影响腈纶纤维染色速率

1、影响腈纶纤维上色速率的因素文/杨立杰【摘要:】阐述了腈纶纤维染色速率定义及染色原理，影响腈纶染色速率的因素，及常规调整方法。【关键词】染色速率，双扩散、初生纤维，烘干、热定型。纤维染色速率是对聚丙烯腈纤维染色的相对速率的一种度量。一般而言，他依赖于该纤维的物理结构。腈纶（聚丙烯腈）纤维上色率的快慢与稳定，直接影响下游工序染色的效果，是腈纶纤维质量至关重要的参数。下面介绍一下影响腈纶聚丙烯腈纤维上色速率的因素。腈纶纤维染色机理：聚丙烯腈纤维大分子具有酸性。阳离子染料对其上染可以看作是一个离子交换过程。染料离子D+和纤维FSO3H或FCOOH发生离子交换反应，可用下式表示： FSO3H+D+=FS

2、OD+H+或FCOOH+D+=FCOOD+H+ 腈纶纤维中，由于酸性基团的存在及氰基的强电负性，在染浴条件下，纤维表面带有负电荷，具有很高的动电层位电位其数值约为（44 58 mV）。上染过程分析由于阳离子染料与纤维中的酸性(阳离子)基团以盐键结合，因纤维的生产工艺不同，纤维中酸性基团的数量也有差异。与纤维中酸性基团未结合的染料湿牢度较差。因此，阳离子染料的染色饱和值不应超过以离子键结合的纤维的染色饱和值。1、聚合生产影响：由100%的聚丙烯腈组成的纤维因为其优异的化学性和耐气候性，已首先得到工业化的应用。但由于其染色困难，所以难以实现商品化生产。其主要原因是据丙烯腈有相当高的二级玻璃化转变点

3、（100）所致。成功的染色需要对聚合物进行改性。丙烯腈通常致使与一种含量为5%10%（质量分数）的单体共聚。其中一些单体含磺酸或羟基基团，另一些含胺或季胺基团。这就导致了较疏松的结构，把玻璃化转变点降到8595，可使腈纶纤维有较好的染料渗透性。在纤维中引入阳离子基团或阴离子基团，可使得用这二类纤维制得的纱线或织物获得鲜艳的色泽。纤维中引入阳离子基团或阴离子基团多少，直接决定纤维的上色基团的多少，也就是衡量纤维上色能力，即纤维染色的饱和度。对于纤维染色饱和度的理解，纤维染色饱和度越大，在相同条件下，纤维染色率就越快。理解纤维染色速率，可通过模拟剧场座位多少，剧场座位多少即为染色基团，入座的人即为

4、染色剂，开始入座时，人很快找到座位，但随着入座人增多，座位越来越少，人找座位的机会就慢，也就是说，座位做多，入场找座位的机会就越快，同理，染色基团结合配对就快，即纤维染色速率就快。增加染色基团，改性聚丙烯睛的配比，可改变纤维上色率。但通过改变聚合物据丙烯腈配比，本质上改变了高聚合物分子量的结构，从而影响了纤维的风格，所以通过改性聚合物改变纤维染色速率是不足取得，在这里就不多介绍了。2、纺丝成形条件对染色速率的影响1）初生纤维的影响原液细流的表面首先与凝固浴接触而很快形成一薄层，凝固浴中凝固剂（水）不断通过这一皮层扩散至细流内部，而细流中的溶剂（DMAC）也通过皮层扩散至凝固浴中，由于双向扩散的

5、不断进行，使皮层不断增厚，当细流中间部分的溶剂浓度降至某一临界浓度以下时，原为均相的共聚物溶液发生相分离，聚合物从溶液中沉淀析出，形成初生纤维的芯层，并产生一定的体积收缩形成纤维。提高原液固含量对改善纺丝条件及刚成形纤维的结构合成品纤维的性能也都是有利的。在其他条件不变而增加纺丝原液中含固量，则可使初生纤维的密度增大，纤维中孔洞数目减少，结构均一性提高，纤维的强度增大，染色速率降低。提高原液温度凝固浴温度，凝固浴温度增加凝固浴循环量，可使双扩散速度增快，纤维成形条件加剧，即形成皮芯结构，同时皮层和芯层产生的收缩不一致，造成内应力不均一，使纤维产生空洞、结构疏松，纤维上色率过快，导致染色发花，且

6、染色率增加，反之纤维空洞减少，染色速率降低。2）水洗、牵伸改变纤维的结构，改变纤维染色性能丝束离开凝固浴区后，通过四冷辊进入四级水洗槽以除去溶剂。由凝固浴出来的丝束中含有一定量的溶剂，如果不把这部分溶剂去除，在染色过程中更会产生不良影响即上色不均；通过提高水洗水温度、流量，使纤维溶胀加剧，且DMAC分子运动加快，有利于丝束中的DMAC向水中扩散，同时有利于水向丝束中扩散，提高水洗效率，达到水洗效果，达到理想状态染色效果。通过牵伸提高纤维的分子取向度，改善其物理-机械性能。在牵伸过程中大分子或聚集态结构单元发生舒展并沿纤维轴取向排列，同时还伴随着相态的变化，以及其它结构特征的变化。在牵伸时，纤维

7、低序区的大分子沿纤维轴向的取向度大大提高，同时伴有密度、结晶度等其它结构方面的变化。由于纤维内大分子沿纤维轴取向，形成并增加了氢键、偶极键以及其它类型的分子间力，纤维承受外张力的分子链数目增加了，从而使纤维的断裂强度显著提高，延伸度下降，耐磨性和对各种不同类型形变的耐疲劳强度也明显提高，进而改变了纤维的染色速率。3、烘干的影响烘干可使纤维结构更加紧密，提高纤维的物理机械性能和染色速率。初生纤维经过水洗、牵伸后，超分子结构已经形成，但纤维聚集态中存在一定程度的内应力和缺陷，而且由于双扩散运动所引起的结构不均匀而产生为数众多、大小不等的空洞及裂隙，这严重影响纤维的物理机械性能和染色率。纤维在适当温

8、度下进行干燥，水份逐渐蒸发并从微孔移出，在微孔中产生一定的负压，即毛细管压力。在适当温度下大分子链比较自由地运动而引起热收缩，使微孔半径相应的发生收缩，微纤之间的距离越来越近，导致分子间作用力急剧上升，最后达到微孔的融合，从而达到了以上目的。通过提高或降低纤维压力，可降低或提高纤维上色率。下表为烘干压力，对应染色速率的变化:（表一）4、热定型影响：热定型是通过把纤维暴露在一定压力下的饱和蒸汽中，舒解纤维结构内由于高倍拉伸所造成的一些不稳定的分子间作用力，重建和加强成为较稳定的分子间作用力，从而使内应力大部得到消除，使结构均匀化，晶区或准晶区结构得到加强，无定形区的序态有所提高，提高定型压力，可使纤维结构得以舒展，提高