纖維染色速率是對聚丙烯腈纖維染色的相對速率的一種度量。一般而言,他依賴于該纖維的物理結構。
腈綸(聚丙烯腈)纖維上色率的快慢與穩定,直接影響下游工序染色的效果,是腈綸纖維質量至關重要的參數。下面介紹一下影響腈綸聚丙烯腈纖維上色速率的因素。
腈綸纖維染色機理:聚丙烯腈纖維大分子具有酸性。陽離子染料對其上染可以看作是一個離子交換過程。染料離子D+和纖維FSO3H或FCOOH發生離子交換反應,可用下式表示:
FSO3—H++D+=FSO—D++或FCOO—H++D+=FCOO—D++H+
腈綸纖維中,由于酸性基團的存在及氰基的強電負性,在染浴條件下,纖維表面帶有負電荷,具有很高的動電層位ζ電位其數值約為(44 ~—58 mV)。上染過程分析由于陽離子染料與纖維中的酸性(陽離子)基團以鹽鍵結合,因纖維的生產工藝不同,纖維中酸性基團的數量也有差異。與纖維中酸性基團未結合的染料濕牢度較差。因此,陽離子染料的染色飽和值不應超過以離子鍵結合的纖維的染色飽和值。
1、聚合生產影響:
由100%的聚丙烯腈組成的纖維因為其優異的化學性和耐氣候性,已首先得到工業化的應用。但由于其染色困難,所以難以實現商品化生產。其主要原因是據丙烯腈有相當高的二級玻璃化轉變點(≥100℃)所致。成功的染色需要對聚合物進行改性。丙烯腈通常致使與一種含量為5%~10%(質量分數)的單體共聚。其中一些單體含磺酸或羥基基團,另一些含胺或季胺基團。這就導致了較疏松的結構,把玻璃化轉變點降到85~95℃,可使腈綸纖維有較好的染料滲透性。在纖維中引入陽離子基團或陰離子基團,可使得用這二類纖維制得織物獲得鮮艷的色澤。纖維中引入陽離子基團或陰離子基團多少,直接決定纖維的上色基團的多少,也就是衡量纖維上色能力,即纖維染色的飽和度。
對于纖維染色飽和度的理解,纖維染色飽和度越大,在相同條件下,纖維染色率就越快。理解纖維染色速率,可通過模擬劇場座位多少,劇場座位多少即為染色基團,入座的人即為染色劑,開始入座時,人很快找到座位,但隨著入座人增多,座位越來越少,人找座位的機會就慢,也就是說,座位做多,入場找座位的機會就越快,同理,染色基團結合配對就快,即纖維染色速率就快。增加染色基團,改性聚丙烯睛的配比,可改變纖維上色率。但通過改變聚合物據丙烯腈配比,本質上改變了高聚合物分子量的結構,,從而影響了纖維的風格,所以通過改性聚合物改變纖維染色速率是不足取得,在這里就不多介紹了。
2、紡絲成形條件對染色速率的影響
1)初生纖維的影響
原液細流的表面首先與凝固浴接觸而很快形成一薄層,凝固浴中凝固劑(水)不斷通過這一皮層擴散至細流內部,而細流中的溶劑(DMAC)也通過皮層擴散至凝固浴中,由于雙向擴散的不斷進行,使皮層不斷增厚,當細流中間部分的溶劑濃度降至某一臨界濃度以下時,原為均相的共聚物溶液發生相分離,聚合物從溶液中沉淀析出,形成初生纖維的芯層,并產生一定的體積收縮-——形成纖維。提高原液固含量對改善紡絲條件及剛成形纖維的結構合成品纖維的性能也都是有利的。在其他條件不變而增加紡絲原液中含固量,則可使初生纖維的密度增大,纖維中孔洞數目減少,結構均一性提高,纖維的強度增大,染色速率降低。
提高原液溫度凝固浴溫度,凝固浴溫度增加凝固浴循環量,可使雙擴散速度增快,纖維成形條件加劇,即形成皮芯結構,同時皮層和芯層產生的收縮不一致,造成內應力不均一,使纖維產生空洞、結構疏松,纖維上色率過快,導致染色發花,且染色率增加,反之纖維空洞減少,染色速率降低。
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