阅读说明：本技术 一种液膜秒染高性能纤维的方法 (Method for dyeing high-performance fiber in liquid film second ) 是由 徐卫林 夏良君 盛丹 付专 周思婕 张春华 王运利 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液膜秒染高性能纤维的方法,首先将高性能纤维浸泡于由N,N-二甲基乙酰胺、LiCl、有色纳米粒子配置而成的染液中,然后对预处理后的高性能纤维进行高温油浴处理,通过N,N-二甲基乙酰胺较小的分子结构及酰胺羰基强的电负性,可有效使高性能纤维中的纤维表面粗糙度和孔隙率增加,从而有利于吸附更多的有色粒子,同时利用油浴染色过程中高温高压蒸汽作用在高性能纤维表面的孔洞内产生一定的内外压差,并协同N,N-二甲基乙酰胺与LiCl的作用,使得有色纳米粒子进一步被吸入到高性能纤维的内层,以实现高性能纤维快速染色。本发明有效提高了高性能纤维的印花上染效率及固色率,有利于拓展高性能纤维的应用。(The invention discloses a method for dyeing high-performance fiber by liquid film second, firstly soaking the high-performance fiber in dye liquor prepared by N, N-dimethylacetamide, LiCl and colored nano particles, then the pretreated high-performance fiber is subjected to high-temperature oil bath treatment, the surface roughness and the porosity of the fiber in the high-performance fiber can be effectively increased through the smaller molecular structure of the N, N-dimethylacetamide and the strong electronegativity of the amide carbonyl group, thereby being beneficial to adsorbing more colored particles, simultaneously utilizing the action of high-temperature high-pressure steam in the oil bath dyeing process to generate a certain internal and external pressure difference in the holes on the surface of the high-performance fiber, and the synergistic action of N, N-dimethylacetamide and LiCl ensures that the colored nanoparticles are further absorbed into the inner layer of the high-performance fiber, so as to realize the rapid dyeing of the high-performance fiber. The invention effectively improves the printing and dyeing efficiency and the fixation rate of the high-performance fiber and is beneficial to expanding the application of the high-performance fiber.)

一种液膜秒染高性能纤维的方法

技术领域

本发明涉及纺织印染技术领域，尤其涉及一种液膜秒染高性能纤维的方法。

背景技术

随着社会经济的发展，高性能纤维的应用也变得越来越广泛，由于其结构和性能的特殊性，使其具有常规纤维所不具有的优异性能，因此被广泛应用于航天航空、防护、军事、工业等领域，然而高性能纤维的可染性能较差严重影响了其应用发展。因此，对于高性能纤维的染色性能的改进具有重要意义。

常见的高性能纤维主要有间位芳纶纤维、对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维和聚芳酯纤维等。迄今为止国内外的众多学者对上述几种高性能纤维的染色方法进行了大量研究，如对高性能纤维进行等离子体处理、接枝处理或者对高性能纤维染色工艺进行改进，加入匀染剂、促染剂以及载体等。这些方法在一定程度上解决了高性能纤维染色困难的问题，但是仍然没有达到令人满意的染色效果。另外，如何提高改性处理后染色纤维强度等仍是以后需要解决的问题。所以，深入研究高性能纤维的染色改性，对于拓宽高性能纤维的应用领域具有深远的意义。

专利申请号为CN201210049369.2的专利，公开了一种芳香族聚酰胺纤维的染色方法，该申请通过采用氢氧化钠对芳香族聚酰胺纤维进行预处理，再载体染色的方法，在方法的预处理步骤中，氢氧化钠使芳香族聚酰胺纤维分子的末端酐水解成羧基，起到增加染座的作用。其不足在于该方法中高浓度氢氧化钠在高温下长时间处理纤维，会使纤维强力受到较大影响，且对设备损伤严重，不利于工厂实际生产需要。

又如专利申请号为CN201910295485.4、CN201910296047.X、CN201910295474.6、CN201910295483.5及CN201910295519.X的专利，均涉及到采用LiCl/DMAc体系对芳纶染色。上述方法在一定程度上解决了高性能纤维染色困难的问题，但是存在染色过程耗时较长、印花上染效率不高等问题，因此仍然难以达到令人满意的染色效果。

中国公开出版物《印染》公开时间2013年第39卷15期，公开了一种芳砜纶/间位芳纶混纺纱的染色，该方法通过采用浓度为40g/L的N，N-二甲基乙酰胺在高温高压条件下作为载体起到提高分散染料上染高性能效率的作用，该技术可提高分散染料在高性能纤维上的上染率。其不足之处在于高温条件会破坏染料结构，因此使高性能织物难以染出鲜亮颜色。

中国公开出版物《印染》公开时间2010年第01期，公开了一种等离子体预处理的芳纶织物涂料印花性能，该文献介绍了采用空气等离子体低压辉光放点处理芳纶织物，然后进行涂料印花。处理后的芳纶印花样品的干湿磨牢度和耐刷洗牢度提升。其不足之处在于：涂料是靠粘合剂将颜料粒子粘附到织物中纤维表面，界面牢度较弱，且色浆膜易脱落。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种液膜秒染高性能纤维的方法，首先将高性能纤维浸泡于由N，N-二甲基乙酰胺、LiCl、有色纳米粒子配置而成的染液中，然后对预处理后的高性能纤维进行高温油浴处理，借助油炸过程中高温高压蒸汽作用并协同LiCl、N，N-二甲基乙酰胺实现了高性能纤维的快速上染，有效提高了高性能纤维的印花上染效率及固色率，有利于拓展高性能纤维的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液膜秒染高性能纤维的方法，包括如下步骤：

S1、高性能纤维的前处理：将高性能纤维浸泡于由N，N-二甲基乙酰胺、LiCl、有色纳米粒子配置而成的染液中，然后取出，用滤纸吸干或轧车浸轧，控制处理后的高性能纤维的带液率为80～120％；

S2、高温油浴染色：将步骤S1预处理后的高性能纤维置于油浴中进行高温处理后取出，冷却、洗涤、烘干，即得到液膜秒染后的间位芳纶。

本发明液膜秒染间位芳纶的机理为：首先通过将浸渍后带有氯化锂、N，N-二甲基乙酰胺、有色纳米粒子的高性能纤维放入油锅中油炸，油炸开始后，吸附于高性能纤维上的溶剂大量逸出，在高性能纤维表面迅速形成大量多孔通道，且高性能纤维内部的溶剂逐渐转变成为蒸汽；形成正的压力梯度使得蒸汽不断地从高性能纤维的裂缝、开口的毛细管道等处向外涌出，从而在高性能纤维表面形成了气泡，不断冒出的气泡形成了气膜，在高性能纤维中溶剂剧烈蒸发的部位会形成大的孔洞，从而使得有色粒子在油炸阶段能进入这些大孔洞里；同时高性能纤维表面上存在的裂缝、凹点等也能起到与大孔洞同样的作用；当油炸结束后，由于温度降低引起高性能纤维表面孔洞内部的蒸气压力变小，而产生了内外压差，使得有色粒子进一步被吸入到高性能纤维的内层。当将高性能纤维样品从油浴中取出后，其表面的孔洞内蒸汽处于过热状态；随着冷却过程的进行，过热蒸汽逐渐降温至饱和状态，随着温度继续降低，则蒸汽饱和压力也会下降。而孔外为大气压，这样在孔洞内外将形成压差，从而使浸渍后吸附在高性能纤维表面的有色纳米粒子被吸入到高性能纤维内部；同时，在油炸过程中会在高性能纤维表面形成油性“液膜”，将有色纳米粒子封锁于高性能纤维内部，从而有助于提高有色纳米粒子在高性能纤维上的吸附率和上染率。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S1中，所述染液的配制按质量比分别为：

N，N-二甲基乙酰胺 85～100％

LiCl 0～10％

有色纳米粒子 0～5％。

作为上述技术方案的进一步限定，所述的有色粒子为有机分散染料或无机纳米颜料中一种或多种组合。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S1中，所述浸泡时间为50～100s。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S2中，温度为165～250℃，时间为1～30s。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S2中，所述洗涤为：依次用乙醇、洗洁精、清水洗涤后，再用50％的乙醇水溶液超声洗涤10min，最后用流水冲洗干净。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S2中，所述烘干温度为70～90℃烘干。

作为上述技术方案的进一步限定，步骤S2中，油炸染色采用的油包括但不限于为菜籽油、硅油。

作为上述技术方案的更进一步限定，所述植物油包括但不限于为菜籽油、花生油、大豆油、芝麻油、调和油中的一种或多种；所述硅油包含但不限于为甲基硅油、苯基硅油、乙烯基硅油中的一种或多种。

作为上述技术方案的进一步限定，所述的高性能纤维为间位芳纶、对位芳纶、聚酰亚胺或聚芳酯的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明首先通过浸渍处理使氯化锂、N，N-二甲基乙酰胺、功能纳米粒子吸附于高性能纤维上，通过N，N-二甲基乙酰胺较小的分子结构及酰胺羰基强的电负性，可有效破坏高性能纤维大分子间的氢键作用力而进入纤维内部，并与高性能纤维大分子上的官能团形成新的氢键，以使高性能纤维表面的粗糙度和孔隙率增加，从而有利于吸附更多的有色纳米粒子，为后一步着色做好准备；同时基于前处理时N，N-二甲基乙酰胺对高性能纤维中的纤维表层大分子链的调控，纤维表面大分子链之间相对疏松，此时将高性能纤维放入油锅中油炸，有色纳米粒子在热的驱动下向纤维表面和内部聚集，同时高性能纤维内部的溶剂逐渐转变成为蒸汽，形成正的压力梯度使得蒸汽不断地从高性能纤维的裂缝、开口的毛细管道等处向外涌出，从而在高性能纤维表面形成了气泡，不断冒出的气泡形成了气膜，在高性能纤维中溶剂剧烈蒸发的部位会形成大的孔洞，从而使得有色纳米粒子在油炸阶段能进入这些大孔洞里；当油炸结束冷却过程中，由于温度降低引起高性能纤维表面孔洞内部的蒸气压力变小，而产生了内外压差，并协同N，N-二甲基乙酰胺与LiCl的作用，使得有色纳米粒子进一步被吸入到高性能纤维的内层，从而实现高性能纤维的染色。

(2)本发明借助油炸过程中高温高压蒸汽作用并协同LiCl、N，N-二甲基乙酰胺实现了高性能纤维的快速上染，有效提高了高性能纤维的印花上染效率及固色率，有利于拓展高性能纤维的应用，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为实施例1液膜秒染后的间位芳纶的扫描电子显微镜表征图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

表面色深度一般指不透明物质的颜色给予人们的直观深度感觉。受到如有色物质含量、有色物质的物理状态、固体表面的光学性质等影响。表观色深度值的大小一般可用库克耳卡-蒙克(Kubela-Munk)函数值表示，即：

式中：K为被测物的吸收系数；R_∞为试样趋近无限厚的反射因数；S为被测物的散射系数。

一般的，在计算K/S值时，常选取其最大吸收波长处的值。K/S值越大，则表示染色纺织品的得色量越高，颜色也就越深；反之，K/S值越低，染色纺织品的得色量越低，颜色也就越淡。

本发明以下具体实施方式中，采用DATACOLOR公司的SF600PSUS型电子测色配色仪测定，10°视野，D65光源，试样折叠8层，每个试样在不同位置测8次后取平均值。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

一种液膜秒染高性能纤维的方法，包括如下步骤：

S1、高性能纤维的前处理：将间位芳纶高性能纤维浸泡于由质量比分别为：96％的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、3％的LiCl、3％的颜料红101有色纳米粒子配置而成的染液中75s，然后取出，用滤纸吸干，控制处理后的高性能纤维的带液率为100％；

S2、高温油浴染色：将步骤S1预处理后的高性能纤维置于200℃甲基硅油中，进行高温处理15s后取出，冷却、再依次用乙醇、洗洁精、清水洗涤后，再用50％的乙醇水溶液超声洗涤10min，最后用流水冲洗干净，再于80℃烘干，即得到液膜秒染后的间位芳纶。

图1为本实施例液膜秒染后的间位芳纶的扫描电子显微镜表征图，从图中可以看出，间位芳纶表面附着有大量的纳米粒子，由此表明本发明借助高温油浴处理过程中高温高压蒸汽作用并协同LiCl、N，N-二甲基乙酰胺实现了对高性能纤维的快速上染。

实施例2-3

实施例2-3提供一种液膜秒染高性能纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S1中所述染液中各组分的质量比，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测试结果如下表所示。

对比实施例1～3结果可知，改变高性能纤维前处理过程中染液中各组分的用量比，会对高性能纤维的染色深度产生显著的影响，对比实施例1-2与实施例3结果可知，本发明通过高温油浴处理过程中高温高压蒸汽作用并协同LiCl、N，N-二甲基乙酰胺实现了高性能纤维的快速上染，有效提高了高性能纤维的上染效率。

实施例4-10

实施例4-10提供一种液膜秒染高性能纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S2中高温油浴处理温度、油炸时间，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测试结果如下表所示。

实施例	温度(℃)	时间(s)	K/S值
				4	150	15	10.5
5	165	15	13.2
				6	250	15	9.8
7	260	15	7.5
				8	200	1	5.6
9	200	30	10.3
				10	200	35	10.6

对比实施例1与实施例4-7结果可知，随着步骤S2中高温油浴处理温度的升高，高性能纤维的染色深度先上升后下降。

对比实施例1与实施例8-10结果可知，随着步骤S2中高温油浴处理时间的延长，高性能纤维的染色深度逐渐加深，因此，在实际应用过程中可根据需要调整高温油浴处理时间，以获得不同染色深度的高性能纤维。

实施例11-12

实施例11-12提供一种液膜秒染高性能纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S1中有色纳米粒子的种类，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测试结果如下表所示。

实施例	有色纳米粒子	K/S值
			11	无机颜料黄42	5.8
12	无机颜料蓝27	8.3

由实施例1、实施例11-12结果可知，采用无机纳米颜料红101可以染出不同颜色深度的红色高性能纤维；采用无机纳米颜料黄42可以染出不同颜色深度的黄色高性能纤维；采用无机纳米颜料蓝27可以染出不同颜色深度的蓝色高性能纤维。因此，在实际应用过程中，可通过调节高性能纤维预处理过程染液中有色纳米粒子的类型，上染出不同颜色的高性能纤维，以满足高性能纤维的应用需求并扩展高性能纤维的应用范围。

以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。