超支化聚合物對聚丙烯纖維染色的影響

黃 旭，張煒棟

(南通紡織職業技術學院 染化系，江蘇 南通 226007)

超支化聚合物對聚丙烯纖維染色的影響

黃 旭，張煒棟

(南通紡織職業技術學院 染化系，江蘇 南通 226007)

在聚丙烯纖維中引入3 %超支化聚酰胺酯，并用分散藍2BLN對改性聚丙烯纖維進行染色。通過研究發現，超支化聚合物的極性基團使染料上染率明顯提高，并且在110 ℃達到最大上染百分率，說明此時染色達到飽和值。在60 ℃條件下，對改性聚丙烯織物進行水洗、耐光色牢度測試，發現水洗牢度很好，耐光色牢度較差。在噴絲前添加超支化聚合物改性處理，對聚丙烯纖維的物理性能沒有影響，且可顯著增強其可染性。

超支化聚合物；改性聚丙烯；染色；分散染料

聚丙烯材料(PP)具有廣泛的應用，包括各種包裝、管道、家用電器、紡織、汽車材料和膠片等。聚丙烯材料的優點包括簡單、優越的加工性能，低比重，幾乎為零的吸水率，良好的耐化學腐蝕性能，良好的防靜電性，以及較低的生產成本。但需要加入穩定劑克服聚丙烯內部低熱穩定性，并提高抗紫外穩定性[1]。

紡織纖維通常是由等規立構聚合物形成的，等規聚丙烯有結晶和非結晶兩種結構，結晶度為50 %～65 %。聚丙烯材料可以制成單絲、復合絲、短纖維、原纖化紗及無紡布，主要應用于醫用面料、工業縫紉線、繩子、人造草坪、地毯、土工織物，只有少數用于服裝[2]。聚丙烯纖維的非極性、脂肪族結構、高結晶度和高空間規整度使其具有很好的物理性質，但同時也限制了染料分子的上染。提高聚丙烯纖維可染性的方法有：

1)在催化劑、載體或纖維溶脹劑的作用下，溶脹纖維；

2)通過共聚或接枝技術添加染座單體或官能團，對纖維進行改性處理；

3)在聚合物紡絲之前加入染座添加劑。

樹枝狀聚合物和超支化聚合物被統稱為樹型高分子[4](圖1)，是一種高度支化的結構，外形緊湊，具有大量反應性末端基團。由于這些結構特征，它們的性質與普通線性聚合物有較大差異，如：流變特性、利用大分子間力的作用吸附染料等。

超支化聚合物通常由縮聚反應生成，超支化聚酰胺酯是由二異丙醇氨和酸酐縮聚而成的[5]。通過對酸酐和改性末端基團的篩選，可以合成多種不同性質的聚合物，使其具有不同的溶解性、兼容性、界面張力等。例如超支化聚酰胺酯Hybrane PS 2550(HBP)，是由鄰苯二甲酸酐、二異丙醇氨和被硬脂酸酯化50 %羥基末端組成的(圖2)。由于脂肪酸烷基鏈的存在，Hybrane PS 2550可與聚丙烯兼容，且引入的極性基團和芳香環可與染料作用，使改性聚丙烯纖維的上染率明顯提高。本文主要研究添加3 %超支化聚酰胺酯后聚丙烯纖維的染色性能及對物體性能的影響。

圖1 樹型高分子Fig.1 Structure of dendrimer and hyperbranched polymer

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

1 實 驗

1.1 配 料

聚丙烯混合物的組分有：聚丙烯粉(江蘇金浦集團有限公司)；超支化聚酰胺酯：Hybrane PS 2550(HBP)(荷蘭DSM Hybrane B.V.公司)，3 %；紫外穩定劑：Chimassorb 944(汽巴-嘉基公司)，0.1 %；熱穩定劑：HA穩定劑(江蘇天鵬同仁精細化工有限公司)，0.05 %。

將細化處理后的超支化聚合物按照3 %的比例同0.1 %的紫外穩定劑、0.05 %的熱穩定劑一起加入聚丙烯粉中，用螺桿將其共混，螺桿直徑為19 mm，混合后紡絲制成纖維長徑比為40∶1的聚合物。聚合物在230 ℃、21.6 N條件下的熔融指數為26 dg/min。

1.2 熔融紡絲

共混母粒用12孔、500 mm噴絲頭紡絲機加工，添加3 % HBP的改性聚丙烯線密度為368.2 dtex，未改性聚丙烯線密度為475.3 dtex。

1.3 拉 伸

膠輥溫度100 ℃，熱平板溫度125 ℃，抽絲率為5.5∶1，抽絲速度為52 m/min。處理后，添加3 % HBP的改性聚丙烯線密度為72.5 dtex，未改性聚丙烯線密度為72.3 dtex[6]。

1.4 針 織

采用上虞正圓打樣針織機織造改性和未改性聚丙烯織物。

1.5 精 練

染色前織物需要進行精練加工，采用質量濃度為2 g/L的MORI LN-10環保型去污精練劑和2 g/L的碳酸鈉配置98 ℃精練液，處理30 min后冷水洗、烘干。

1.6 染 色

采用紅外染色小樣機，用分散藍2BLN染料測試改性聚丙烯織物的染色性能，染色工藝流程如圖3所示。

采用紅外染色小樣機，用分散藍2BLN(質量分數1 %)對改性聚丙烯織物(2 g)進行染色；染液加入高溫勻染劑W(1 g/L)，調節染液pH值至5.5；調節染色溫度分別為70，80，90，100，110，120，130 ℃，并保溫60 min；還原清洗用保險粉(2.5 g/L)、燒堿(6 g/L)、分散劑NNO(0.5 g/L)在75 ℃洗滌15 min。

圖3 染色工藝流程Fig.3 Dyeing process fl ow

1.7 顏色測定

采用愛色麗公司分光光度儀，測試條件為10°，D65標準光源，包含紫外光。染色產品的顏色強度，表示為f(k)：

1.8 上染百分率測定

將染色后殘液用丙酮稀釋，用Cary 50紫外分光光度計測定其最大吸收波長λmax，參照標準曲線計算染料上染百分率。

1.9 牢度測試

染色試樣按照GB/T 3921.1～3921.5－1997《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度》進行水洗色牢度測試。同時，未染色未改性聚丙烯織物、未染色改性聚丙烯織物也按照GB/T 14576－2009《紡織品 色牢度試驗 耐光、汗復合色牢度》進行耐光測試。

1.10 拉伸強度測試

采用YG023C全自動單紗強力儀對改性和未改性紗線進行測試。

2 結果與討論

加入3 %超支化聚酰胺酯生產超支化改性聚丙烯纖維，改性后纖維的拉伸強度變化很小(圖4)，由于纖維的彈性較低，即使是在針織機最慢的轉速下仍易發生紗線斷裂，這可以通過超喂輥釋放張力來克服。

圖4 改性和未改性PP應力-應變曲線Fig.4 Stress-strain curve of modif i ed and unmodif i ed PP

圖5表示在1 %(質量分數)條件下未改性聚丙烯染色織物還原清洗前和還原清洗后最大吸收波長處顏色強度值與染色溫度的關系。分散染料對未改性聚丙烯纖維上染率低，并且大部分會在還原清洗過程中被洗去。這說明，染料僅吸附在纖維表面，形成浮色。圖6表示通過添加3 %超支化聚酰胺酯生成的改性后聚丙烯針織物，在1 %(質量分數)條件下染色還原清洗前和還原清洗后最大吸收波長處顏色強度值與染色溫度的關系。與未改性聚丙烯纖維類似，還原清洗會洗去大部分吸附在纖維表面的分散染料。然而，對比圖5和圖6發現，改性聚丙烯纖維與分散染料有較高的親和力。將還原清洗后的未改性和改性聚丙烯纖維的染色強度對比(圖7)，發現在紡絲前加入超支化聚合物能明顯提高染料上染率，這是由于硬脂酸改性超支化聚合物在聚丙烯纖維中引入了極性基團。

圖5 未改性PP織物染色顏色強度和染色溫度的關系Fig.5 Colour strength and temperature curve of unmodif i ed PP fabric

圖6 改性PP織物染色顏色強度和染色溫度的關系Fig.6 Colour strength and temperature curve of modif i ed PP fabric

進一步比較圖5和圖6，染色溫度對改性和未改性聚丙烯纖維的上染百分率影響較大。圖5中未改性纖維顏色強度隨溫度的增加(70～130 ℃)而增加，屬于自由體積模型的染料擴散[8]。而圖6中，改性纖維還原清洗前在120 ℃達到最高染色強度，還原清洗后在110 ℃達到最高染色強度。說明改性纖維在110 ℃時達到染色飽和值，染料分子上染了所有染座。圖5中，未改性纖維染色沒有達到平衡是因為纖維中缺少極性基團。

圖7 還原清洗后未改性和改性PP染色強度對比Fig.7 Colour strength contrast of modif i ed and unmodif i ed PP after reduction clearing

圖8顯示，改性和未改性聚丙烯織物的上染百分率都隨著染色溫度的增加而增加。區別是，改性聚丙烯織物在120 ℃達到最大上染百分率，而未改性織物在130 ℃達到最大上染百分率。這是由于兩種織物對染料的吸附機理不同，未改性聚丙烯織物在染色過程中隨溫度的增加(70～130℃)產生的自由體積也隨之增加；改性聚丙烯織物在120℃染色時，染座達到飽和狀態。

圖8 改性和未改性PP上染百分率與染色溫度的關系Fig.8 Dyeing percentage and temperature curve of modif i ed and unmodif i ed PP

表1為改性和未改性聚丙烯織物染色產品(還原清洗后)經過5次重復水洗(60℃)后的色牢度評級。比較改性聚丙烯織物和未改性聚丙烯織物，兩者水洗褪色牢度相近，改性聚丙烯織物稍好；兩者水洗沾色牢度相差很大，改性聚丙烯織物有很好的沾色牢度。

表2為改性及未改性聚丙烯織物耐光色牢度測試。改性聚丙烯染色織物耐光色牢度等級為2～2/3，明顯低于分散染料在聚酯纖維織物中的牢度，說明有可能是超支化聚合物影響織物耐光色牢度。將未染色未改性和未染色改性聚丙烯織物進行耐光牢度測試，兩種織物均沒有發生變色情況，說明超支化聚酰胺酯沒有影響聚丙烯纖維的耐光牢度，并且超支化聚合物自身沒有發生降解。采用JR-TN02耐日曬牢度增進劑處理改性和未改性聚丙烯織物，發現明顯提高了織物的耐曬牢度。

表1 聚丙烯織物耐水洗牢度測試結果 級Tab.1 Washing fastness result of PP fabric

表2 聚丙烯織物耐光色牢度測試結果 級Tab.2 Light fastness result of PP fabric

3 結 語

1)添加3 %硬脂酸改性超支化聚合物對聚丙烯纖維的物理性質影響很小，纖維的染色性能有明顯的提高。

2)用分散藍2BLN上染改性纖維，上染百分率明顯提高，纖維在110 ℃時(還原清洗后)達到最大上染百分率。

3)改性聚丙烯染色織物在60 ℃水的條件下洗5次仍有很好的色牢度，但耐光色牢度很差。

[1]趙輝.超支化聚合物的合成及應用[J].開封大學學報，2003，17(4)：70-73.

[2]胡明，徐德增，郭靜.超支化聚合物對PP染色性及流變性的影響[J].紡織學報，2007，27(7)：58-61.

[3]韓巧榮，夏海平，丁駄.超支化聚合物[J].化學通報，2004(2)：104-112.

[4]徐德增，郭靜，蔡月芬.添加劑對可染聚丙烯的可染性及流變性的影響[J].大連輕工業學院學報，2001，20(1)：8-10.

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

[6]張娜，趙學峰，封瑞江.超支化聚酰胺酯的合成與端基改性[J].熱固性樹脂，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

黃旭(1982－ )，女，講師，碩士，主要從事染整技術的教學和研究。