聚乳酸纖維超臨界流體染色.pdf

1、紡織工業(yè)作為我國傳統(tǒng)經濟支柱產業(yè)發(fā)展十分迅速，而進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)合成材料一個最大的缺點就是不能降解重復利用，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必將受到制約。因此，美、日、德等發(fā)達國家競先研究經由可再生資源得到的可降解的高分子材料，并已經取得了一定的進展，聚乳酸(PLA)就是其中的一個典型代表。
　　 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，不會污染地球環(huán)境。
　　 然而，目前聚乳酸纖維在紡織領域中仍然只有有限的應用，一個主要的原因是聚乳酸纖維耐常規(guī)水介質加工的能力較差，在染色、精練過程中纖維的機械性能損失嚴重。另一個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，不僅產生嚴重污染，還造成生產加工成本的增加

3、。
　　 超臨界流體染色作為一種無水加工技術近二十年來已經被廣泛用來研究合成纖維和天然纖維的染色和整理，本實驗室也已經在染色設備，滌綸染色技術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染色設備上進行聚乳酸纖維染色。
　　 本研究首先考察了分散藍79在超臨界CO2介質中對聚乳酸纖維的染色性能，詳細討論了超臨界流體染色溫度和壓力對上染性能的影響規(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分鐘即可達到最大值。染色壓力升高，纖維上的染料量逐漸變大，在17MPa時達到最大值。增大染料濃度，纖維上染料量也隨之增大，在3.0％owf即可達到上染飽和。經超臨界CO2染色后，聚乳酸的分子量沒有降低。
　　 研究表明，在水中染色時，分散染料的結構對上染率有較大的影響，因此本研究重點研究了超臨界CO2介質染色時分散染料的結構等性質與上染率的關系。分散染料在超臨界流體中染聚乳酸纖維時，染色溫度對上染率的影響明

5、顯因染料能級不同而不同，對低能級染料而言，染色溫度超過80℃后，上染率增加較多；對中、高能級染料，則是在溫度超過100℃以后上染率增加更多。超臨界CO2中染色時，對大部分分散染料而言，染色壓力在17MPa時即可在聚乳酸纖維上獲得相對較大的上染率。染料上染率受溶解度、分子體積、分子極性等因素的影響，而染料的結構與能級與上染率沒有必然的聯系。分散染料在超臨界CO2中對聚乳酸纖維的分配系數較小，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。
　　 通過對聚乳酸纖維超臨界CO2染色過程動力學和熱力學的研究，得到了染色過程中的一些主要參數數據。分散藍79在超臨界染色時的表觀擴散活化能為36.22KJ/mol，小于水介質的84.54KJ/mol，說明超臨界CO2中染料在纖維里的擴散比之水中需要克服的能壘較低，擴散更容易。在超臨界CO2中染色時，分散染料對聚乳酸纖維表現出的親和力較小，僅只有4只染料的親和力數值大于10

7、 KJ/mol。通過對三只分散染料染色過程中的能量變化分析表明，聚乳酸纖維超臨界CO2分散染料染色時的染色熱為33.02 KJ/mol、染色熵為0.12 KJ/mol。對分散染料在超臨界CO2和水介質中提升性的對比研究表明，分散藍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中的濃度相當。
　　 聚乳酸纖維在一定溫度下染色，在超臨界CO2介質中，強力損失小于同溫度下

8、水介質中染色。超臨界CO2染色并不影響聚乳酸纖維的化學結構和纖維的超分子結構，染色前后纖維結晶度幾乎不變。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。聚乳酸纖維經超臨界CO2處理后，升高處理溫度，纖維表面低聚物數量增多；而增大壓力，纖維表面低聚物數量減少。
　　 在超臨界CO2流體中加入共溶劑乙醇，分散紅60和分散藍165:1的上染率減少，分散藍60則增加。超臨界CO2中加入共溶劑乙醇后處理聚乳酸纖維，當染色溫度低于1