摘要

选用不同类型与结构的分散染料、阳离子染料以及涂料墨水对间位芳纶织物进行染色,从间位芳纶织物结构、染料种类和结构、染料用量方面分析了间位芳纶染色织物的耐日晒色牢度。结果表明,织物结构.染料结构和染料用量对间位芳纶染色织物的耐日晒色牢度有一定程度的影响,其中涂料染色织物的耐日晒色牢度最佳。

0.前言

芳纶纤维综合性能优良,是目前产量最大、应用最广的高性能纤维。芳纶纤维与一般聚酰胺纤维不同,芳纶大分子是由酰胺基与苯环间位芳纶或对位芳纶相连接,稳定的骨架结构使其具有优异的化学稳定性、热稳定性、高强度和高模量等特性,在航空航天、橡胶、电子通讯、汽车、运动器材、防护面料等方面有广泛应用。

间位芳纶玻璃化转变温度达270℃,染色困难,难以在水介质中染得深色,并且未染色的芳纶织物在光照条件下会由黄色变为古铜色,变色严重。梁色后的芳纶织物会发生颜色变浅,色光变暗的情况,这些缺点影响其服用性能。

本试验通过对比同种染料上染间位芳纶与涤纶织物,分析织物结构、不同种类和结构的染料对染色织物耐日晒色牢度的影响。

1.试验部分

1.1织物、试剂与仪器

织物间位芳纶织物、涤纶织物试剂分散红HL、分散蓝HL-GR、分散黄ULGF(浙江正裕化学工业有限公司),分散黄SE-4RL、分散橙DE、分散蓝E-4RN、分散大红SFAN、分散红S-5BL(青岛双桃精细化工有限公司),阳离子黄X6G、阳离子蓝X-GRRL、阳离子黑FDL、阳离子艳红X-5GN(德司达公司),涂料大红、黏合剂(广东祥裕数码科技),精练剂、退浆酶TF-162B(浙江传化股份有限公司),EA-1(自制载体)硝酸钠、醋酸(郑州派尼化学试剂厂)

织物间位芳纶织物（来自上海联净）

仪器JA3003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司),瑞比ECODYER全能型试色机、直立式压染树脂机P-A0、自动定形烘干机(厦门瑞比精密机械有限公司)、DatacolorSF300型思维士电脑测色仪(思维士科技公司)LFY-302日晒牢度实验仪(山东省纺织科学研究院）

1.2试验方法

1.2.1织物预处理

1.2.2染色工艺

以自制助剂EA-1为染色载体,采用分散染料阳离子染料对芳纶织物进行染色。

工艺曲线

1.2.3涂料染色工艺

工艺处方

工艺流程

浸轧染液→烘干(80℃x10min)→焙烘(180℃x2min)→水洗→烘干

1.3性能测试

1.3.1织物K/S值、Lab值及色差值AE采用DatacolorSF300型测色配色仪,在D光源、10°观察角条件下,每个试样测试3次,取平均值,即为织物的K/S值、Lab值。织物日晒前后的色差值AE按式(1)计算:

1.3.2耐光色牢度

采用LFY-302日晒牢度试验仪,按GBT8426-1998《纺织品色牢度试验耐光色牢度:日光》方法测定织物的变色情况AE,对比灰色样卡评定试样耐光色牢度等级。

2结果与讨论

2.1织物种类及结构对耐日晒色牢度的影响

2.1.1织物结构对耐日晒色牢度的影响

间位芳纶织物呈淡黄色,经长时间日光照射后颜色逐渐变深变灰。采用LFY-302日晒牢度试验仪对未染色芳纶织物进行日晒试验,结果见表1和图1。

由表1可知,随着日晒时间的增加,未染色芳纶的K/S值逐渐提高,值上升,a值和b值下降,尤其在0~10h内,变化更加明显,说明织物发生了严重的变色情况,色光逐渐变暗,并朝红光、黄光方向发生偏移。

从图1可以看出,芳纶织物的K/S值在400~450nm黄光区间变化最为明显,与芳纶织物表现出黄变现象相一致,这与芳纶大分子受紫外光氧化破坏,发生一系列反应有关。

2.1.2织物种类对耐日晒色牢度的影响

参照1.2.2节染色工艺,选择4%染料(分散红HL、分散蓝HL-GR、分散黄ULGF,均为汽车专用高耐晒分散染料,在涤纶上耐日晒色牢度可达7~8级)对芳纶1313织物和涤纶织物进行染色,染色后进行日晒试验,测试日晒前后的色差AE,结果见图2.由图2可以看出,同种染料相同日晒时间情况下,芳纶1313织物的褪色情况较涤纶织物严重,说明芳纶1313织物耐日晒色牢度差与织物结构有很大关系。芳纶分子结构特殊,含有大量酰胺键,太阳光(尤其是波长小于400nm的紫外光区间)的光子能量足够打断分子结构中的许多单键,日晒过程中芳纶纤维-CONH-基团的-CN-键会吸收能量发生断裂和氧化,大分子链段遭到破坏,而且随着氧化的进行,织物的颜色逐渐变黄,所以芳纶织物的耐日晒色牢度相对较差。

2.2染料对耐日晒色牢度的影响

2.2.1染料种类及结构对耐日晒色牢度的影响目前间位芳纶染色多采用阳离子染料和分散染料,由于染料结构不同,染色织物日晒后褪色的过程和机理也存在差异。试验选取分散红玉S-5BI和阳离子艳红X-5G按1.2.2节的染色工艺对芳纶织物进行染色,染色后对其进行日晒牢度测定,结果见图3和图4。

由图3可以看出,在0~10h时,530nm左右的吸收峰变化很小,而400nm左右的K/S值与图1未染色芳纶织物的变化趋势相同,急剧升高,说明染料的分解不是该时间段内色差AE变化的主要原因,而是织物黄变造成的。在10~20h时,400nm左右的K/S值的上升放缓,而530nm左右的K/S值下降明显,这是由于当日晒进行到一定程度时,芳纶纤维的表面被严重破坏,染料大多只能进人芳纶纤维表面,染料被芳纶纤维皮层结构一起剥落下来,造成芳纶织物褪色。

由图4可以看出,随着日晒时间的增加,550nm处的K/S值急剧下降,而400nm处的K/S值逐渐上升,当日晒时间达到20h时,400nm处的K/S值已超过550nm处的K/S值。阳离子艳红X-5GN染料分子属次甲基类,染料分子容易被紫外光氧化破坏。所以,阳离子艳红X-5GN芳纶染色织物褪色的主要原因是染料被氧化破坏造成的。染料的种类和结构是影响染色织物日晒色牢度的重要因素之一。一般蒽醌结构的染料耐日晒色牢度好于偶氮结构和次甲基结构染料的。现选取多种结构、类型的分散染料、阳离子染料,按1.2.2节工艺对芳纶织物进行染色,染色结束后对其进行耐日晒色牢度试验,结果见表2。

由表2可以看出,由于染料结构和颜色的不同,染色后织物的耐日晒色牢度差异明显。使用相同的染色方法分别以阳离子染料和分散染料对芳纶织物进行染色,阳离子染料的K/S值较高;经20h日晒试验后,分散染料上染的芳纶织物耐日晒色牢度略好于阳离子染料上染的芳纶织物,但KS值对应的波长向400nm方向发生偏移。红色较其他颜色的变色情况最严重,黄色变色情况最弱。

2.2.2染料用量对耐日晒色牢度的影响参照1.2.2节染色工艺,选取1%~6%分散红玉S-5BL和阳离子艳红X-5GN分别对芳纶织物进行染色,染色后对其进行耐日晒色牢度试验,结果见图5。

由图5可知,随着染料用量的增加,分散红玉S5BL,和阳离子艳红X-5GN染色织物的K/S值随之上升。经20h日晒试验后染色织物的褪色色差AE降低,说明色泽越深,耐日光色牢度越好。这是因为上染织物的染料越多,在纤维上聚集度越大,越容易发生团聚,染料接触空气、水分和光照的表面积就越小,染料被氧化破坏的可能性降低;而且纤维表面聚集的染料分子还可以对芳纶纤维和内层染料起到保护作用,延缓芳纶纤维的黄变及内层染料的分解。

2.3提高芳纶耐日晒色牢度的染色方法

涂料由于自身结构,耐光色牢度高。现选取涂料大红,按1.2.3节工艺对芳纶织物进行染色,染毕进行耐日晒色牢度试验,结果如图6所示。

由图6可以看出,随着涂料用量的增加,染色织物的K/S值随之上升;经20h日晒试验后染色织物的褪色色差AE显著降低。当涂料质量分数为6%(omf)时,褪色色差AE仅为2.03,耐日晒色牢度可达灰色样卡4级,远低于分散染料和阳离子染料染色织物的褪色色差。这是由于涂料以极细的粒状物存在于纤维表面,结构稳定不易被氧化破坏;而且涂料具有良好的遮盖力,当其附着于物体表面时,可以遮盖纤维本身的底色,这种特点可以减弱芳纶织物黄变所引起的变色,从而提高芳纶的耐日晒色牢度。

3.结论

(1)间位芳纶织物耐日晒色牢度差的原因与其分子结构有关,经日晒发生的黄变会加剧织物日晒后的变色情况。

(2)染料的结构、种类和用量是间位芳纶织物耐日晒色牢度的重要影响因素,在实际应用中应注意染料的选择。

(3)涂料染色的耐日晒色牢度可达4级,可用于对织物耐日晒色牢度要求较高的领域。

来源：西安工程大学纺织科学与工程学院、印染

作者：张帅、谭艳君、霍倩、李文燕

资料图片来源：

1、西安工程大学纺织科学与工程学院

2、上海联净电子科技有限公司

文章来源：芳纶产业圈

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