超支化聚合物对聚丙烯纤维染色的影响

黄 旭，张炜栋

(南通纺织职业技术学院 染化系，江苏 南通 226007)

超支化聚合物对聚丙烯纤维染色的影响

黄 旭，张炜栋

(南通纺织职业技术学院 染化系，江苏 南通 226007)

在聚丙烯纤维中引入3 %超支化聚酰胺酯，并用分散蓝2BLN对改性聚丙烯纤维进行染色。通过研究发现，超支化聚合物的极性基团使染料上染率明显提高，并且在110 ℃达到最大上染百分率，说明此时染色达到饱和值。在60 ℃条件下，对改性聚丙烯织物进行水洗、耐光色牢度测试，发现水洗牢度很好，耐光色牢度较差。在喷丝前添加超支化聚合物改性处理，对聚丙烯纤维的物理性能没有影响，且可显著增强其可染性。

超支化聚合物；改性聚丙烯；染色；分散染料

聚丙烯材料(PP)具有广泛的应用，包括各种包装、管道、家用电器、纺织、汽车材料和胶片等。聚丙烯材料的优点包括简单、优越的加工性能，低比重，几乎为零的吸水率，良好的耐化学腐蚀性能，良好的防静电性，以及较低的生产成本。但需要加入稳定剂克服聚丙烯内部低热稳定性，并提高抗紫外稳定性[1]。

纺织纤维通常是由等规立构聚合物形成的，等规聚丙烯有结晶和非结晶两种结构，结晶度为50 %～65 %。聚丙烯材料可以制成单丝、复合丝、短纤维、原纤化纱及无纺布，主要应用于医用面料、工业缝纫线、绳子、人造草坪、地毯、土工织物，只有少数用于服装[2]。聚丙烯纤维的非极性、脂肪族结构、高结晶度和高空间规整度使其具有很好的物理性质，但同时也限制了染料分子的上染。提高聚丙烯纤维可染性的方法有：

1)在催化剂、载体或纤维溶胀剂的作用下，溶胀纤维；

2)通过共聚或接枝技术添加染座单体或官能团，对纤维进行改性处理；

3)在聚合物纺丝之前加入染座添加剂。

树枝状聚合物和超支化聚合物被统称为树型高分子[4](图1)，是一种高度支化的结构，外形紧凑，具有大量反应性末端基团。由于这些结构特征，它们的性质与普通线性聚合物有较大差异，如：流变特性、利用大分子间力的作用吸附染料等。

超支化聚合物通常由缩聚反应生成，超支化聚酰胺酯是由二异丙醇氨和酸酐缩聚而成的[5]。通过对酸酐和改性末端基团的筛选，可以合成多种不同性质的聚合物，使其具有不同的溶解性、兼容性、界面张力等。例如超支化聚酰胺酯Hybrane PS 2550(HBP)，是由邻苯二甲酸酐、二异丙醇氨和被硬脂酸酯化50 %羟基末端组成的(图2)。由于脂肪酸烷基链的存在，Hybrane PS 2550可与聚丙烯兼容，且引入的极性基团和芳香环可与染料作用，使改性聚丙烯纤维的上染率明显提高。本文主要研究添加3 %超支化聚酰胺酯后聚丙烯纤维的染色性能及对物体性能的影响。

图1 树型高分子Fig.1 Structure of dendrimer and hyperbranched polymer

图2 超支化聚酰胺酯Hybrane PS 2550Fig.2 Chemical formula of hyperbranched polyesteramide Hybrane PS 2550

1 实 验

1.1 配 料

聚丙烯混合物的组分有：聚丙烯粉(江苏金浦集团有限公司)；超支化聚酰胺酯：Hybrane PS 2550(HBP)(荷兰DSM Hybrane B.V.公司)，3 %；紫外稳定剂：Chimassorb 944(汽巴-嘉基公司)，0.1 %；热稳定剂：HA稳定剂(江苏天鹏同仁精细化工有限公司)，0.05 %。

将细化处理后的超支化聚合物按照3 %的比例同0.1 %的紫外稳定剂、0.05 %的热稳定剂一起加入聚丙烯粉中，用螺杆将其共混，螺杆直径为19 mm，混合后纺丝制成纤维长径比为40∶1的聚合物。聚合物在230 ℃、21.6 N条件下的熔融指数为26 dg/min。

1.2 熔融纺丝

共混母粒用12孔、500 mm喷丝头纺丝机加工，添加3 % HBP的改性聚丙烯线密度为368.2 dtex，未改性聚丙烯线密度为475.3 dtex。

1.3 拉 伸

胶辊温度100 ℃，热平板温度125 ℃，抽丝率为5.5∶1，抽丝速度为52 m/min。处理后，添加3 % HBP的改性聚丙烯线密度为72.5 dtex，未改性聚丙烯线密度为72.3 dtex[6]。

1.4 针 织

采用上虞正圆打样针织机织造改性和未改性聚丙烯织物。

1.5 精 练

染色前织物需要进行精练加工，采用质量浓度为2 g/L的MORI LN-10环保型去污精练剂和2 g/L的碳酸钠配置98 ℃精练液，处理30 min后冷水洗、烘干。

1.6 染 色

采用红外染色小样机，用分散蓝2BLN染料测试改性聚丙烯织物的染色性能，染色工艺流程如图3所示。

采用红外染色小样机，用分散蓝2BLN(质量分数1 %)对改性聚丙烯织物(2 g)进行染色；染液加入高温匀染剂W(1 g/L)，调节染液pH值至5.5；调节染色温度分别为70，80，90，100，110，120，130 ℃，并保温60 min；还原清洗用保险粉(2.5 g/L)、烧碱(6 g/L)、分散剂NNO(0.5 g/L)在75 ℃洗涤15 min。

图3 染色工艺流程Fig.3 Dyeing process fl ow

1.7 颜色测定

采用爱色丽公司分光光度仪，测试条件为10°，D65标准光源，包含紫外光。染色产品的颜色强度，表示为f(k)：

1.8 上染百分率测定

将染色后残液用丙酮稀释，用Cary 50紫外分光光度计测定其最大吸收波长λmax，参照标准曲线计算染料上染百分率。

1.9 牢度测试

染色试样按照GB/T 3921.1～3921.5－1997《纺织品 色牢度试验 耐洗色牢度》进行水洗色牢度测试。同时，未染色未改性聚丙烯织物、未染色改性聚丙烯织物也按照GB/T 14576－2009《纺织品 色牢度试验 耐光、汗复合色牢度》进行耐光测试。

1.10 拉伸强度测试

采用YG023C全自动单纱强力仪对改性和未改性纱线进行测试。

2 结果与讨论

加入3 %超支化聚酰胺酯生产超支化改性聚丙烯纤维，改性后纤维的拉伸强度变化很小(图4)，由于纤维的弹性较低，即使是在针织机最慢的转速下仍易发生纱线断裂，这可以通过超喂辊释放张力来克服。

图4 改性和未改性PP应力-应变曲线Fig.4 Stress-strain curve of modif i ed and unmodif i ed PP

图5表示在1 %(质量分数)条件下未改性聚丙烯染色织物还原清洗前和还原清洗后最大吸收波长处颜色强度值与染色温度的关系。分散染料对未改性聚丙烯纤维上染率低，并且大部分会在还原清洗过程中被洗去。这说明，染料仅吸附在纤维表面，形成浮色。图6表示通过添加3 %超支化聚酰胺酯生成的改性后聚丙烯针织物，在1 %(质量分数)条件下染色还原清洗前和还原清洗后最大吸收波长处颜色强度值与染色温度的关系。与未改性聚丙烯纤维类似，还原清洗会洗去大部分吸附在纤维表面的分散染料。然而，对比图5和图6发现，改性聚丙烯纤维与分散染料有较高的亲和力。将还原清洗后的未改性和改性聚丙烯纤维的染色强度对比(图7)，发现在纺丝前加入超支化聚合物能明显提高染料上染率，这是由于硬脂酸改性超支化聚合物在聚丙烯纤维中引入了极性基团。

图5 未改性PP织物染色颜色强度和染色温度的关系Fig.5 Colour strength and temperature curve of unmodif i ed PP fabric

图6 改性PP织物染色颜色强度和染色温度的关系Fig.6 Colour strength and temperature curve of modif i ed PP fabric

进一步比较图5和图6，染色温度对改性和未改性聚丙烯纤维的上染百分率影响较大。图5中未改性纤维颜色强度随温度的增加(70～130 ℃)而增加，属于自由体积模型的染料扩散[8]。而图6中，改性纤维还原清洗前在120 ℃达到最高染色强度，还原清洗后在110 ℃达到最高染色强度。说明改性纤维在110 ℃时达到染色饱和值，染料分子上染了所有染座。图5中，未改性纤维染色没有达到平衡是因为纤维中缺少极性基团。

图7 还原清洗后未改性和改性PP染色强度对比Fig.7 Colour strength contrast of modif i ed and unmodif i ed PP after reduction clearing

图8显示，改性和未改性聚丙烯织物的上染百分率都随着染色温度的增加而增加。区别是，改性聚丙烯织物在120 ℃达到最大上染百分率，而未改性织物在130 ℃达到最大上染百分率。这是由于两种织物对染料的吸附机理不同，未改性聚丙烯织物在染色过程中随温度的增加(70～130℃)产生的自由体积也随之增加；改性聚丙烯织物在120℃染色时，染座达到饱和状态。

图8 改性和未改性PP上染百分率与染色温度的关系Fig.8 Dyeing percentage and temperature curve of modif i ed and unmodif i ed PP

表1为改性和未改性聚丙烯织物染色产品(还原清洗后)经过5次重复水洗(60℃)后的色牢度评级。比较改性聚丙烯织物和未改性聚丙烯织物，两者水洗褪色牢度相近，改性聚丙烯织物稍好；两者水洗沾色牢度相差很大，改性聚丙烯织物有很好的沾色牢度。

表2为改性及未改性聚丙烯织物耐光色牢度测试。改性聚丙烯染色织物耐光色牢度等级为2～2/3，明显低于分散染料在聚酯纤维织物中的牢度，说明有可能是超支化聚合物影响织物耐光色牢度。将未染色未改性和未染色改性聚丙烯织物进行耐光牢度测试，两种织物均没有发生变色情况，说明超支化聚酰胺酯没有影响聚丙烯纤维的耐光牢度，并且超支化聚合物自身没有发生降解。采用JR-TN02耐日晒牢度增进剂处理改性和未改性聚丙烯织物，发现明显提高了织物的耐晒牢度。

表1 聚丙烯织物耐水洗牢度测试结果 级Tab.1 Washing fastness result of PP fabric

表2 聚丙烯织物耐光色牢度测试结果 级Tab.2 Light fastness result of PP fabric

3 结 语

1)添加3 %硬脂酸改性超支化聚合物对聚丙烯纤维的物理性质影响很小，纤维的染色性能有明显的提高。

2)用分散蓝2BLN上染改性纤维，上染百分率明显提高，纤维在110 ℃时(还原清洗后)达到最大上染百分率。

3)改性聚丙烯染色织物在60 ℃水的条件下洗5次仍有很好的色牢度，但耐光色牢度很差。

[1]赵辉.超支化聚合物的合成及应用[J].开封大学学报，2003，17(4)：70-73.

[2]胡明，徐德增，郭静.超支化聚合物对PP染色性及流变性的影响[J].纺织学报，2007，27(7)：58-61.

[3]韩巧荣，夏海平，丁駄.超支化聚合物[J].化学通报，2004(2)：104-112.

[4]徐德增，郭静，蔡月芬.添加剂对可染聚丙烯的可染性及流变性的影响[J].大连轻工业学院学报，2001，20(1)：8-10.

[5]BURKINSHAW S M. Chemical principles of synthetic fi ber dyeing. Glasgow：Blackie，1995: 212-216

[6]张娜，赵学峰，封瑞江.超支化聚酰胺酯的合成与端基改性[J].热固性树脂，2005，20(3)：16-19.

[7]TANG L M, QU T. Polypropylene fibres-science and technology[J]. Polymer Journal, 2002,34(3): 112-116.

[8]KEN Nishida. Dyeing polyester fibres with disperse dyes[J].Designed Monomers and Polymers, 2002, 5(1): 1-21.

Effect of hyperbranched polymers on the dyeing properties of polypropylene fi bers

HUANG Xu, ZHANG Wei-dong
(Dyeing and Finishing Department, Nantong Textile Vocational Technology College, Nantong 226007, China)

3 % hyperbranched polymer was incorporated into polypropylene and dyed with Disperse Blue 2BLN.The observed enhancement of dye uptake can be attributed to the introduction of polar groups. The dye uptake of the modified fiber reached the maximum value at 110 ℃, which suggested that the fabric was saturated with dye. Washing at 60 ℃, the fastness of dyed modified polypropylene fabrics was very good, while the fastness of the dyeing to light was poor. The incorporation of hyperbranched polymer into polypropylene prior to fiber spinning had no effect on the physical properties of the fiber, however greatly enhanced the dyeability of polypropylene.

Hyperbranched polymers; Modified polypropylene; Dyeing; Disperse dyes

TS190.1

A

1001-7003(2011)04-0017-04

2010-11-23

黄旭(1982－ )，女，讲师，硕士，主要从事染整技术的教学和研究。