華南理工大學材料科學與工程學院    趙耀明

摘要：本ben文wen介jie紹shao了le用yong於yu聚ju丙bing烯xi纖xian維wei染ran色se改gai性xing的de聚ju酯zhi類lei共gong混hun添tian加jia劑ji可ke染ran性xing與yu聚ju丙bing烯xi纖xian維wei可ke染ran性xing的de關guan係xi
，著zhe重zhong闡chan述shu了le陽yang離li子zi常chang壓ya可ke染ran聚ju酯zhi共gong混hun添tian加jia劑ji中zhongSIPM對共聚酯的染色性
、吸濕性
、熱穩定性及其熔體粘度的影響以及聚丙烯/改性聚酯共混體係紡絲條件和後加工工藝的控製。

關鍵詞：聚丙烯，聚酯，染色，共混，添加劑

    聚丙烯纖維是主要合成纖維品種之一，原料豐富、價格低、比重輕、熱穩定性高
、疏水性及保暖性好，且耐腐蝕
、抗黴變、具有優良的加工性能和物理機械性能。但是聚丙烯結晶度高，沒有可與染料分子相作用的極性基團
，從而導致其染色困難[1]。欲使聚丙烯纖維具有可染性，需對聚丙烯進行改性[2，3]，其方法之一是摻混可染添加劑。

用於共混改性聚丙烯的添加劑一般為極性物質，如聚酯類
、聚酰胺類
、聚烯烴類、反應性添加劑和樹脂狀聚合物等
，而且至少必須具備下列四個條件：

----改性劑與聚丙烯有較好的相容性
，在成型過程中可形成基體―微纖兩相結構
，並產生大量的微孔隙，形成染料擴散到纖維內部的通道，從而實現染色

----改性劑與染料有較好的親和力，保證製成的纖維具有足夠的染色深度和色牢度；

----改性劑應具有良好的熱穩定性和化學穩定性
，無毒害；

----改性劑不應對聚丙烯的可紡性、機械性能、熱學性能和光學性能產生不良影響。

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)及其改性物是最常用的聚丙烯纖維可染添加劑之一。使用聚酯改性聚丙烯具有兩方麵優點：一方麵，操作簡單、色譜廣


、色澤鮮豔；另ling一yi方fang麵mian，由you於yu帶dai有you染ran座zuo的de添tian加jia劑ji在zai聚ju丙bing烯xi中zhong均jun勻yun分fen布bu
，因yin此ci該gai法fa不bu僅jin能neng使shi聚ju丙bing烯xi纖xian維wei表biao麵mian染ran色se，而er且qie也ye能neng使shi聚ju丙bing烯xi纖xian維wei本ben體ti染ran色se。聚ju酯zhi類lei共gong混hun添tian加jia劑ji不bu僅jin使shi聚ju丙bing烯xi的de結jie構gou疏shu鬆song
，而er且qie還hai能neng在zai聚ju丙bing烯xi中zhong原yuan位wei成cheng纖xian

，形xing成cheng基ji體ti-微纖兩相結構，由於在兩相間存在大量相界麵，並形成大量微孔
，有利於染料分子沿微孔擴散到纖維內部，即產生所謂“芯吸效應”，並借助聚酯中的酯基和苯環等親合染料的活性部位，在微弱的氫鍵、範德華力、離子鍵或極性共價鍵作用下將染料吸附
，從而達到染色的目的。

1　聚酯共混添加劑的可染性與改性聚丙烯可染性的關係

　　用於聚丙烯改性、提ti高gao其qi染ran色se性xing能neng的de添tian加jia劑ji本ben身shen必bi須xu是shi可ke染ran的de。改gai性xing聚ju丙bing烯xi的de可ke染ran類lei型xing與yu添tian加jia劑ji相xiang同tong
，即ji如ru果guo添tian加jia劑ji是shi分fen散san可ke染ran的de，則ze改gai性xing聚ju丙bing烯xi也ye隻zhi能neng分fen散san可ke染ran
；如果添加劑是陽離子可染，則改性聚丙烯隻能陽離子可染

；如果添加劑是高溫高壓可染
，則改性聚丙烯也必需在高溫高壓條件下染色。

2　聚酯共混添加劑的可染性

早期用於改性聚丙烯的聚酯為PET。但僅用PETgaixingjubingxi，zhinengzaigaowengaoyatiaojianxia
，yongfensanranliaoranse。yinliziranliaokeranjuzhitianjiajishitongguoyinruhanyoujianxingjituandegongjuzufen，shiqiduisuanxingranliaojuyouqinhexing

，tongchangyinrudedisanzufenshian(叔胺
、季胺)類化合物。但含氮的第三單體熱穩定性差
，致使染色纖維往往耐熱性差，色牢度低。因此，限製了該類添加劑的發展。

由於陽離子染料色譜齊全、顏色鮮豔且價格便宜，因此在聚酯主鏈上引入第三單體―――間苯二甲酸二甲酯磺酸鈉(SIPM)，而得到可與陽離子染料結合獲得牢固的色澤的聚酯共混添加劑是研究的熱門之一。含SIPM的添加劑除引入了染座之外，其間位結構已破壞了聚酯大分子的規整結構[4]
，使其結晶速度減慢
，結晶度降低，無定形區增大，有利於染料分子自無定型區向聚酯內部滲透，並與-SO₃^-結合。

雖然添加劑上染率隨SIPM含量增加而增加，但是如果SIPM的加入量過大，則添加劑的可紡性及其他物理性能變差。SIPM含量在1.5%摩爾（相對於對苯二甲酸的含量
，以下同）以下時，纖維染色性較差，染料大部分殘留在殘液中
；SIPM含量達1.5%摩爾以上時，纖維色澤基本達到要求[5]。因此一般SIPM含量為2%~3%摩爾。

3        嵌段共聚酯與無規共聚酯添加劑

　　嵌段共聚酯是指在聚酯長鏈上鑲嵌有純PET段和由第三單體和第四單體改性的共聚酯段，由於其鏈的規整性和對稱性被第三、四si單dan體ti破po壞huai
，難nan以yi參can與yu結jie晶jing
，形xing成cheng結jie晶jing鏈lian段duan。無wu規gui共gong聚ju酯zhi是shi指zhi第di三san單dan體ti和he第di四si單dan體ti隨sui機ji地di分fen布bu在zai整zheng個ge聚ju酯zhi長chang鏈lian上shang。與yu無wu規gui共gong聚ju酯zhi相xiang比bi，嵌qian段duan共gong聚ju酯zhi的deSIPM在纖維的熱定形中更集中在非晶區，易被陽離子染料分子結合上染。所以，嵌段共聚酯染色性優於無規共聚酯。例如，對SIPM摩爾含量2.5%相同的嵌段共聚和無規共聚的切片，進行平行紡絲染色的實驗表明[6]，前者上染率高
，染色飽和值為3.52，顏色深；後者為2.25
，顏色較淺
，與預測相一致。

4　聚酯添加劑對共混纖維的紡絲成型和後加工的影響

4.1　幹燥

含SIPM的改性聚酯共混添加劑由於含有極性基團，如(-SO₃Na)，故其含水率通常較高，且其含水率與所含SIPM的百分比成正比。其結晶速度、結晶度、熔點及熱穩定性均低於純PETqiepian，guyujiejingganzaowendubixushidangjiangdi，yifangzhiwenduguogaoyinqitianjiajizhanlian。ciwai
，tianjiajiqiepiantongguoganzaochedichuqushuizi，yibaozhengfangsishunlijinxing[7]。否(fou)則(ze)
，添(tian)加(jia)劑(ji)在(zai)熔(rong)融(rong)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)嚴(yan)重(zhong)水(shui)解(jie)，熔(rong)體(ti)粘(zhan)度(du)下(xia)降(jiang)，而(er)造(zao)成(cheng)共(gong)混(hun)纖(xian)維(wei)熔(rong)體(ti)細(xi)流(liu)出(chu)現(xian)氣(qi)泡(pao)而(er)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)紡(fang)絲(si)，即(ji)使(shi)熔(rong)體(ti)能(neng)勉(mian)強(qiang)紡(fang)絲(si)
，拉(la)伸(shen)時(shi)也(ye)容(rong)易(yi)斷(duan)裂(lie)。

4.2　紡絲溫度

對於單一物質，紡絲溫度主要由該物質的熔點、熔rong體ti粘zhan度du和he熱re穩wen定ding性xing來lai決jue定ding。對dui於yu共gong混hun改gai性xing體ti係xi紡fang絲si溫wen度du的de確que定ding除chu了le要yao考kao慮lv添tian加jia劑ji和he本ben體ti各ge自zi的de熔rong體ti粘zhan度du和he熱re穩wen定ding性xing外wai，還hai要yao兼jian顧gu到dao兩liang類lei物wu質zhi熔rong體ti粘zhan度du的de匹pi配pei，以yi便bian共gong混hun改gai性xing體ti係xi易yi於yu紡fang絲si成cheng型xing
，這zhe就jiu要yao求qiu在zai紡fang絲si條tiao件jian(紡絲溫度、切變速率等)下，添加劑熔體粘度應接近或略小於聚丙烯的熔體粘度[8]，即：

η_添加劑 ≤ η_聚丙烯

　　高聚物熔體粘度隨溫度的變化關係，可以用阿累尼烏斯(Arrhenis)公式來描述：

η= Ae^ΔEη/RT

式中
，η――熔體粘度(Pa・s)；

A――常數
；

ΔE_η――粘流活化能(kJ/mol)；

R――8.31 J/mol・K；

T――絕對溫度(K)。

由阿累尼烏斯公式可知，ΔE_η
、T與η的關係為指數關係，ΔE_η
、T的微小變化都會對η產生很大地影響。ΔE_η是高聚物熔體表觀粘度對溫度敏感程度的量度，ΔE_η越大，高聚物熔體粘度對溫度的變化越敏感。如引入SIPM的de聚ju酯zhi添tian加jia劑ji熔rong體ti中zhong含han有you磺huang酸suan基ji團tuan，改gai變bian了le聚ju酯zhi的de規gui整zheng結jie構gou和he分fen子zi間jian作zuo用yong力li
，增zeng加jia了le大da分fen子zi間jian的de纏chan結jie點dian，嚴yan重zhong阻zu礙ai了le大da分fen子zi的de內nei旋xuan轉zhuan，使shi大da分fen子zi鏈lian段duan活huo動dong性xing變bian差cha和he流liu變bian阻zu力li增zeng大da
，熔rong體ti粘zhan流liu活huo化hua能neng(E_η)增大[9]，使(shi)其(qi)紡(fang)絲(si)熔(rong)體(ti)對(dui)紡(fang)絲(si)溫(wen)度(du)很(hen)敏(min)感(gan)。因(yin)此(ci)在(zai)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)紡(fang)絲(si)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，適(shi)當(dang)提(ti)高(gao)紡(fang)絲(si)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)調(tiao)節(jie)聚(ju)丙(bing)烯(xi)和(he)聚(ju)酯(zhi)添(tian)加(jia)劑(ji)兩(liang)者(zhe)的(de)粘(zhan)度(du)
，以(yi)滿(man)足(zu)紡(fang)絲(si)要(yao)求(qiu)。

4.3    染色溫度和壓力

SIPM的加入，不僅使分子鏈上具有了可以與陽離子染料進行反應的磺酸基團，而且使其空間結構的緊密程度降低。然而SIPM畢竟是帶有剛性苯環的結構，它的引入對添加劑的玻璃化溫度未見有多大影響
，這種添加劑須在高溫高壓下染色。例如，加入2%摩爾第三單體的添加劑在100℃染色時
，上色率為30%~35%；在120℃染色時，上色率為90%~98%。因此，用這種添加劑改性的聚丙烯纖維也必須在高溫高壓下染色。

為了降低能耗
，減少設備投資，節約生產成本，可在上述三組份改性聚酯的基礎上引入具有柔性鏈的第四單體
，如聚乙二醇(PEG)或聚二甲基矽氧烷（PDMS）

，以降低其玻璃化溫度(T_g)
，使添加劑及其改性聚丙烯纖維能常壓可染。一般隨柔性鏈添加量的增加，添加劑的結晶度下降，晶粒尺寸變大， T_g下降，T_m亦降低，故可在常壓下染色
，且纖維的上染率可顯著地得到改善[10]
，但聚醚鏈段中醚鍵降解的活化能較小，故其耐熱性較差。

4.4    聚二甲基矽氧烷（PDMS）在改善丙綸染色中的應用

聚矽氧烷具有優良的柔韌性
、熱穩定性和化學穩定性，用共縮聚方法將聚矽氧烷引入共聚酯分子鏈中，可以達到如下效果：1）降低共聚酯的玻璃化溫度和共混纖維染色溫度，減少染色設備投資和能源消耗，避免高溫高壓染色技術對PP共混纖維的損傷
；2）降低共聚酯的熔點，縮小共聚酯與聚丙烯二者之間熔點的差異，改善共混體係的可紡性；3）juguiyangwandeyinrunengzaijiaodafanweijiangdijuzhiderongducanshu，zheyangjishijuzhizhongyinrujianbenerjiasuanerjiazhihuangsuannadengqiangjixingzufen，juzhiderongducanshuyebuhuizengjia
，baochiyuPP有適宜的相容性。總之，用含聚矽氧烷的聚酯為添加劑的共混纖維具有染色溫度低、易於著色、色澤鮮豔均勻、染色牢度高
、熱穩定性和化學穩定性好、相態結構可控
、可紡性好的優點，是一個很有發展前景的方法。

5　結束語

聚(ju)酯(zhi)類(lei)共(gong)混(hun)添(tian)加(jia)劑(ji)是(shi)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)染(ran)色(se)改(gai)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)添(tian)加(jia)劑(ji)之(zhi)一(yi)

，特(te)別(bie)是(shi)采(cai)用(yong)常(chang)壓(ya)陽(yang)離(li)子(zi)可(ke)染(ran)的(de)改(gai)性(xing)聚(ju)酯(zhi)，通(tong)過(guo)共(gong)混(hun)方(fang)法(fa)來(lai)改(gai)善(shan)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)染(ran)色(se)性(xing)，不(bu)僅(jin)減(jian)少(shao)染(ran)色(se)設(she)備(bei)投(tou)資(zi)和(he)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)
，而(er)且(qie)避(bi)免(mian)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)染(ran)色(se)技(ji)術(shu)對(dui)其(qi)混(hun)紡(fang)纖(xian)維(wei)的(de)損(sun)傷(shang)，此(ci)外(wai)還(hai)具(ju)有(you)易(yi)於(yu)染(ran)色(se)、操作簡單、生產成本低廉、色譜廣、色澤鮮豔均勻、染ran色se牢lao度du高gao，是shi一yi個ge很hen有you前qian景jing的de方fang法fa。但dan由you於yu聚ju酯zhi的de熔rong點dian與yu聚ju丙bing烯xi相xiang差cha較jiao大da，兩liang者zhe的de相xiang容rong性xing不bu好hao，應ying根gen據ju該gai共gong混hun體ti係xi的de熱re穩wen定ding性xing和he熔rong體ti的de表biao觀guan粘zhan度du精jing確que設she計ji與yu嚴yan格ge控kong製zhi紡fang絲si溫wen度du；聚酯添加劑還應嚴格幹燥，充分脫出水分，防止粘連

，以保證紡絲順利進行。

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