CN105369587B - 一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维在表面改性处理之后的染色方法，属于纺织材料的改性染色技术领域。所述的表面处理包括常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理联合壳聚糖接枝整理。处理步骤包括:步骤一，洗净干燥后的超高分子量聚乙烯纤维在常压介质阻挡放电等离子体装置中进行表面改性处理；步骤二，将经常压等离子改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维进行壳聚糖接枝整理；步骤三，将上述处理后所得纤维进行活性染料染色。本发明工艺简单，操作方便，绿色无污染，成本低，上染率高，对纤维力学性能无影响，一定程度上解决了超高分子量聚乙烯纤维难以染色的问题。
Description
技术领域
本发明涉及纺织纤维表面改性及染色技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)，又被称为高强高模聚乙烯纤维。由于其结构原因，UHMWPE纤维存在很多常规纤维所不能比拟的优异性能。UHMWPE纤维的耐冲击性优异，耐磨性和自润滑性好，耐化学腐蚀性能、耐切割性能、防弹性能等也很优异，在低温下能保持良好的机械性能和柔韧性能，因而UHMWPE纤维在医用领域、军用领域、航空航天领域等方面应用广泛。
但是UHMWPE纤维相对分子量较高，分子结构主要由亚甲基组成，基本无极性基团。同时纤维取向度也较高，分子排列规整，结晶度较高，这些原因都造成纤维染色较为困难，制品颜色单一，不能在下游应用中满足开发彩色制品的要求。目前获得有色UHMWPE纤维的方法主要有以下几种：一种是将色母粒添加到切片中，然后进行熔融纺丝，这种方法生产纤维在纺丝过程中纺丝熔体的流变性和可纺性不佳，同时，母粒的引入导致纤维内部结构被破坏，纤维强度显著下降。第二种方法通过有色胶涂覆的方法对纤维上色，则无法保证长久的色牢度，在使用中纤维磨损、浸泡都会产生脱胶现象。还有一种方法是通过对UHMWPE纤维进行改性处理提高其染色性能。改性方法主要包括等离子体改性、辐照接枝改性、偶联剂改性、接枝表面染色改性等，但这些方法普遍存在对纤维强力的损伤相对较大、工艺较复杂、对环境有一定污染，及染色深度不够等缺陷。
等离子体表面改性技术作为一种气态处理技术,具有简单易操作、节能、效率高、效果好、清洁安全等优点,在高分子材料表面改性中得到日益广泛的关注。传统低压等离子体处理需要真空设备，处理效率比较低，且处理不能连续进行,限制了等离子处理技术的推广应用。介质阻挡放电(DBD)等离子体可以在常压下进行，无需昂贵的真空系统,更易于高分子材料的在线连续处理,因而具有很好地应用前景。壳聚糖作为一种天然无毒的高分子，其结构与纤维素很相似，成膜性强，有很好的吸附性与兼容性，优良的抗菌、吸湿、透气性，作为匀染剂和固色剂，已被广泛应用于羊毛、棉、麻等纤维的染色以及后整理中。采用常压等离子体/壳聚糖接枝联合整理的方法提高超高分子量聚乙烯纤维的染色性能，操作方便，绿色无污染，成本低，上染率高，对纤维力学性能无影响，一定程度上解决了超高分子量聚乙烯纤维难以染色的问题，但目前国内外还未见常压等离子体/壳聚糖接枝联合整理提高超高分子量聚乙烯纤维染色性能的相关报道。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法，该方法工艺简单，操作方便，成本低，无污染，上染率高，对纤维力学性能无影响，一定程度上解决了超高分子量聚乙烯纤维难以染色的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法，包括以下步骤：步骤一，洗净干燥后的超高分子量聚乙烯纤维在常压介质阻挡放电等离子体装置中进行表面改性处理；步骤二，将经常压等离子改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维进行壳聚糖接枝整理；步骤三，将上述处理后所得纤维进行活性染料染色；
其中在步骤一中，超高分子量聚乙烯纤维的常压介质阻挡放电等离子体a表面改性处理，采用的常压介质阻挡放电等离子体产生装置的两端装有传动装置和卷绕装置，实现了纤维的等离子体连续化高效处理，可用于工业生产；等离子体处理气氛为Ar和O2混合气体，Ar气的流量为1L/min，O2的流量为0.1L/min，处理功率为4Kw，处理时间为40-140s；
在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维接枝所用的壳聚糖，其分子量为5万左右，脱乙酰度89％-91％；
在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体a改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维的壳聚糖接枝整理，是将粉末状壳聚糖溶于2％醋酸溶液中，配制成壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的质量分数为0.3-1.1％；接枝的温度为40-80℃，接枝的浴比为1：40，接枝的时间为1h；
在步骤三中，对常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的染色，所用染料为活性染料，其用量为2-6％(o.w.f.)，促染剂为硫酸钠，固色剂为碳酸钠，纤维染色的浴比为1:50；
在步骤三中，经常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的活性染料染色工艺，纤维的入染温度为30-60℃，升温速度为1℃/min，固色温度为70-100℃，固色时间为0.5-1.5h，染色后自然降温，洗净烘干；染色后纤维洗净烘干，洗净为皂洗和水洗，皂洗温度为40-80℃，优选50-60℃，皂洗时间为10min，水洗采用去离子水，水洗后烘干温度为30-60℃，优选40-50℃。
作为本发明的进一步技术方案：在所述的步骤二中：壳聚糖溶液的质量分数为0.5-0.9％；接枝温度为50-70℃。
作为本发明的进一步技术方案：在所述的步骤三中：活性染料用量为3-5％(o.w.f.)；纤维的入染温度选择为40-50℃；固色温度为80-90℃；固色时间选择为0.7-1.0h；皂洗温度选择为50-60℃；水洗后烘干温度选择为40-50℃。
本发明有益效果为：采用以上技术方案，操作方法工艺简单，操作方便，成本低，无污染，上染率高，对纤维力学性能无影响，一定程度上解决了超高分子量聚乙烯纤维难以染色的问题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的常压介质阻挡放电装置图；
图3为本发明的实施例1超高分子量聚乙烯纤维活性染料染色的工艺流程图；
图4为本发明的实施例2超高分子量聚乙烯纤维活性染料染色的工艺流程图；
附图标记中：a-等离子体；b-介质；c-传动装置；d-卷绕装置。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
参见说明书附图1-2；
一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法，包括以下步骤：步骤一，洗净干燥后的超高分子量聚乙烯纤维在常压介质阻挡放电等离子体装置中进行表面改性处理；步骤二，将经常压等离子改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维进行壳聚糖接枝整理；步骤三，将上述处理后所得纤维进行活性染料染色；
其中在步骤一中，超高分子量聚乙烯纤维的常压介质阻挡放电等离子体a表面改性处理，采用的常压介质b阻挡放电等离子体a产生装置的两端装有传动装置c和卷绕装置d，结构简单，实现了纤维b的等离子体连续化高效处理，可用于工业生产；等离子体处理气氛为Ar和O2混合气体，Ar气的流量为1L/min，O2的流量为0.1L/min，处理功率为4KW，处理时间为40-140S。
在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体a改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维接枝所用的壳聚糖，其分子量为5万左右，脱乙酰度89％-91％。
在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体a改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维的壳聚糖接枝整理，是将粉末状壳聚糖溶于2％醋酸溶液中，配制成壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的质量分数为0.3-1.1％；接枝的温度为40-80℃，接枝的浴比为1：40，接枝的时间为1h。
在步骤三中，对常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的染色，所用染料为活性染料，其用量为2-6％(o.w.f.)，促染剂为硫酸钠，固色剂为碳酸钠，纤维染色的浴比为1:50。
在步骤三中，经常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的活性染料染色工艺，纤维的入染温度为30-60℃，升温速度为1℃/min，固色温度为70-100℃，固色时间为0.5-1.5h，染色后自然降温，洗净烘干。
在步骤三中，染色后纤维洗净烘干，洗净为皂洗和水洗，皂洗温度为40-80℃，优选50-60℃，皂洗时间为10min，水洗采用去离子水，水洗后烘干温度为30-60℃，优选40-50℃。
作为本发明的进一步技术方案：在所述的步骤二中：壳聚糖溶液的质量分数为0.5-0.9％；接枝温度为50-70℃。
作为本发明的进一步技术方案：在所述的步骤三中：活性染料用量为3-5％(o.w.f.)；纤维的入染温度选择为40-50℃；固色温度为80-90℃；固色时间选择为0.7-1.0h；皂洗温度选择为50-60℃；水洗后烘干温度选择为40-50℃。
实施例1.
参见说明书附图3：本发明的超高分子量聚乙烯纤维在表面处理后的染色方法，首先将用丙酮清洗30min后干燥的纤维进行常压介质阻挡放电等离子体连续化处理，等离子体处理气氛为Ar和O2混合气体，Ar气的流量为1L/min，O2的流量为0.1L/min，处理功率为4Kw，处理的时间为80s，之后再将等离子体表面改性处理后的纤维进行壳聚糖接枝整理，壳聚糖分子量为5万左右，脱乙酰度约90％，壳聚糖采用2％的醋酸溶液配制成壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的质量分数为0.5％，接枝的温度为40℃，接枝的时间为0.5h，接枝的浴比为1：40。接枝后的纤维采用去离子水洗涤，烘干，然后进行染色，采用单偶氮类双活性基型活性染料活性红M-3BE进行染色，染料用量为3％(o.w.f.)，促染剂硫酸钠的用量为20g/L，固色剂碳酸钠的用量为15g/L，染色的浴比为1:50，纤维的入染温度为30℃，升温速度为1℃/min，固色温度为70℃，固色时间为30min，染色后自然降温，洗净烘干。所得的有色超高分子量聚乙烯纤维强力保持率为95％，K/S值为0.82，水洗牢度4级，皂洗牢度为3-4级。
实施例2.
参见说明书附图4：本发明的超高分子量聚乙烯纤维在表面处理后的染色方法，首先将用丙酮清洗30min后干燥的纤维进行常压介质阻挡放电等离子体连续化处理，等离子体处理气氛为Ar和O2混合气体，Ar气的流量为1L/min，O2的流量为0.1L/min，处理功率为4kw，处理的时间为100s，之后再将等离子体处理完的纤维进行接枝壳聚糖整理，壳聚糖分子量为5万左右，脱乙酰度约90％，壳聚糖采用2％的醋酸溶液配制成壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的质量分数为0.7％，接枝的温度为60℃，接枝的时间为1h，接枝的浴比为1：40。接枝后的纤维采用去离子水洗涤，烘干，然后进行染色，采用单偶氮类双活性基型活性染料活性红M-3BE进行染色，染料用量为4％(o.w.f.)，促染剂硫酸钠的用量为20g/L，固色剂碳酸钠的用量为15g/L，染色的浴比为1:50，纤维的入染温度为45℃，升温速度为1℃/min，固色温度为90℃，固色时间为45min，染色后自然降温，洗净烘干。所得的有色超高分子量聚乙烯纤维强力保持率为94％，K/S值为1.30，水洗牢度4-5级，皂洗牢度为4级。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法，包括以下步骤：步骤一，洗净干燥后的超高分子量聚乙烯纤维在常压介质阻挡放电等离子体装置中进行表面改性处理；步骤二，将经常压等离子改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维进行壳聚糖接枝整理；步骤三，将上述处理后所得纤维进行活性染料染色；其特征在于：
S1.其中在步骤一中，超高分子量聚乙烯纤维的常压介质阻挡放电等离子体a表面改性处理，采用的常压介质阻挡放电等离子体产生装置的两端装有传动装置和卷绕装置，实现了纤维的等离子体连续化高效处理，可用于工业生产；等离子体处理气氛为Ar和O2混合气体，Ar气的流量为1L/min，O2的流量为0.1L/min，处理功率为4kW ，处理时间为40-140s；
S2.1,在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维接枝所用的壳聚糖，其分子量为5万，脱乙酰度89％-91％；
S2.2,在步骤二中，经常压介质阻挡放电等离子体a改性处理后的超高分子量聚乙烯纤维的壳聚糖接枝整理，是将粉末状壳聚糖溶于2％醋酸溶液中，配制成壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的质量分数为0.3-1.1％；接枝的温度为40-80℃，接枝的浴比为1：40，接枝的时间为1h；
S3.1,在步骤三中，对常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的染色，所用染料为活性染料，其用量为2-6％，促染剂为硫酸钠，固色剂为碳酸钠，纤维染色的浴比为1:50；
S3.2,在步骤三中，经常压介质阻挡放电等离子体表面改性处理及壳聚糖接枝整理后的超高分子量聚乙烯纤维的活性染料染色工艺，纤维的入染温度为30-60℃，升温速度为1℃/min，固色温度为70-100℃，固色时间为0.5-1.5h，染色后自然降温，洗净烘干；染色后纤维洗净烘干，洗净为皂洗和水洗，皂洗温度为40-80℃，皂洗时间为10min，水洗采用去离子水，水洗后烘干温度为30-60℃。
2.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法,其特征在于，在所述的步骤二中：壳聚糖溶液的质量分数为0.5-0.9％；接枝温度为50-70℃。
3.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理后进行染色的方法,其特征在于，在所述的步骤三中：活性染料用量为3-5％；纤维的入染温度选择为40-50℃；固色温度为80-90℃；固色时间选择为0.7-1.0h；皂洗温度选择为50-60℃；水洗后烘干温度选择为40-50℃。
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