浅析丙纶纤维的超临界二氧化碳染色

减小字体 增大字体 作者:吴瑞红  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-07-24 23:06:35

 1 实验原料与仪器设备:
  1.1 实验材料
  原料采用丙纶复丝300d,(洛阳石化丙纶分厂)。分散蓝2B染料(广东福晨公司)。
  1.2 实验设备
  FYl20—50—0l超临界染色装置,(南通市飞宇石油科技有限公司)‘DataColor SF 600 Pius’电脑测色仪.(美国DataColor公司)
  1.3 K/S测试
  在实验中我们采用DataColor SF 600 Pius电脑测试仪直接测量K/S值,并记录几次平均值,从而得到具有相对可信度的数据。
  2 讨论与分析
  在超临界二氧化碳染色中温度,压强以及时间是最主要的影响因素,我们通过K/S值的测试来测试三者的影响,同时从纤维的分子结构以及染料的结构特点进行了分析。
  2.1 压强对K/S值的影响
  从图1中我们可以看出,在相同的染色时间和温度条件下,在压强为20MPa时,纤维的K/S值很低,在20~28MPa时,纤维的K/S值显著增加,但过了28MPa后,纤维上染的K/S值出现平缓逐渐减小趋势。
  这主要由于随着压强的增大,纤维大分子的结构发生变化,染料分子除了浮着在纤维表面外,会有一部分进入纤维的内部,因此K/S值呈现增加的趋势,但当纤维内部容纳的染料分子和气体物质区域饱和的状态下,大分子会向外流动,表现在K/S值呈现降低的趋势。
  2.2 温度对K/S值的影响
  从图2中我们可以得出,在相同的染色时间和压力条件下,在温度为90℃时,纤维的K/S值相对很小,在90~120℃之间,随着温度的升高,K/S值会显著的增加,曲线呈明显的上升状态。并在120℃时达到最大值;在这之后,随着温度的升高,K/S值没有出现上升的趋势反而会有所下降。
  这是因为随着温度的增加,纤维中的大分子变的相对活跃,分子间的游动会形成一定的孔隙,从而使得染料分子进入,K/S值增加,当温度增加到一定程度,压强不变,纤维内部的孔隙有限,染料分子不能在进入纤维内部,还有一部分附着在纤维表面的染料分子会参与到CO2的循环中,从而纤维的K/S值会有轻微的下降。
  2.3 时间对K/S值的影响
  温度为120℃时,在不同压力条件下试样的K/S值随时间的变化图,从图3中我们可以发现,在5~15min范围内,试样的K/S值变化范围大,在15min以后,图形的变化趋势变化平缓,同时继续延长染色时间,但是K/S值的增加不再明显。
  因而我们可以得出,在超临界二氧化碳中的试样,在20min中时可获得相对应高的K/S值。当温度一定条件下,随着压强的增大,纤维的内部结构受到的压强,温度的影响,从而运动活跃,染料分子可以进入纤维分子的内部,但是当到达纤维内部结构中容纳的染料分子区域平衡后,随着温度的增加,虽然大分子间还有运动,但是空间相对小,能容纳的染料分子少,所以K/S值增加不明显。
  2.4 丙纶纤维分子结构的影响
  丙纶按照甲基的分布不均分为等规聚丙烯和无规聚丙烯。甲基排列在分子主链的同一侧则称等规聚丙烯如图4所示;若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯;当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。对于等规聚丙烯由于其结晶度高,没有可与染料分子相作用的极性基团.从而导致其染色困难。
  2.5 染料分子结构的影响
  分散染料分子结构相对简单,具有疏水性基团,水溶性极低,属于非离子型染料。根据相似相溶原理,分散染料能溶于非极性的CO2溶剂相中。但分散染料分子结构中的取代基团的差异,将直接影响分散染料在超临界CO2流体中溶解度的大,卤素有增加染料溶解度的倾向,另外,分子结构中极性基团越多或亲水性基团越强的染料,其在超临界CO2流体中的溶解度就越低。如下图5所示
  3 结论
  3.1 通过实验得出:纤维的结构和染料的特点对上染物的上染效果有很大的影响,同时染色的工艺选择对K/S值有很大的影响。
  3.2 实验表明:纤维本身的结构是影响上染的主要因素,超临界二氧化碳染色过程中的温度和压强对上染影响明显,在温度为120℃、压强为28MPa、时间为20min的条件下,丙纶纤维的上染效果最明显。
  3.3 虽然目前适合常规丙纶染色的方法有限,但是随着染色水平的提高,染色方法以及工艺的提高,常规丙纶纤维的染色必将实现产业化,扩大其使用范围。

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作者:吴瑞红
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