e i n go np l a w o o lb l e n d s w a sn o tf o u n d a l lt h a th a v eg r e a t l yi m p e d e dt h ep o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no fp l af i b e r a n di t sb l e n d e dp r o d u c t s t h i sp a p e rh a si n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fp r e p a r a t o r yp r o c e s s e s ( i n c l u d i n ga c i dt r e a t m e n t ，o x i d a n tt r e a t m e n t ，1 1 e a tt r e a t m e n t ) o n s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fp l af i b e r d y e i n gp r o c e s so np l af i b e ra n dp l a w o o lb l e n d si no n eb a t hw e r e s t u d i e d ，a n dt h em e t h o d so fi m p r o v i n gd y eu p t a k eo np l af i b e rw e r ed i s c u s s e d t h ee f f e c t so fp r e p a r a t o r yp r o c e s s e so ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp l af i b e r s w e r es t u d i e dt h r o u g hs e m ，f t i r ，c d ta n a l y s ea n dt e s t i n gt h eb r e a k i n gs t r e n g t ha n de l o n g a t i o n a tb r e a ko fp l ay a m t h er e s u l t sh a v es h o w nt h a t ：a c i d r e s i s t a n ta n do x i d a n t r e s i s t a n tp r o p e r t i e s o fp o l y ( 1 a c t i ca c i d ) f i b e rw a sb e t t e r t h ec r y s t a l l i n i t yo fp l af i b e rw a si m p r o v e da f t e r a p p r o p r i a t ed r yh e a tt r e a t m e n t s t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e t h el a r g e rt h ec r y s t a l l i n i t y n l e b r e a k i n gs t r e n g t ho fp l ay a mw a sn o tc h a n g e di nd r yh e a tt r e a t m e n t sb e l o wl4 0 w h i l e t e m p e r a t u r eo fd a m ph e a tt r e a t m e n t sw a sh i g h e rt h a n l10 c ，p l ay a r nb r e a k i n gs t r e n g t ha n d e l o n g a t i o nd r o p p e ds h a r p l y t h er a n g eo fc r i t i c a ld y e i n gt e m p e r a t u r eo fp l af i b e rw a sd e t e r m i n e dt h r o u g hm e a s u r i n g i i i d y eu p t a k ei nd i f f e r e n td y e i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m eo fd i s p e r s ed y e so np l af i b e r t h ed y e i n g r a t ec u r v ea n de q u i l i b r i u ma d s o r p t i o ni s o t h e r m sw e r ed r e w t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n th a v e s h o w nt h a t ：t h ed y eu p t a k eo fd i s p e r s ed y e sw h i c hi n c l u d ec o o i sh i g h e r t h es t a r t d y e i n g t e m p e r a t u r eo fp l a f i b e rs h o u l db eb e l o w6 0 a n dt h es u i t a b l ec o n d i t i o ni sd y e i n gt e m p e r a t u r e 10 0 c ，d y e i n gt i m e4 0 6 0 m i n u t e s t h eb a l a n c ea d s o r p t i o nc a p a c i t y ，d y e i n gr a t ec o n s t a n ta n d d i f f u s i v i t yo np l af i b e ri n9 5 cw e r eb i g g e rt h a ni n8 5 c i nt h es a m ed y e i n gc o n d i t i o n s ，t h e h a l f - d y e i n gt i m ew i t hd i s p e r s ed y e so np l af i b e rw a sl o n g e rt h a nt h a to np e tf i b e r d i s p e r s e b l u er s e d y e i n gp l a f i b e ro b e y e dt w od i m e n s i o n a la d s o p t i o ni s o t h e r mo fl a n g m u i ra n dn e m s t t h eh i g e rt h et e m p e r a t u r e ，t h eh i g h e rt h ek na n dl o w e r s 】 t h ee f f e c t so fo r g a n i ce s t e rc o m p o u n d so ns t r u c t u r ea n dd y e i n gp r o p e r t i e so fp l af i b e r w e r ed i s c u s s e dt h r o u g ha n a l y s i n gc h a n g e da b s o r p t i o ns p e c t r u mo fd i s p e r s ed y e s ，m e a s u r i n gd y e u p t a k ea n dk sv a l u ea f t e ra p p e n d i n go r g a n i ce s t e rc o m p o u n d s ，a n du s i n gf t i ra n dd s c t h e r e s u l t so ft h ee x p e r i m e n th a v es h o w nt h a t ：t h ed i s p e r s i b l ep r o p e r t i e so fd i s p e r s i n ga g e n tw e r en o t c h a n g e dw h e nb u t y la c e t a t ew a sa p p e n d e di nt h eb a t h b u t y la c e t a t ew a ss e r v e da sa ne x h a u s t i n g a g e n ti nd y e i n gp l a f i b e rw i t hd i s p e r s ed y e s t h es t r u c t u r eo np l af i b e rw a sc h a n g e di nd y e i n g p r o c e s sw i t hd i s p e r s ed y e s ，a n dt h ec r y s t a l l i n i t yo fp l a f i b e rw a sr e d u c e da f t e ra p p e n d i n gb u t y l a c e t a t e t h i sp a p e rh a si n v e s t i g a t e dt h ed y e i n g p r o p e r t i e so nw o o lw i t hl a n a s o la c t i v ed y e s ， m e a s u r e dk sv a l u eo fs t a i n e df a b r i c ，s t u d i e dt h ec o m p a t i b i l i t yo fd i s p e r s ed y e sa n dl a n a s o l r e a c t i v ed y e sa to n e - b a t hd y e i n gc o n d i t i o nf o rp l a w o o lb l e n d s ，a n a l y s e dt h ee f f e c t so fd i f f e r e n t d y e i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so nu n i o nd y e i n gi no n e b a t ha n de s t a b l i s h e dt h es u i t a b l ed y e i n g p r o c e s sp a r a m e t e r sf o rp l a w o o lb l e n d s t h er e s u l t sh a v es h o w nt h a t ：d y e i n gw o o lw i t hl a n a s o l a c t i v ed y e sa c h i e v e dh i g hu p t a k ei n1o o w o o lw a ss t a i n e dw i t hd i s p e r s ed y e s ，b yw a s h i n gt h e s t a i nw a sr e d u c e d t h e r ea r eg o o dc o m p a t i b i l i t yo nd i s p e r s ed y e s ，l a n a s o lr e a c t i v ed y e sa n d t h e i ra u x i l i a r i e si no n e b a t hd y e i n g t h es u i t a b l eo n e b a t hd y e i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sf o r o n e - b a t hd y e i n gw e r ef o u n dt o b e ：p h5 , d y e i n gt e m p e r a t u r e i0 0 c ，d y e i n gt i m e 4 0 6 0 m i n u t e s ，r a t eo ft e m p e r a t u r er i s e2 - 3 。c m i nb e f o r e7 0 c ，r a t eo ft e m p e r a t u r er i s e1 - 2 。c m i n i l l7 0 1 0 0 k e yw o r d s ：p o l y ( 1 a c t i ca c i d ) ( p l a ) f i b e r ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；c r y s t a l l i n es t r u c t u r e ；k i n e t i c p a r a m e t e r ；a d s o r p t i o ni s o t h e r m ；p l a w o o lb l e n d s ；o n e b a t hd y e i n g i v 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：沙彦年t 月 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密囝 。 学位论文作者签名：关事参狰 日期： 砌孑年，月夕 同 年解密后使用本版权书。 燧名：夏? 今坡 同期：加v 萨月衫日 浙江理i ：人学硕十学位论文 第一章前言 1 1 聚乳酸纤维简介 聚乳酸( p l a ) 纤维是新一代生态环保型合成聚酯纤维，是采用玉米、木薯等淀粉原料， 经发酵制取乳酸，通过聚合获得聚乳酸树脂，最后通过纺丝而制成。聚乳酸纤维是以天然 可再生的植物资源为原料，减少了对石油资源的依赖。与常规的纤维材料相比，聚乳酸纤 维兼具有天然纤维和合成纤维的综合优良性能以及可生物降解性和生物相容性，可广泛应 用于纺织、服装和工业用途3 1 。 聚乳酸的研究和开发历史最早可以追溯至1 j 1 9 3 2 年，高分子化学家c a r o t h e r s 在真空条件 下通过加热乳酸首先获得了低分子量的乳酸聚合物，1 9 4 4 年，f i l a c h i e n e 在前人研究的基础 上，对聚乳酸的聚合方法进行了系统的研究。d u p o n t 公司于1 9 5 4 年采用新的聚合方法制备 出了高分子量的聚乳酸并申请了专利，但由于其对热和水十分敏感，因此未受到重视。2 0 世纪6 0 年代以后，由于发现聚乳酸在人体内可降解，人们对其作为生物医用材料开展了广 泛的研究和应用。美i 雪c a r g i l l ( 卡吉尔) 公司一直致力于聚乳酸的研究，并于1 9 9 7 年和d o w c h e m i c a l 公司共同投资成立t c a r g i l ld o wp o l y m e r sl l c ( c d p ) 公司生产聚乳酸，新公司于 2 0 0 2 开始生产商品化的聚乳酸。同本钟纺公司与岛津制作所也于1 9 9 4 年丌发出商品名为 l a c t r o n 的聚乳酸纤维。2 0 0 3 年c d p 公司在美国纽约发布了其名为“i n g e o ”的聚乳酸纤维。华 孚集团、香港福田公司、远东纺织公司、上海华源公司、浙江海正集团、仪征化纤等国内 知名企业也积极参与开发聚乳酸产品，这预示着聚乳酸纤维广泛应用的时代已经到来n 1 。 1 2 聚乳酸纤维的结构特点 普通聚乳酸纤维为全芯层结构，横切面略呈圆形，纵向表面有清晰的不连续性条纹， 光泽浅而柔和，具有一定的透明度。聚乳酸纤维可以加工成圆型截面的单丝或复丝及三叶 形截面的膨化变形长丝，也可加工成卷曲和非卷曲的短纤维及双组份纤维瞅7 羽。 聚乳酸的单体一乳酸是一种具有不对称碳原子的羟基酸，具有2 种旋光异构体：l 一乳 酸和d 一乳酸。乳酸分子间两两发生酯化，生成环状丙交酯，它有2 个不对称碳原子，因此 有3 种立体异构体：d 一丙交酯、l 一丙交酉l $ 1 m e s o 一丙交酯阳1 。聚乳酸的合成主要有2 种方 法：一种是乳酸直接缩聚。另一种方法是乳酸的环状二聚物一丙交酯的开环聚合“们见图 1 1 | 1 3 。 浙江理i ：大学硕十学位论文 o h 低分子量预聚体 丙交酯m w = 1 0 0 0 - - 5 0 0 0 74 “ 图1 1 高分子量聚乳酸的合成 目前，高分子量聚乳酸的制备一般多采用丙交酯的开环聚合，可得到全规、间规、杂 规及不规则的聚乳酸，依聚合单体分子的不同，可分为聚左旋乳酸( p l l a ) ，聚右旋乳酸 ( p d l a ) 、内消旋聚乳酸( m c s o - p l a ) 及外消旋聚乳酸( p d l l a ) n 乱蚺1 。 从分子结构来看，聚乳酸纤维属于不含芳香环的脂肪族聚酯纤维。纺织上聚乳酸纤维 用的聚乳酸主要由聚左旋乳酸( p l l a ) 组成，含量一般为9 8 左右口】，偏重结晶型，软化点 较高，熔点为1 3 0 - - - 1 7 5 。c ，玻璃化温度为5 7 。c 左右，属于对温度较敏感的纤维7 1 。 1 3 聚乳酸纤维的基本性能 1 3 1 聚乳酸纤维的可生物降解性能 聚乳酸纤维之所以受到关注，并显示出越来越强大的生命力，关键在于它具有很好的 生物降解性n 4 _ 仃3 。聚乳酸纤维和其他天然纤维( 丝、棉、羊毛、大麻等) 一样可生物降解， 在常规的f j 常使用条件下性能非常稳定，但在土壤中尤其是在高温和潮湿的条件下，它的 大分子链中的酯键较易水解，经微生物作用可以降解生成乳酸，最终代谢产物为水和二氧 化碳。这些降解的产物在光合作用下，又会成为淀粉的起始原料，由于这是一个循环的过 程，所以很多专家把聚乳酸纤维称为“2 1 世纪的环境循环材料 “8 1 。聚乳酸纤维燃烧时， 几乎没有一氧化氮放出，对大气环境没有污染，是完全意义上的“环保纤维 ，加上其低 廉的原料成本和优良的性能，使之具有极高的开发价值n 引。 有研究表明n6 州，将聚乳酸纤维埋于土壤中、浸于海水或活性淤泥中进行降解试验， 2 浙江理l ：人学硕十学位论文 发现当将聚乳酸纤维埋置于土壤中时，纤维首先失去强度，在2 - , 3 年内完全分解，如果与 其他废弃物一起堆埋，它的降解速度会加快；浸入海水中的结果与在土壤中基本相似：当 将聚乳酸纤维置于活性污泥中时，纤维在细菌和微生物的帮助下迅速分解，几个月内机械 强度几乎完全丧失。一般认为聚乳酸的降解分两步进行：首先高分子量的聚乳酸通过主链 上的c 珈水解断裂成低聚物，酸、碱或高温、高湿环境可以加速水解过程，然后低分子量 的聚合物进一步被微生物侵蚀，降解成为二氧化碳、水和一些腐殖质瞳4 1 。 影响聚乳酸降解速度的因素主要有结晶度、玻璃化转变温度和介质的p h 值等口。 f u k u z a k i 等1 在研究聚乳酸降解中指出，水先渗入聚乳酸的无定形区，导致酯键断裂，当 大部分无定形区已降解时，才由晶区边缘向晶区中心逐步降解。晶区降解速度很慢，因此 结晶度大小对降解速度有很大的影响。当水解温度高于玻璃化转变温度时则会加快水解， 酸或碱都能催化聚乳酸水解，介质的p h 值也是影响聚乳酸降解速率的重要因素心卜踟。 1 3 2 聚乳酸纤维的物理机械性能 聚乳酸纤维具有良好的生物相容性和可生物降解性，同时也具有较好的物理机械性j 能，表1 1 汹2 钉列出了聚乳酸( p l a ) 纤维与其它纤维的一些主要性能。 表1 1 聚乳酸( p l a ) 纤维与其它纤维的主要性能特征 由表1 1 可见，聚乳酸纤维的比重比涤纶、棉、毛都轻，制成面料比较轻盈；熔点在 标准状况下最高可达1 7 5 。c ，与天然纤维相比具有较高的耐热性和强度，但它的熔点还是 低于涤纶等合成纤维；回潮率低于天然纤维，吸湿性能较差，但具有良好的芯吸性能，亲 水性和水扩散性比涤纶好，与天然纤维混纺制成的服装，具有良好的穿着舒适性；强度高 3u 浙江理i ：入学硕十学位论文 于天然纤维，其良好的弹性回复性和卷曲保持性，使之具有优秀的抗折皱性和保形性；限 氧指数较高，燃烧后的自灭火性能好，即使未经阻燃整理，也具有相对较好的阻燃性，且 燃烧发烟量低：聚乳酸纤维的光折射角在1 3 5 一1 4 5 之间，较棉、毛、涤纶、锦纶等都小， 说明它的折射率低，有利于通过染色获得深色效果。除此之外，聚乳酸纤维制成的面料手 感柔软，具有良好的悬垂性，并富有光泽。 1 3 3 聚乳酸纤维的染整加工性能 含聚乳酸织物的染整加工工艺基本流程为：烧毛一退浆( 精炼) 一漂白一预热定形一 染色一还原清洗一烘干一整理汹1 。 聚乳酸纤维的耐热性较差，在前处理加工中要谨慎。有研究表明心虬3 0 1 ，烧毛时纤维大 分子在高温下重新结晶导致织物手感变硬，建议纯聚乳酸织物不易走烧毛工序，混纺织物 可以轻烧毛，车速1 4 0 m m ir l 。 聚乳酸纤维针织物精练的主要目的是去除纤维上的油剂，机织物还必须进行退浆。 d y s t a r 公司推荐的精练条件为：纯碱0 5 9 l 、k i e l a r o nj e tb0 5 - - l g l ，快速升温至4 0 c ， 加入精练荆和纯碱，然后快速升温至6 0 ，处理1 5 - - 2 0 m i n ，冷却至5 0 。c 排液口。 涤纶等合成纤维常用的退浆剂为纯碱和烧碱，适量的烧碱f j 处理不会导致涤纶的性能 发生变化。而聚乳酸纤维不耐强碱，曾有学者3 对聚乳酸纤维的耐稀碱性能进行了研究， 研究结果表明在p h 值为1 1 o 温度8 0 。c 条件下， 加，纤维表面被刻蚀，出现了许多微小裂纹， 聚乳酸纤维的失重率随处理时间的延长而增 强度下降。胡玉群等。伽在研究中也发现，当 处理温度为5 0 。c 时，聚乳酸纤维的强度保持率随着p h 值( 大于7 ) 的增加而急剧下降；当p h 值为1 1 8 时，处理1 5 m i n 后强度保持率下降到4 7 1 ，处理9 0 m i n 强度保持率只有1 8 o ，聚乳 酸纤维的力学性能已经严重恶化。在聚乳酸棉交织或混纺织物的碱处理时，室温条件下， 2 5 9 l 的n a 0 h 就可使织物上的聚乳酸纤维溶解，在9 0 1 0 0 c 、1 2 9 l 的n a 0 h 中处理4 5 m i n ， 会使织物强度严重降低。实际生产显示，聚乳酸棉交织物在9 5 时可用1 0 9 l 的n a o h 进行 前处理，但生产中还是应该尽量避免含聚乳酸纤维织物的强碱浴加工h 瑚1 。 纯聚乳酸织物一般情况下可以不用进行漂白处理，如果与棉混纺则可采用氧漂的方式 进行。试验证明口1 ，即使h 2 0 2 为7 9 l 、p h 值1 0 一l l 、温度7 5 - 8 0 。c 、处理时间1 5 m i n 的条件 下，对聚乳酸棉交织物进行漂白处理，白度和织物强力仍能达到使用要求。 热定形是聚乳酸纤维织物前处理过程中的重要工序之一，c a r g i l ld o w 公司推荐染前预 定形温度为1 2 5 - - - ，1 3 0 、时间3 0 s ，染后热定形温度为1 3 5 3 钔。d p h i l l i p s 等m 3 探讨了保 持纱线原长和有张力的热定形对聚乳酸纱线尺寸稳定性的影响，定形温度为1 3 0 ，在保 4 浙江理l ：人学硕十学位论文 持原长定形的情况下，经热定形、精练和染色后，纱线总的收缩率与热定形时问有关，见 图1 2 。纱线在热定形、精练和染色过程中均会发生收缩，1 1 0 染色时的收缩率大于精练 时的收缩率，精练时的收缩率大于热定形的收缩率。热定形改善了纱线尺寸稳定性，定形 3 0 - - 一4 5 s 的纱线收缩率与定形2 m i n 的纱线收缩率相近，因此定形时间为3 0 4 5 s 即可。研究 还表明，在有限的张力范围内，纱线的收缩率与仞始张力无关，这说明热定形条件变化不 大，不会对尺寸稳定性构成影响。 拿 - 辨 翳 擎 震形鲥阍( 誊o ) 图1 2 聚乳酸假捻变形纱经不同加工后的收缩率 由于聚乳酸纤维中含有较多的酯基和甲基，没有亲水性的极性基团和反应性基团。目 前，大多数研究机构都采用分散染料染色，但在分散染料的选用上应仔细考虑，毕竟聚乳 酸纤维和p e t 纤维在性能上有很大差别，有些适合涤纶染色的分散染料并不适合聚乳酸纤 维染色n _ 钉。在选择分散染料时，应该根据以下几条原则：低温型( 中温) 分散染料；染料 配伍性好，上染性一致；染料移染性、渗透性好；适合于快速染色( 所需染色时间短) 呻1 。 l e s e h e y e r 和a c h i w e s h e 澳, l j 定了9 只不同结构的分散染料对聚乳酸纤维( 结晶度5 0 和2 1 ) 的上染率m 】 染料2 ( o w f ) ，染色温度1 0 0 。对于结晶度2 1 的聚乳酸纤维，只有4 只染料 ( 黄4 2 、蓝3 5 6 、棕l 和紫2 6 ) 的上染率高于6 0 ，对于结晶度5 0 的纤维，只有黄4 2 、棕1 和蓝 3 5 6 的上染率超过5 0 。y i q iy a n g 和s h u d a 也测定了1 0 只不同结构的分散染料对聚乳酸纤 维的上染率h 町 染料2 ( o w f ) ，- p h 值5 ，浴比l ：1 5 ，染色温度1 1 0 9 c 。其中只有红1 6 7 和 黄8 6 两只染料的上染率超过或接近9 0 ，蓝5 6 、蓝7 3 、黄6 4 、橙2 9 和黄2 1l 这5 只染料的上 染率均低于5 0 。jl u n t 和jb o n e 在研究中发现，中温型的d i s p e r s o l 和p a l a n i l 分散染料在一定 的染色条件下，上染率能达n 8 0 以上，他们认为中温型染料比较适合染聚乳酸纤维汹_ 。 在分散染料结构与聚乳酸纤维染色性能关系的研究中，钱红飞h 1 1 发现染料分子中醋酸酯基 团的存在似乎可以提高分散染料对聚乳酸纤维的亲和力，从而具有较高的上染率。r 本的 研究人员根据聚乳酸纤维和涤纶纤维结构的基本链节，计算了它们的无机性有机性比值 5 浙江理i ：大学硕十学位论文 ( i 0 值) ，其结果为i o p l a = 1 0 、i o p e t = 0 7 。这说明，聚乳酸纤维的疏水性略小于涤纶，其 适用分散染料的疏水性在理论上应比涤纶适用分散染料略低引。醋酯纤维专用染料对聚乳 酸纤维具有良好的上染性能，可能就是因为这类染料较普通分散染料在水中具有更高的溶 解度刭。 根据大量的研究结果，d y s t a r 公司和原同本三井b a s f 株式会社推荐的d i s p e r s o l 系列染 料对聚乳酸纤维具有较好的染色性能，同本长濑有色化学株式会还推出了聚乳酸纤维染色 专用的d e n a p l a 系列染料埔“3 1 。 很多研究人员d 7 鹪4 2 4 4 4 趵对聚乳酸纤维的染色工艺进行了系统的研究，结果表明：聚 乳酸纤维可以从6 0 c 始染，温度高于7 0 c 时应小心控制升温速率，染色温度以1 0 0 一1 1 0 c 为宜；染浴p h 值控制在5 左右，染料上染率较大；染色保温3 0 - 4 0 m i n 基本可以达到上染平 衡；浴比对聚乳酸纤维染色的影响不大。 聚乳酸纤维染色后进行还原清洗是一项十分重要的加工环节，适当的还原清洗有助于 染色牢度的提高。但由于聚乳酸纤维的玻璃化温度较低，且对碱剂比较敏感，因此要选择 缓和的还原清洗条件。d y s t a r 公司建议采用的还原清洗条件是：保险粉2 9 l 、非离子沈涤 剂2 9 l 、纯碱1 一- - 2 9 l ，在6 0 条件下清洗1 5 m i n 即可n 6 j 。 1 4 聚乳酸纤维羊毛混纺制品的现状及发展前景 进入二十一世纪以来，为了满足人们对舒适生活的追求，利用多种纤维原料复合，实 现优势互补，充分发挥各种纤维的优点，开发时尚舒适的多组分纤维的纺织面料，是当今 纺织科学研究和技术开发的热点。 注重新纤维的开发和利用已成为世界纺织品市场的主流方向，聚乳酸纤维以其兼有天 然纤维和合成纤维的优良性能以及可生物降解性能引起了科技界和企业界的关注，聚乳酸 纤维可纯纺，也可与羊毛等其它纤维混纺制成混纺纱和混纺织物，实现纤维的优势互补。 在传统毛精纺织物中，毛涤混纺织物一直占据着主导地位，若将聚乳酸纤维与羊毛混纺， 将更具发展潜力，这不仅是由于它们都具有环保性，而且它们的拉伸性能、弹性回复性能 以及染色性能等都表明非常适合混纺，能进一步改善混纺织物的外观、风格和服用性能， 同时还能赋予混纺产品一定的阻燃性能，也顺应了当今绿色环保型面料开发的流行趋势。 目前国内外对聚乳酸纤维羊毛混纺制品的同色染色研究较少，至今尚无完善的技术和 实用的染色工艺。聚乳酸纤维羊毛混纺制品可以选择两种染色方案：即先染后混和先混 后染。 先染后混是先将聚乳酸纤维以散纤维、毛条或纱线形式按传统的方法染色，然后进行 6 浙江理1 = 大学硕士学位论文 混纺或交织的方法，由于两种纤维是分别进行染色，因此可以选择各自最适合的染料和染 色条件，相互问不存在干扰，其中散纤维和毛条对匀染性要求也不高。但是这种传统的方 法容易造成染色过程对纤维的损伤，导致纺纱与织造时断头率高，原料耗损大，颜色鲜艳 度低，产品手感差，生产周期长，生产效率低，也难以适应“小批量、多品种、快交货 的市场需求。 先混后染则可较好地避免上述缺陷。先混后染法又可以分为一浴法和二浴法。二浴法 的优点是沾色少或沾色问题容易通过还原清洗解决，但工艺流程长，能耗高，而且会对织 物的物理机械性能、手感、表面光洁度等带来不利影响。而一浴法染色工艺简单，能耗低， 生产效率高，更受印染企业欢迎n 。 1 5 聚乳酸纤维以及与羊毛混纺一浴染色目前存在的问题 聚乳酸纤维在纺织行业的应用将极大地推动纺织品的升级，但同时也向纺织染整行业 提出了新的挑战。目前关于聚乳酸纤维在纺织染整过程中加工工艺本身对其结构和物理性 质的影响规律，以及聚乳酸纤维染色机理的理论研究均十分薄弱，生产实践和应用缺乏理 论的有效指导，聚乳酸纤维与羊毛混纺制品的一浴法染色技术的信息也非常缺乏，这些都 极大地阻碍了聚乳酸纤维的推广应用。具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 聚乳酸纤维耐碱性差，在强碱性条件极易发生水解，因此在碱性条件加工需要特 别谨慎。 ( 2 ) 聚乳酸纤维在纯纺或混纺时可能经受的湿、热、染化药剂等各种染整工艺因素作 用对其力学性能的影响规律尚缺乏系统和深入的研究，如何确保在纺织染整过程中能充分 维持其优良的综合性能，有待于进一步探索： ( 3 ) 热定形是合成纤维及织物的一道必经工序，对于聚乳酸纤维而言，它的玻璃化温 度和熔点均比涤纶低得多，其耐高温性相对较差，热定形工艺条件对聚乳酸纤维的超分子 结构和力学性能有何影响，有待于进一步研究； ( 4 ) 聚乳酸纤维是不含芳香环的脂肪族聚酯纤维，它的结构与其他聚酯纤维的结构相 比存在着一定的特殊性，这必然会引起它们染色性能的差异，其染色性能和染色机理的研 究需要进一步探索； ( 5 ) 由于聚乳酸纤维的染色温度不能过高，这对分散染料充分上染纤维不利，往往难 以达到高的上染率，这对染料的利用来说也是一种浪费，因此有待于探索和研发提高聚乳 酸纤维分散染料上染率的方法及技术： ( 6 ) 针对聚乳酸纤维与羊毛混纺制品的一浴法染色，还需要探索所用的不同染料在一 7 浙江理l ：大学硕十学位论文 浴体系中的竞染规律、相互沾色、染料和助剂之间的相容性、工艺条件对同色性的影响等 问题。 1 6 本论文的主要研究目的、内容及意义 在总结相关研究人员对聚乳酸纤维研究的基础上，针对目前聚乳酸纤维在染整加工中 存在的问题以及与羊毛混纺制品一浴染色中面临的问题，本论文通过研究聚乳酸纤维在染 整加工过程中结构和性能的变化规律，分散染料对聚乳酸的染色特性，探索改善聚乳酸纤 维染色性能的方法，同时针对聚乳酸纤维与羊毛的混纺制品进行一浴同色染色的应用研 究，主要研究内容分为以下几个方面： ( 1 ) 研究常用的化学药剂( 酸、氧化剂