季銨鹽改性聚氨酯彈性纖維的結(jié)構(gòu)與性能

薛士壯，王小華，錢 錦，王 靖，晉中成，楊曉印

(浙江華峰氨綸股份有限公司，浙江 瑞安 325200)

季銨鹽改性聚氨酯彈性纖維的結(jié)構(gòu)與性能

薛士壯，王小華，錢 錦，王 靖，晉中成，楊曉印

(浙江華峰氨綸股份有限公司，浙江 瑞安 325200)

為改善聚氨酯彈性纖維的酸性染料染色性能，采用物理混合的方法制備了季銨鹽/聚氨酯脲紡絲原液，然后經(jīng)干法紡絲制得了季銨鹽改性聚氨酯彈性纖維；研究了改性聚氨酯彈性纖維的表面形貌、力學(xué)性能及酸性染料染色性能。結(jié)果表明：改性前后的聚氨酯彈性纖維表面形貌沒有變化；改性聚氨酯彈性纖維伸長300%時的拉伸應(yīng)力提高了16%，斷裂強(qiáng)度提高了21%，斷裂伸長率下降了6.4%，彈性回復(fù)率沒有變化；改性聚氨酯彈性纖維的酸性染料上染率有了明顯的提高，耐洗色牢度達(dá)到4級。

聚氨酯彈性纖維 季銨鹽 共混改性 干法紡絲 力學(xué)性能 染色性能

聚氨酯彈性纖維在我國俗稱氨綸，是一種軟硬段交替的多嵌段共聚物，具有斷裂伸長率大、彈性回復(fù)率高等優(yōu)異性能。氨綸在后加工應(yīng)用中，一般不單獨(dú)使用，而是少量地?fù)饺肟椢镏衼硖岣呖椢锏姆眯阅躘1]。然而，含氨綸的彈性織物在拉伸狀態(tài)下因氨綸的“露白”而影響織物的整體品質(zhì)，這種現(xiàn)象主要是由于氨綸染色困難、不易上色造成的[2]。

錦綸/氨綸彈力織物是目前泳裝、運(yùn)動裝等服飾的首選面料，市場需求量也在不斷上升。此類織物一般采用酸性染料進(jìn)行染色，主要是由于錦綸大分子鏈中存有—NH2和—CONH—[3]。織物中含有氨綸時，酸性染料主要進(jìn)入較為疏松的無定形區(qū)，與聚氨酯大分子中一定量的極性基團(tuán)(如脲基、氨基甲酸酯基等)發(fā)生偶極力、氫鍵結(jié)合，達(dá)到上染，但色牢度通常較差[4]。所以，提高氨綸的酸性染料染色性能的研究具有重要的意義，不但有利于氨綸的染整加工，而且有利于差異化氨綸的發(fā)展。

目前，提高氨綸的酸性染料染色性能的主要方法是在氨綸合成的擴(kuò)鏈反應(yīng)階段引入具有叔胺基結(jié)構(gòu)的二元胺類物質(zhì)作為協(xié)擴(kuò)鏈劑，從而使聚氨酯大分子鏈中具有可與酸性染料結(jié)合的染座[5-6]。但由于聚氨酯脲原液可紡性的限制，此類協(xié)擴(kuò)鏈劑的加入量較少，染色性能提高有限。作者通過物理共混改性的方法，將季銨鹽與聚氨酯脲紡絲原液共混，通過干法紡絲生產(chǎn)出改性氨綸，研究了季銨鹽改性劑對氨綸表面形貌、力學(xué)性能及其酸性染料染色性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與試劑

聚氨酯脲：硬段為4,4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，軟段為聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)，擴(kuò)鏈劑為丙二胺和乙二胺，浙江華峰氨綸股份有限公司提供；季銨鹽：十六烷基三甲基氯化銨，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)；染色劑：弱酸嫩黃G，弱酸性紅GN，酸性艷藍(lán)G，均為市售。

1.2 季銨鹽改性氨綸的制備

將季銨鹽與聚氨酯脲原液混合均勻后采用干法紡絲制備改性氨綸，其線密度為44 dtex，季銨鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%?；旌霞徑z原液經(jīng)過熟化后，由齒輪計(jì)量泵定量均勻地壓入紡絲頭，在壓力作用下原液從噴絲板毛細(xì)孔中擠出形成絲條細(xì)流，通過方形紡絲甬道，在熱氣流下溶劑揮發(fā)，固化成絲，絲束經(jīng)過假捻后卷繞成型。紡絲溫度控制在260 ℃，紡絲速度為900 m/min。

1.3 染色方法及工藝

采用臺灣新瑞開發(fā)科技有限公司IR-12型紅外染色機(jī)對氨綸進(jìn)行染色。選擇酸性染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，溫度100 ℃，pH值4.5，浴比1:25的條件下染色90 min，室溫入染，升溫速率2 ℃/min。

1.4 分析與測試

表面形貌：采用日本JEOL公司的JSM-5610LV型掃描電鏡(SEM)觀察季銨鹽改性前后的氨綸表面形貌。

力學(xué)性能：采用CMT6101型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)儀(深圳市新三思材料檢測有限公司制)對試樣進(jìn)行測試，測試試樣斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率及試樣伸長300%時的應(yīng)力(S300)。

彈性回復(fù)率：將制備的普通氨綸和改性氨綸拉伸至原長度的300%，經(jīng)過5次循環(huán)往復(fù)拉伸停留30 s后，測量試樣的松弛長度，計(jì)算彈性回復(fù)率。測試前試樣在25 ℃，相對濕度65%的條件下放置4h；測試時拉伸速度為500 mm/min，試樣長度為50 mm，每個試樣測試5次取平均值。

染色性能：采用U-3010型紫外可見光分光光度計(jì)(日本Hitachi公司制)測定染色前、后殘液的最大吸光度，按式(1)計(jì)算上染率(E)：

(1)

式中:A1和A0分別為殘液和染色前染液的吸光度。

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》標(biāo)準(zhǔn)，在SW-12型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試試樣的耐皂洗色牢度，測試后用GB 250—1995《評定變色用灰色樣卡》評定試樣的褪色和沾色級別。

2 結(jié)果與討論

2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，改性前后氨綸表面形貌并沒有發(fā)生變化，說明采用物理混合的方法對氨綸的表面形態(tài)無影響。

圖1 氨綸試樣的表面形貌Fig.1 Surface morphology of spandex samples

2.2 力學(xué)性能

從表1可以看出，相同紡絲條件下，經(jīng)季氨鹽改性后，氨綸S300和斷裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低，同時季銨鹽對氨綸的彈性回復(fù)率基本無影響，說明季銨鹽的加入對氨綸有一定的增強(qiáng)作用。這是由于季銨鹽與氨綸硬段之間由于氫鍵的作用而相互聚集，從而促使軟硬段的相分離，這種相分離有利于提高氨綸的斷裂強(qiáng)度和模量。

表1 季銨鹽改性氨綸的力學(xué)性能Tab.1 Mechanical properties of quaternary ammonium salt modified spandex

2.3 染色性能

從表2可以看出，季銨鹽改性氨綸對酸性染料的E有明顯的提高。氨綸的大分子鏈末端有微量的端氨基(—NH2)存在，而這種端氨基有利于酸性染料的上染，雖然氨綸生產(chǎn)工藝的不同，端氨基的含量也會發(fā)生變化，但始終較低。而通過物理改性的方法，引入具有叔胺基的季銨鹽改性劑，通過染料與叔胺基發(fā)生離子鍵結(jié)合，提高了氨綸對酸性染料的親和力。

表2 氨綸試樣對酸性染料的ETab.2 E of acid dyes on spandex samples

由表3可以看出，對于3種酸性染料，改性氨綸的染色牢度均優(yōu)于普通氨綸。這是由于季銨鹽改性劑中叔胺基的引入，改善了氨綸對染料的親和力，而纖維與染料之間的離子鍵作用使這些染料在耐洗色牢度測試中，不容易脫落下來，耐洗色牢度得到提高，染色質(zhì)量得到改善。

表3 氨綸試樣對酸性染料染色的色牢度Tab.3 Color fastness of spandex samples dyed with acid dyes

3 結(jié)論

a.相同紡絲工藝條件下，加入季銨鹽改性劑后，得到的改性氨綸的S300和斷裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低，彈性回復(fù)率基本保持不變。

b.相同的染色工藝條件下，加入季銨鹽改性劑后，由于引入了大量的叔胺基，改性氨綸的染色性能有了明顯改善，對弱酸性紅GN、弱酸嫩黃G、酸性艷藍(lán)G 3種染料的E可分別達(dá)98%，92%，96%。

[1] 牛家祥，何山，張祖文，等.氨綸的生產(chǎn)及應(yīng)用 [J].聚酯工業(yè)，2003，16(2)：19-22.

[2] 徐谷倉.氨綸彈性織物染整常見疵病的產(chǎn)生及防止 [J].印染，2006,32(10)：11-17.

[3] 楊桂芳，王勇，董仲生.酸性絡(luò)合染料在錦綸織物上的染色 [J].染料與染色，2014，51(3)：25-28.

[4] 車江寧，袁琴華，畢東輝.弱酸性染料氨綸染色工藝新探 [J].印染，1999,25(11)：10-12.

[5] 宋心遠(yuǎn).氨綸的結(jié)構(gòu)、性能和染整(一) [J].印染，2002,28(11)：30-35.

[6] 宋心遠(yuǎn).氨綸的結(jié)構(gòu)、性能和染整(二) [J].印染，2002,28(12)：35-38.

Structure and properties of quaternary ammonium salt modified elastomeric polyurethane fiber

Xue Shizhuang,Wang Xiaohua,Qian Jin,Wang Jing,Jin Zhongcheng,Yang Xiaoyin

(ZhejiangHuafonSpandexCo.,Ltd.,Ruian325200)

In order to improve the acid dyeing behavior of elastomeric polyurethane fiber,a quaternary ammonium salt/polyurethane urea spinning solution was prepared by physical blending method and was produced into quaternary ammonium salt modified elastomeric polyurethane fiber by dry spinning process.The surface morphology,mechanical properties and acid dyeing behavior of the modified elastomeric polyurethane fiber were studied.The results showed that the surface morphology of elastomeric polyurethane fiber did not change before and after modification; the modified elastomeric polyurethane fiber had an increase of 16% in tensile tension at 300% elongation,an increase of 21% in breaking strength,a decrease of 6.4% in elongation at break and elastic recovery percentage with no change; and the acid dyeing behavior of the modified elastomeric polyurethane fiber was profoundly improved,and the color fastness to washing reached grade 4.

elastomeric polyurethane fiber; quaternary ammonium salt; blend modification; dry spinning; mechanical properties; dyeing property

2015- 09- 06； 修改稿收到日期：2016- 01-25。

薛士壯(1984—)，男，碩士研究生，主要從事高分子材料的合成與改性。E-mail：shizhuang_xue@126.com。

TQ342+.89

A

1001- 0041(2016)02- 0053- 03