產(chǎn)文濤，楊新華，許冬峰，薛增增，張慶喜

(浙江恒逸石化研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

聚己內(nèi)酰胺(PA 6)纖維由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)而具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于衣著、裝飾及工業(yè)用材料領(lǐng)域。PA 6纖維在地毯領(lǐng)域的應(yīng)用同樣占據(jù)很大的份額，但由于PA 6纖維可以酸性染料上染，而日常食品、紅酒、有色飲料等中經(jīng)常使用的食用色素添加劑(FD&C RED #40)屬于偶氮類酸性染料，因此在日常使用中，地毯常常會存在被沾污情況，同時(shí)不易清理，這在一定程度上影響其美觀及使用壽命。目前，歐美一些國家已經(jīng)有不少研究報(bào)道了關(guān)于抗污PA 6地毯的開發(fā)應(yīng)用[1-3]，通過在己內(nèi)酰胺聚合中加入磺酸鹽，可以在PA 6大分子鏈上引入磺酸基團(tuán)，其能與PA 6大分子鏈上的末端氨基形成鹽，屏蔽PA 6分子鏈上的氨基對酸性染料中帶負(fù)電荷染色分子的吸引，從而明顯降低PA 6對酸性染料的上染率，因此制備的抗污PA 6纖維對酸性色素可體現(xiàn)出顯著的抗污效果。同時(shí)由于帶負(fù)電荷磺酸基團(tuán)的引入，使得抗污PA 6可以實(shí)現(xiàn)陽離子染料上染。將抗污PA 6纖維與普通PA 6纖維在假捻時(shí)合并為“舞龍紗”，或是以交織方式織成交織布，并在合適的染色條件下采用陽離子染料和酸性染料一浴法染色，可實(shí)現(xiàn)“差別化染色”，并得到雙色調(diào)效果的織物[4-5]。

作者采用浙江恒逸石化研究院有限公司通過連續(xù)聚合生產(chǎn)的抗污聚己內(nèi)酰胺(SRPA 6)切片進(jìn)行熔融紡絲，制備出性能優(yōu)良的SRPA 6膨體變形絲(BCF)，并對其進(jìn)行織造、染色，探討了主要紡絲工藝對SRPA 6 BCF力學(xué)性能的影響，并研究了SRPA 6 BCF的染色及抗污性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

SRPA 6切片：熔點(diǎn)218 ℃，相對黏度2.43，浙江恒逸石化研究院有限公司產(chǎn)；酸性蘭染料：蘇州市東吳染料有限公司產(chǎn)；陽離子蘭染料、陽離子紅染料：德司達(dá)(上海)貿(mào)易有限公司產(chǎn)；誘惑紅色素：上海染料研究所有限公司產(chǎn)；冰醋酸：西隴科學(xué)股份有限公司產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備及儀器

BCF紡絲設(shè)備：淄博市臨淄方辰母粒廠制；縷紗測長儀：常州第二紡織機(jī)械有限公司制；YG020型電子單紗強(qiáng)力機(jī)：常州紡電儀器有限公司制；XH-1單纖維熱收縮儀：上海新纖儀器有限公司制；UV-2600紫外分光光度計(jì)：島津(上海)實(shí)驗(yàn)器材有限公司制；小樣染色機(jī)：江蘇靖江市華夏科技有限公司制；低浴比中樣染色機(jī)：江蘇科泰印染機(jī)械有限公司制；針織小圓機(jī)：紹興聞翔遠(yuǎn)豐機(jī)械制造有限公司制。

1.3 SRPA 6 BCF的制備

采用BCF紡絲設(shè)備通過熔融紡絲制備SRPA 6 BCF，紡絲工藝流程如圖1所示。首先對SRPA 6切片進(jìn)行真空干燥，干燥溫度110 ℃，干燥時(shí)間24 h，保證切片的含水率小于500 μg/g；然后將干燥后的SRPA 6切片進(jìn)行熔融紡絲，噴絲板為三葉形異形板，孔數(shù)96，紡絲溫度260 ℃，拉伸二輥溫度90 ℃，拉伸三輥溫度 110 ℃，變形熱風(fēng)溫度 220 ℃，網(wǎng)絡(luò)度30個(gè)/m，卷繞速度500 m/min，拉伸倍數(shù)4.0～6.0，制備的SRPA 6 BCF規(guī)格為1 650 dtex/96 f。

圖1 SRPA 6 BCF紡絲工藝流程示意Fig.1 Diagram of SRPA 6 BCF spinning process1—電機(jī)；2—料斗；3—螺桿擠壓機(jī)；4—計(jì)量泵；5—緩熱套；6—上油嘴 ；7—一輥；8—二輥；9—三輥；10—膨脹箱體；11—導(dǎo)熱盤;12—四輥;13—網(wǎng)絡(luò)室；14—卷繞裝置

1.4 SRPA 6 BCF染色實(shí)驗(yàn)

將制備的SRPA 6 BCF和常規(guī)PA 6 BCF紗線分別織成襪帶及機(jī)織布，然后進(jìn)行染色。SRPA 6 BCF和常規(guī)PA 6 BCF襪帶均采用方案1#和方案2#進(jìn)行染色；SRPA 6 BCF和常規(guī)PA 6 BCF的機(jī)織布則分別采用方案1#、方案2#、方案3#進(jìn)行染色，制造差異化染色效果。具體染色工藝參數(shù)見表1。

表1 染色工藝參數(shù)Tab.1 Dyeing process parameters

1.5 分析與測試

力學(xué)性能：使用YG020型電子單紗強(qiáng)力機(jī)測試BCF單絲斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率。使用夾具固定紗線，設(shè)置夾具初始長度 20 cm，拉伸速度 25 cm/min，測試5次取平均值。

熱卷曲性能：采用熱卷曲率(S)來表征。通過縷紗測長機(jī)卷繞纖維10 m，將其取下后纏繞成8字型的絲束，絲束固定在立式量尺的上端，下端掛上一定質(zhì)量的砝碼，對其施加預(yù)張力(0.20±0.02)cN/dtex，靜置30 s后，讀取纖維長度(L0)；然后將其放置在真空干燥箱中，設(shè)定溫度為150 ℃，15 min后取出，使用相同方法測出此時(shí)絲束的長度(La)，根據(jù)式(1)計(jì)算纖維的S。

(1)

染色性能：采用上染率(R)來表征纖維對酸性染料與陽離子染料上染能力的差異。將染色完成后的染色殘液與染色原液通過UV-2600紫外分光光度計(jì)測定其吸光度[6]，根據(jù)式(2)計(jì)算R。

(2)

式中：Aa為染色殘液的吸光度；A0為染色原液的吸光度。

抗污性能：按照美國化學(xué)纖維會制定的抗污測試標(biāo)準(zhǔn)AATCC-175—2008進(jìn)行測試。將食品、藥品和化妝品用的FD&C RED #40的稀釋水溶液調(diào)至酸性，用少許該溶液對織物進(jìn)行沾污；將沾污后的試樣在一定條件下放置(24±4)h，然后用清水進(jìn)行漂洗去除未被吸附的染料溶液，干燥后對試樣上殘留的污漬進(jìn)行評估[7]，用AATCC紅40沾色樣卡對測試試樣的耐沾污性進(jìn)行評級，10級表示無沾污，1級表示嚴(yán)重沾污。

2 結(jié)果與討論

2.1 紡絲工藝

PA 6 BCF是一種化纖膨體長絲，以其穩(wěn)定的三維卷曲、良好的手感和高蓬松性，廣泛應(yīng)用于地毯、汽車坐墊和裝飾織物等領(lǐng)域[8]。影響其應(yīng)用的主要質(zhì)量因素有力學(xué)強(qiáng)度與熱卷曲率，在紡絲過程中熱變形溫度與拉伸倍數(shù)對其力學(xué)強(qiáng)度與熱卷曲率的影響最為顯著，因此SRPA 6 BCF的紡絲工藝研究中重點(diǎn)討論不同熱變形溫度與拉伸倍數(shù)對紗線性能的影響，而其他工藝參數(shù)均參考常規(guī)PA 6 BCF的紡絲工藝。

PA 6 BCF的紡絲加工大多采用熱流變形工藝，即熔融紡絲后的初生絲經(jīng)熱拉伸后進(jìn)入熱流變形噴嘴，由于高壓熱空氣的作用，在噴嘴內(nèi)的長絲得到充分的膨松，卷曲變形的長絲繞在冷卻鼓內(nèi)冷卻，進(jìn)一步定形[9]。從表2可以看出，隨著熱變形溫度的升高，SRPA 6 BCF斷裂強(qiáng)度先上升后下降，斷裂伸長率一直下降，S緩慢上升。這是由于紗線一直在高壓熱空氣作用下受熱膨化，溫度過高時(shí)，PA 6大分子鏈上的線性結(jié)構(gòu)可能存在微量熱降解，使得紗線中出現(xiàn)薄弱點(diǎn)從而使得紗線斷裂強(qiáng)度下降；同時(shí)SRPA 6的結(jié)晶度與結(jié)晶速率較常規(guī)PA 6略低，使得其在冷卻定型時(shí)來不及結(jié)晶或者結(jié)晶度較低，從而使得斷裂強(qiáng)度下降。參考常規(guī)PA 6 BCF紡絲的熱變形溫度(225 ℃)，綜合考慮，選擇SRPA 6 BCF的熱變形溫度為220 ℃較合適。

表2 熱變形溫度對SRPA 6 BCF性能的影響Tab.2 Effect of heat deformation temperature on properties of SRPA 6 BCF

在SRPA 6 BCF的紡絲過程中，需要對初生絲進(jìn)行熱拉伸，使紗線內(nèi)部的大分子鏈或鏈段沿著外力場方向擇優(yōu)排列，增加纖維的取向度且誘導(dǎo)其結(jié)晶，可以在很大程度上提高纖維的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)保證后續(xù)膨化的卷曲率[10]。拉伸倍數(shù)太低，紗線強(qiáng)度較小，斷裂伸長率過大；拉伸倍數(shù)過高，生頭困難，易造成斷絲。拉伸倍數(shù)可以通過前三輥之間的轉(zhuǎn)率差來調(diào)整，達(dá)到對初生絲的熱拉伸處理。從表3可以看出：隨拉伸倍數(shù)的增加，SRPA 6 BCF的斷裂強(qiáng)度增加，斷裂伸長率降低，S不斷增大，這是因?yàn)槔毂稊?shù)越大，產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力就越大，纖維取向增加且誘導(dǎo)其結(jié)晶，束縛的分子就增多，經(jīng)熱定形后纖維收縮就越大[11]；另外，隨著拉伸倍數(shù)的提高，SRPA 6 BCF紗線網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)數(shù)顯著下降；當(dāng)拉伸倍數(shù)達(dá)到6.0時(shí)，紡絲過程中會出現(xiàn)斷頭及生頭困難等情況。因此，選擇拉伸倍數(shù)為5.0較合適，可生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的SRPA 6 BCF紗線。

表3 拉伸倍數(shù)對SRPA 6 BCF性能的影響Tab.3 Effect of draw ratio on properties of SRPA 6 BCF

2.2 染色性能

將常規(guī)PA 6 BCF 和SRPA 6 BCF紗線分別織襪后進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)，BCF襪帶對酸性染料和陽離子染料的R見表4。

表4 BCF襪帶對不同染料的R Tab.4 R of BCF stockings for different dyes

從表4可以看出：常規(guī)PA 6 BCF襪帶對酸性染料和陽離子染料的R分別為92%和9%，其對酸性染料的的上染性能好，但對陽離子染料的上染性能很差；SRPA 6 BCF襪帶對陽離子染料具有良好的上染性能，R可達(dá)90%，同時(shí)其對酸性染料的R下降到43%。從陽離子染料上染的染色襪帶(圖2)及酸性蘭染料上染的染色襪帶(圖3)可以看出：SRPA 6 BCF襪帶使用陽離子染料與酸性染料均可以上染，但陽離子染料上染效果好，顏色鮮艷，同時(shí)酸性染料上染效果較差，顏色較淡，這是因?yàn)镻A 6是以分子鏈上的氨基與酸性染料中帶負(fù)電荷的染料分子通過靜電力實(shí)現(xiàn)上染，而在SRPA 6中磺酸基團(tuán)會與末端氨基成鹽，從而減少可與酸性染料結(jié)合的染座，降低對酸性染料的上染能力；而常規(guī)PA 6 BCF襪帶對陽離子染料的上染顏色非常淺，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)PA 6中沒有足夠的帶負(fù)電荷的染座，上染效果較差。

圖2 陽離子蘭染色襪帶示意Fig.2 Images of cationic blue dyed stockings

圖3 酸性蘭染色襪帶示意Fig.3 Images of acid blue dyed stockings

利用SRPA 6 BCF對酸性染料上染效果較低的特點(diǎn)，可以將其與常規(guī)PA 6 BCF一起進(jìn)行機(jī)織或加捻變形織成織物，通過染色能力的差異實(shí)現(xiàn)多風(fēng)格的上染效果。從圖4可以看出，采用同規(guī)格的SRPA 6 BCF與常規(guī)PA 6 BCF編成機(jī)織布，通過酸性蘭染料染色而呈現(xiàn)出明顯的條紋色差風(fēng)格，其中上色較深的部分為常規(guī)PA 6 BCF，上色較淺的部分為SRPA 6 BCF，通過類似的思路可以創(chuàng)造出豐富多樣的織物色系風(fēng)格。

圖4 酸性蘭染色機(jī)織布示意Fig.4 Image of acid blue dyed woven fabric

通過對SRPA 6 BCF與常規(guī)PA 6 BCF編成的機(jī)織布進(jìn)行陽離子染料和酸性染料的一浴法染色，可實(shí)現(xiàn)“差別化染色”，得到雙色調(diào)效果的織物(見圖5)，其中紅色部分為SRPA 6 BCF，藍(lán)色部分則為常規(guī)PA 6 BCF，在后續(xù)加工中配合其他技術(shù)或者染色工藝，則可變化出許多新紗種和布種。

圖5 酸性蘭/陽離子紅同浴染色機(jī)織布示意Fig.5 Image of acid blue/cationic red one-bath dyed woven fabric

2.3 抗污性能

將制備的SRPA 6 BCF襪帶與常規(guī)PA 6 BCF襪帶進(jìn)行抗污實(shí)驗(yàn)并對比，從圖6和圖7中可以看出，SRPA 6 BCF襪帶呈現(xiàn)出較好的抗污效果，而常規(guī)PA 6 BCF襪帶明顯被色素沾染，表明SRPA 6 BCF具備較好的抗污性能。這是因?yàn)镾RPA 6大分子鏈中引入了磺酸基團(tuán)，能與末端氨基形成鹽，因此使得沒有足夠多的末端氨基與常規(guī)酸性染料結(jié)合，從而賦予SRPA 6具有抗酸性染料沾染的特性。

圖6 FD&C RED #40沾污襪帶示意Fig.6 Images of FD&C RED #40 stained stockings

圖7 FD&C RED #40沾污水洗襪帶示意Fig.7 Images of washed FD&C RED #40 stained stockings

對制備的SRPA 6 BCF進(jìn)行加捻織成BCF割絨地毯(規(guī)格40 cm×40 cm)進(jìn)行抗污實(shí)驗(yàn)。從圖8可看出，SRPA 6 BCF割絨地毯同樣具備明顯的抗污性能，對比耐沾污色卡可以判定其抗污等級大于8級。SRPA 6 BCF紗線具備明顯的抗污性能，織成的地毯具有一定的應(yīng)用前景。

圖8 FD&C RED #40沾污水洗SRPA 6 BCF絨毯示意Fig.8 Images of FD&C RED #40 stained SRPA 6 BCF carpet before and after washing

3 結(jié)論

a.通過對SRPA 6進(jìn)行熔融紡絲，選擇主要紡絲工藝參數(shù)熱變形溫度為220 ℃，拉伸倍數(shù)為5.0，成功制備性能優(yōu)良的SRPA 6 BCF，其斷裂強(qiáng)度為2.4 cN/dtex，斷裂伸長率為43%，S為6.8%。

b.采用陽離子染料染色，SRPA 6 BCF的R達(dá)到90%，同時(shí)對酸性染料的R為43%；將SRPA 6 BCF與常規(guī)PA 6 BCF互織進(jìn)行染色可得到良好的雙色調(diào)效果，配合多種染色工藝可制備風(fēng)格多樣化的織物。

c.SRPA 6具有抗酸性染料沾染的特性，SRPA 6 BCF織成的襪帶呈現(xiàn)出較好的抗污效果；SRPA 6 BCF織成的地毯具備顯著的抗污效果，抗污等級大于8級。

d.SRPA 6具備陽離子染料可染及抗污等性能，通過后續(xù)的研究與完善，可以生產(chǎn)出性能優(yōu)異的SRPA 6 BCF紗線。