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什么是聚乳酸(PLA)纤维?
发表于:2017-11-14 发布作者:河北烨和祥新材料科技有限公司

聚乳酸(PLA)纤维兼有天然纤维和合成纤维的特点,吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味保留指数低等。由聚乳酸纤维制成的织物具有良好的悬垂性和手感,所制成的成衣具有穿着舒适,并具耐穿性、抗皱性、抗紫外线和导湿作用,并能释放人体气味等特性,是极佳的高级休闲服饰和优质舒适的运动服面料。

     合成纤维的玻璃化温度是决定染料上染的一个重要因素,当染色温度低于玻璃化温度时,纤维内部无定形区的链段尚未发生运动,供染料分子扩散的瞬间孔隙相对较少,所以染料不会有明显的上染。当染色温度超过玻璃化温度后,上染率则随链段运动的加剧明显提高。不同制备方法及工艺生产的聚乳酸纤维会拥有不同的内部微结构,因此具有不同的玻璃化转变温度。聚乳酸(PAL)纤维染色性能和染色机理的研究对其产品开发及实际染色加工具有重要的指导意义。国内外很多研究人员都研究过PLA纤维的染色性能,并试图获得其与分散染料结构的关系。LEScheyer和YQYang等人测定了多只不同结构分散染料对PLA纤维的上染率,研究表明,分散染料对PLA纤维只具有中等的亲和力,染料化学结构和能量类型与上染率之间没有明显的关系。钱红飞等人研究了12只分散染料对PLA纤维的染色性能,发现分散染料分子过小或分子中极性基团过多,均对PLA纤维染色不利,而乙酸醋基的存在,可能会提高分散染料对PLA纤维的亲和力,因而具有较高的上染率。由聚乳酸纤维的DSC分析可知:PLA纤维的玻璃化温度为71.30℃,在161.21℃与168.68℃处分别存在较大的吸收峰,可以推断该纤维用分散染料染色时,当温度低于69℃,染料上染不明显,耐热性较差,在158℃时发生熔融,染色后加工时应避免高温处理,以防纤维的损伤。


    通过对PAL纤维染色温度、染色色光、分散染料升温上染特性、移染性能和提升性能的试验,试图总结分散染料结构与PLA纤维染色性能的关系。结果表明:不论是高温型还是低温型染料,不管是偶氮苯还是蕙醒结构的分散染料,它们对PIA纤维的上染率均随温度的升高而显著增大。这可能是由于分散染料在聚醋纤维内的扩散是按自由体积模型进行的,染色温度升高引起的染料动能和纤维内自由体积的增加,导致染料在PLA纤维内的扩散速率提高。另外,尽管PLA纤维的玻璃化温度较低,但其结晶度高,因此,提高染色温度对增加染料上染量特别有效。考虑到120℃和130℃高温染色对纤维降解程度较大,强力明显降低,故认为PLA纤维染色时,淡中色宜选用100℃,中浓色宜选用110℃。同时应该注意:PLA纤维对温度的敏感性和PET纤维有所不同。PET纤维随温度的上升,上染百分率增加很快,而PLA纤维随着温度的提高,上染百分率增加较为缓慢,而且上染百分率的增加并不随染色时间的延长而上升,一旦出现色差现象,很难像涤纶纤维那样通过染色时间的延长来纠正,因此在实际的染色过程中必须严格控制染色温度。

    通过移染达到匀染,是提高PAL纤维匀染性的重要途径。移染性受诸多因素影响,例如染料结构、染色助剂、染色温度和时间等。PLA纤维、聚对苯二甲酸丙二醇醋(PTT)纤维的染色温度是110℃,涤纶(PET)纤维的染色温度为130℃。为使分散染料在PLA、PTT、PET纤维的移染性试验更接近于实际染色,该试验三种纤维的移染温度均与它们相应的染色温度相同.

由图可知,分散染料在PAL纤维上的移染性能优于在PTT和PET纤维的移染性能,对提高PLA纤维的匀染性十分有利。从染料来看,蓝56的移染性能好于紫31。这是因为前者的分子尺寸小,容易从纤维中扩散出来,解吸到溶液中,并再次在纤维上发生吸附和扩散。

    染料的提升力是指纤维或纺织品在染色时,纤维上染料浓度或表面颜色浓度随着染液中染料用量的增加而相应递增的性能。选用十余只不同结构的分散染料,对PLA纤维在不同染料浓度下染色,然后测定各试样的K/S值,比较不同染料提升性能的差别。实验表明:相同的分散染料在PAL和PET纤维上的提升性能差别较大,其在PLA纤维上的提升性能较差,这对PLA纤维深浓色染色是不利的。因此,PLA纤维在染深时浓色更应该注意染料的选用。分析分散染料在PLA纤维上的提升性能较差的原因,应该与其结晶度高、自由体积少,以及与染料的亲和力不如PET纤维等原因有关。另外,值得注意的是,由于分散染料在PLA纤维上的上染量普遍低于在PET纤维上的上染量,因此,在染料用量高的情况下,由于上染率不高,势必会产生因染液中染料浓度高而引起可溶性欠佳或染料未充分增溶的问题,从而影响了染料的进一步上染。

    分散染料对PLA纤维的染色,其上染率高低取决于染料上染速率和对纤维亲和力的高低。而染料分子大小、极性基团性质和数目多少、分子结构形状都会影响染料的上染率和亲和力,从而影响上染率的高低。分散染料的结构与PLA纤维的上染百分率有关。偶氮结构的染料,对纤维都有较高的上染百分率,其原因可能是与染料化学结构呈线型有关。如C.I.红54,分子的平面性好,分子中共轭体系较长,与PLA纤维的接触面大,因而有较高的直接性,所以能获得较高的上染百分率。上染百分率的高低还与染料分子中的极性基团有关。PLA分子中含有大量极性基团,因此当染料分子中也有较多极性基团如-OH、-NH2、-NHNOR、-CN、-Cl、-Br、-NO2、-SO2NH3等基团时,染料的结构性质与纤维的结构性质相接近,两者容易相亲,染色亲和力较高,如C.I.蓝79.

    由于PLA纤维耐热性差,染色温度不宜太高,时间不宜太长;且由于PLA纤维不耐碱,故分散染料聚乳酸纤维染色的最佳工艺条件是pH=5,温度110℃,时间30min~40min。严格控制染色温度,否则不能得到良好的染色重现性,即使延长染色时间也无济于事。



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