CN109235073A - 一种聚酰亚胺纤维的阳离子染料染色方法 - Google Patents

一种聚酰亚胺纤维的阳离子染料染色方法 Download PDF

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Abstract

一种聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入pH值为8‐11碱液中浸渍12‐24h，在40～60℃处理10‐30min，然后水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入预处理液中，预处理液浴比为1:50‐100，升温至110‐130℃，保温10‐30min，水洗；(3)步骤(2)得到的经预处理的聚酰亚胺纤维加入染色工作液，进行CO2超临界染色，所述染色工作液和纤维的质量比为1:20‐50，染色温度为40‐70℃，压力为10‐20MPa，染色10‐60min，然后水洗干燥；其中所述染色工作液含有醇胺5‐10g/L，苯酚衍生物0.1‐10g/L，阳离子染料1‐5g/L。该方法综合了碱液上色和CO2超临界染色法的优点，达到了染色聚酰亚胺纤维在保持力学性能不损失的前提下提高染色效果的目的。

Description

一种聚酰亚胺纤维的阳离子染料染色方法
发明领域
本发明属于聚酰亚胺纤维染色技术，属于功能纺织物技术领域。
背景技术
聚酰亚胺(PI)是主链上含有五元酰亚胺环的一类高性能聚合物。依据其分子所含单元结构的类型不同，分为脂肪型聚酰亚胺和芳香型聚酰亚胺两大类。它具有其它高聚物无法比拟的综合性能，其分子中十分稳定的芳香杂环结构单元起了十分重要的作用，其性能主要包括以下几个方面：(1)突出的耐热性能：热分解温度可达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一；(2)优异的耐低温性能：聚酰亚胺材料在液氮中不会脆裂，并保持一定的机械性能，这是高分子材料中少有的性能；(3)优异的力学性能；此外聚酰亚胺具有极低的热膨胀系数、优异的耐辐射性能、良好的化学稳定性、良好的介电及绝缘性能、优异的阻燃性能、较好的生物相容性和低毒性。
但也正是由于聚酰亚胺上述优异稳定的性能，使得聚酰亚胺纤维的染色极为困难，目前仍然是新型纤维染色研究的热点，也是其在产业用或民用市场推广的瓶颈所在。因此适合聚酰亚胺纤维染色的方法，将有利于扩大聚酰亚胺纤维在各个领域的应用。
聚酰亚胺纤维的玻璃温度通常达到300℃以上，且具有紧密的分子结构和高取向性，因此一般的染色条件下，燃料分子难以扩散进入纤维内部并覆盖纤维的原色，染色较为困难。目前常见的染色方法为热熔染色法、纺丝原液染色法、高温高压染色法、载体染色法等方法。其中载体染色法和高温高压染色法，可操作性和染色效果较好。高温高压染色法，是染色温度高于在140-250℃，在密闭的高于一个大气压的染色设备中进行的一种湿热染色方法，但是过高的温度会使得燃料凝结，破坏染料的发色基团。而载体染色法是利用一种对染料和纤维都有亲和力的化合物作为载体，它对纤维有增塑膨化的作用，可削弱纤维内分子链间的结合力，增大空穴产生的概率，染料扩散速率提高。染色时，载体吸附在纤维表面形成一层浓度很高的液状载体层，提高了染料在纤维内外的浓度梯度，进而将染料分子带入纤维内部。
阳离子染料的分子结构较为简单，分子量较小，易进入纤维内部；同时，阳离子染料多含有氮杂环，与极性较强的纤维更有亲和力。但聚酰亚胺纤维表面结构比较致密，用常规工艺难以使用阳离子对聚酰亚胺纤维进行染色。目前阳离子染料常用于腈纶染色，近年来有将其运用到芳纶的染色。
CN103541214A公开了一种用于提高聚酰亚胺纤维碱性染料染色性能的方法。即先在碱性或酸性催化剂的作用下，聚酰亚胺纤维分子的末端酐水解成羧基，可增加染座，染料分子上的阳离子能与纤维分子末端酐水解生成的羧基发生离子键结合，该方法可有效提高聚酰亚胺纤维碱性染料染色的深染性和色牢度。
CN104532622A公开了一种聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入除油剂组成的溶液中，清洗后放入碱液中水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入工作液中，升温至120～150℃，然后降温到60℃，水洗，经该方法染色的聚酰亚胺纤维得色深，染色牢度高，而且该方法工艺简单，处理成本较低，有良好的工业应用价值。但是强酸碱对聚酰亚胺纤维的纤维强度性能有一定影响。
CN105133378A涉及一种聚酰亚胺纤维制品分散染料染色用导染剂，所述导染剂由2-乙基丁醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己醇、甲基异丁基甲醇中的任意两种或者两种以上混合得到的，可用于高温高压染色，促进聚酰亚胺纤维的溶胀，增加染料溶解量，提高染料的上染率，对聚酰亚胺纤维染色具有促染作用，易染得较深颜色。但是导染剂的加入增加了染色废液的处理难度。
发明内容
本发明提供的提高染色聚酰亚胺纤维力学性能的方法，采用较为温和的pH碱性环境刻蚀使聚酰亚胺纤维表面粗糙化，避免了强碱对纤维的内部结构造成伤害，其力学性能也能得到较大程度的保留，碱洗使纤维表面的部分酰亚胺环打开，有利于染料分子上的阳离子能与羧基发生离子键结合，可有效解决聚酰亚胺纤维染色难的问题。采用二氧化碳超临界染色技术，使得采用本发明提供的提高染色聚酰亚胺纤维力学性能的方法，对纤维的染色性能几乎没有影响，本发明使用CO2超临界染色法对聚酰亚胺纤维进行最后的上色，通过优选的染色工作液，克服了常规CO2超临界染色法的K/S值偏低，色牢度不足的缺点。
本发明的一种聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入pH值为8-11碱液中浸渍12-24h，在40～60℃处理10-30min，然后水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入预处理液中，预处理液浴比为1:50-100，升温至110-130℃，保温10-30min，水洗；(3)步骤(2)得到的经预处理的聚酰亚胺纤维加入染色工作液，进行CO2超临界染色，所述染色工作液和纤维的质量比为1:20-50，染色温度为40-70℃，压力为10-20MPa，染色10-60min，然后水洗干燥；其中所述染色工作液含有醇胺5-10g/L，苯酚衍生物0.1-10g/L，阳离子染料1-5g/L。
所述步骤(1)中的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠溶液中的一种或几种。
所述步骤(2)中的预处理液为苯甲醇、苯甲酸甲酯、苯乙酮中的一种。
所述步骤(3)中所述CO2超临界染色的温度是45-55℃，进一步优选是48-42℃；压力是12-18MPa，更优选压力是15-17MPa。
步骤(3)中所述醇胺是二乙醇胺、三乙醇胺、2-二丁胺基乙醇、2-二乙胺基乙醇中的一种。
步骤(3)中所述苯酚衍生物是苯环上含有碳原子数为1-10的烷基取代基的苯酚衍生物。
本发明综合了碱液上色和CO2超临界染色法的优点，并通过调整工艺条件和染色工作液，克服了碱液上色对纤维力学性能影响大的缺点，同时克服了单纯CO2超临界染色法色牢度不足、K/S值偏低的缺陷，较好的解决了染色聚酰亚胺纤维在保持力学性能不损失的前提下提高染色效果的目的。
具体实施方式
实施例1
聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入pH值为8碱液中浸渍12h，在40℃处理30min，然后水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入苯甲醇中，苯甲醇浴比为1:50，升温至110℃，保温10min，然后降温到60℃，水洗；(3)步骤(2)得到的经预处理的聚酰亚胺纤维加入染色工作液，进行CO2超临界染色，所述染色工作液和纤维的质量比为1:20，染色温度为40℃，压力为12MPa，染色20min，然后水洗干燥；其中所述染色工作液含有醇胺5g/L，苯酚衍生物1g/L，阳离子染料3g/L。
实施例2
聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入pH值为11碱液中浸渍24h，在45℃处理10-30min，然后水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入苯甲酸甲酯中，预处理液浴比为1:80，升温至130℃，保温20min，水洗；(3)步骤(2)得到的经预处理的聚酰亚胺纤维加入染色工作液，进行CO2超临界染色，所述染色工作液和纤维的质量比为1:40，染色温度为60℃，压力为20MPa，染色10min，然后水洗干燥；其中所述染色工作液含有醇胺10g/L，苯酚衍生物0.1g/L，阳离子染料5g/L。
对比例1
其他步骤与实施例1相同，不进行步骤(1)的碱洗。
对比例2
其他步骤与实施例1相同，不进行步骤(2)的预处理。
对比例3
其他步骤与实施例3相同，步骤(3)不使用超临界染色，只是用常规工艺染色。
对比例4
不对染料进行碱洗和超临界染色，直接使用染色工作液进行染色，主要步骤如下：在60℃下，浴比为1:50，染色工作液和纤维的质量比为1:20-50，染色1h。
对实施例1-2和对比例1-4染色得到的聚酰亚胺纤维试样进行染色性能分析，如下表所示：
K/S值 皂洗牢度 弹性模量/GPa 断裂伸长率/％ 强度/GPa
实施例1 11 5 56.89 2.2 1.19
实施例2 11 5 58.22 2.2 1.20
对比例1 5 2 53.61 2.0 1.07
对比例2 8 4 51.30 2.1 1.05
对比例3 7 3 32.85 1.8 0.82
对比例4 3 2 59.33 2.2 1.21
通过上表可见，采用相同染色工艺参数下，采用本发明所述的染色工作液染色的聚酰亚胺纤维色牢度最好，同时具有最高的K/S值，同时采用碱洗和超临界两种方法显著提高了纤维的K/S值，和洗牢度，取得了意料不到的技术效果。本发明所述方法染色纤维的机械性能基本不发生变化，而采用传统染色工作液的聚酰亚胺纤维，色牢度较差，而且对纤维的机械性能具有不良影响。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,在不背离本发明精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种聚酰亚胺纤维分散染料染色的方法，包括：(1)将聚酰亚胺纤维放入pH值为8-11碱液中浸渍12-24h，在40～60℃处理10-30min，然后水洗烘干；(2)室温下，将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维放入预处理液中，预处理液浴比为1:50-100，升温至110-130℃，保温10-30min，水洗；(3)步骤(2)得到的经预处理的聚酰亚胺纤维加入染色工作液，进行CO2超临界染色，所述染色工作液和纤维的质量比为1:20-50，染色温度为40-70℃，压力为10-20MPa，染色10-60min，然后水洗干燥；其中所述染色工作液含有醇胺5-10g/L，苯酚衍生物0.1-10g/L，阳离子染料1-5g/L。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠溶液中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中的预处理液为苯甲醇、苯甲酸甲酯、苯乙酮中的一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中所述CO2超临界染色的温度是45-55℃，进一步优选是48-42℃；压力是12-18MPa，更优选压力是15-17MPa。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述醇胺是二乙醇胺、三乙醇胺、2-二丁胺基乙醇、2-二乙胺基乙醇中的一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述苯酚衍生物是苯环上含有碳原子数为1-10的烷基取代基的苯酚衍生物。
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