CN109183451A - 多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法 - Google Patents

多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明主要针对目前高性能纤维颜色单一、上染困难的缺陷，提供了一种多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法。所述方法包括：将清洗后的高性能纤维、纱线或织物置于多巴胺的Tris溶液处理浴中，处理5～120min后洗净并干燥，而后进行染色处理，得到多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物。本发明工艺简单，安全高效，不损伤纤维本体力学性能的同时，可显著提高纤维染色性能，对染料的普适性强，可促进有色高性能纤维产品的开发。

Description

多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织纤维染色技术领域，特别涉及一种多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法。
背景技术
高性能纤维具有天然纤维和合成纤维无法比拟的优良性能，其作为增强材料与树脂结合制成复合材料，具有高强高模、质量轻、耐腐蚀、易加工等特点，已被广泛应用于航空航天、海洋、交通、通信、建筑、体育器材、军事应用等领域。但是由于其分子结构紧密、结晶度与取向度高、表面活性基团少等因素，使得高性能纤维染色十分困难，但随着高性能纤维应用深度与广度的迅速增加，对高性能纤维着色的需求也愈发急迫。
目前针对于高性能纤维的染色方法主要有两大类：纤维本体染色(包括高温高压染色法和染料载体染色法)和纤维表面改性染色。由于高性能纤维其分子结构紧密、结晶度与取向度高、表面活性基团少等因素，使得高性能纤维本体染色十分困难，且会引起纤维性能的损伤，因此表面改性染色的方法是目前主要的研究方向。主要的表面改性染色方法有等离子体改性、辐照改性、偶联剂改性和表面化学改性染色等。1)等离子体改性，可对纤维表面进行刻蚀并可引入多种极性基团从而改善纤维可染性，但处理成本较高，处理深度有限，上染率较低，染色牢度较差；2)辐照改性，在纤维表面引入极性基团提高纤维表面亲水性，改善染色性能，但对高性能纤维，尤其是对辐照光源敏感的高性能纤维产生机械性能上的负面影响；3)偶联剂改性，可增大纤维表面极性，工艺较复杂，具有安全隐患，且高性能纤维的表面官能团较少，因此偶联剂改性效果有限；4)化学表面改性，纤维可染性提高，效果明显，成本相对较低，但皂洗牢度低，降低纤维力学性能并使织物硬化，且工艺废水污染环境。
除上述所述纤维本体染色和纤维表面改性染色外，提高纤维、纱线或织物染色性能的方法还包括改变染色方法，提高染色温度，延长染色时间，控制染液pH值进行预处理(包括载体处理、物理处理、碱处理)，加入染色助剂，改进染整设备等。1)改变染色方法，除传统的水染色技术外还有超临界流体染色工艺，以超临界二氧化碳代替水作为染料中的溶剂，染色后无需烘干，可显著减少染色用水、用能及废水处理量，能源消耗也相对较少，但与传统的水染色技术差异巨大，传统染色实验经验不能直接应用在超临界染色中，还需大量实验；2)提高染色温度，改进染整设备，在此基础上诞生了超高温染色机，虽提高了染色效果，环境效益显著，但耗能增大；3)染色时间，必须有适宜的染色时间，使染料充分上染、扩散、固着，达到染色平衡，但同时染色时间的延长，会降低生产效率，影响经济效益；4)染液pH值的控制，精确的pH控制可以提高上染率和固色率，降低运行成本以及污水排放负荷，控制不当就会影响染色色泽和匀染性；5)预处理，其中碱处理，染色效果提升不明显，载体处理，借助与纤维结构相似的有机物，使其先进入纤维内部，溶胀纤维，降低织物结构的紧密程度，以便染料扩散和上染；物理处理，通过开清棉机物理处理，使纤维充分分离，增大纤维蓬松度，在机械物理作用下表面粗化，载体—物理综合处理工艺，无需特殊的工艺设备，可以在工业化生产过程中使用，但染色过程中大量载体的加入会带来染色成本提高、污染严重的问题；6)加入染色助剂，虽然会提高纤维、纱线以及织物的上染性能，但使用不当会给人体、纺织品和环境带来危害。以上方法的有效性评价大都针对常规纤维，对于高性能纤维的适用性，还未详细谈讨。
而目前许多改性方法都在一定程度上降低了高性能纤维的性能或效果不显著，因此在不损伤高性能纤维性能的基础上，开发一种简便、高效、无毒、耐久的高性能纤维染色方法，成为拓宽高性能纤维应用亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对目前高性能纤维颜色单一、上染困难的缺陷，提供一种多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物及其制备方法。所要解决的技术问题是提供一种不损伤纤维本体力学性质的前提下，可显著提高难染高性能纤维、纱线或织物的染色方法，以改善高性能纤维、纱线或织物颜色单一、难上染的缺陷，拓宽其在军用及民用纺织品上的应用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物，其特征在于，将经过预清洗的高性能纤维、纱线或织物在多巴胺的Tris溶液处理浴改性处理后染色即得。
本发明还提供了上述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预清洗：将高性能纤维、纱线或织物在预清洗浴中进行1～3道清洗，除去表面杂质，随后在室温下或50～70℃干燥1min～1h；
(2)处理浴的制备：配制三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液，浓度为5～15mM，将溶液pH值调至8～10，加入多巴胺盐酸盐搅拌溶解，配制成0.2～4g/L的多巴胺的Tris溶液处理浴；
(3)改性处理：将高性能纤维、纱线或织物置于处理浴中，固液比为1:2～1:10，处理温度为30～70℃，处理时间为5～120min，处理后经过1～3道水浴清洗，随后可选择性在室温下或50～70℃下干燥1min～4h；
(4)染色：依照目标色，选取染料配制染浴，将处理后高性能纤维、纱线或织物置于染浴中染色，随后清洗，进行干燥，获得表面经过聚多巴胺改性的染色高性能纤维、纱线或织物。
优选地，所述步骤(1)中的高性能纤维、纱线或织物包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、高强聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并双恶唑纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维及其无浆纤维束、展纱、加捻纱线、包芯纱、变形纱以及这些纤维及纱线制备的机织、针织、编织织物及非织造织物。
优选地，所述步骤(1)中的预清洗浴可为对纤维机械性能无损伤、对纤维表面物理化学性能无改变的有机溶剂或水中的一种或几种。
优选地，所述步骤(4)中的染料包括荧光染料、活性染料、天然染料、直接染料、还原染料、酸性染料、分散染料、阴离子染料、阳离子染料中的一种或几种。
优选地，所述步骤(4)中的染色包括浸染、卷染、轧染、轧卷染色、冷轧堆染色中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明所述方法操作简单，无高温高压辐照等流程，对设备和处理环境要求不高。
2.改性处理过程中涉及的液体不含有易燃易爆高挥发高毒性物质，危险性低。
3.显著提高高性能纤维染色效果，提高上染率，减少印染废水中染料含量，从而降低成本，同时减少印染废水污染。
4.多巴胺的处理普适性强，可适用于多种高性能纤维的表面改性。
5.聚多巴胺膜层与高性能纤维结合牢度高，染色后色牢度高。
6.处理仅对高性能纤维、纱线或织物的表面进行改性，不损伤纤维、纱线、织物的本体性能。
7.提高高性能纤维、纱线或织物的美观甚至可赋予一定的功能性，从而拓宽其在军用及民用纺织品上的应用。
附图说明
图1是本发明改性染色处理流程图
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种多巴胺辅助染色的玻璃纤维纱线，是将玻璃纤维纱线经过多巴胺的Tris溶液处理浴改性处理后染色即得。
所述的玻璃纤维纱线的制备方法，具体步骤如下：
将玻璃纤维纱线先经过丙酮预处理浴进行3次清洗，除去表面杂质，随后在室温(25℃)下干燥1h；配制浓度为10mM的三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液，调节pH值至8.5，加入多巴胺盐酸盐，搅拌溶解，配制得到1.2g/L多巴胺的Tris溶液处理浴；将玻璃纤维纱线以固液比1:2置于30℃的多巴胺的Tris溶液处理浴中，处理30min，经过3道水浴清洗，在60℃下干燥20min；配制浓度为1％(owf)的罗丹明B荧光染料染浴，固色剂Na2CO3总用量为15g/L，为了达到匀染效果，将Na2CO3分两批加入染浴中，在玻璃纤维纱线浸入染浴前，染浴中加入一半用量Na2CO3，采用一浴二步法浸染玻璃纤维纱线，将上述经过改性处理的玻璃纤维纱线，浸入染浴中，浴比1:20，染色时间60min，染色10min后加入另一半Na2CO3进行固色处理，随后水洗洗去浮色，在60℃下干燥0.5h，获得多巴胺辅助染色的玻璃纤维纱线。
使用共聚焦显微镜对荧光染色进行评价：540nm的激发波长，610nm的发射波长条件下记录，Image-Pro Plus软件分析荧光强度。相较未改性纱线，改性纱线的平均荧光强度由0.064提高到0.133，是未改性纱线的两倍。使用XQ-1C型高强高模纤维强力仪对单纤维进行强力测试，改性后测定纱线内单纤维强度无明显变化(未改性：1.79GPa；改性：1.91GPa)。
实施例2
一种多巴胺辅助染色的对位芳纶纤维织物，是将对位芳纶纤维织物经过多巴胺的Tris溶液处理浴改性处理后染色即得。
所述的多巴胺辅助染色的对位芳纶纤维织物的制备方法，具体步骤如下：
将对位芳纶纤维织物先经过丙酮浴进行预清洗，清洗2道，除去表面杂质，随后在室温(25℃)下干燥30min；配制浓度为7mM三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液，调节pH值至10，加入多巴胺盐酸盐，搅拌溶解，配制得到0.8g/L多巴胺的Tris溶液处理浴；将对位芳纶纤维织物以固液比1:4置于50℃的多巴胺的Tris溶液处理浴中，处理8min，经过3道水洗，在70℃下干燥15min；配制浓度为1％(owf)的活性艳红X-3B活性染料染浴，采用一浴二步法浸染对位芳纶纤维织物，将改性处理的对位芳纶纤维织物浸入染浴中，浴比为1:30，染色时间60min，在染色开始后的10min加入促染剂Na2SO4(15g/L)，当染色时间至35min时，再加入固色剂Na2CO3(30g/L)，随后3道水洗洗去浮色，在60℃下干燥0.5h，获得多巴胺辅助染色的对位芳纶纤维织物。
使用电子配色仪(DatacolorSF600)测定染色深度K/S值，芳纶纤维织物染色后K/S值由未改性的0.302提升到2.275，为未改性织物的约7.5倍。使用XQ-1C型高强高模纤维强力仪对单纤维进行强力测试，织物中单纤维强度无明显变化(未改性：3.89GPa；改性：3.93GPa)。
实施例3
一种多巴胺辅助染色的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复丝，是将UHMWPE复丝表面经过聚多巴胺改性处理后染色即得。
所述的多巴胺辅助染色的UHMWPE复丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将UHMWPE复丝先经过丙酮浴进行预清洗，清洗2次，50℃干燥10min；配制浓度为15mM三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液，调节pH值至9，加入多巴胺盐酸盐，搅拌溶解，配制得到1.8g/L多巴胺的Tris溶液处理浴；将UHMWPE复丝以固液比1:5置于40℃的多巴胺的Tris溶液处理浴中，处理60min，经过3道水洗，在60℃下干燥15min；配制浓度为1％(owf)的活性艳红X-3B活性染料染浴，采用一浴二步法浸染UHMWPE复丝，将改性处理的UHMWPE复丝浸入染浴中，浴比为1:50，染色时间60min，在染色开始后的10min加入促染剂Na2SO4(15g/L)，当染色时间至35min时，再加入固色剂Na3PO4(10g/L)，随后3道水洗洗去浮色，在60℃下干燥1h，获得多巴胺辅助染色的UHMWPE复丝。
使用电子配色仪(DatacolorSF600)测定染色深度K/S值，UHMWPE复丝染色后K/S值由未改性的0.089提升到1.286，为未改性织物的约14.5倍。使用XQ-1C型高强高模纤维强力仪对单纤维进行强力测试，复丝强度无明显变化(未改性：20.20cN/dtex；改性：20.53cN/dtex)。

Claims (6)

1.一种多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物，其特征在于，将经过预清洗的高性能纤维、纱线或织物在多巴胺的Tris溶液处理浴改性处理后染色即得。
2.权利要求1所述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预清洗：将高性能纤维、纱线或织物在预清洗浴中进行1～3道清洗，除去表面杂质，随后在室温下或50～70℃干燥1min～1h；
(2)处理浴的制备：配制三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液，浓度为5～15mM，将溶液pH值调至8～10，加入多巴胺盐酸盐搅拌溶解，配制成0.2～4g/L的多巴胺的Tris溶液处理浴；
(3)改性处理：将高性能纤维、纱线或织物置于处理浴中，固液比为1:2～1:10，处理温度为30～70℃，处理时间为5～120min，处理后经过1～3道水浴清洗，随后可选择性在室温下或50～70℃下干燥1min～4h；
(4)染色：依照目标色，选取染料配制染浴，将处理后高性能纤维、纱线或织物置于染浴中染色，随后清洗，进行干燥，获得表面经过聚多巴胺改性的染色高性能纤维、纱线或织物。
3.如权利要求2所述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的高性能纤维、纱线或织物包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、高强聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并双恶唑纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维及其无浆纤维束、展纱、加捻纱线、包芯纱、变形纱以及这些纤维及纱线制备的机织、针织、编织织物及非织造织物。
4.如权利要求2所述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预清洗浴可为对纤维机械性能无损伤、对纤维表面物理化学性能无改变的有机溶剂或水中的一种或几种。
5.如权利要求2所述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的染料包括荧光染料、活性染料、天然染料、直接染料、还原染料、酸性染料、分散染料、阴离子染料、阳离子染料中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的多巴胺辅助染色的高性能纤维、纱线或织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的染色包括浸染、卷染、轧染、轧卷染色、冷轧堆染色中的一种或几种。
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