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

摘要

聚乳酸(PLA)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开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-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-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(SEM)观察聚乳酸纤维经过酸处理、氧化剂处理前后的表面形态，应用红外光谱(FTIR)、临界溶解时间(CDT)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140℃的干热处理不会引起纱线强度的显著降低，而水浴湿热处理温度若高于110℃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60℃，温度以100-110℃，保温时间以40-60min为宜；95℃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85℃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间比涤纶要长，需要较长的染色时间才能达到吸附平衡；分散蓝RSE上染聚乳酸纤维的吸附等温线并不完全服从Nernst分配型，而是Langmuir与Nernst复合型；温度升高，Nernst型分配系数KN增大，Langmuir定位吸附饱和值[S]降低，更趋向于发生Nernst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(FTIR)和差热分析(DSC)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散剂NNO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2BLN使纤维的结晶度下降，而分散深蓝HGL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Lanasol染料对丝光羊毛的固色率、分散染料对羊毛的沾色性以及Lanasol染料对聚乳酸纤维的沾色性，研究各种染化料在-浴染色条件下的相容性，分析了各染色工艺因素对-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-浴同色染色工艺条件。结果表明：Lanasol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；Lanasol染料对聚乳酸纤维几乎不沾色；分散染料和Lanasol染料及其配套助剂在-浴染色条件下具有良好的相容性；适宜的-浴法染色工艺条件为：染浴pH值5左右，染色温度100℃，染色保温时间为40～60min，70℃以前的升温速率2～3℃/min，70～100℃升温速率1～2℃/min。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1聚乳酸纤维简介

1.2聚乳酸纤维的结构特点

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

1.3.2聚乳酸纤维的物理机械性能

1.3.3聚乳酸纤维的染整加工性能

1.4聚乳酸纤维/羊毛混纺制品的现状及发展前景

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

1.6本论文的主要研究目的、内容及意义

第二章实验材料与方法

2.1实验材料及染化药剂

2.1.1纱线及织物

2.1.2化学药剂

2.1.3染料

2.1.4实验仪器

2.2实验及测试方法

2.2.1酸处理

2.2.2氧化剂处理

2.2.3热处理

2.2.4扫描电镜分析(SEM)

2.2.5临界溶解时间(CDT)的测试

2.2.6纱线收缩率测试

2.2.7纱线强力测试

2.2.8红外光谱测试(FTIR)

2.2.9聚乳酸纤维染色实验方法

2.2.10染色动力学和热力学实验方法

2.2.11分散剂对分散染料吸收光谱的影响

2.2.12差热分析(DSC)

2.2.13聚乳酸纤维与羊毛一浴法染色实验方法

2.2.14织物表观颜色深度K/S值测试

2.2.15同色平衡值K及色差△E测试

2.2.16皂洗牢度测试

第三章前处理对聚乳酸纤维结构与性能的影响研究

3.1酸处理对聚乳酸纤维结构和性能的影响

3.1.1酸处理对聚乳酸纤维表面形态的影响

3.1.2酸处理对聚乳酸纱线力学性能的影响

3.2氧化剂处理对聚乳酸结构和性能的影响

3.2.1氧化剂处理对聚乳酸纤维表面形态的影响

3.2.2氧化剂处理对聚乳酸纱线力学性能的影响

3.3热处理对聚乳酸结构与性能的影响

3.3.1干热处理对聚乳酸纱线力学性能的影响

3.3.2湿热处理对聚乳酸纱线力学性能的影响

3.3.3干热、湿热处理时间对聚乳酸纱线力学性能的影响

3.3.4应用红外光谱分析热处理对纤维结构的影响

3.3.5不同热定形处理后聚乳酸纤维临界溶解时间的变化

3.3.6干热定形处理后聚乳酸纱线的尺寸稳定性

3.4前处理对聚乳酸纤维染色性能的影响

3.4.1酸处理对聚乳酸纤维染色性能的影响

3.4.2氧化剂处理对聚乳酸纤维染色性能的影响

3.4.3保持原长热定形处理对聚乳酸纤维染色性能的影响

3.5本章小结

第四章聚乳酸纤维的染色性能研究

4.1分散染料的选择

4.2染色温度对聚乳酸纤维上染百分率的影响

4.3染色温度对聚乳酸纤维K/S值的影响

4.4聚乳酸纤维的升温上染速率曲线

4.5聚乳酸纤维染色动力学研究

4.5.1染色动力学参数的测定

4.5.2染料扩散系数的测定

4.6聚乳酸纤维染色热力学研究

4.7本章小节

第五章改善聚乳酸纤维染色性能的方法探索

5.1分散剂对聚乳酸纤维染色性能的影响

5.1.1分散剂对分散染料溶液吸收光谱的影响

5.1.2分散剂对聚乳酸纤维上染率的影响

5.2有机酯类化合物对聚乳酸纤维染色作用的影响

5.2.1不同酯类化合物对聚乳酸纤维染色深度的影响

5.2.2乙酸丁酯对染料提升性的影响

5.2.3乙酸丁酯对不同染料上染聚乳酸纤维的影响

5.2.4乙酸丁酯用量对聚乳酸纤维染色性能的影响

5.2.5乙酸丁酯对聚乳酸纤维染色的促进作用

5.3乙酸丁酯对聚乳酸纤维结构的影响

5.3.1应用红外光谱分析乙酸丁酯对纤维结构的影响

5.3.2应用差热分析法研究乙酸丁酯对纤维结构的影响

5.4本章小结

第六章聚乳酸/羊毛混纺制品一浴法染色技术研究

6.1 Lanasol活性染料对羊毛的染色性能

6.1.1 Lanasol染料对羊毛的固色率及K/S值

6.1.2 Lanasol对羊毛的上染速率

6.2分散染料对羊毛的沾色以及Lanasol染料对聚乳酸的沾色

6.2.1分散染料对羊毛的沾色性

6.2.2乙酸丁酯对羊毛沾色和聚乳酸纤维染色的影响

6.2.3 Lanasol染料对聚乳酸的沾色性

6.3聚乳酸/羊毛同浴染色同色性研究

6.3.1聚乳酸/羊毛一浴同色配方研究

6.3.2同浴染色相容性研究

6.3.3同浴染色的竞染规律探索

6.4工艺因素对聚乳酸/羊毛同色性的影响

6.4.1染色温度对聚乳酸/羊毛同色性的影响

6.4.2染色时间对聚乳酸/羊毛同色性的影响

6.4.3染浴pH值聚乳酸/羊毛同色性的影响

6.4.4升温速率聚乳酸/羊毛同色性的影响

6.5皂洗牢度测试

6.6本章小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2对今后工作的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表和收录的论文