玉米纤维(聚乳酸纤维、PLA)应用及染色工艺

http://www.texnet.com.cn/ 2019-08-19 09:25:08 来源:功能性纺织品技术

  玉米纤维(聚乳酸纤维、PLA)应用及染色工艺

  作者:杭州美高华颐化工有限公司肖阳

  玉米纤维是以玉米、小麦等淀粉为原料,经发酵转化成乳酸再经聚合,纺丝而制成的合成纤维,也称聚乳酸纤维,PLA纤维。

  玉米纤维轻柔滑顺,强度大,吸湿透气,加工的产品有丝绸般的光泽及舒适的肌肤触感和手感,悬垂性佳,良好的耐热性及抗紫外线功能,服用性能好。PLA纤维属于完全自然循环型,具有生物降解性。

  该纤维完全不使用石油等化工原料,其废弃物在土壤和海水中的微生物作用下,可分解成二氧化碳和水,不会污染地球环境。由于该纤维的初始原料为淀粉,其再生之循环周期短,大约为一年,其产生的二氧化碳可由植物光合作用减少在大气中的含量。燃烧PLA纤维,几乎没有一氧化氮,其燃烧热是聚乙烯和聚丙烯的三分之一左右。

  被誉为21世纪新一代纤维之一的玉米纤维最早产生于1948年,产品名为“维卡拉”,为玉米蛋白质纤维。1948年至1957年,玉米维卡拉纤维进行小批量试生产,由美国维古尼亚-卡里罗来纳化学公司生产制造。之后不久美国知名谷物公司研制开发成功“玉米聚乳酸纤维”(PLA纤维),产量增至6000T。

  1989-1998年日本奉岛津德制作所与钟纺公司合作进一步开发玉米乳酸纤维,商品名为LACTRON纤维,并以该纤维制作推出各种服饰产品,在长野冬季奥林匹克运动会上展示。

  2000年,美国CDP公司与钟纺公司合作,联合生产聚乳酸树脂等新品种,并投入生产,生产聚乳酸纤维成本过高的问题得以解决。现在我国玉米纤维纺织品也已面世,产品性能优越,深受消费者喜爱。

  玉米纤维结构特点

  玉米纤维和涤纶同属聚酯类,但涤纶是芳香族聚酯化合物,而玉米纤维属于脂肪族聚酯化合物。常见玉米纤维侧面及横截面一般呈非完整的圆形。

  玉米纤维的主要性能

  1.比重:玉米纤维的比重为1.27,在纺织纤维中是较轻的,制成的织物轻盈舒适。

  2.机械性质:玉米纤维的强度、伸长与涤纶和锦纶的差不多,但初始模量较轻,在小负荷作用下容易变形,有很好的手感。玉米纤维的回弹性很好,延伸5%时,弹性恢复率为93%,延伸10%时,弹性回复率为64%,优于涤纶纤维。

  3.吸湿性:玉米纤维的吸湿性优于涤纶纤维,在标准状态下,回潮率为0.4%~0.6%。

  4.染色性能:玉米纤维可以用分散性染料染色,能染浅、中或深的各种各样的色泽。

  5.光学性质:玉米纤维具有较低的光折射指数,光泽柔和,其织物具有丝绸般的光泽,比涤纶服装更华丽美观。而且耐紫外线,经日晒500h后,仍保持90%的强力。在氙弧光下不褪色,洗涤后基本上不变色。

  6.热学性质:玉米纤维的熔点为1750C。明显低于涤纶纤维和锦纶纤维。玻璃化转变温度适宜,为57℃,介于涤纶和锦纶之间。沸水收缩率为8%- 15%。

  7.阻燃性:玉米纤维的极限氧指数是常用纤维中最高的。和羊毛的极限氧指数相似,优于涤纶纤维,接近于国家标准对阻燃纤维极限氧指数的要求(28%~30%),燃烧时发热量低(是涤纶纤维的16%),只有轻微的烟雾释出(是涤纶纤维的57 %),易自熄,火灾危险性小。

  8.环保性:玉米纤维是完全降解型绿色纤维。它在环境中可被微生物分解,纤维中的非晶体部分的溶胀和分解,同时破坏了大分子链的规整性,使得大分子更容易被分解。先是在纤维的内部分解产生的空洞,继之破坏纤维表面,后逐步分解。

  玉米纤维是典型的“二十一世纪的环境循环材料”,一种极具发展潜力的生态型纤维。

  玉米纤维的用途

  玉米纤维具有以上优越的性能,因此有广泛的应用价值,是目前完美的环保型绿色纤维。

  在纺织工业领域,玉米纤维可以织成各种纺织品。利用玉米纤维制作的服装类纺织品、棉混纺布、地毯织物、家庭装饰物、非织造布五大类产品,还可制作成食品业及餐饮业职员的制服,马球运动员的衬衫。玉米纤维还有一个优点,那就是它可以同天然的纤维如苎麻、棉、毛等混纺生产各种服装产品、装饰品。与棉纤维混合纺织品制作内衣,其优点在于这种混纺布有利于水分的转移,赋予其优良的形态稳定性和抗皱性。对人体皮肤无任何刺激。玉米纤维在纺织制品范围的使用面正在扩大。

  在医疗器械领域,玉米纤维用于制作手术缝合线,由于自动降解的特性,免去了病人取出缝合线的二次手术,受到极大的欢迎。美国仅此一项应用在2001年就有138亿美元的收益。此外,玉米纤维还可以用于制作修复骨缺损的器械:骨板、骨螺钉、缺陷填充材料等,用于工程组织(包括骨、血管、神经等)制作支架材料。药物缓释材料是玉米纤维在医疗领域的又一个应用,尤其是在缓释蛋白质类和多肽类药物上具有特别的优越性。玉米纤维是第三代生物材料的典型代表。

  玉米纤维在其它一些领域也有广泛的用途,例如编织品、渔网、包装材料等诸多领域。Toray公司研发成功了利用玉米纤维生产的ECODEAR汽车内装部件,如车门、轮圈、车座、天棚等,其中轮胎盖是玉米纤维与红麻的混合物经过热压成型的制品。

  玉米纤维的染色

  玉米纤维的染色以分散性染料为好,能染浅、中或深的色泽,由于其折射率低。染色品的耐洗牢度良好,色牢度高于3级。

  用分散染料染色温度100~110℃。在此条件下,纤维强力损失较小,同时可以获得较理想的染色深度。由于PLA纤维的结构较涤纶松弛,染料上染纤维的速率很快,极易造成色花,染色过程中应严格控制升温速度。分散染料染色后,还原清洗和皂洗时会有大量的染料流失,一般应选中高浓度、高上染率的分散染料。

  PLA纤维及其混纺织物适宜做竭染,而不适宜连续轧染,因为在170℃时分散染料还不能发色完全而该纤维已经熔化,一般染后定型温度为135℃左右。

  (1)染料选择

  玉米纤维织物染色时,根据玉米纤维的特点,选用分散染料染色,染料选择是重中之重,染料需具备:

  ①鲜艳的颜色;

  ②重现性优良;

  ③一定的均匀度;

  ④移染性好,使染色布面均匀,染疵易回修;

  ⑤染料配伍性、相容性好,尽量选择同一染料厂家相同类型的染料匹配;

  ⑥优良的日晒牢度和湿牢度。

  (2)匀染剂选择

  玉米纤维的结构较涤纶松弛,织物吸附染料快,扩散速度慢,匀染性差,需要加入缓染、移染性能优越的匀染剂防止色花、色污。选用匀染剂:0.5g/L和匀染修色剂:0.3g/L搭配使用,不仅具有良好的分散、缓染作用,还具有极强的移染、透染能力,可以预防各种染色疵,确保生产出满意的染色产品。

  (3)染色pH值

  在玉米织物染色中,染浴pH值是影响其上染速率和上染率的重要工艺参数,一般pH值控制在4~5。

  (4)染色温度

  玉米纤维的玻璃化温度是57℃,介于锦纶和涤纶之间,一般可在40℃始染,温度高于70℃以后,染料才开始上染,80℃以上上染速率才迅速加快,在此后的升温阶段需要控制升温速率。染色温度一般为ll0℃,保温阶段的主要作用在于使染料获得一定的迁移性,因此染浴保温的温度变化对于匀染性的影响比较显著。

  (5)染色配方

  分散染料 X% (o.w.f)

  匀染剂M-212T 0.5g/L

  匀染修色剂M-217 0.3g/L

  pH值 4.5~5(用HAc调节)

  (6)染色工艺

  玉米纤维纺织品的染色工艺应根据各厂设备条件、品种、具体颜色的深度和敏感程度而合理制定,典型的升温、控温工艺曲线。

  (7)深色工艺:

  始染温度40℃→加入匀染剂/匀染修色剂→加入染料→加入HAc调节pH值→升温至100~110℃(1.0℃/min)→保温30-45min→降温至70℃(1~2℃/min)→取样对色→排水皂洗(中深色要还原清洗)。

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