异形截面PET纤维及其织物显深色机制研究

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异形截面聚酯 PET纤维可以采用多种不同的纺丝方法制备,因截面形状的变化,使纤维及织物光学性能、手感和风格变化,用在吸湿排汗,导湿快干,轻质保暖,高光泽和仿天然纤维风格等产品中,以其独特的产品性能备受人们青睐。然而,由于其化学结构方面的原因使其常温条件下难于染色,通常用分散染料在高温高压或有载体的条件下才能染色。另外,PET纤维具有较高的折射率,对光线的反射率也大,同时其纤维表面平滑,对光线的镜面反射光比较强,染色纤维表面会有大量的反射光以白色光进入人的眼睛,与来自纤维内部的有色光线混合,使纤维制品颜色明显比较浅,特别在染深色时表现为产品难以获得表观深色,即 PET纤维显深色性比较差。因此开发易染色、差别化异形截面 PET纤维,为市场提供更多优质纺织原料成为企业不断追求的目标。  对实验室制备的两类截面形态、两种线密度的异形截面 PET纤维,分析了其具有显深色效果的异形截面PET纤维的表面光学特性,研究了显深色效果的客观检测和主观评价,对具有可以有效改善异形截面 PET纤维织物显深色效果的表面酶处理方法进行了探讨,这些对异形截面PET纤维纺丝以及对显深色PET纤维织物的显深色性评价都具有理论指导以及实践意义。  基于自行设计一种双十字形喷丝孔,在不同熔融纺丝工艺参数下制备两种不同异形截面PET纤维,采用几何光学对异形截面PET纤维表面的一次反射光和折射光进行数学模拟计算,发现具有表面曲率变化幅度大的异形截面 PET纤维,能够使纤维集合体的外表面反射光发生充分散射,能够降低处于某一观察角度位置的人眼能够看到纤维表面反射光的量,并且使光线在纤维沟槽之间及其内部发生多次的反射、折射而增加人眼接受到的纤维集合体光线中来自纤维内部的反射光含量,进而使染色后的纤维集合体具有较深、较纯正的颜色。截面凹凸的次数越多、凹凸深度越大,纤维表面曲率变化频数越大,光线在纤维沟槽外表面的散射分布方向更加散乱,并因为经过多次的反射而使光强有所衰减,结果其表面反射光的强度和方向性变差。而在纤维内部的光线经过内表面的多次反射、折射,使得内部折射光透射出纤维表面光线产生的色光的数量增多,使更多的光进入纤维内部,且不会损伤纤维、不会降低纤维性能,从而体现出纤维本身的颜色。  采用Goniophotometer定量测试并分析了其中一种异形度较大的异形截面 PET单纤维及其长丝纱的表面反射光分布变化。这些初步分析结果发现,合理对PET纤维截面的进行异形化以及提高纤维截面的异形度可以使得异形截面 PET纤维织物的显深色性有一定的增加,但是,这对所设计截面的异形度要求较高,喷丝板的设计和纺丝工艺控制要避免纤维表面产生大平面,否则会达到相反的效果。由不同曲率的圆弧依照一定的次序而构成的异形纤维横截面轮廓形态有利于增加纤维表面的散射光而降低反射光,在部分纤维表面不产生反射光,从而透射出显示纤维本身的颜色的内部反射和折射光,有利于增强纤维显深色的效果。  采用传统的测色仪 Color Measurement Spectrophotometer Datacolor650测量分析了不同线密度和异形度对异形截面PET纤维织染色织物的染深黑色的影响,并利用K/S值、L*值和Integ值等指标表征织物的显深黑色效果。结果表明,相比于同样细度的圆形截面涤纶长丝织物,异形截面 PET纤维织物具有良好的显深黑色效果, PET纤维及其织物的显深黑色效果与PET纤维的异形度大小呈显著正相关。对不同异形截面形态纤维的显深色效果进行几何光学定性解释分析表明,由不同曲率曲面异形纤维轮廓增加光通过降低镜面反射和增加内部反射和折射光的散射,这反过来加强了其显深色的效果。  通过偏振成像技术获取染深黑色异形截面 PET纤维织物的光学特性和颜色特征信息。染黑色异形截面 PET纤维机织物表现出的较高的镜面反射和色度值将影响其显深色的效果,而相互重叠色度曲线意味着那些黑色的织物之间本身颜色差异并不显着。而针织面料的偏振成像结果说明,与具有较高的镜面反射光和光泽度的未染色或者白色样品相比,织物的色度值越高意味着更高的显深色性。偏振图像处理后异形截面 PET纤维织物样品的主观视觉评价结果显示,显深色异形截面机织物的主观视觉秩位与平均色度值之间具有良好的一致性,而和光强度平均值之间是不一致的。  在不同的处理工艺条件下,采用两种不同的脂肪酶 Lipase和生物酶Cutinase对本白色异形截面PET纤维织物进行了相关的表面处理,并测试了处理前后织物在可见光范围内的反射率和颜色特征值表、表面形貌、纤维的结晶转变和结晶度的变化。从光反射率和颜色特征值之间的差异可以看出,不同的光和颜色测试模式,如包括表面镜面反射光SCI和不包括表面镜面反射光SCE,对酶处理前后的白色涤纶织物的光反射率和颜色特征值变化的影响不大。同时,在特定处理条件下脂肪酶Lipase对异形截面PET纤维织物的的表面改性效果不显著,甚至对处理所用的TRIS缓冲溶液的pH值和持续时间的做微许改进,其处理效果也没有明显地改善。所有这些表面处理效果都无法比拟浓度2% w/v NaOH溶液处理30分钟所得到的表面微坑效果。但是,织物处理前后的光反射率和颜色指标值的变化以及其SEM图像表明,在处理温度为55oC,TRIS缓冲溶液的pH值分别为7.00和8.50,使用生物酶Cutinase处理织物24 h及以上,会得到类似于NaOH处理织物的表面微坑效果。  采用生物酶Cutinase处理前后的异形截面PET织物的内部结构可通过X射线衍射和DSC曲线得到确认,其中X射线衍射曲线表明,未处理织物的一个2θ=21.3o的最高和最窄峰在施加生物酶 Cutinase处理之后消失,而另外一个峰位置会平缓地从2θ=22.9o移到2θ=22.5°,但仍保持(110)晶格不变。所有这些变化的X射线衍射测试在三个不同入射角度0°、45°和90°的条件下,处理后织物的XRD峰的位置变化不明显了。DSC的结果证明,不同处理条件下,生物酶Cutinase对织物的表面处理效果不同,而只有较为温和的处理条件才能完全展现生物酶Cutinase对PET纤维表面粗糙化效果。
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