聚酯纤维分散染料易染改性综述

应用服务部 姬书亮

摘要：文章综述了聚酯纤维易染改性的研究进展，从化学改性、物理改性、后整理改性各个方面阐述了近年来聚酯纤维沸染上色的研究成果。

关键词：聚酯纤维改性

  2016年是“十三五”开局之年，也是供给侧结构性改革的开篇之年。纺织印染行业以供给侧改革为指引，深入推进产业转型升级，通过加快科技进步，技术创新，生产模式调整和市场模式转型，提高产品研发水平、落实节能减排及绿色环保等措施，使全行业经济保持减速增效的发展。对于科技工作者来说如何做好节能减排是推进产业升级的重中之重。

聚酯纤维染色，传统工艺都是采用高温高压染色法使纤维获得色彩的，如果能在100℃使聚酯纤维上色，将大大减少企业的能耗，缩短工艺流程，以下综述了近年来聚酯纤维易染改性的研究成果。

1、化学改性

1.1大分子基本结构改性

1.1.1PTT纤维

a、PTT简介 聚对苯二甲酸丙二醇酯商品名称为Corterra，简称PTT，可被热定型，可以被拉伸至15％以上，具有易染性。PTT纤维生产发展的重点是开发1，3-丙二醇，合成的关键主要是催化剂。

b、PTT纤维的染色基本上和PET纤维的染色相同，惟一不同的是染色温度相对于PET纤维约低20℃。PTT的玻璃化温度为48℃(PET纤维为70~80℃)，因此，中能量(SE)型分散染料的临界温度范围(染料吸尽率10％~90％的温度范围)为70~110℃，即如果使用分散染料，在110℃时色牢度^好。定型温度可在140~150℃进行，高于此温度，有可能破坏纤维所特有的卷曲性和直线性[1]。

1.1.2PBT纤维

a、PBT简介 聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalate)，简称PBT，纤维是上世纪80年代美国赛拉尼斯(CELNESE）公司首先研制出一种弹性高于锦纶仅次于氨纶的聚酯纤维

b、PBT纤维的染色染料向PBT纤维内部的扩散速率比向PET纤维内部扩散的速率高，其染色转变温度比PET低，在相同时间与温度下的平衡上染百分率比PET高。工业上^佳上染工艺是100℃无载体沸染，PET120℃ 高温高压染色上染率相当、上染速率要快[2]。

PET、PBT、PTT树脂性能对比

纤维

密度g.cm-3

熔点℃

玻璃化温度℃

亚甲基数

一般染色温度℃

急弹性回复率%

特点

PBT

1.31-1.34

225-228

22-25

4

100

54

甲基键长

PTT

1.35

225

45-75

3

100

82

奇碳分子链形成螺旋状排列容易伸长

PET

1.34-1.40

252-265

69-80

2

130

32

大分子键处于全伸展状态

1.2 引进第三单体、第四单体等改性

通过引入第三、第四和第五组分，破坏大分子的规整性，降低玻璃化温度Tg，增大无定形区，增大分子链的活动能力，从而使染料能够扩散到纤维的内部和提高纤维吸收染料的能力，达到无载体下沸染。

a.间位结构：如聚间苯二甲酸二乙二醇酯

b.柔性结构：如聚乙二醇和癸二酸等二元醇、二元酸类，^终合成的分散染料常压可染共聚酯

c.网状结构：如三羧酸类和多元醇类

2、物理改性

2.1 共混改性

通过在聚酯纤维的制造过程中混入改性剂，来改善染色性能并达到常压沸染的目的。常用的改性剂是PEG、PBT、PTT。与共聚改性相比，要达到常压沸染的效果，PEG和PBT对PET共混改性时的用量较大，数均相对分子质量也不能太低，PEG用量应占共混聚酯纤维的15 %以上，PBT用量一般应占共聚酯纤维的25%以上。

2.2 超高速纺丝

由于超高速纺丝（6000m/min以上)制取的全取向丝具有高结晶取向、大晶粒和无定形区取向的超分子结构，在形态结构上存在着带有裂纹的皮芯结构和微原纤体系，非晶区部分的分子呈松弛的聚集态，有利于染料分子的进入，当卷绕速度达到12000m/min时纺出的纤维可用分散染料常压染中深色。

2.3 双组分复合纺丝

双组分复合纺丝法可生产皮芯型和海岛型复合纤维，由于这两种纤维具有较松散的结构，因而可改善分散染料的染色性，如将占总量不足80%的PET作为皮芯，占总量大于20%的IPA改性PET共聚作为皮层，纺得的复合纤维可用分散染料常压沸染[3]。

2.4 热处理改性

纤维热处理法是指采用常规聚酯长丝或高速纺的原丝进行热处理和再拉伸，或是在高速纺丝时施加温度梯度拉伸的方法降低纤维非晶区的取向度，并使无定形区中分子链堆砌密度大的转向堆砌密度小的区域，从而使纤维在100℃以下即可形成足够多的自由体积，以充分接受分散染料分子。用常规拉伸丝和高速纺原丝的热处理和再拉伸法制取的聚酯纤维以分散染料进行常压沸染与常规拉伸丝用高温高压染色相比有更高的染料吸尽率，能很好地满足常压沸染的要求。例如，将熔纺挤出的PET长丝通过一长度大于等于5 m、温度控制在150℃和PET熔点之间的加热区，并在加热区下面设一真空区，加热后再进行拉伸，纤维卷绕速度大于等于5000 m /min，即得到能够用常压沸染的聚酯纤维。日本帝人公司在其 公布的专利中称，如先在110℃下拉伸120%，再于100℃下拉伸40%，亦能大大提高纤维对分散染料的上色率[4]。

2.5 无机物添加改性

工业上，在聚酯聚合过程中，往往添加适量的非活性无机微粒子，以减小纤维的动静摩擦因数，使纤维的运行张力降低且均匀，从而大大改善络筒、加捻、卷绕、纺织等后加工各个环节的性能。常见的无机粒子为Al2O3、SiO2、ZnO、TiO2、ZrO2、高岭土、滑石粉、CaCO3及BaSO4等物质。

李唯唯，陈国强，张瑞欣等人用高岭土（Al2O3-2SiO2-2H2O）对聚酯纤维进行改性，并探讨改性后聚酯纤维的一些基本染色特性，包括染色温度对上染百分率的影响、不同应用性能染料的升温上染特性和不同结构的分散染料在改性聚酯 纤维上的提升性能。实验结果表明：高岭土改性聚酯纤维在较低温度下具有良好的可染性，可在100~110℃染色，高岭土改性聚酯纤维的染色转变温度比普通聚酯纤维低，应选择较低的始染温度；杂环结构的分散染料在高岭土改性聚酯纤维上的提升性并不好，这与普通聚酯纤维的提升性规律有所不同[5]。

3、聚酯纤维后整理改性

3.1 低温等离子体涤纶改性

宋筱毓、崔桂新等人通过空气常压等离子体对涤纶织物进行表面改性，结果表面同等条件下经等离子处理的涤纶织物染色速率及上染率较未处理样品明显提高，且经空气常压等离子处理的涤纶织物在110℃条件下染色可以达到常规130℃条件下的染色上染率[6]。

3.2 超临界CO2流体对PBT纤维改性

余志金、蒋耀兴等人利用超临界CO2流体技术对PBT纤维在不同条件下进行工艺试验，结果表明：经超临界CO2流体处理后，PBT纤维内低聚物在超临界CO2流体的增塑和溶胀作用下，从纤维内移出并附着在纤维表面，随着温度和压力的增高，会有越来越多的低聚物从纤维内部移出；在一定温度和压力的条件下，这种低聚物会随处理时间的延长而溶解在超临界CO2流体中；PBT纤维结晶度总体上呈下降趋势；经过超临界CO2流体处理后PBT纤维的断裂强力、断裂伸长率及断裂功等力学性质出现了不同程度的降低，当超临界CO2流体处理温度为80℃、压力为20MPa、处理时间为1h时PBT纤维的各项力学性能下降程度^为明显；同时PBT纤维的热稳定性经CO2流体处理后有所降低[7]。

3.3 其他表面处理易染改性

用一种液态聚酞胺在110-130℃能渗透到未拉伸纤维中，拉伸后能使纤维用酸性染料染色；用NaOCI通过辐射诱导亚硝化，能用碱性或酸性染料染色用1-环己基氮丙啶和催化剂对聚合物进行表面处理可获得酸性染料可染；用二卤化烷基化合物处理聚醋纤维能改进对分散染料的吸收[8]。

[1]汪多仁 高品级聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的开发和应用《河北纺织》2009.04

[2]姜华文  PBT与PET纤维染色性能的比较《河北轻化工学院学报》1989.04

[3]韩长青，姚江伟 分散染料易染聚酯纤维的改性技术《合成纤维工业》2000.08

[4]韩长青，姚江伟 分散染料易染聚酯纤维的改性技术《合成纤维工业》2000.08

[5]李唯唯，陈国强，张瑞欣 高岭土改性聚酯纤维的染色性能《纺织学报》2008.09

[6]宋筱毓，崔桂新 空气常压低温等离子处理涤纶织物上染率与手感研究《天津纺织科技》2008.03

[7]余志金，蒋耀兴 超临界CO2流体处理对PBT纤维结构与性能的影响《苏州大学硕士论文》2012.05

[8]邓贤，邹汪 聚酯的染色改性技术《合成纤维》1985.05