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什么是聚乳酸(PLA)纖維?
發表于:2017-11-14 發布作者:河北燁和祥新材料科技有限公司

聚乳酸(PLA)纖維兼有天然纖維和合成纖維的特點,吸濕排汗均勻、快干、阻燃性低、煙塵小、熱散發小、無毒性、熔點低、回彈性好、折射指數低、色彩鮮艷、不滋長細菌和氣味保留指數低等。由聚乳酸纖維制成的織物具有良好的懸垂性和手感,所制成的成衣具有穿著舒適,并具耐穿性、抗皺性、抗紫外線和導濕作用,并能釋放人體氣味等特性,是極佳的高級休閑服飾和優質舒適的運動服面料。

     合成纖維的玻璃化溫度是決定染料上染的一個重要因素,當染色溫度低于玻璃化溫度時,纖維內部無定形區的鏈段尚未發生運動,供染料分子擴散的瞬間孔隙相對較少,所以染料不會有明顯的上染。當染色溫度超過玻璃化溫度后,上染率則隨鏈段運動的加劇明顯提高。不同制備方法及工藝生產的聚乳酸纖維會擁有不同的內部微結構,因此具有不同的玻璃化轉變溫度。聚乳酸(PAL)纖維染色性能和染色機理的研究對其產品開發及實際染色加工具有重要的指導意義。國內外很多研究人員都研究過PLA纖維的染色性能,并試圖獲得其與分散染料結構的關系。LEScheyer和YQYang等人測定了多只不同結構分散染料對PLA纖維的上染率,研究表明,分散染料對PLA纖維只具有中等的親和力,染料化學結構和能量類型與上染率之間沒有明顯的關系。錢紅飛等人研究了12只分散染料對PLA纖維的染色性能,發現分散染料分子過小或分子中極性基團過多,均對PLA纖維染色不利,而乙酸醋基的存在,可能會提高分散染料對PLA纖維的親和力,因而具有較高的上染率。由聚乳酸纖維的DSC分析可知:PLA纖維的玻璃化溫度為71.30℃,在161.21℃與168.68℃處分別存在較大的吸收峰,可以推斷該纖維用分散染料染色時,當溫度低于69℃,染料上染不明顯,耐熱性較差,在158℃時發生熔融,染色后加工時應避免高溫處理,以防纖維的損傷。


    通過對PAL纖維染色溫度、染色色光、分散染料升溫上染特性、移染性能和提升性能的試驗,試圖總結分散染料結構與PLA纖維染色性能的關系。結果表明:不論是高溫型還是低溫型染料,不管是偶氮苯還是蕙醒結構的分散染料,它們對PIA纖維的上染率均隨溫度的升高而顯著增大。這可能是由于分散染料在聚醋纖維內的擴散是按自由體積模型進行的,染色溫度升高引起的染料動能和纖維內自由體積的增加,導致染料在PLA纖維內的擴散速率提高。另外,盡管PLA纖維的玻璃化溫度較低,但其結晶度高,因此,提高染色溫度對增加染料上染量特別有效。考慮到120℃和130℃高溫染色對纖維降解程度較大,強力明顯降低,故認為PLA纖維染色時,淡中色宜選用100℃,中濃色宜選用110℃。同時應該注意:PLA纖維對溫度的敏感性和PET纖維有所不同。PET纖維隨溫度的上升,上染百分率增加很快,而PLA纖維隨著溫度的提高,上染百分率增加較為緩慢,而且上染百分率的增加并不隨染色時間的延長而上升,一旦出現色差現象,很難像滌綸纖維那樣通過染色時間的延長來糾正,因此在實際的染色過程中必須嚴格控制染色溫度。

    通過移染達到勻染,是提高PAL纖維勻染性的重要途徑。移染性受諸多因素影響,例如染料結構、染色助劑、染色溫度和時間等。PLA纖維、聚對苯二甲酸丙二醇醋(PTT)纖維的染色溫度是110℃,滌綸(PET)纖維的染色溫度為130℃。為使分散染料在PLA、PTT、PET纖維的移染性試驗更接近于實際染色,該試驗三種纖維的移染溫度均與它們相應的染色溫度相同.

由圖可知,分散染料在PAL纖維上的移染性能優于在PTT和PET纖維的移染性能,對提高PLA纖維的勻染性十分有利。從染料來看,藍56的移染性能好于紫31。這是因為前者的分子尺寸小,容易從纖維中擴散出來,解吸到溶液中,并再次在纖維上發生吸附和擴散。

    染料的提升力是指纖維或紡織品在染色時,纖維上染料濃度或表面顏色濃度隨著染液中染料用量的增加而相應遞增的性能。選用十余只不同結構的分散染料,對PLA纖維在不同染料濃度下染色,然后測定各試樣的K/S值,比較不同染料提升性能的差別。實驗表明:相同的分散染料在PAL和PET纖維上的提升性能差別較大,其在PLA纖維上的提升性能較差,這對PLA纖維深濃色染色是不利的。因此,PLA纖維在染深時濃色更應該注意染料的選用。分析分散染料在PLA纖維上的提升性能較差的原因,應該與其結晶度高、自由體積少,以及與染料的親和力不如PET纖維等原因有關。另外,值得注意的是,由于分散染料在PLA纖維上的上染量普遍低于在PET纖維上的上染量,因此,在染料用量高的情況下,由于上染率不高,勢必會產生因染液中染料濃度高而引起可溶性欠佳或染料未充分增溶的問題,從而影響了染料的進一步上染。

    分散染料對PLA纖維的染色,其上染率高低取決于染料上染速率和對纖維親和力的高低。而染料分子大小、極性基團性質和數目多少、分子結構形狀都會影響染料的上染率和親和力,從而影響上染率的高低。分散染料的結構與PLA纖維的上染百分率有關。偶氮結構的染料,對纖維都有較高的上染百分率,其原因可能是與染料化學結構呈線型有關。如C.I.紅54,分子的平面性好,分子中共軛體系較長,與PLA纖維的接觸面大,因而有較高的直接性,所以能獲得較高的上染百分率。上染百分率的高低還與染料分子中的極性基團有關。PLA分子中含有大量極性基團,因此當染料分子中也有較多極性基團如-OH、-NH2、-NHNOR、-CN、-Cl、-Br、-NO2、-SO2NH3等基團時,染料的結構性質與纖維的結構性質相接近,兩者容易相親,染色親和力較高,如C.I.藍79.

    由于PLA纖維耐熱性差,染色溫度不宜太高,時間不宜太長;且由于PLA纖維不耐堿,故分散染料聚乳酸纖維染色的最佳工藝條件是pH=5,溫度110℃,時間30min~40min。嚴格控制染色溫度,否則不能得到良好的染色重現性,即使延長染色時間也無濟于事。



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