聚乳酸纖維超臨界流體染色.pdf

1、紡織工業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，而進(jìn)行加工處理的原料多為依賴于石油資源的合成纖維如滌綸等。傳統(tǒng)合成材料一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是不能降解重復(fù)利用，隨著石油等資源的枯竭，源自石化原料的高分子材料的生產(chǎn)必將受到制約。因此，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)先研究經(jīng)由可再生資源得到的可降解的高分子材料，并已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，聚乳酸(PLA)就是其中的一個(gè)典型代表。
　　 聚乳酸(PLA)纖維是以淀粉制得之乳酸為原料合成得到，屬于完全自然循

2、環(huán)型、生物降解性的纖維。該纖維完全不使用石油等化工原料，其廢棄物在土壤和海水中的微生物作用下，可完全分解成二氧化碳和水，不會(huì)污染地球環(huán)境。
　　 然而，目前聚乳酸纖維在紡織領(lǐng)域中仍然只有有限的應(yīng)用，一個(gè)主要的原因是聚乳酸纖維耐常規(guī)水介質(zhì)加工的能力較差，在染色、精練過(guò)程中纖維的機(jī)械性能損失嚴(yán)重。另一個(gè)原因就是聚乳酸纖維在染色中通常只有很低的上染率。如此低的上染率使得大量的染料殘留在染浴中，不僅產(chǎn)生嚴(yán)重污染，還造成生產(chǎn)加工成本的增加

3、。
　　 超臨界流體染色作為一種無(wú)水加工技術(shù)近二十年來(lái)已經(jīng)被廣泛用來(lái)研究合成纖維和天然纖維的染色和整理，本實(shí)驗(yàn)室也已經(jīng)在染色設(shè)備，滌綸染色技術(shù)和染料溶解度研究方面取得了一定的成果積累。因此，本研究主要探討在已有的超臨界CO2染色設(shè)備上進(jìn)行聚乳酸纖維染色。
　　 本研究首先考察了分散藍(lán)79在超臨界CO2介質(zhì)中對(duì)聚乳酸纖維的染色性能，詳細(xì)討論了超臨界流體染色溫度和壓力對(duì)上染性能的影響規(guī)律。隨染色溫度的升高，分散染料在纖維上的

4、上染量增大，染色約10分鐘即可達(dá)到最大值。染色壓力升高，纖維上的染料量逐漸變大，在17MPa時(shí)達(dá)到最大值。增大染料濃度，纖維上染料量也隨之增大，在3.0％owf即可達(dá)到上染飽和。經(jīng)超臨界CO2染色后，聚乳酸的分子量沒(méi)有降低。
　　 研究表明，在水中染色時(shí)，分散染料的結(jié)構(gòu)對(duì)上染率有較大的影響，因此本研究重點(diǎn)研究了超臨界CO2介質(zhì)染色時(shí)分散染料的結(jié)構(gòu)等性質(zhì)與上染率的關(guān)系。分散染料在超臨界流體中染聚乳酸纖維時(shí)，染色溫度對(duì)上染率的影響明

5、顯因染料能級(jí)不同而不同，對(duì)低能級(jí)染料而言，染色溫度超過(guò)80℃后，上染率增加較多；對(duì)中、高能級(jí)染料，則是在溫度超過(guò)100℃以后上染率增加更多。超臨界CO2中染色時(shí)，對(duì)大部分分散染料而言，染色壓力在17MPa時(shí)即可在聚乳酸纖維上獲得相對(duì)較大的上染率。染料上染率受溶解度、分子體積、分子極性等因素的影響，而染料的結(jié)構(gòu)與能級(jí)與上染率沒(méi)有必然的聯(lián)系。分散染料在超臨界CO2中對(duì)聚乳酸纖維的分配系數(shù)較小，且隨著染料溶解度的增大而減小。在相同溫度下，六只

6、分散染料在超臨界CO2中的上染率低于常規(guī)染色的上染率。
　　 通過(guò)對(duì)聚乳酸纖維超臨界CO2染色過(guò)程動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的研究，得到了染色過(guò)程中的一些主要參數(shù)數(shù)據(jù)。分散藍(lán)79在超臨界染色時(shí)的表觀擴(kuò)散活化能為36.22KJ/mol，小于水介質(zhì)的84.54KJ/mol，說(shuō)明超臨界CO2中染料在纖維里的擴(kuò)散比之水中需要克服的能壘較低，擴(kuò)散更容易。在超臨界CO2中染色時(shí)，分散染料對(duì)聚乳酸纖維表現(xiàn)出的親和力較小，僅只有4只染料的親和力數(shù)值大于10

7、 KJ/mol。通過(guò)對(duì)三只分散染料染色過(guò)程中的能量變化分析表明，聚乳酸纖維超臨界CO2分散染料染色時(shí)的染色熱為33.02 KJ/mol、染色熵為0.12 KJ/mol。對(duì)分散染料在超臨界CO2和水介質(zhì)中提升性的對(duì)比研究表明，分散藍(lán)79和分散紅167在超臨界CO2中的染色飽和濃度小于水中的值，而分散紅60在超臨界CO2中的染色飽和值與水介質(zhì)中的濃度相當(dāng)。
　　 聚乳酸纖維在一定溫度下染色，在超臨界CO2介質(zhì)中，強(qiáng)力損失小于同溫度下

8、水介質(zhì)中染色。超臨界CO2染色并不影響聚乳酸纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)和纖維的超分子結(jié)構(gòu)，染色前后纖維結(jié)晶度幾乎不變。TG分析表明超臨界處理稍微降低了聚乳酸纖維的熱穩(wěn)定性。聚乳酸纖維經(jīng)超臨界CO2處理后，升高處理溫度，纖維表面低聚物數(shù)量增多；而增大壓力，纖維表面低聚物數(shù)量減少。
　　 在超臨界CO2流體中加入共溶劑乙醇，分散紅60和分散藍(lán)165:1的上染率減少，分散藍(lán)60則增加。超臨界CO2中加入共溶劑乙醇后處理聚乳酸纖維，當(dāng)染色溫度低于1