聚丙烯纤维染色改性方法研究进展 冯刚1,蔡芳昌2 (1．湖北大学材料科学与工程学院,湖北武汉430062,2．功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北武汉430062) [摘要]介绍了聚丙烯纤维染色改性的各种方法及其对纤维性能的影响,综述了各种改性方法的优缺点,重点阐述了高聚物共混改性的研究成果和最新进展. [关键词]聚丙烯纤维,染色,改性 [中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2012)01-0044-01 聚丙烯纤维,又称丙纶,是50年代末发展起来的一种新型高分子合成纤维.由于其原料来源广泛,价格低廉,各方面性能优良,发展迅速,已成为五大合成纤维之一.由于其结构紧密,结晶度高,分子链中缺乏可以和染料分子结合的活性基团和吸水性基团,因此其染色性和吸湿性差,目前是合成纤维中最难染色的品种之一[1].为了克服聚丙烯纤维染色性问题,各国都在加大科研投入,积极探索.总结起来有三个方面:合成聚丙烯纤维的专用染料,开发新型染色工艺,改性聚丙烯纤维.文章主要探讨聚丙烯纤维染色改性的方法以及未来发展趋势. 1·共聚改性 在聚合物分子链中引入能接收染料分子的基团.通常采用的单体有乙烯衍生物和丙烯化合物,例如乙烯吡啶,苯乙烯,丙烯酸,丙烯酸酯等.但共聚单体会使齐格勒-纳塔催化剂的催化效率下降,共聚得到的聚丙烯结晶度下降,熔点降低,对聚丙烯纤维的机械性能产生不良影响,因此共聚改性方法不适用于纤维的制造要求[2]. 2·接枝改性 接枝是将具有接受染料能力的单体以共价键嫁接于聚合物分子主链上,赋予纤维对染料的亲和力.为防止纤维增重太多而影响丙纶的物理性能,丧失纤维本身固有的优越性.对聚丙烯纤维接枝改性时通常把接枝度控制在5%~10%.聚丙烯接枝聚合有三种方法:化学引发聚合,光化学引发聚合和高能辐射引发聚合.化学引发聚合中,常用的引发剂有:过氧化合物,臭氧和氧气混合物,氧化还原催化剂,光化学引发聚合需要紫外线和光引发剂配合使用,常用的光引发剂有苯偶姻乙醚,二苯甲酮等,高能辐射引发聚合以γ射线,高速电子束作为引发剂,常用的接枝单体有:乙烯基类,丙烯酸类,环氧化合物,聚酰胺类[2]. 3·表面改性 这种方法是建立在化学卤化和浸渍整理的基础上,通常采用强氧化剂,卤化剂,氯磺化剂,磺化剂等对聚丙烯纤维表面产生化学作用,在其表面产生可染染座,从而使其表面染上颜色.表面改性法中,氯化法为有实用价值的方法之一,即聚丙烯纤维在次氯酸盐溶液中处理,然后在沸染条件下水解,氯原子被羟基取代,水解在聚丙烯纤维上产生的羟基和染料分子以共价键结合,使染料结合在纤维表面[3].但该方法存在几个缺点:(1)染料分子存在于纤维表面,很难渗透到纤维内部,得到的纤维色牢度不够高,不能满足商业化要求,(2)过程比较复杂,分前期处,中期和后处理,成本较高,(3)采用腐蚀性,毒性较大的化学试剂,对环境会产生一定影响,大规模化生产意义不大. 4·共混物添加改性 4.1金属化合物 在聚丙烯中添加金属化合物,主要是有机金属盐类,然后共混熔融纺丝.纤维中金属离子的引入,不仅可以赋予其染色性能,而且可以获得抗光,抗氧化功能.但这种纤维必须用专门的染料进行染色,主要为分散媒介染料和不含金属的金属络合物染料.徐德增等[4]采用稀土化合物苯甲酸镧与聚丙烯共混纺丝,用分散染料和染色助剂对其染色,结果表明随着苯甲酸镧含量,染色助剂含量和染色时间的增加,改性聚丙烯纤维的上染率增加. 4.2高聚物共混改性 所谓高聚物共混改性,是指聚丙烯纺丝前,在聚丙烯中添加少量的异相高聚物,经过双螺杆挤出机混合,熔融纺丝制得的共混可染聚丙烯纤维.目前共混改性聚丙烯纤维的染料主要有分散染料,酸性染料,阳离子染料. 4.2.1分散染料可染 为了使改性聚丙烯纤维具有分散染料可染性,一般加入弱极性或非极性聚合物,通常加入的聚合物有聚酯类,聚烯烃类,聚酰胺类,聚醚类和某些含氮化合物(聚乙烯基吡啶). (1)聚酯类共混添加剂 在聚丙烯中添加聚对苯二甲酸乙二酯(PET),聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),以此来改善聚丙烯纤维的分散染料可染性[5].Mohammad Ali Tavanie等人[6]将PP和PBT共混,熔融纺丝,用分散性染料上染,100ºC保温1 h.当PP/PBT=70/30时,染色后共混纤维的耐光照牢度达到6级,耐皂洗牢度4级. (2)聚烯烃类添加剂 例如醋酸乙烯酯(EVA),聚乙烯,聚苯乙烯,聚丁二烯等,和聚丙烯的相容性很好,可纺性好,容易加工.但是这些聚合物没有足够极性使得纤维的上染率提高,而且各项色牢度达不到要求. (3)其他类型高聚物 含氮聚合物,如采用聚乙烯吡啶或烯基吡啶与苯乙烯的共聚物作为添加剂,与聚丙烯共混制成分散染料可染聚丙烯纤维,已在上世纪形成产品. 4.2.2酸性染料可染 为了使改性聚丙烯纤维能用酸性染料染色,往往在纤维中引入碱性基团.许多含碱性基团的聚合物都可以作为添加剂,例如聚酰胺类,聚氨酯类,聚乙烯吡啶及其共聚物,环氧氯丙烷与胺类的缩聚物,乙烯-氨烷基丙烯酸酯共聚物等[7].马敬红等[8]将碱性聚酰胺和聚丙烯共混,结果表明,得到的共混体系不仅可纺性好,而且上染率达85%以上,各项色牢度在4级以上. 4.2.3阳离子染料可染 将具有酸性官能团尤其是阴离子基团的高聚物添加到聚丙烯中.带有酸性官能团的聚合物有:长链磺酸酯聚合物,多元酸或酸酐树脂,含氯聚合物,烷基醚和有机酸共聚物等.马敬红等[9]采用阳离子添加剂(MPT)和聚丙烯共混,结果得到的共混体系不仅可纺性好,且纤维上染率高达95%,力学性能也很好. 5·纳米粒子改性 采用纳米技术制备可染聚丙烯纤维,纤维中的纳米粒子是染料上染纤维的染座,现在较常用的纳米颗粒有纳米粘土,纳米硅和纳米金属氧化物等,它们通过范德华力和氢键和染料分子结合.蔡蕾等[10]用分子筛改性聚丙烯,首先用太酸偶联剂对分子筛进行表面处理,然后和聚丙烯共混纺丝,结果表明当分子筛的质量分数为1%时,共混纤维的可纺性好,断裂强度提高31.85%,上染率提高44.86%.王东庆等[11]用蒙脱土改性聚丙烯纤维,得到的纤维染色性能良好. 6·复合纤维改性 复合纤维改性属于物理改性,是指在同一根纤维截面上有两种或两种以上聚合物.根据两种组分在纤维横截面上的分布不同,分为并列型,皮芯型和海岛型.纺制改善聚丙烯纤维染色性能的复合纤维通常采用皮芯结构,以70%~90%聚丙烯作为芯层,以10%~30%可染高聚物作为皮层,复合纤维的染色性能及染色工艺参照皮层,常用的皮层高聚物有PA,PET,PVA,PBT等.崔华帅等[12]将羊毛粉和聚丙烯共混,制备了PP/羊毛粉皮芯复合纤维,PP为芯层,羊毛粉为皮层,结果表明复合纤维的的表面染色深度值(K/S)高于纯聚丙烯纤维. 7·聚丙烯改性方法展望 综上所述,聚丙烯纤维染色改性的方法很多,各有优缺点.共聚改性会对纤维机械性能产生严重影响,表面改性难以得到较高的色牢度,且技术要求较高,纳米粒子改性得到的纤维深染性不好,复合纤维方法制得的纤维色牢度不高.从实际效果,经济效益方面看,高聚物共混改性方法新颖,工艺过程简单,染色效果好,且容易实现工业化.正如Siamak Moradian所言,.....
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