CN104726954A

CN104726954A - 一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN104726954A
Application number: CN201510107636.0A
Authority: CN
Inventors: 吴焕岭; 顾东雅; 刘德驹
Original assignee: Yancheng Vocational Institute of Industry Technology
Current assignee: Wuxi Zhigengniao Network Technology Co ltd; Yancheng Junlong Yarn Co ltd
Priority date: 2015-03-07
Filing date: 2015-03-07
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-03-07
Also published as: CN104726954B

Abstract

本发明涉及一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法。在以58％～60％硫氰酸钠(NaSCN)水溶液为溶剂、聚丙烯腈含量为11％～14％的纺丝液中加入对聚丙烯腈干重含量0.05％～2％茜素红进行湿法纺丝。制得纤维不仅着色均匀，色牢度优异，具有可织造的力学性能，具有明显的pH响应变色性能。

Description

一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

变色现象是指物质在外界环境作用下而发生颜色改变。人们利用材料的变色性做成的器件称为变色材料。按材料受到的刺激方式来分，主要有光致变色，热致变色，电致变色和酸致变色等。各种各样的变色现象给人们的生活增添了方便和情趣，也使世界更加缤纷多彩。具有变色功能的纺织品作为一种新材料，具有巨大的应用市场。

茜素红，又称茜素磺酸钠，分子式为C₁₄H₇NaO₇S·H₂O，茜素红水溶液的颜色随着溶液pH不同而变化，鉴于该性质将茜素红载入纤维中，使纤维具有酸碱指示剂的作用，能够反映皮肤表面的酸碱性。变色织物的加工主要有三类加工技术：传统染色，表面整理以及在纤维形成过程中直接添加pH值敏感型染料，前两种加工技术的应用研究较多。

发明内容

为了克服现有传统染色和表面整理两种工艺生产pH变色织物所存在的的浸渍不均匀、耐洗性差、效果不长久等缺点，本发明提供了一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，将适量茜素红加入纺丝液中进行湿法纺丝，使纤维获得pH响应变色的特性。

本发明的技术方案为：

一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，使用聚丙烯腈(PAN)为基材，基于湿法纺丝工艺。其特征主要在于纺丝液的制备，纤维制备过程包括以下九个步骤：

(1)PAN粉体烘干脱水，筛网过滤分离。

预先将PAN粉体过滤，该法比制备成纺丝液后再进行过滤具有更好的效果。PAN粉体特征见表1。

表1 聚丙烯腈粉体的特性指标

(2)纺丝溶剂的选择。

可用于PAN湿法纺丝的溶剂有：N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、硫氰酸钠(NaSCN)、丙酮、碳酸乙烯酯(EC)、硝酸(HNO₃)和氯化锌(ZnCl₂)等。根据具体需要选择合适的溶剂。

(3)PAN与茜素红含量的确定。

①PAN质量浓度为11％～14％；

②茜素红含量(对PAN干重)为0.05％～2％。

(4)茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式。

混合方式有四种，一是先将PAN粉体加入溶剂中制备纺丝液，再将茜素红粉末加入，搅拌加热至完全溶解；二是将PAN粉体及茜素红粉末同时加入溶剂中，搅拌加热至完全溶解；三是分别制备好PAN的溶液和茜素红的溶液，再将茜素红溶液引入PAN溶液体系中，搅拌加热至分散均匀；四是先制备茜素红的溶液，再将PAN粉体倒入，搅拌加热至分散溶解均匀。

(5)PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化和溶解。

室温下，将PAN粉体的分散体系在200～300转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理4h以上。

(6)脱泡处理。

在通氮气情况下，静置高压脱泡24h以上。

(7)纺丝。

采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×6孔，采用三道凝固浴进行纺丝。以表2所列工艺参数条件作为优选方案。

表2 湿纺工艺过程的参数条件

(8)纤维干燥致密化及热定型处理。

通过对纺丝纤维干燥致密化及热定型处理得到性质更为优良的载茜素红PAN纤维丝束。温度110～130℃，处理时间为2～5min。

(9)纺丝纤维性能测试。色牢度、力学性能均是按照国家标准或行业标准进行测试。

本发明制备纤维的优异性能体现在：

①颜色均匀性：纤维长丝颜色均匀，匀染性和透染性均较好。

②色牢度：干摩擦牢度5级、湿摩擦牢度4～5级、耐洗牢度(沾色)为4～5级、耐洗牢度(褪色)为4～5级。

③变色性：采用一系列具有不同pH值的缓冲溶液对纺丝纤维进行浸没处理5～30min，纤维显示出明显的变色性，随着茜素红含量的提高，纤维得色深度增加，变色深度相应增加。

④力学性能：丝束平均单丝纤维的直径为48±10μm，拉伸强度为2.5±0.5cN/dtex。随着载茜素红量的增加，纤维的强力有下降趋势，当PAN浓度12％，载茜素红量1％时，30根单丝纤维的平均拉伸断裂强度约为2.5cN/dtex，能够满足织造需求。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进一步描述，这些实施例只为清楚公开本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

本发明中，若非特指，所有的百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均为可从市场购得或是本行业常用等级原料。

本发明制得的变色纤维的色牢度、力学性能均是按照国家标准或行业标准进行测试。

实施例1：

纺丝步骤为：

(1)PAN粉体烘干脱水，筛网过滤分离。

将一定量PAN粉体置于烘箱中，采用分段升温法进行烘干，(60℃×1h)→(80℃×1h)→(100℃×2h)→(105℃×1h)。

将烘干后PAN粉体使用100～150目不锈钢网筛，过滤，筛去结团大颗粒。将筛后PAN细粉置于40℃真空恒温烘箱中备用。

(2)纺丝溶剂的选择。

出于挥发快速性、亲肤安全性、易纺性及茜素红的溶解性等多方面考虑，选择使用60％硫氰酸钠(NaSCN)水溶液作为纺丝溶剂，相应采用10％硫氰酸钠水溶液为凝固浴。

(3)PAN与茜素红含量的确定。

①制备PAN质量浓度为12％的纺丝溶液100g；

②茜素红含量(对PAN干重)为1％。

(4)茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式。

采用第三种混合方式。首先精密称取0.12g茜素红于容器中，加入4.88g硫氰酸钠水溶液，轻轻摇晃后，将容器置于超声波震荡仪中超声处理15min，至溶解充分，备用；通过计算精确称量PAN粉体12g，溶于83g硫氰酸钠水溶液中，待PAN膨化溶解充分后，将已制备好的5.0g茜素红溶液引入，进行搅拌至混合均匀。

(5)PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化和溶解。

室温下，将PAN粉体的分散体系在200～300转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化处理5h。

(6)脱泡处理。

在通氮气情况下，静置高压脱泡24h。

(7)纺丝。

采用三道凝固浴按照表2进行纺丝。

(8)纤维干燥致密化及热定型处理。

对纺丝纤维在110℃温度下处理5min，得到载茜素红PAN纤维丝束。

(9)纺丝纤维性能测试。

制备纤维的特性优点：纤维丝束颜色均匀，干摩擦牢度5级、湿摩擦牢度4～5级、耐洗牢度(沾色)为4～5级、耐洗牢度(褪色)为4～5级，纤维具有明显的pH变色性，30根单丝纤维的平均拉伸断裂强度约为2.5cN/dtex。

实施例2：

步骤(1)PAN粉体烘干脱水，筛网过滤分离。采用恒温烘干法于100℃烘干6h，再使用100～150目不锈钢网筛，过滤，筛去结团大颗粒。将筛后PAN细粉置于40℃真空恒温烘箱中备用。

步骤(2)～(9)同实施例1。

实施例3：

步骤(2)溶剂的选择。溶剂使用58％硫氰酸钠(NaSCN)水溶液，其他步骤中方法同实施例1。

实施例4～9：

步骤(3)PAN与茜素红含量的确定及步骤(9)测试结果均由表3所示，其他步骤中方法同实施例1。

表3 实施例4～9中的步骤(3)和步骤(9)测试

实施例10：

步骤(4)茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式。采用第四种混合方式，先制备茜素红的溶液，再将PAN粉体倒入，搅拌加热至分散溶解均匀。步骤(1)～(3)、步骤(5)～(9)同实施例1。

本发明所述的实施例1～10仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于将具有pH变色性能的茜素红添加到聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝液中进行湿法纺丝，制得纤维不仅着色均匀，色牢度优异，具有可织造的力学性能，具有pH响应变色的性能，纺丝步骤包括：

步骤1：PAN粉体烘干脱水，筛网过滤分离；

步骤2：纺丝溶剂的选择；

步骤3：PAN与茜素红含量的确定；

步骤4：茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式；

步骤5：PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化和溶解；

步骤6：脱泡处理；

步骤7：纺丝；

步骤8：纤维干燥致密化及热定型处理；

步骤9：纺丝纤维性能测试。

2.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的PAN粉体烘干脱水方法，可以采用分段烘干法，(60℃×1h)→(80℃×1h)→(100℃×2h)→(105℃×1h)，也可以采用恒温烘干法于100C烘干6h。

3.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的纺丝溶剂的选择，需综合考虑挥发快速性、亲肤安全性、易纺性及茜素红的溶解性等多方面因素，58％～60％硫氰酸钠(NaSCN)水溶液为溶剂为优选溶剂。

4.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的PAN与茜素红含量的确定，茜素红含量的增加会降低纤维的力学性能，根据力学性能的测试确定茜素红最佳用量为0.05％～2％(对聚丙烯腈重)，通过对纺丝效果的测试，确定聚丙烯腈的最佳用量为11％～14％。

5.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式有四种，一是先将PAN粉体加入溶剂中制备纺丝液，再将茜素红固体粉末加入，搅拌加热至完全溶解；二是将PAN粉体及茜素红粉末同时加入溶剂中，搅拌加热至完全溶解；三是分别制备好PAN的溶液和茜素红的溶液，再将茜素红溶液引入PAN溶液体系中，搅拌加热至分散均匀；四是先制备茜素红的溶液，再将PAN粉体倒入，搅拌加热至分散溶解均匀，四种方式的优选顺序为(三)＞(四)＞(二)＞(一)。

6.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的PAN粉体在溶剂体系中的膨化和溶解，采用在200～300转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理4h以上。

7.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的脱泡处理，在通氮气情况下，静置高压脱泡24h以上。

8.根据权利要求1所述一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，其特征在于所述的纺丝纤维性能测试，其中检验纤维pH变色性的测试方法是采用一系列具有不同pH值的缓冲溶液对纺丝纤维进行浸没处理30～60min，观察纤维变色性。