氨纶染色性能的改进研究

曾 登 孙振波 李春花（连云港杜钟新奥神氨纶有限公司，江苏连云港 222047）



氨纶染色性能的改进研究

曾 登 孙振波 李春花
（连云港杜钟新奥神氨纶有限公司，江苏连云港 222047）

摘 要概述了氨纶（聚氨酯弹性纤维）的结构特点和氨纶的染色性能，从染料种类、染色条件、氨纶的改性三个方面，综述了提高氨纶染色性能的研究现状，并对提高氨纶染色性能的研究方向提出了看法。

关键词氨纶；染色性能；酸性染料；提高

Study on Dyeing Properties Improvement of Spandex

ZENG Deng, SUN Zhen-bo ,LI Chun-hua
（LDZ New Aoshen Spandex co., LTD, Jiangsu Lianyungang 222047, China）

Abstract The structure characterizations and dyeing properties of the spandex were summaried . The current status of the study on improvement of the dyeing properties of spandex were reviewed from three aspects,including the dyestuff types,the dyeing conditions and the modifications of the spandex .meanwhile the future study direction was prospected.

Key words spandex； dye properties； acid dyestuff； improvement

氨纶是合成纤维的重要品种之一，具有伸长率大、弹性回复率高等优点，干法纺氨纶有着其它纤维无法比拟的弹性，少量添加便可显著改造织物的弹性，因而被比喻为纺织品中“味精”。

相对于发达国家而言，中国的氨纶行业起步较晚，很多相关产品都还在开发研究阶段，但是发展很快，目前已经成为全球第一大氨纶生产国，年产量近50万吨。目前国内氨纶主要以干法纺丝氨纶为主，有少量的熔融纺氨纶产品。氨纶主要用于包纱、圆机织物和经编织物等纺织品方面，在卫材方面也有应用，随着该行业的不断发展，它的应用领域也在不断扩大。

普通氨纶虽然具有很多优异的性能，但在染色性能方面，普通氨纶的上染率和色牢度等指标不太理想[1]，和其它纤维混纺染整后会出现色差等现象。尤其是与锦纶混用染深色调时色差尤为明显，为了提高氨纶的染色效果（涤/氨混纺织物等），往往会运用极端的染色条件，从而可能造成氨纶丝出现熔断等异常现象，进而影响织物的弹性和使用。本文从染料种类、染色条件、氨纶的改性个方面，概述了提高氨纶染色性能的研究现状。

1 概述氨纶（聚氨酯弹性纤维）的结构特点和氨纶的染色性能

氨纶的学名是聚氨基甲酸酯弹性纤维，氨纶的主要成分是聚氨基甲酸酯，氨纶中含有85%以上聚氨基甲酸酯，它具有所谓的硬链段和软链段嵌段共聚所形成的“区段”网络结构，其近远程结构及聚集态结构如图1所示。

依据上述氨纶的结构特点可知氨纶的染色机理大致如下：

1.1 聚醚部分

这部分极性很小，在氨纶微相分离结构中属于非结晶区，结构松弛，为氨纶纤维提供弹性，也是分散染料能够上染的主要部位和上染速率快的主要原因，但是与分散染料的结合力弱。还有一方面的原因目前市场上多数分散染料商品是染涤纶用，染料的分子较小，和氨纶纤维的结合力较弱，容易解吸，平衡上染率低，产品的湿热色牢度差。此外氧原子的孤电子对于中性原料及酸性媒介染料的金属离子可形成牢固的配位键结合，有利于染料上染。

1.2 聚氨酯及脲基部分

此部分极性较大，氨基甲酯键之间可以形成氢键，形成氨纶纤维微相分离结构中的结晶区。理论上通过氢键及其配位键作用，可以上染酸性、中性、酸性媒介及分散染料，但是由于这部分时结晶区，分子链段堆砌紧密，染料分子无法扩散到结晶区内部，使得上染率大大下降。在强酸性条件下，氨基甲酯键可形成暂时性带正电的基团，通过静电作用与酸性染料结合，在中性和弱酸性条件下则没有此现象，但是这种作用力是微弱、不稳定的，染色后的水煮、皂洗会破坏这种静电结合，强酸性染料对氨纶染色表现为高吸附，低牢度。

1.3 大分子端部可能存在氨基

此氨基与锦纶大分子端部的氨基一样，因此与锦纶具有类似的染色性能。但是结合氨纶企业实际的生产工艺，我们发现氨纶大分子书不存在端氨基的，氨纶大分子的端基一般为酯基和少量的苯胺基，但是苯胺基的活性很大，保存下来的概率很小。因此，氨纶纤维是不存在端氨基的，因此它的染色机理和锦纶的染色机理存在本质性的差异，故中性、弱酸性和活性染料对普通氨纶的染性效果均不佳。

综合上述分析我们可以大致知道普通氨纶的染色性能，针对具体染料的染色性能如表1所示[2]：

表1　普通氨纶染色性能

2 氨纶纤维染色所选用的染料

不同染料会赋予氨纶纤维不同的染色效果，工业中染料的选择要考虑很多问题，如染料的污染问题。染料的安全性、价格问题以及染料的渗透性等问题，此外，特别需要注意的是氨纶很少单独使用，通常都是与其它纤维混合使用，且氨纶通常在织物中的含量为5%-10%，最多不会超过18%。因此，氨纶染色的染料的选择通常都是依据与氨纶混用的化纤，例如涤/氨织物通常选用分散染料，锦/氨通常使用酸性染料，棉/氨通常使用中性染料等。能够用于氨纶染色的染料有多种，包括酸性染料、中性染料、分散染料和酸性媒介染料等。

酸性染料色谱齐全、色泽鲜艳、拥有较好的渗透性，且染色条件简单，但是耐水洗牢度差，特别是耐碱洗牢度差[3]。分散染料为非水溶性染料，结构中没有水溶性集团但含有很多极性较大的基团，其染色速率与染料的品种有很大的关系。中性染料的解度高、匀染性好、色牢度较高，其染色工艺简单，可用于涤/棉混纺织物染色[4]。酸性媒介染料在弱酸性条件下染色良好，染色均匀,色牢度高，但是含有金属离子的染料在高温下对氨纶分子结构有破坏，加之欧盟已经禁止使用含铬的酸性媒介染料。

3 氨纶纤维的染色条件

染色条件对氨纶的染色效果会有十分明显的影响，每种染料都有其最佳的染色温度、染色时间和染色pH，可以根据需要的染色效果来选择合适的染色条件。

例如涤/氨混纺织物，需要使用分散染料进行染色，但是考虑到高温染色会对普通氨纶的弹性和强度造成破坏，故钱红飞、宋心远[5]通过实验提出使用分子体积适中,含有合适基团，如-OH，-NH2的分散染料进行较低温度的染色（95℃），1%（对纤维重）；（NH4）2SO4 1g/L；浴比1：50；15℃开始染色，以2℃/分钟升温至60℃以后以1℃/分钟升温至95℃，保温40分钟。但是织物为涤/氨混纺需要综合考虑涤纶的分散染料染色条件，染色温度不能太低，应该在110℃-120℃之间，相应染色最高温度保温时间可以缩短至30分钟。

例如锦/氨混纺织物,使用弱酸性染料染色比较合适，但是锦纶的弱酸性染色条件却并不适合氨纶染色，车江宁、袁琴华、毕东辉[6]提出了较适合氨纶染色的弱酸性染料的染色工艺，染料浓度根据染色色深确定，染色温度100℃；染色pH值2.5；浴比20：1；染色时间60分钟，其中染料浓度应该控制在0.5%-3%（owf），在这样的工艺下，通过改变染料浓度可以达到浅、中、深三种染色要求，通过添加添加助剂可以适当提高染色牢度。

4 氨纶纤维的改型

依据氨纶纤维硬链段和软链段嵌段共聚所形成的“区段”网络结构的特殊结构以及普通氨纶不易染色的根本原因是氨纶大分子链缺少与染料结合的染座，导致上染率低，色牢度差。一般会采用助染辅料，来增加聚合物的染座，但是这种方法存在添加量少上染率不够，添加多了影响氨纶使用性能和成本过高的问题，同时还存在透染性和染色牢度差的问题。此外，也有采用加入协扩链剂的，该方法改变了氨纶大分子组成和结构，对氨纶的使用性能影响较大。

4.1 利用染色增强剂对氨纶纤维进行改性

提高纤维染色性能最直接简单的方法是向纺丝原液中添加染色增强剂等辅料，该种辅料能够与纺丝原液形成均匀稳定的共混体系，以此来提高聚氨酯弹性纤维中染座含量，达到提高纤维的染色性能的目的。

中国专利CN103483478 A[7]公开了一种使用入聚氨酯弹性纤维的助染剂，该种助染剂由甲基丙烯酸二乙氨基乙酯在溶剂二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在引发剂偶氮二异丁腈作用下发生自聚合反应制备而成的。上述结构的助染剂在实际易染氨纶生产中有一定的应用，但是对氨纶染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差、与聚氨酯聚合物相容性差、易迁移等问题。

中国专利CN104141176 A[8]公开了一种具有聚氨酯结构的助染剂，该助染剂是先将4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯和2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯混合在溶剂二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在一定条件下加入N-甲基二乙醇胺和N,N-二甲基乙醇胺混合物搅拌反应制成，它具有良好的相容性，单位质量所含助染有效成分高，不会发生迁移，但是对氨纶染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差。

4.2 向氨纶大分子主链中引入新的可染基团对氨纶纤维进行改性

在氨纶聚合体主链上增加易染色基团，中国专利CN101096779A[9]公开了一种聚醚型易染氨纶的制备方法，直接让一种含有叔胺结构的二元伯氨作为协扩链剂，这种方法制作的氨纶虽然达到了比较理想的上染百分率和色牢度，但因为改变了氨纶的分子结构，使氨纶的物理性能无法满足大多数品种的要求，所以无法普遍推广。此外新引入的叔胺基团对纺丝聚合体的稳定性造成不利影响，具体表现为黏度下降较快，严重影响后期的纺丝原液的可纺性。

4.3 增加氨纶大分子端伯胺基的含量

这需要改变传统东洋纺原液聚合的终止方式，增加氨纶大分子端伯胺基的含量，中国专利CN 101107389A[10]公开了一种可染色斯潘德克斯的，该聚氨酯脲采用至少一种聚合二元醇，4,4-MDI或2,4-MDI的组合以及一些扩链剂和终止剂制备，如此以使得聚合物溶液在纺前高度可溶，并具有适当的纺前特性黏度和伯胺含量。该氨纶纤维具有良好的可染性和色牢度。

5 结束语

氨纶（聚氨酯弹性纤维）具有很多有良的性能，已经完全取代橡胶制品在纺织方面的应用，其制品穿着舒适，没有束缚感，在纺织领域的应用越来越广泛。人们对氨纶的染色性能的要求越来越高，所以，改善氨纶的染色性能，将极大满足消费者对其色彩的要求，目前人们对于提高氨纶可染性的研究并不多，能够生产可染氨纶的厂家更少，目前可染氨纶产品的研究和生产才刚刚起步，需要我们做更多的深入地研究，尤其是基于氨纶大分子结构的改性以提高氨纶染色性能的研究，还有待于进一步深入。

参考文献：

[1] 沈淦清，郝新敏等．聚醚型氨纶裸丝染色性的探索[J].北京服装学院学报.1992,12（1）:34-40．

[2] 徐谷仓,沈淦清.含氨纶弹性织物染整[M].北京:中国轻工业出版社.2004（11）:141.

[3] 马建中,王学川,强西怀,等.皮革化学品的合成原理和应用技术[M].北京:中国石化出版社.2009:244-245.

[4] 马兴元,程 静,张晓镭,等.聚酰胺超细旦合成革的染色研究[J].西部皮革.2006（4）:8-11.

[5] 钱红飞，宋心远.用于氨纶的分散染料染色性能研究[J].染料工业.2000（2）:1-2.

[6] 车江宁，袁琴华，毕东辉.弱酸性染料氨纶染色工艺新探[J].印染.1999（11）:10-12.

[7] 浙江华峰氨纶股份有限公司．一种氨纶染色助剂制作方法[P]．公开号：CN103483478 A．

[8] 连云港杜钟氨纶有限公司．一种氨纶助染剂及其制备方法[P]．公开号：CN104141176 A.

[9] 烟台氨纶股份有限公司．一种聚醚型易染氨纶的制备方法[P].公开号：CN101096779A．

[10] 因维斯塔技术公司.可染色斯潘德克斯[P].公开号: CN101107389A.

作者简介：曾 登，连云港杜钟氨纶有限公司技术员，硕士学位，主要从事差别化氨纶研发工作。

文献标识码：A

中图分类号：TQ616.9

投稿日期：2015-10-22