CN115010373B - 一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维及其制备方法，包括玄武岩纤维组分、耐水染料浸润剂组分。该耐水性彩色纤维是通过阳离子染料如蔵红T与成膜物质PVA、淀粉以及改性物质硅酸钠和磷酸的混合物质反应生成相应的染料，然后将染料以浸润剂形式直接在玄武岩纤维生产过程中拉丝染色，从而在纤维表面形成均匀的耐水彩色涂层。该彩色纤维适用于各类高强度、高潮湿环境，采用硅酸钠改性聚乙烯醇薄膜来提高材料拉伸强度，同时，聚合形成Si‑O‑C网状密实结构来提高彩色纤维耐水性。所以，本发明通过物理化学方法获得了一种耐水型彩色浸润剂来改性玄武岩纤维，使其不仅具有更好的力学性能，耐水色牢度，同时还具有更好的美学观赏性以及装饰性。
Description
技术领域
本发明公开一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维及其制备方法，是一种可用于装饰、服装、纺织等领域的环保材料，同时还提供了其制备方法，属于化学工业技术领域。
背景技术
由于人类对健康、安全和舒适生活的认识不断提高，全球纺织品制造商对用于高度装饰性、开创性和功能性纺织品的需求不断增长，例如垫子、服饰、手机壳和室内装潢等。因此，无机纤维由于具有绿色无害的特性，进入了科研人员的视野。而无机玄武岩纤维最近被列为“二十一世纪的绿色工业材料”，与该领域所用的芳纶、聚氨酯、羊毛等纤维相比，其具有无毒、无味、耐酸碱、抗老化、抗菌、力学性能优良等特点，其性能更加稳定持久。然而，玄武岩纤维由于其颜色的单一性，不能满足人们对于美学装饰的需求，因此，人们对生产由不同种类染料制成的连续彩色纱线产生了相当大的兴趣，这是将玄武岩纤维融入具有更广阔市场的传统纺织品的一种有吸引力的方式。但是玄武岩纤维的染色具有诸多的技术问题需要攻克，主要是因为其自身固有缺点如：(1)玄武岩纤维结构致密，染料分子很难扩散至纤维内部，所以一些有机纤维染色技术如液体石蜡染色技术[S.Xu]、超临界二氧化碳染色技术[L.Cardozo-Filho,]都无法对玄武纤维染色(2)无机纤维表面光滑，不含除羟基外的任何官能团，无法与染料中的离子键合，所以常用的有机溶剂染色技术[F.O.H.A.T.H.GUION]不适用于玄武岩纤维染色，(3)玄武岩纤维自身呈金褐色，很难显色，所以适用于玻璃纤维的本体着色技术(本体着色通常是在玻璃配合料中加入着色元素，经过一定的溶制成型退火工艺后制得)也不适用于玄武岩纤维。专利202010425837.6公开了在玄武岩纤维布上采用真空磁控溅射镀铝膜后再染色的方法，虽然染色后色牢度较好，但以上染色方式都是后染法并且在相对较苛刻的条件下实现，从考虑节能和成本以及实验难度的角度出发，我们首次提出了利用玄武岩纤维拉丝过程产生的余温采用原位上线染色方法，在拉丝过程中直接将染液以浸润剂形式粘结或接枝于纤维表面，从而形成颜色鲜艳的纤维束丝，染料溶液可以直接回收持续染色。
淀粉和磷酸是目前纤维改性常用原材料，淀粉与磷酸反应生成的磷酸酯基团与纤维表面羟基可以结合形成牢靠的Si-O-P键，而阳离子染料如蔵红T等可接枝于-COOH,所以可以在纤维表面形成均匀的涂层。为了彩色纤维适用于各类高强度、高潮湿环境，采用硅酸钠改性聚乙烯醇薄膜来提高材料拉伸强度，同时，聚合形成Si-O-C网状密实结构来提高彩色纤维耐水性。所以，本发明通过物理化学方法获得了一种耐水型彩色浸润剂来改性玄武岩纤维，使其不仅具有更好的力学性能，耐水色牢度，同时还具有更好的美学观赏性以及装饰性。
发明内容
拟解决的技术问题
本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，在于进一步提高玄武岩纤维裸丝拉伸强度。
本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，在于进一步提高彩色玄武岩纤维耐水洗色牢度。
本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，在于进一步提高彩色玄武岩纤维耐腐蚀性。
本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，在于进一步简化传统玄武岩纤维染色程序繁琐负责的步骤。
技术方案：
为了实现以上技术要求，本发明提供了本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维及其制备方法，具有简化反应步骤、耐水性能好，力学稳定性好，耐腐蚀强，生产工艺简单且造价低廉等优势。该材料是通过以下技术方案实现的：
一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：是由以下组分构成：玄武岩纤维组分、耐水染料浸润剂组分，所述的耐水染料浸润剂组分是由耐水增韧薄膜组分和染色组分构成，
1.优选的，所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：玄武岩纤维组分是由优选玄武岩按照比例与氧化钙复配后经拉丝形成的直径为微米级的无机纤维；
2.优选的，所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：耐水增韧薄膜组分是由聚乙烯醇与硅酸钠溶于水反应得到；
3.优选的，所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：染色组分是由可溶性淀粉、磷酸与阳离子染料如蔵红T、罗丹明B等混合反应而得；
4.优选的，所述的耐水增韧薄膜组分是由聚乙烯醇与硅酸钠溶于水反应得到，其特征在于：按质量比聚乙烯醇为2-6份，硅酸钠为1-3份，水90-100份；
5.优选的，所述的染色组分是由可溶性淀粉、磷酸与蔵红T染料混合反应而得，其特征在于：按质量比可溶性淀粉占5-8份，磷酸15-20份；阳离子染料1-2份，水90-100份；
制备方法：
根据一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维的技术方案，其具体实施步骤为:
1.将优选量的聚乙烯醇95℃条件下溶于一定量的水中，直至无粉末或颗粒，将溶液温度降至50℃；
2.将优选量的硅酸钠粉末室温条件下溶于一定量的水中，直至溶液澄清透明；
3.将步骤(1)与(2)两溶液缓慢混合待用，得到耐水增韧组分；
4.将优选量的淀粉90℃条件下溶于一定量的去离子水并搅拌30min后，加入优选量的磷酸，充分反应后再加入优选量的阳离子染料，得到染色组分；
5.将步骤(3)与(4)两溶液按照1:1～1.5混合搅拌均匀并充分反应，得到耐水染料浸润剂置于拉丝机；
6.将优选玄武岩按照比例与氧化钙复配后经1400-1550℃高温熔融后通过铂铑合金漏板拉制成丝，拉丝同时将步骤(5)所得耐水染料浸润剂通过浸润器以一定速率均匀浸润至纤维丝表面，得到微米级的耐水彩色玄武岩纤维。
本发明的积极效果：
与现有技术相比，本发明提供了一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维及其制备方法，积极效果在于：
1.以线上染丝代替后染法，简化染色步骤，制备工艺简单，节约成本。
2.以淀粉和磷酸为桥梁将阳离子染料接枝于玄武岩纤维表面，使纤维着色更均匀牢靠，更具美学效应。
3.以硅酸钠改性聚乙烯醇薄膜为保护层，使纤维力学性能大幅提高的同时耐水性和耐腐蚀性显著增强。
附图说明
图1为本发明耐水型彩色玄武岩纤维丝与原丝外貌对比图；
图2为本发明耐水型彩色玄武岩纤维丝与原丝扫描电镜形貌对比图；
图3为为本发明耐水型彩色玄武岩纤维与原纤维润湿角对比图；
图4为本发明耐水型彩色玄武岩纤维丝与原丝力学性能对比图；
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1：
称取2份聚乙烯醇样品溶于50份去离子水中，95℃条件下充分搅拌1h至无颗粒，同时称取1份的硅酸钠溶于40份去离子水中室温搅拌30min至溶液澄清，将两溶液混合待用；称取4份可溶性淀粉在90℃条件下，溶于100份去离子水中磁力搅拌2h，后加入16份磷酸溶液边搅拌边反应1h,再将1份蔵红T染料加入溶液中反应2h；最后将两种溶液混合得到耐水彩色浸润剂；将玄武岩原料混合均匀后放入拉丝机中，在1500℃条件下通过铂铑合金拉丝，同时将彩色浸润剂倒入浸润剂容器中，边拉丝边将浸润剂匀速滴于纤维表面，制备而成纤维束丝。
实施例2：
称取3份聚乙烯醇样品溶于60份去离子水中，95℃条件下充分搅拌1h至无颗粒，同时称取1.5份的硅酸钠溶于30份去离子水中室温搅拌30min至溶液澄清，将两溶液混合待用；称取5份可溶性淀粉在90℃条件下，溶于90份去离子水中磁力搅拌2h，后加入18份磷酸溶液边搅拌边反应1h,再将2份蔵红T染料加入溶液中反应2h；最后将两种溶液混合得到耐水彩色浸润剂；将玄武岩原料混合均匀后放入拉丝机中，在1500℃条件下通过铂铑合金拉丝，同时将彩色浸润剂倒入浸润剂容器中，边拉丝边将浸润剂匀速滴于纤维表面，制备而成纤维束丝。
实施例3：
称取2.5份聚乙烯醇样品溶于40份去离子水中，95℃条件下充分搅拌1h至无颗粒，同时称取1份的硅酸钠溶于50份去离子水中室温搅拌30min至溶液澄清，将两溶液混合待用；称取5份可溶性淀粉在90℃条件下，溶于90份去离子水中磁力搅拌2h，后加入18份磷酸溶液边搅拌边反应1h,再将1份蔵红T染料加入溶液中反应2h；最后将两种溶液混合得到耐水彩色浸润剂；将玄武岩原料混合均匀后放入拉丝机中，在1500℃条件下通过铂铑合金拉丝，同时将彩色浸润剂倒入浸润剂容器中，边拉丝边将浸润剂匀速滴于纤维表面，制备而成纤维束丝。
实施例4：
称取4份聚乙烯醇样品溶于40份去离子水中，95℃条件下充分搅拌1h至无颗粒，同时称取2份的硅酸钠溶于50份去离子水中室温搅拌30min至溶液澄清，将两溶液混合待用；称取6份可溶性淀粉在90℃条件下，溶于100份去离子水中磁力搅拌2h，后加入18份磷酸溶液边搅拌边反应1h,再将2份蔵红T染料加入溶液中反应2h；最后将两种溶液混合得到耐水彩色浸润剂；将玄武岩原料混合均匀后放入拉丝机中，在1500℃条件下通过铂铑合金拉丝，同时将彩色浸润剂倒入浸润剂容器中，边拉丝边将浸润剂匀速滴于纤维表面，制备而成纤维束丝。
实施例5：
称取5份聚乙烯醇样品溶于60份去离子水中，95℃条件下充分搅拌1h至无颗粒，同时称取2.5份的硅酸钠溶于40份去离子水中室温搅拌30min至溶液澄清，将两溶液混合待用；称取6份可溶性淀粉在90℃条件下，溶于100份去离子水中磁力搅拌2h，后加入18份磷酸溶液边搅拌边反应1h,再将2份蔵红T染料加入溶液中反应2h；最后将两种溶液混合得到耐水彩色浸润剂；将玄武岩原料混合均匀后放入拉丝机中，在1500℃条件下通过铂铑合金拉丝，同时将彩色浸润剂倒入浸润剂容器中，边拉丝边将浸润剂匀速滴于纤维表面，制备而成纤维束丝。
试验例：
对实施例1-5制备的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维进行色牢度性能实验根据ISO105-C10:2006和GB/T 3920–2008以及ISO 105-X12:2001进行检测。拉伸强度实验根据国标GB/T3354和GB/T21490—2008进行检测。结果如表1以及附图说明所示。
表1各实施例彩色玄武岩纤维色牢度结果
Claims (5)
1.一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：是由以下组分构成：玄武岩纤维组分、耐水染料浸润剂组分；
其中耐水染料浸润剂组分是由耐水增韧薄膜组分和染色组分构成；
耐水增韧薄膜组分是由可溶解后干燥成膜的聚乙烯醇与硅酸钠溶于水反应得到；
染色组分是由可溶性淀粉、磷酸与阳离子染料混合反应而得。
2.根据权利要求1所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：玄武岩纤维组分是由玄武岩按照比例与氧化钙复配后经拉丝形成的直径为微米级的无机纤维。
3.根据权利要求1所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：耐水增韧薄膜组分是由聚乙烯醇与硅酸钠溶于水反应得到，按质量比聚乙烯醇为2-6份，硅酸钠为1-3份，水90-100份。
4.根据权利要求1所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维，其特征在于：
阳离子染料为藏红T或罗丹明B；
染色组分按质量比可溶性淀粉占5-8份，磷酸15-20份；阳离子染料1-2份，水90-100份。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种线上染色的耐水型彩色玄武岩纤维染色方法，其特征在于：具体实施步骤为:
(1)将聚乙烯醇95℃条件下溶于水中，直至无粉末或颗粒，将溶液温度降至50℃；
(2)将硅酸钠粉末室温条件下溶于水中，直至溶液澄清透明；
(3)将步骤(1)与(2)两溶液缓慢混合待用，得到耐水增韧组分；
(4)将淀粉90℃条件下溶于去离子水并搅拌30min后，加入磷酸，充分反应后再加入阳离子染料，得到染色组分；
(5)将步骤(3)与(4)两溶液按照1：1～1.5混合搅拌均匀并充分反应，得到耐水染料浸润剂置于拉丝机的浸润罐，用于线上拉丝并染色；
(6)将玄武岩按照比例与氧化钙复配后经1400-1550℃高温熔融后通过铂铑合金漏板拉制成丝，拉丝同时将步骤(5)所得耐水染料浸润剂通过浸润器以预设速率均匀浸润至纤维丝表面，得到微米级的耐水彩色玄武岩纤维。
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