芳砜纶MC染色及其机理探讨125Word格式.docx
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阳离子染料加膨化剂染色织物得色鲜艳，但膨化剂毒性较高，工序比较麻烦。
近年来，徐忠志[5]等选用苯乙酮作为载体对芳砜纶分散染料染色进行研究，工艺简单，染色较深，但苯乙酮具有中等毒性和强烈的刺激性气味，染色后残余在纤维上很难去除。
王普慧[6]等采用溶胀剂预处理来提高芳砜纶的可染性，选用的溶胀剂毒性和刺激性均较低，芳砜纶可染性明显提高，但工艺较一浴法复杂。
孙枝林等[7]选用毒性低、气味小的载体Sa对芳砜纶进行分散染料或阳离子染料一浴法染色，染色效果明显，但载体Sa用量较大。
在前期的研究基础上，本试验采用无毒性或低毒性的载体OM和PO按3：
1（质量比）复配成复合载体MC，研究其在芳砜纶织物染色中的应用，并对其染色机理作初步探讨。
1实验部分
1.1材料
芳砜纶织物S0：
斜纹织物3030上海市纺织科学研究院（含1％抗静电纤维）
芳砜纶织物S1：
平纹织物3030上海市纺织科学研究院
1.2化学品
阳离子染料：
MaxilonRedSL200%（亨斯迈纺织染化中国有限公司）
分散染料：
ForonScarletRD-2R（科莱恩化工中国有限公司）
载体OM、PO、DN、Sa（自备），苯乙酮（CP，国药集团化学试剂有限公司），丙酮（AR，上海振兴化工一厂），正己烷（AR，中国医药集团上海化学试剂公司），氯化钠（AR，上海化学试剂有限公司），冰乙酸（AR，上海菲达工贸有限公司），分散剂NNO，标准皂粉（上海白猫科技有限公司）。
1.3织物前处理、染色和染色后处理
1.3.1前处理
冷水洗→皂洗（皂粉4g/L，60℃，10min）→水洗（60℃，10min）→冷水洗→晾干
1.3.2染色
染色设备：
DTR-100红外染色机（Labortek.Co.Ltd.）
染液组成及浴比见表1。
表1芳砜纶载体法染色染液组成及浴比
染液组成
阳离子染料染色
分散染料染色
染料（owf）/%
阳离子染料
2
－
分散染料
载体用量（g/L）
Z
NaCl（g/L）
20
NNO（g/L）
8
染浴pH值（醋酸调节）
4.5
5～6
浴比
20﹕1
染色温度控制如图1所示。
图1染色工艺曲线
1.3.3染色后处理：
冷水洗→皂洗（皂粉2g/L，95℃，10min）→冷水洗→晾干
1.4测试方法
1.4.1织物面积收缩率
试样面积收缩率（%）＝100×
（未染色试样面积－染色后试样面积）/未染色试样面积
1.4.2染色表观深度
用DatacolorSF650测色配色仪测定染色试样的K/S值。
1.4.3纤维透染性
取染色织物纱数根，用Y172型纤维切片器（国营常州纺织仪器厂）切片制样，在光学显微镜（ModelEclipseE400POL型，Nikon）下观察试样的透染情况。
1.4.4耐摩擦色牢度
按照GB/T3920-1997，在CM-5织物摩擦色牢度仪（AtlasDevicingCo.）上进行试验，用DatacolorSF650测色配色仪评定摩擦布沾色等级。
1.4.5耐洗色牢度
按GB/T3920.3-1997，在DTR-100高温高压染色机（LabortekCo.Ltd）上进行试验，用DatacolorSF650测色配色仪评定试样变色等级和贴衬织物沾色等级。
1.4.6耐汗渍色牢度
参照GB/T3922-1995，在Y902N型耐汗渍色牢度烘箱（南通宏大试验仪器有限公司）中进行试验，用DatacolorSF650测色配色仪评定试样变色等级和贴衬织物沾色等级。
1.4.7耐光色牢度
按GB/T8426-1998，在Atlas150S+耐光色牢度仪（AtlasElectricDevicingCo.）上进行试验，将试样与蓝色羊毛标准比较，评定试样耐光色牢度等级。
1.4.8拉伸性能
按GB/T3916-1997，在H5KS型万能材料试验机（HounsfieldCo.）上测定单纱的断裂强力和断裂延伸度；
按GB/T3923.1-1997，在H10KS型万能材料试验机（TiniusOlsenCo.）上测定织物的断裂强力和断裂延伸度。
1.4.9纤维结晶度
用D/Max2500VB3+PC型X-射线衍射仪（RigaKuCo.）测定试样的结晶度。
主要测定条件：
Cu靶，λ＝1.54056Å
，电压40kV，电流300mA，步宽0.02°
，扫描速度10°
/min。
试样的结晶度按X-射线衍射图谱拟合分峰法计算。
1.4.10纤维形态结构
用JSM-5600扫描电子显微镜（日本电子株式会社）观察试样的纵向形态结构。
1.4.11热分析
样品约为5mg，由Y172型纤维切片器切成粉末，测试N2气氛流量20mL/min。
用TG209F1型热重分析仪（Netzsch公司）对试样进行热重分析（TGA）。
升温范围25～800℃，升温速率为5℃/min。
用DSC204F1型差示扫描量热分析仪（Netzsch公司）对试样进行差示扫描量热分析（DSC）。
设定吸热数据为负值，放热数据为正值，升温降温速率均为10℃/min。
未处理芳砜纶试样测试条件：
在铝质开孔坩锅中进行测试，温度设定20℃↗380℃↘20℃↗380℃↘20℃。
试剂处理芳砜纶试样的测试条件：
在高压密封坩锅中进行测试，试剂与样品按照质量比3：
1装样。
升温范围20～300℃。
1.4.12阻燃性能
参照GB/T5455-1997，在YG（B）815D-I型（垂直法）织物阻燃性能测试仪（温州市大荣纺织标准仪器厂）上测试试样的垂直燃烧性能；
参照GB/T5454-1997，在ATS高温氧指数仪（ATSFAAR）上测定试样的极限氧指数。
2结果与讨论
2.1芳砜纶不同染色方法的染色效果
芳砜纶织物S0用MC染色的染液组成和染色工艺分别如表1和图1所示。
以阳离子染料MaxilonRedSL200%配制染液，分别采用以下五种染色方法对芳砜纶织物进行染色：
（1）不加载体130℃染色（NC）；
（2）苯乙酮（20g/L）载体法90℃染色[5]（AP）；
（3）经溶胀剂SW-A预处理后100℃染色[6]（SW-A）；
（4）载体Sa（90g/L）载体法100℃染色[7]（Sa）；
（5）MC（8g/L）载体法130℃染色（MC）。
染色结果如表2所示。
表2不同染色方法的染色效果
染色方法
K/S值
织物收缩率（%）
染色中存在问题
NC
7.3
4.0
得色不深
AP
24.1
24.4
织物上残余刺激性气味
SW-A
—
26.8
工艺复杂
Sa
90
23.0
11.7
载体用量大
MC
24.7
7.8
从表2可以看出，MC法染色K/S值为24.7，远高于NC法的7.3，也高于其它三种染色方法的K/S值，可见加入MC可明显提高芳砜纶的染色深度。
与其它三种染色方法相比较，MC法还具有以下优点：
采用一浴法染色，比SW-A法染色工艺简便；
染色织物收缩率最小，仅为7.8％；
MC毒性比AP低，且处理织物上无明显残留气味；
MC用量最低（8g/L），低于AP法（20g/L），远低于Sa法（90g/L）。
2.2MC对芳砜纶织物染色性能的影响
2.2.1纤维透染性
分别采用阳离子染料MaxilonRedSL200%和分散染料ForonScarletRD-2R对芳砜纶织物S0进行染色，观察载体MC的有无对染色织物透染性的影响。
染色后纤维的横截面如图2所示。
NCMCNCMC
（a）阳离子染料MaxilonRedSL200%（b）分散染料ForonScarletRD-2R
图2染色纤维横截面（1000）
由图2可知，未加载体染色的芳砜纶均存在环染和白芯现象，而采用MC载体法染色的纤维则染透性好，无环染和白芯现象。
2.2.2织物染色牢度
分别采用阳离子染料和分散染料对芳砜纶织物S0进行染色，染色织物的耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐汗渍牢度和耐光色牢度结果列于表3中。
表3MC载体染色织物的染色牢度
色牢度
MaxilonRedSL200%
ForonScarletRD-2R
耐洗色牢度/级
变色
4～5
4
棉布沾色
涤布沾色
5
耐摩擦色牢度（经向）/级
干摩
湿摩
耐汗渍牢度
酸性试液/级
碱性试液/级
耐光色牢度/级
3
由表3可知，MC染色芳砜纶织物的耐洗、耐摩擦和耐汗渍色牢度均较高，在4级以上。
耐光色牢度较低，只有3级，这除了与所用染料的耐光色牢度不好有关以外，芳砜纶的耐光稳定性较差也是影响原因之一。
2.3MC对芳砜纶其他性能的影响
按照图1所示的染色工艺曲线，在130℃不加染料和助剂的情况下，分别用去离子水、6g/L载体OM和8g/L载体MC处理芳砜纶织物S1。
观察处理织物的纤维表面形态结构，测试其结晶度和织物拉伸性能，并对其进行热重分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC）。
2.3.1纤维纵向表面形态
经去离子水、6g/L载体OM和8g/L载体MC处理芳砜纶织物的表面形态如图3所示。
（a）经去离子水处理（b）经6g/LOM处理（c）经8g/LMC处理
图3处理纤维纵向SEM照片（×
5000）
由图3可以看出，经OM和MC处理的芳砜纶表面都稍有蚀刻现象。
与经OM处理的纤维相比，经MC处理纤维的表面蚀刻程度减弱。
这主要是因为MC处理液中PO对芳砜纶没有蚀刻作用，而OM对芳砜纶有蚀刻作用，且PO对OM有溶解性，使得部分OM溶解在处理液中，降低了OM的浓度，减弱了OM对芳砜纶的蚀刻作用。
2.3.2纤维结晶度
经去离子水、6g/L载体OM和8g/L载体MC处理芳砜纶的广角X-射线衍射曲线如图4所示。
图4处理纤维的X-射线衍射曲线
通过衍射曲线拟合分峰法计算，经去离子水、OM和MC处理后纤维的结晶度分别为14.99%、17.07%和15.60%。
载体处理后纤维的结晶度略有增大，表明载体主要作用于纤维的无定形区。
MC处理纤维的结晶度比OM处理的低，这也主要是因为MC处理液中PO对OM的溶解性减弱了OM对芳砜纶纤维的作用。
2.3.3织物/纱的拉伸性能
经去离子水和8g/LMC处理的芳砜纶织物及其经纱的拉伸性能列于表4。
表4MC处理芳砜纶织物/纱的拉伸性能
试样
断裂强力（N）/
纱根数（50mm）
平均单纱强力（N）/
平均单纱强力变化（%）
断裂延伸度
（%）
织物（经向）
经水处理
经MC处理
930.1/148
871.5/163
6.3/－
5.3/-15.0
35.6
35.2
经纱△（经纱）
8.18±
0.47☆/－
6.82±
0.25☆/－
/－
/-16.6▽
37.6
31.8
△取自处理织物☆20根纱的平均值和均方差▽纱断裂强力变化%
从表4可以看出，MC处理芳砜纶织物和经纱的断裂强力、平均单纱强力和断裂延伸度均低于离子水处理的试样，说明MC对芳砜纶的强力造成一定损伤，这可能是经过MC高温作用后纤维大分子链段稍有破坏和纤维结构被溶胀变得疏松的共同结果。
2.3.4纤维热重分析（TGA）
经去离子水和8g/LMC处理的芳砜纶TG曲线见图5。
（a）经去离子水处理（b）经8g/LMC处理
图5处理纤维的TG曲线
由图5可知，经去离子水处理的纤维在0-100℃有部分自由水质量损失，MC处理纤维在0-200℃有部分质量损失，这是由于织物所含水分及处理织物上的载体残余造成的。
由图5（b）在200℃处样品的残余量可知，MC处理织物的载体残余量小于3.64％。
去离子水处理织物的起始分解温度、外推起始分解温度、内推分解温度和最大失重速率温度分别为397.0℃、446.6℃、512.4℃和474.3℃，温度升至800℃时织物的失重率为60.91%；
MC处理织物的起始分解温度、外推起始分解温度、内推分解温度和最大失重速率温度分别为373.0℃、425.4℃、477.7℃和446.6℃，800℃时的织物失重率为60.32%。
MC处理织物的起始分解温度比去离子水处理的稍低，这可能是因为载体的溶胀作用破坏了部分纤维大分子之间的结合力，大分子链段也可能轻度受到破坏。
2.3.5纤维差示扫描量热分析（DSC）
未处理芳砜纶的DSC曲线见图6。
图6未处理芳砜纶的DSC曲线
由图6可知，在第一次升温过程中，在0-100℃有个较大自由水蒸发吸热峰，在344.1℃有一个类似结晶熔融的吸热峰；
在第一次降温过程中无任何峰出现。
在第二次升温过程中，在0-100℃有个较小的吸热峰（保护气体N2气氛中含有少量水份，在第一次降温的过程中吸附在样品中，在第二次升温过程中蒸发造成的），在320.9℃有一个类似于玻璃化转变点的拐线；
在第二次降温过程中，无任何峰出现。
由于在升温和降温过程中没有对应的玻璃化转变点出现，第一次升温和第二次升温出现的峰不一样，对应温度也有一定的差别，实验结果很难确定芳砜纶的玻璃化转变温度。
为了研究不同试剂对芳砜纶产生的影响，测试了PO、DN、OM、苯乙酮、丙酮、Sa和正己烷作用于芳砜纶的DSC曲线，如图7所示。
（a）PO（b）DN
（c）苯乙酮（d）OM
（e）丙酮（f）Sa
（g）正己烷
图7高压密封坩锅中不同试剂处理芳砜纶的DSC曲线
将图7中不同试剂处理芳砜纶织物的DSC数据列于表5中，为便于分析，表5中还列出了改变试剂种类、用量及染色温度所得阳离子染料染色试样的K/S值。
表5不同试剂处理芳砜纶织物的DSC数据及其染色K/S值
试剂
第一个峰
第二个峰
测试后
试样状态
染色K/S值
温度
℃
性质
20g/L
90g/L
100℃
130℃
PO
124.9
放热
213.1
吸热
饼状收缩
18.0
20.0
20.2
22.8
DN*
93.6
完全熔融
14.7
22.6
苯乙酮
105.8
25.9
OM
74.1
152.8
23.9
22.5
23.2
丙酮
150.9
226.5
6.1
11.2
17.2
21.9
142.6
257.4
7.9
9.3
22.0
22.9
正己烷
208.3
无收缩
7.5
12.4
13.5
14.1
*载体使用浓度为10g/L
由图7和表5可知，PO、DN、苯乙酮和OM作用于芳砜纶的DSC曲线中都存在一个低温溶胀峰，说明使用这四种试剂对芳砜纶进行染色，它们起到溶胀作用从而使染料上染到纤维。
OM、丙酮和Sa作用于芳砜纶的DSC曲线中都存在一个类似玻璃化温度转变的拐线，表明它们可能有助于降低芳砜纶的玻璃化温度从而使得染料上染纤维。
OM对芳砜纶作用的DSC曲线中，既有溶胀峰，又有类似玻璃化温度转变的拐线，因此它对芳砜纶既能起到溶胀作用，又有可能起到降低其玻璃化温度的作用，是较好的芳砜纶染色载体。
正己烷处理芳砜纶的DSC曲线中出现的第一个峰是吸热峰，没有溶胀峰和类似玻璃化温度转变的拐线，且坩埚中处理试样无明显收缩现象。
从表5的染色数据观察得出，非极性、强水溶性的试剂正己烷不适合作芳砜纶染色的载体，而其它六种极性试剂在高浓度或者在低浓度下都能使芳砜纶染上深色。
热分析数据与染色数据对应得出，能使芳砜纶染上深色的载体在其处理芳砜纶DSC图谱中出现的第一个峰是放热峰，处理完后坩锅内样品呈饼状收缩现象或者是完全熔融。
只有处理完后坩锅内样品是完全熔融的三种极性、弱水溶性试剂（DN、苯乙酮、OM）能在低浓度下上染芳砜纶得到深色。
苯乙酮分子中含有羰基，OM分子中含有酰胺基，DN分子中含有酰胺基，而芳砜纶为聚酰胺类纤维，根据相似相溶原理推测适用于芳砜纶染色的载体是酰胺类物质。
用100%OM处理芳砜纶织物得到的类似Tg转变点为152.8℃，染色时是采用8g/LMC处理织物，若芳砜纶存在Tg，染色时的Tg应高于152.8℃[11]，而织物在130℃载体染色后能染得深色，这说明载体对芳砜纶染色的促进作用不仅仅取决于Tg的降低。
OM、DN和苯乙酮处理芳砜纶的DSC曲线中没有类似的Tg转变点，对芳砜纶也能进行染色，进一步说明载体使芳砜纶溶胀也是使染料上染的一种途
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