聚乳酸纤维分散染料染色促进剂及应用研究

论文摘要

以涤纶为代表的合成纤维自问世以来,得到了快速的发展,但大多数合成纤维以石油作为原料,石油的过度开采引起能源枯竭,并对生态环境造成极大的破坏作用。在提倡经济建设与环境保护和谐发展的今天,对生物可降解材料的研究和开发已变得日益紧迫。聚乳酸是以乳酸聚合所得到的高分子聚合物经纺丝制成的纤维,其良好的生物降解性是其它常规合成纤维无法比拟的,而且综合性能优越,受到了科技界和企业界的广泛关注。聚乳酸纤维通常采用分散染料染色,但其高结晶性和不适宜高温高压染色的特性,导致了上染百分率低和染深性差,不仅造成了染料的浪费,增加了废水处理的负担,而且限制了聚乳酸纤维在纺织行业的进一步发展。目前,虽有相关学者研究了改善聚乳酸纤维染色性能的方法,取得了一定的成果,但聚乳酸纤维上染率低和耐光色牢度差的问题仍需进一步的研究和探讨。本论文筛选了对聚乳酸纤维分散染料染色有显著改善作用的表面活性剂,与适用于聚乳酸纤维的增塑剂合理复配研制高效染色促进剂,并结合染色工艺的优化来提高聚乳酸纤维的染色性能。另外,在染色促进剂的存在下,通过在同浴染色过程中使用合适的紫外线吸收剂,改善聚乳酸染色织物的耐光色牢度。本论文为聚乳酸纤维染整性能的研究和应用,提供了一定的理论依据和指导,以促进聚乳酸纤维的积极健康发展。首先,通过不同类型的表面活性剂用于聚乳酸纤维的分散染料染色发现,双八烷基二甲基溴化铵(D821)和双十烷基二甲基溴化铵(D1021)这两种双子型表面活性剂对上染百分率的提高显著,并对聚乳酸染色织物的色光没有影响。进一步研究发现,双子型表面活性剂不仅能够提高分散染料的溶解度,有利于上染;而且对聚乳酸纤维有较强的吸附能力,能够促进染料吸附到聚乳酸纤维上,但是较多的染料较快地吸附在聚乳酸纤维表面,容易造成染色不均匀。而研究发现乙酸正戊酯作为一种分子量较低的有机酯类化合物,能够进入纤维内部,起到增塑作用,使吸附在纤维表面的染料转移到纤维内部。因此,本论文通过双子型表面活性剂与乙酸正戊酯合理复配形成增塑增溶体系来研制染色促进剂,以促进染料在纤维表面的吸附并向纤维内部转移,从而改善聚乳酸纤维的染色性能。在染色促进剂的研制过程中发现,所选的两种双子型表面活性剂(D821和D1021)本身就具有乳化乙酸正戊酯的作用,不需要施加其它乳化剂。本论文所研制的两种染色促进剂的组成和制备方法为: D821 0.5g/L(或D1021 0.3g/L),乙酸正戊酯6mL/L,按比例加入适量水,在10000r/min的转速下乳化10min,制得稳定乳白色乳液。为了研究这两种染色促进剂对聚乳酸纤维分散染料染色的应用性能,本文采用六种分散染料进行了染色促进剂存在下的染色实验,研究发现在染浴中加入染色促进剂后,不仅提高了聚乳酸织物的上染百分率和染后色深值,而且织物得色均匀,手感柔软,但部分染料的耐洗色牢度下降半级左右。在改善染色促进剂存在下耐洗色牢度的研究中发现,当染色时间由40min提高到50min时,染后织物耐洗色牢度能够达到4级或4级以上。其次,通过纤维直径和XRD研究分析了两种染色促进剂对聚乳酸纤维微结构的调控作用,发现两种染色促进剂均可引起聚乳酸纤维的膨胀,纤维直径和截面积增加,但对纤维的结晶度影响不大,因此能够较好的保持纤维基本性能。为了更深层次地了解两种染色促进剂对聚乳酸纤维染色的作用机理,本论文应用三种不同结构的分散染料进行染色促进剂存在下的染色动力学研究,实验结果表明,两种染色促进剂均能够显著提高分散染料在聚乳酸纤维中的扩散系数、染色速率常数(降低半染时间)和平衡吸附量,说明这两种染色促进剂适用于不同结构的分散染料对聚乳酸纤维的染色。最后,本论文筛选了两种不同类型的紫外线吸收剂(紫外线吸收剂1和紫外线吸收剂2)与分散染料进行同浴染色,结果表明在两种染色促进剂的存在下,紫外线吸收剂和分散染料的上染率均能提高到90%左右。紫外线吸收剂较高的上染百分率使聚乳酸织物的平均紫外透过率明显降低,UPF值提高,并达到了国家标准中“防紫外线产品”的要求;耐光色牢度的研究中发现,两种紫外线吸收剂的添加能够降低聚乳酸染色织物日晒后的色差,可以提高聚乳酸织物的耐光色牢度。相比较而言,紫外线吸收剂2的效果较好,耐光色牢度的改善作用更明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 聚乳酸纤维的结构、性能及染色工艺
• 1.2.1 聚乳酸纤维的结构及性能
• 1.2.2 聚乳酸纤维染色工艺
• 1.3 聚乳酸纤维染色存在的问题及解决方法
• 1.3.1 聚乳酸纤维染色存在的问题
• 1.3.2 改善聚乳酸纤维染色性能的研究
• 1.4 论文研究的主要内容及意义
• 1.4.1 论文研究的主要内容
• 1.4.2 论文研究的意义
• 第二章 表面活性剂改善聚乳酸纤维染色性能的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料与药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验及测试方法
• 2.2 分散染料上染百分率测定方法的建立
• 2.2.1 不同丙酮/水比率对分散染料吸收光谱曲线的影响
• 2.2.2 分散染料在丙酮/水5:5 混合溶剂中浓度和吸光度的关系曲线
• 2.2.3 助剂对上染百分率测定的影响
• 2.3 表面活性剂对聚乳酸纤维染色性能的影响
• 2.3.1 适用于聚乳酸纤维分散染料染色的表面活性剂筛选
• 2.3.2 双子型表面活性剂对上染率和染后色深值的影响
• 2.3.3 双子型表面活性剂对色光稳定性的影响
• 2.3.4 双子型表面活性剂对染色均匀性的影响
• 2.4 双子型表面活性剂的作用原理
• 2.4.1 表面活性剂对染料的增溶作用研究
• 2.4.2 表面活性剂对纤维的吸附作用研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚乳酸纤维染色促进剂的研制及应用性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料与药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验及测试方法
• 3.2 增塑增溶体系的研制
• 3.2.1 乙酸正戊酯对上染率的影响
• 3.2.2 乙酸正戊酯的作用原理
• 3.2.3 增塑增溶体系组成的确立
• 3.2.4 乳化剂的选择
• 3.2.5 染色促进剂的制备工艺
• 3.3 染色促进剂对染色性能的影响
• 3.3.1 染色促进剂对上染率及色深值的影响
• 3.3.2 染色促进剂对色光及均匀性的影响
• 3.3.3 染色促进剂对透染性的影响
• 3.3.4 染色促进剂对纱线强力的影响
• 3.3.5 染色促进剂对色牢度的影响
• 3.4 改善耐洗色牢度的研究
• 3.4.1 还原清洗对耐洗色牢度的影响
• 3.4.2 保温时间对耐洗色牢度的影响
• 3.4.3 工艺改进后的耐洗色牢度
• 3.5 本章小结
• 第四章 染色促进剂对聚乳酸纤维结构的影响及染色动力学研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验材料与药品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验及测试方法
• 4.2 染色促进剂对聚乳酸纤维结构影响的研究
• 4.2.1 聚乳酸纤维细度研究
• 4.2.2 聚乳酸纤维结晶度研究
• 4.3 染色促进剂对聚乳酸纤维的染色动力学研究
• 4.3.1 分散染料在丙酮中的工作曲线
• 4.3.2 分散蓝RSE 染色动力学参数的测定
• 4.3.3 分散红FB 染色动力学参数的测定
• 4.3.4 分散黄8GFF 染色动力学参数的测定
• 4.4 本章小结
• 第五章 紫外线吸收剂改善聚乳酸染色织物耐光性能研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验材料与药品
• 5.1.2 实验仪器
• 5.1.3 实验及测试方法
• 5.2 染色促进剂对紫外线吸收剂与分散染料同浴上染时上染率的影响
• 5.2.1 紫外线吸收剂上染率
• 5.2.2 分散染料上染率
• 5.3 紫外线吸收剂改善聚乳酸纤维耐光性能研究
• 5.3.1 对聚乳酸织物紫外透过率的影响
• 5.3.2 对聚乳酸织物UPF 值的影响
• 5.3.3 对聚乳酸染色织物耐光色牢度的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 对今后工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文