一种有色超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法技术

一种有色超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，该制备方法包括：(1)超声配制染液；分散剂占染液的质量百分比分别为0.05％～0.5％，染料占纤维的质量百分比为0.5％～10％，浴比为1∶(10～100)；染料为偶极矩小于5.0Debye的高疏水性偶氮类分散染料或蒽醌类分散染料；(2)将染液与超高分子量聚乙烯萃取纤维置于染色机中，染色温度为90℃～120℃，染色时间为15min～150min，染液pH值为4～9，完成染色的萃取纤维进行还原清洗、干燥；(3)将干燥的超高分子量聚乙烯有色萃取纤维进行拉伸取向，得到成品的有色超高分子量聚乙烯纤维。该方法简便易控制，制备的有色超高分子量聚乙烯纤维具有高表观深度、色牢度和强力保留率。

【技术实现步骤摘要】
一种有色超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
本专利技术涉及一种超高分子量聚乙烯萃取纤维的染色加工方法，属于纺织材料的染色

技术介绍
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，是世界三大高性能纤维材料之一。自问世以来以其高强度、高模量、低密度、耐磨擦、耐切割等优良特性，在军工国防、航空航海诸多领域发挥着重要作用，随着其应用领域向民用领域的拓展、开发，有色UHMWPE纤维的研制势在必行。然而，由于超高分子量聚乙烯具有分子结构规整、对称，非极性的链结构及伸直链结构，化学惰性、高疏水和高结晶度等特征，使超高分子量聚乙烯纤维极不易和染料发生反应而固着；同时超高分子量聚乙烯纤维的熔点较低，随着加工温度的提高，纤维模量和强度显著下降，150℃即可融化。正是超高分子量聚乙烯纤维极其难以染色，限制了其应用领域的拓宽。现有技术中原液着色使用较广。原液着色是在纺丝前将凝胶纺丝液着色，然后纺丝得到有色UHMWPE纤维。在专利CN101886295A、CN103572397A、CN101718003A、CN102199805A、CN103866416A、CN103572397A都公开了有关原液着色的加工方法。但原液染色在加工生产过程中对染色系统的污染较大，更换颜色时费时费力，难以满足市场对纤维色彩千变万化的需求，且提高了生产成本。CN103711007A、CN102953186都公开了采用染料对超高分子量聚乙烯纤维成品丝进行染色，为了提高上染率，均采用约130℃保温染色，经此工艺，纤维的强度和模量必然显著受损，削弱超高分量聚乙烯纤维作为高强高模纤维的优势和特性。针对超高分量聚乙烯初生纤维分子结构还未经过牵伸达到高度取向，染料较容易进入纤维自由体积时进行染色的特性，现有技术中，专利CN103422195A公开了用染色载体、染料和渗乳剂配制成染液，将该染液边升温边搅拌投入到供料釜中，冷却至室温，静置。将染液通过计量泵控制以适当的速度喷涂到无张力状态下的超高分子量聚乙烯初生纤维上进行着色，经过后处理、烘干等工序再对着色的丝束进行多步热拉伸。此方法中使用兰纳洒脱染料，该染料为1∶2型酸性含媒染料，染料本体络合有重金属离子、结构较大，且含磺酸钠等亲水性基团，与结构简单的超疏水性聚乙烯纤维结构差异大，且该专利中并未提及染色的得色深度及具体的各种色牢度的测试结果。专利CN103015233A公开了将干燥后的UHMWPE初生纤维放入高压染色舱内，然后将二氧化碳气体加热加压到超临界状态，将该状态的二氧化碳打入染料槽内，用超临界流体溶解染料，然后送至高压染色舱内与UHMWPE纤维接触染色，染色后的纤维再进行超倍牵伸、收卷，超临界染色方法反应条件较苛刻，温度或压力的微小差异都会影响最终产品的上染情况，因而无法大规模应用。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供了一种超高分子量聚乙烯萃取纤维的染色加工方法。首先针对超高分子量聚乙烯为亚甲基(-CH2-CH2-)相连的大分子链化学结构，依据“相似相容”原则，筛选具有超高疏水性、良好线性和平面对称结构的染料，如甲基黄、苏丹红III等；其次针对超高分子量聚乙烯纤维经过高温拉伸后，大分子结构高度结晶、取向的特点，本专利技术以超高分子量聚乙烯萃取纤维为染色对象，在萃取丝无张力状态下对其浸染，在染色过程中由于所选用的染料均是特定结构的小分子染料，有利于染料分子进入纤维自由体积部分并与纤维结合，染色后的超高分子量聚乙烯萃取纤维再进行热牵伸，最终获得具有高表观深度的有色超高分子量聚乙烯纤维。本专利技术染色方法较为简便易控制，可以得到具有高表观深度、色牢度良好的有色超高分子量聚乙烯纤维。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将分散剂和染料投入水中，超声配制染液；分散剂占染液的质量百分比分别为0.05％～0.5％，染料占纤维的质量百分比为0.5％～10％，浴比为1：(10～100)；该染料为偶极矩小于5.0Debye的高疏水性偶氮类分散染料或蒽醌类分散染料；(2)将步骤(1)获得的染液与超高分子量聚乙烯萃取纤维置于染色机中，染色温度为90℃～120℃，染色时间为15min～150min，染液pH值为4～9，完成染色的萃取纤维进行还原清洗、干燥；(3)将步骤(2)获得的干燥的超高分子量聚乙烯有色萃取纤维进行拉伸取向，得到成品的有色超高分子量聚乙烯纤维。如上所述的制备方法，优选地，所述超高分子量聚乙烯萃取纤维是在冻胶法制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺中，完成了二甲苯萃取、干燥步骤，而未经加热牵伸步骤的纤维制品。如上所述的制备方法，优选地，所述染料为甲基黄、乙基黄、苏丹红I、苏丹红III、苏丹红IV、苏丹红7B、苏丹红B、油红O和/或苏丹蓝II。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤(1)超声配制染液的条件为：染液在20～70℃条件下超声20min～40min。如上所述的制备方法，优选地，所述分散剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、十二烷基硫酸钠、亚甲基二萘磺酸钠(NNO)、分散剂MF、木质素、烷基酚聚氧乙烯醚(NP-10)、壬基酚聚氧乙烯醚(NP-4)或双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤(1)的浴比为1∶(30～50)；所述步骤(2)的染色温度为100℃～105℃，染色时间为20min～30min，染液pH值为6～8。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤(2)的还原清洗条件为氢氧化钠浓度1～2g/L、亚硫酸氢钠浓度1～2g/L、温度80℃～100℃、还原清洗10min～30min。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤(2)中还原清洗温度80℃，还原清洗时间20min。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤(3)热拉伸工艺为一级牵伸、二级牵伸或三级牵伸，热拉伸温度100℃～135℃、牵伸总倍数为1.5～2.4倍。如上所述的制备方法，优选地，所述的一级牵伸温度为105℃～135℃，牵伸倍率为1.9倍；所述二级牵伸温度依次为135℃、130℃，牵伸总倍率为2.1倍；所述的三级牵伸温度依次为135℃、130℃、125℃，牵伸总倍率为2.3倍。另一方面，本专利技术提供一种有色超高分子量聚乙烯纤维，其是采用如上所述的方法制备的。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术的有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法不仅生产工艺简单、可重复性强，且超高分子量聚乙烯萃取纤维在染色过程中的强力保留率高。2.采用本专利技术的制备方法所得的有色超高分子量聚乙烯纤维具有高表观深度，且色牢度高，经检测各项色牢度均可达3级以上，符合实际要求，可长期使用。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅是范例性的，并不对本专利技术的范围构成任何限制。以下实施例中使用的超高分子量聚乙烯萃取纤维是北京威亚高性能纤维有限公司生产，分子量400万。实施例1制备黄色超高分子量聚乙烯纤维1、染色步骤，制备黄色超高分子量聚乙烯萃取纤维在室温条件下，将脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、染料甲基黄(阿法埃莎(中国)化学有限公司)分别按质量比0.3％、3％投入水中制备染浴，将染浴在50℃的超声波清洗装置中超声30min，待染液分散均匀，冷却静置到室温待用。按质量比100∶1将染液与待染超高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将分散剂和染料投入水中，超声配制染液；分散剂占染液的质量百分比分别为0.05％～0.5％，染料占纤维的质量百分比为0.5％～10％，浴比为1∶(10～100)；该染料为偶极矩小于5.0Debye的高疏水性偶氮类分散染料或蒽醌类分散染料；(2)将步骤(1)获得的染液与超高分子量聚乙烯萃取纤维置于染色机中，染色温度为90℃～120℃，染色时间为15min～150min，染液pH值为4～9，完成染色的萃取纤维进行还原清洗、干燥；(3)将步骤(2)获得的干燥的超高分子量聚乙烯有色萃取纤维进行拉伸取向，得到成品的有色超高分子量聚乙烯纤维。

【技术特征摘要】
1.一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将分散剂和染料投入水中，超声配制染液；分散剂占染液的质量百分比分别为0.05％～0.5％，染料占纤维的质量百分比为0.5％～10％，浴比为1∶(10～100)；该染料为偶极矩小于5.0Debye的高疏水性偶氮类分散染料或蒽醌类分散染料；(2)将步骤(1)获得的染液与超高分子量聚乙烯萃取纤维置于染色机中，染色温度为90℃～120℃，染色时间为15min～150min，染液pH值为4～9，完成染色的萃取纤维进行还原清洗、干燥；(3)将步骤(2)获得的干燥的超高分子量聚乙烯有色萃取纤维进行拉伸取向，得到成品的有色超高分子量聚乙烯纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯萃取纤维是在冻胶法制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺中，完成了二甲苯萃取、干燥步骤，而未经加热牵伸步骤的纤维制品。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述染料为甲基黄、乙基黄、苏丹红I、苏丹红III、苏丹红IV、苏丹红7B、苏丹红B、油红O和/或苏丹蓝II。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓春，闫金龙，赵国樑，张丽平，杨中开，刘铭，梁日辉，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：北京,11