CN112410915B - 适用于干法腈纶的着色色浆及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于干法腈纶制造技术领域，具体的涉及一种适用于干法腈纶的着色色浆及应用。将第一分散剂加入水中搅拌溶解，加入颜料进行预分散，然后对预分散后的颜料进行烘干，烘干后将颜料与第二分散剂进行搅拌；将所得颜料加入到溶剂中进行搅拌，加入聚丙烯腈升温溶解，得到腈纶纺丝色浆；对腈纶纺丝色浆进行超声波处理。本发明所述适用于干法腈纶的着色色浆，在干法纺丝原液中具有较好的分散性及稳定性，将经过分散改性的着色色浆添加到纺丝原液中，生产出的有色纤维中的颜料与纤维之间产生了较强的结合力，使生产的有色纤维具有较高的耐磨牢度和耐洗色牢度，色泽稳定，使用领域更加广泛。

Description

适用于干法腈纶的着色色浆及应用
技术领域
本发明属于干法腈纶制造技术领域，具体的涉及一种适用于干法腈纶的着色色浆及应用。
背景技术
随着合成纤维工业的快速发展，有色腈纶纤维的生产技术得到不断完善，据统计，有色腈纶已占世界腈纶总产量的20％左右。聚丙烯腈纤维的染色加工，分为以下几种方法：(1)原液着色法：将颜料制成的有色色浆添加在聚丙烯腈聚合物溶液(纺丝原液)中，采用现有的纺丝工艺直接纺丝生产有色纤维；(2)凝胶染色法：通过现有湿法纺丝技术，对尚处于凝胶状态的腈纶初生纤维采用液体阳离子染料进行快速上染，生产有色纤维；(3)丝束染色法：将纤维成品或丝束(半成品)在染色机中，边升温边染色。
原液着色法适合于湿法、干法及熔融法纺丝，由于采用在纺丝原液阶段就将着色剂添加进去的方法，着色剂与聚合物在纺丝过程中进行均匀的共混，从而使纤维的着色非常均匀。原液着色腈纶的生产，关键在于所添加的有色色浆中的颜料是否得到均匀分散和研磨，分散体系是否适合于腈纶纺丝体系，以及有色色浆是否与纺丝原液得到均匀混合等。
针对这些问题，专利CN105463601 A提出了采用偶联剂和腈纶纺丝原液，配合分散剂，对颜料进行处理，制备得到颜料色浆，其可用于生产原液着色腈纶；然而，采用此种方法制备的色浆主要适用于湿法纺丝工艺，配制的原液纺丝浓度较低，为2.0％～8.0％，采用的溶剂为NaSCN水溶液；而干法纺丝腈纶在制备过程中，其纺丝溶剂为二甲基甲酰胺，同时配制浓度较高，为28％-32％，溶剂脱除方式为高温氮气脱除，脱除温度达到了200℃以上；将专利CN 105463601 A配制的色浆在干法纺丝原液中进行添加时容易出现抱团、沉淀等问题；同时，在高温氮气脱除溶剂时，会出现有机颜料分解问题，从而导致纤维失色。
干法腈纶相比于湿法腈纶，其在纺丝过程中的差别主要是(1)纺丝浓度较高，为28％～32％；(2)溶剂脱除方式为高温氮气脱除，脱除温度达到了200℃以上，这两个条件就限制了干法着色纤维的开发，主要难点在于由于纺丝浓度较高，纺丝原液比较粘稠，导致普通色浆加入后很容易抱团，造成制备出的纤维颜色不均一；同时，由于溶剂脱除方式为高温脱除，导致大部分有机颜料会在脱除过程中发生分解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于干法腈纶的着色色浆及应用。制备方法简单，所得到的色浆在干法纺丝原液中具有较好的分散性及稳定性，制备的腈纶色泽稳定。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆，采用如下方法进行制备，步骤为：
(1)将第一分散剂加入水中搅拌溶解，加入颜料进行预分散，然后对预分散后的颜料进行烘干，烘干后将颜料与第二分散剂进行搅拌；
(2)将步骤(1)处理后的颜料加入到溶剂中进行搅拌，加入聚丙烯腈升温溶解，得到腈纶纺丝色浆；
(3)对腈纶纺丝色浆进行超声波处理。
其中：
步骤(1)中所述的颜料为无机颜料，颜料的粒径≤1um；无机颜料是炭黑、钛白粉、镉黄、铁红、铁蓝或群青中的一种或多种。
步骤(1)中所述的第一分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，重均分子量为10000，聚乙烯吡咯烷酮占颜料干基的质量百分数为2～15％，优选5～10％。
步骤(1)中所述的溶解温度为40～55℃，优选温度为50℃。
步骤(1)中所述的烘干温度为90℃。
步骤(1)中所述的第二分散剂为聚乙二醇，分子量为6000～8000，优选为8000，聚乙二醇占颜料干基的质量百分数为5～20％，优选8～15％。
步骤(1)中颜料与第二分散剂进行搅拌时，首先以600r/min的速度进行低速搅拌，然后以1400r/min的速度进行高速搅拌，搅拌温度为80℃。
在高温高速搅拌过程中，聚乙二醇为液态状，颜料与第二分散剂混合均匀。
步骤(2)中的溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种，优选二甲基甲酰胺。
步骤(2)中形成的腈纶纺丝色浆的质量浓度(聚丙烯腈占溶剂的质量百分数)为2～12％。
步骤(2)中形成的腈纶纺丝色浆中颜料的质量浓度(颜料干基占溶剂的质量百分数)为5～15％，优选为8～10％。
颜料的含量过高，当超过20wt％时，易使色浆的粘度过高，色浆在管道中输送困难，并在与纺丝原液共混时，易引起混合不匀、带入气泡，造成纺丝困难；在生产同一颜色时，添加的色浆量过多，与纺丝原液共混后，会引起纺丝原液中的各组分明显变化，容易导致生产困难；当颜料的含量过低，如低于5wt％时，则造成生产效率低下。
步骤(3)中超声波频率为20000Hz～40000Hz，处理时间为15～30min。
步骤(3)中超声处理后颜料粒径为0.2～0.5um。
超声波处理频率太低无法保证处理效果，处理频率太高又会出现颜料破碎或分散剂被剥落的问题；因此，超声波频率要保持在一个合适范围。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶着色色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为28～33％，然后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
作为一个优选的技术方案，本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆，采用如下方法进行制备，步骤为：
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径≤1um；再将第一分散剂加入到水中，在一定温度下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的颜料，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料及第二分散剂加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，以保证颜料分散均一，搅拌一定时间后，进行高温高速搅拌，以保证第二分散剂能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到溶剂中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成一定浓度的腈纶纺丝色浆。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，保证颜料在色浆中分散均一，颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆，制备时加入聚乙烯吡咯烷酮，将颜料颗粒在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中充分浸润，再烘干后，利用其成膜性在颜料表面形成一层保护膜，再向颜料浆液加入聚乙二醇，利用与聚乙烯吡咯烷酮的相斥性，保证形成的分散剂与包覆颜料的复合体相互之间有较强的静电排斥力，可以保证颜料在体系中维持较好的分散稳定性。
(2)本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，在色浆与浆液混合通过喷丝板时，在压力的作用下，颜料和普通分散剂的分散体系之间的结合遭到破坏，分散剂会在后续的纺丝过程中逐步析出，而聚乙烯吡咯烷酮具有很强的亲和性，可以防止分散剂析出；同时，为了更进一步保证颜料在浆液中的分散均一性及颗粒度，本发明采用超声波处理的方式，通过超声波处理将颜料的分散性进一步提升。
(3)采用本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆，在干法纺丝原液中具有较好的分散性及稳定性，将经过分散改性的着色色浆添加到纺丝原液中，生产出的有色纤维中的颜料与纤维之间产生了较强的结合力，使生产的有色纤维具有较高的耐磨牢度和耐洗色牢度，色泽稳定，使用领域更加广泛。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径为0.5um，将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加入量为2％，在40℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的铁红，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料在90℃下进行烘干，烘干后再将颜料及分子量为8000，浓度为8％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为2％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为5％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，超声波频率为20000Hz，处理时间为30min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为28％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
实施例2
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径为0.5um，将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加入量为10％，在40℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的铁蓝，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料与分子量为8000，浓度为15％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为10％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为10％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，超声波频率为40000Hz，处理时间为15min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为30％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
实施例3
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径为0.5um，将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加入量为5％，在40℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的镉黄，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料及分子量为8000，浓度为10％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为5％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为6％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，超声波频率为30000Hz，处理时间为20min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为29％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
实施例4
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径为0.5um，将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加入量为7％，在50℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的铁黄，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料及分子量为8000，浓度为9％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为9％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为8％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，处理频率为40000Hz，处理时间为15min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为31％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
实施例5
(1)首先将颜料放入到研磨机中进行研磨加工，研磨后的颜料粒径为0.5um，将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加量为8％，在45℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的炭黑，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料及分子量为8000，浓度为12％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为8％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为9％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，处理频率为20000Hz，处理时间为25min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
本发明所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为32％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
对比例1
(1)将重均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加量为8％，在45℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的炭黑，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为8％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为9％。
将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为32％，之后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
对比例2
(1)将重均分子量为6000的聚乙烯吡咯烷酮加入到水中，其加量为8％，在45℃下搅拌溶解，待完全溶解后，缓慢加入所需量的铁黄，进行充分预分散，使颜料表面获得充分润湿；之后将湿润后的颜料进行烘干，烘干后再将颜料及分子量为2000，浓度为12％的聚乙二醇加入到搅拌器中，首先进行低速搅拌，搅拌转速为600r/min，再进行搅拌速率为1400r/min，温度为80℃的高温高速搅拌，以保证聚乙二醇能均一负载到颜料表面。
(2)将处理后的颜料逐渐加入到二甲基甲酰胺中，在加入过程中，对溶液进行搅拌，搅拌均一后，加入一定量的聚丙烯腈，升温溶解，形成浓度为8％的腈纶纺丝色浆，颜料所占的质量浓度为9％。
(3)对形成的腈纶纺丝色浆进行超声波处理，处理频率为20000Hz，处理时间为25min，保证颜料在色浆中分散均一，最终形成浆液中颜料粒径为0.2～0.5um。
将上述制备的腈纶颜料色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为32％，之后根据常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
对实施例1-5和对比例1-2制备的不同纺丝色浆的纺丝性能进行测试，结果如表1所示，对实施例1-5和对比例1-2制备的着色色浆应用于腈纶，对摩擦牢度和洗涤牢度进行性能测试，结果如表2所示，注：摩擦牢度和洗涤牢度的检测方法为GB/T 3920-2008。
表1各种色浆的纺丝性能
样品 起泡性 分散性 与纺丝原液相容性
实施例1 无泡 好 好
实施例2 无泡 好 好
实施例3 无泡 好 好
实施例4 无泡 好 好
实施例5 无泡 好 好
对比例1 有泡 抱团 较差
对比例2 无泡 抱团 较差
表2不同样品使用性能对比
样品 摩擦牢度 洗涤牢度
实施例1 4级 4级
实施例2 4级 4级
实施例3 4级 4级
实施例4 4级 4级
实施例5 4级 4级
对比例1 3级 3级
对比例2 3级 3级

Claims (8)

1.一种适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：采用如下方法进行制备，步骤为：
(1)将第一分散剂加入水中搅拌溶解，加入颜料进行预分散，然后对预分散后的颜料进行烘干，烘干后将颜料与第二分散剂进行搅拌；
(2)将步骤(1)处理后的颜料加入到溶剂中进行搅拌，加入聚丙烯腈升温溶解，得到腈纶纺丝色浆；
(3)对腈纶纺丝色浆进行超声波处理；
步骤(1)中所述的第一分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，重均分子量为10000，聚乙烯吡咯烷酮占颜料干基的质量百分数为2～15％；
步骤(1)中所述的第二分散剂为聚乙二醇，分子量为6000～8000，聚乙二醇占颜料干基的质量百分数为5～20％。
2.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(1)中所述的颜料为无机颜料，颜料的粒径≤1um；无机颜料是炭黑、钛白粉、镉黄、铁红、铁蓝或群青中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(1)中所述的溶解温度为40～55℃。
4.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(1)中颜料与第二分散剂进行搅拌时，首先以600r/min的速度进行低速搅拌，然后以1400r/min的速度进行高速搅拌，搅拌温度为80℃。
5.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(2)中的溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种。
6.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(2)中形成的腈纶纺丝色浆中聚丙烯腈占溶剂的质量百分数为2～12％，腈纶纺丝色浆中颜料干基占溶剂的质量百分数为5～15％。
7.根据权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆，其特征在于：步骤(3)中超声波频率为20000Hz～40000Hz，处理时间为15～30min。
8.一种权利要求1所述的适用于干法腈纶的着色色浆的应用，其特征在于：将权利要求1的腈纶着色色浆通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，纺丝浓度为28～33％，然后按照常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到原液着色腈纶。
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