常压阳离子染料可染涤纶的仿腈纶改性及与腈纶染色一致性的解决

1、ECDP的仿腈纶改性及与腈纶染色的一致性田崇著聚丙烯腈纤维（简称腈纶）具有许多优良性能，如柔软性和保暖性好，有“合成羊毛”之称，耐光性和耐辐射性优异等，但其强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。进入70年代，由于受原料的限制，腈纶纤维的发展有所减缓。到1978年世界总产量突破200万吨以后，其产量增加缓慢，1995年的全世界总产量仅为230多万吨。为此，作为羊毛替代品的腈纶纤维的价格一直维持在较高的水平上，特别是近一、二年来，毛纺的成本已到了无法再压缩的地步，寻求毛纺制品中腈纶的替代品，已经成为一个急待解决的问题。涤纶具有高模量、高强度，弹性、保型性好，耐热和耐光性好，不易起皱等特点，是一种理想

2、的毛纺织品替代材料。为了能与羊毛混纺后易于染色并降低成本，通常腈纶都为在不易染色的均聚聚丙烯腈的基础之上，在聚合时加入少量的第二单体和第三单体，以便聚丙烯腈纤维（腈纶）可以实现常压阳离子染料可染。所以，一般的聚丙烯腈纤维中都含有与阳离子染料有亲和力的羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、衣康酸等。而普通涤纶大分子中缺乏能与直接染料、酸性染料、碱性染料等结合的官能团，虽然具有能与分散染料形成氢键的酯基，但由于涤纶的结晶度高、结构紧密、染料分子不易进入纤维内部，使染色困难、色泽单调。在PET的共聚酯中，以间苯二甲酸磺酸盐作为改性剂，制得阳离子染料可染的聚酯（简称CDP），磺酸基团上的

3、金属离子易与阳离子染料中的阳离子进行离子交换。阳离子染料以离子键固定在CDP的分子链上，同时释出盐类。因染色是在水浴中进行，盐类可被去除，平衡朝着有利于染料固定在纤维上的方向发展，用磺酸盐作为改性剂还可以降低聚酯的结晶度，增大非晶区中分子链的活动性，从而达到改进染色性的目的。用上述方法改性的共聚酯，必须在高压下才能进行阳离子染料染色，因此，再以第四共聚组分作为改性剂加入共聚酯中，就能制得常压阳离子染料可染聚酯（简称ECDP），使其在常压下进行阳离子染料染色。涤纶纤维对腈纶纤维替代的关键问题，是要解决涤纶纤维与羊毛或腈纶混纺时染色速度和染色均匀程度的一致性。通过电镜和纤维比表面积吸附的测定，人们

4、认识到羊毛纤维从里到外存在着许多裂缝、凹坑和孔隙，实际上它是一种微孔结构的纤维。由于腈纶，特别是湿纺腈纶，适于纺制短纤维且纤维似羊毛，它在纺丝过程中的凝固成型阶段，初生纤维中存在着从数纳米到上百纳米的许多微孔。随着拉伸、干燥、热定型工序的进行，虽然纤维中微孔基本上都发生致密化而大部分消失，但成品纤维中仍然遗留下一些孔径在几纳米的微孔。在特定的工艺条件下，腈纶与羊毛混纺后染色是容易达到满意的均匀效果的。而涤纶纤维是通过熔体纺丝来制造的，其表面结构是光滑完整的，如果三单体和四单体的加入量控制不好，聚合及纺丝过程中工艺条件不完善，即使是在其他应用领域质量不错的常压阳离子可染涤纶与羊毛混纺后染色时，也

5、不能起到满意的效果，这就是多年来，ECDP纤维替代腈纶的困难之所在。腈纶与ECDP纤维的共同之处在于：二者都是通过磺酸钠盐来改进阳离子染料的可染性，也都要通过加入其他单体以减弱各自大分子间的作用力，有利于染料分子进入纤维内部，以达到阳离子染料常压可染的目的。腈纶与ECDP纤维的不同之处在于：腈纶是通过溶液纺丝获得的，腈纶的纵向表面比较粗糙，并存在沿轴向的沟槽。纤维横截面的形状随纺丝方法的不同而不同。湿法纺丝纤维截面呈圆形或腰圆形；干法纺丝纤维截面呈哑铃形。腈纶形态结构的另一重要特征是：纤维截面内有空穴存在，这有利于染料向纤维内部的渗透。ECDP纤维则是通过熔体纺丝获得的，ECDP纤维的纵向表面

6、比较光滑、均匀而且无条痕，纤维横截面的形状基本上是圆形实体。染料与纤维的结合可通过离子键、氢键以及偶极的相互作用等，对于活性染料的染色还包括共价键的相互作用，有时则是各种作用的综合结果。纤维结构对纤维与染料的亲和力影响很大，对于合成纤维，采用适当的共聚、共混等改性方法，既可以引入亲染料基团，增加染色亲和力，又可以增大纤维结构上的无序程度和松散性，提高染色速度。由于ECDP与聚丙烯腈的相同特性，对于替代腈纶的ECDP的制造，除应控制三单体和四单体的加入量以外，还应加入一定量的添加剂，并调整催化体系，以调整涤纶纤维原色与羊毛的一致性及染色牢度，同时控制好规定的工艺条件，以保证ECDP纤维与腈纶染色

7、效果的一致。但是，由于ECDP纤维与腈纶的形态结构差异较大，仅靠ECDP聚合过程中的改性是很难保证二者在混纺后的染色过程中，染色速率和染色饱和值达到一致，而不会产生色差的，只有人为的使ECDP纤维纵向表面达到一定的粗糙程度，才能确保ECDP纤维对腈纶的彻底替代。仿腈纶型ECDP纤维的纺丝以短纤维为主，多为细旦丝和中空纤维。与其他涤纶短纤维纺制过程不同的是：仿腈纶型ECDP纤维在拉伸过程中间需要对纤维进行适当的碱减量处理。常压阳离子可染聚酯纤维在毛纺制品中的应用是非常广泛的，相信随着人们对常压阳离子可染聚酯的不断深入研究，它对腈纶的替代会越来越普遍和深远。参考文献： 肖长发化学纤维概论 中国纺织出版社 2001年1月 范雪荣纺织品染整工艺学中国纺织出版社 19