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提高聚乳酸纤维分散染料染色性能的研究

作　者: 孙思恒
导　师: 郑今欢
学　校: 浙江理工大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 聚乳酸纤维分散染料上染率增塑剂阳离子表面活性剂乳化剂紫外线吸收剂耐光色牢度紫外防护指数
分类号: TS193.638
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚乳酸纤维是一种新型的可完全生物降解的合成纤维,它具有一般合成纤维的综合优良性能,尤其是其生物可降解性,是其他聚酯纤维所无法比拟的,因此它为纺织领域带来了新的发展空间,但同时也为染整加工带来了新的挑战。聚乳酸纤维主要用分散染料染色,但是与聚酯纤维相比,常用的商品分散染料在聚乳酸纤维上的上染率远低于PET纤维,其染深性较差,且由于聚乳酸本身没有吸收紫外线的基团,分散染料染色后织物经光照易褪色,因此耐光色牢度的提高也是一个亟待解决的问题。目前对聚乳酸纤维的染整加工性能的研究虽然较多,但大多数集中于对聚乳酸纤维染色工艺流程的改进及一些初步的理论分析,对切实解决聚乳酸染色过程中的上染率低及耐光色牢度差的问题仍缺乏系统研究,使得实际生产实践中聚乳酸纤维织物的染整加工后的产品质量无法得到保证,因此急需研究开发能提高聚乳酸纤维分散染料上染率及改善其耐光性能的染色助剂和染色技术。本论文主要通过筛选能调控染色过程中聚乳酸纤维结构的酯类增塑剂和能提高分散染料上染性能的表面活性剂,进行合理复配,研制高效的聚乳酸染色促进剂,研究其对聚乳酸纤维分散染料染色的影响,探讨其作用机理,同时研究了紫外线吸收剂对聚乳酸纤维紫外防护性能的改善作用,应用紫外线吸收剂与分散染料同浴上染聚乳酸纤维来研究其对聚乳酸织物耐光色牢度的影响,筛选出合适的紫外线吸收剂所制的耐光色牢度增进剂,优化了其应用工艺。通过研究与聚乳酸纤维结构相近或溶解度参数接近的几种酯类化合物,特别是乙酸酯类系列化合物对各种分散染料上染聚乳酸纤维的染色性能的影响,发现:乙酸正戊酯能够较好地改善聚乳酸纤维分散染料染色性能,其浓度在6mL/L左右时,不仅能大幅度提高聚乳酸纤维的上染率及表观色深值,而且对纤维的机械性能、染色色光、色牢度等都无较大影响,但是由于乙酸正戊酯不易溶于水,染色时容易出现不均匀现象,并且上染率还有较大的提升空间。通过比较各种类型表面活性剂对聚乳酸纤维分散染料的上染率研究发现:阳离子型双尾表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)对分散染料上染聚乳酸纤维有较好的促染效果,当其浓度为0.5g/L时即可显著提高染料的上染率,但同样由于其不溶于水,易导致染色不匀,色牢度有所下降。乳化剂的选择使用直接影响着所制备乳液体系(染色促进剂)的性能,经研究选择Span 80作为染色促进剂所需乳化剂。本文所研制的聚乳酸纤维的染色促进剂组成和制备方法为:乙酸正戊酯5mL/L,双十二烷基二甲基溴化铵0.5g/L,乳化剂为Span 80(相对乙酸正戊酯体积比)2.5%,乳化温度40℃～60℃,转速10000r/min,采用转相乳化法乳化成乳液。实验所制得的染色促进剂环保且性能稳定,在染浴中加入染色促进剂后,各只分散染料的上染率及表观色深值均有较大提高,对织物色光无影响,色牢度略有下降,总体上,除耐光色牢度外,其它各项色牢度均达3～4级以上。通过测试经不同乙酸酯类化合物处理的聚乳酸纤维的直径发现,除乙酸甲酯外,其余乙酸酯类化合物对聚乳酸纤维均有不同程度的溶胀作用,且随着链长的增加而增大,表明在一定范围内,乙酸酯类化合物链长的增加有利于分散染料向纤维内部扩散。应用FTIR及DSC分析研究乙酸正戊酯及DDAB对聚乳酸纤维的微结构的影响,发现乙酸正戊酯及DDAB均不会改变聚乳酸的分子结构,但对其结晶度有一定影响,特别是乙酸正戊酯会降低聚乳酸的结晶度,对纤维有增塑作用,有利于分散染料向纤维内部扩散和上染。通过研究紫外线吸收剂对聚乳酸纤维的染色性能及紫外防护性能的影响,发现紫外线吸收剂本身上染率较低,与分散染料同浴上染聚乳酸纤维时其上染率随用量的增加还会进一步降低,而加入染色促进剂能明显提高分散染料与紫外线吸收剂的上染率,均可达到90%左右。所选的四只紫外线吸收剂对提高聚乳酸织物紫外防护性能都有较好的效果,特别是在加入染色促进剂后,紫外透过率、UPF指数与抗紫外综合评价都达到了理想的效果。紫外线吸收剂的加入对聚乳酸织物的耐光色牢度有一定的改善作用,能减小日晒后的色差,即提高耐光色牢度,其中2%浓度的UV-531效果较好。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-22
  1.1 论文的背景和意义  11-12
  1.2 聚乳酸纤维的结构及特性  12-16
    1.2.1 聚乳酸纤维的化学结构及合成  12-13
    1.2.2 聚乳酸纤维的物理性能  13
    1.2.3 聚乳酸纤维的生物可降解性能  13-14
    1.2.4 聚乳酸染色中存在的问题  14-16
  1.3 紫外线吸收剂简介  16-20
    1.3.1 紫外线吸收剂的分类  16-18
    1.3.2 染料褪色机理及紫外线吸收剂改善耐光色牢度的作用原理  18-19
    1.3.3 紫外线吸收剂在聚乳酸纤维上的应用  19-20
  1.4 本论文的主要研究目的和研究内容  20-22
    1.4.1 主要研究目的  20-21
    1.4.2 主要研究内容  21-22
第二章实验材料与方法  22-34
  2.1 实验材料及染化药剂  22-25
    2.1.1 纱线及织物  22
    2.1.2 化学药剂  22
    2.1.3 染料及紫外线吸收剂  22-24
    2.1.4 实验仪器  24-25
  2.2 实验及测试方法  25-34
    2.2.1 聚乳酸纤维染色工艺  25-26
    2.2.2 紫外线吸收剂分散体系的制备  26
    2.2.3 实验测试方法  26-34
第三章实验结果与讨论  34-69
  3.1 聚乳酸纤维染色促进剂的研制  34-55
    3.1.1 酯类增塑剂的筛选及其促染作用  34-42
      3.1.1.1 丙酮/水比例对分散染料吸收光谱的影响  34-35
      3.1.1.2 酯类增塑剂的筛选及其促染作用  35-36
      3.1.1.3 乙酸酯类化合物对聚乳酸纤维染色性能的影响  36-37
      3.1.1.4 乙酸正戊酯和乙酸正己酯用量对分散染料上染聚乳酸纤维的影响  37-40
      3.1.1.5 乙酸正戊酯与乙酸正己酯对染色色光及色牢度的影响  40-42
    3.1.2 表面活性剂的筛选及其促染作用  42-45
      3.1.2.1 表面活性剂的选择  42-44
      3.1.2.2 DDAB 浓度的选择  44-45
    3.1.3 染色促进剂的研制及优化  45-50
      3.1.3.1 酯类增塑剂和表面活性剂的复配  45-46
      3.1.3.2 乳化剂的选择  46-47
      3.1.3.3 乳化剂浓度的选择  47-48
      3.1.3.4 染色促进剂的应用及性能测试  48-50
    3.1.4 染色促进剂有效成份对聚乳酸纤维微结构调控作用的研究  50-54
      3.1.4.1 乙酸酯类化合物对聚乳酸纤维直径的影响  50-51
      3.1.4.2 乙酸正戊酯及DDAB 处理聚乳酸纤维前后的红外谱图分析  51-52
      3.1.4.3 乙酸正戊酯及DDAB 处理聚乳酸纤维前后的DSC 谱图分析  52-54
    3.1.5 本节小结  54-55
  3.2 紫外线吸收剂改善聚乳酸耐光性能的研究  55-69
    3.2.1 DMF/水比例对分散染料吸收光谱的影响及各工作曲线的标定  55-57
      3.2.1.1 DMF/水比例对分散染料吸收光谱的影响  55-56
      3.2.1.2 分散染料及紫外线吸收剂工作曲线的标定  56-57
    3.2.2 紫外吸收剂用量对紫外线吸收剂与分散染料同浴上染聚乳酸纤维的影响  57-61
      3.2.2.1 紫外线吸收剂用量对分散染料上染率的影响  57-59
      3.2.2.2 紫外线吸收剂用量对紫外线吸收剂上染率的影响  59-61
    3.2.3 染色促进剂对紫外线吸收剂与分散染料同浴上染聚乳酸纤维的影响  61-63
      3.2.3.1 染色促进剂对分散染料上染率的影响  61-62
      3.2.3.2 染色促进剂对紫外线吸收剂上染率的影响  62-63
    3.2.4 紫外线吸收剂对聚乳酸纤维染整加工性能的改善  63-68
      3.2.4.1 紫外线吸收剂对聚乳酸织物紫外防护性能的影响  63-65
      3.2.4.2 紫外线吸收剂的加入对聚乳酸织物表观色深值的影响  65-67
      3.2.4.3 紫外线吸收剂对聚乳酸织物耐光色牢度的影响  67-68
    3.2.5 小结  68-69
第四章结论与建议  69-71
  4.1 结论  69-70
  4.2 对今后工作的建议  70-71
参考文献  71-75
致谢  75

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