如何优化纤维结构的染色性能

聚丙烯腈（polyacrylonitrile,PAN）纤维通常指含丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维，我国简称“腈纶”。若聚丙烯腈中含35%～85%其他共聚物的纤维则称为改性聚丙烯腈或改性腈纶。

最早生产的腈纶是丙烯腈均聚物纤维。由于丙烯腈均聚物结晶度高，分子链间作用力很强，纺丝时溶解性差，所得纤维强力很高，但弹性差，手感不好，染色困难。为解决这些问题，通常加入第二单体和第三单体进行共聚，第二单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等，主要使纤维结构松弛，降低结晶度，易于染料扩散进入纤维；第三单体为含有羧酸基、磺酸基等酸性基团的单体，提供与阳离子结合的阴离子基团，腈纶的阳离子染料染色，主要与第三单体结合上染，故染色性能与第三单体的种类和用量有直接关系。

聚丙烯腈不像涤纶、锦纶有明显的结晶区和无定形区，聚丙烯腈只存在不同侧序度区，所以没有明显的熔点，软化温度为190～240℃，250℃以上发生热分解。聚丙烯腈有两个玻璃化转变温度，分别为低侧序区的（80～100℃），高侧序区的（140～150℃）。但引入第二、第三单体后，丙烯腈共聚物玻璃化温度下降为75～80℃，因此在常压条件下就能染色。

随着人们对合成纤维产品性能和功能的要求越来越高，开发差别化、功能化纤维成为发展趋势。各国的腈纶生产厂商早在20世纪70～80年代就开发了百余种差别化产品，90年代初已形成大批量生产的主要有高收缩、异形、有色、细旦、抗静电、抗起球、抗菌、防蛀、阻燃、耐气候、高吸水、耐高温等产品，这些差别化、功能化腈纶结构有很大改变，因此染色性能也会有很大不同。

阳离子染料对腈纶染色主要靠染料阳离子与纤维上的酸性基团（阴离子）之间的库仑引力，由于纤维上阴离子基团有限，所以上染的阳离子染料有饱和值。腈纶纤维饱和值[S]f就是指腈纶上酸性基团能与阳离子染料结合的最大值。(www.xing528.com)

腈纶饱和值测定方法：用指定的标准染料，一般用相对分子质量为400的染料（如亚甲基蓝），在浴比100:1，pH=4.5，温度100℃条件下回流染色4h，上染百分率为90%～95%时，纤维上染料重量对纤维重量的百分数。不同的腈纶纤维饱和值不同，纤维饱和值是评价腈纶可染性的重要指标，饱和值小（1.2～1.7）的纤维用于染浅色，饱和值大（2.1～2.7）的纤维可用于染深浓色和黑色。染色前应该先了解该品种纤维的纤维饱和值，并计算染料和助剂的最大用量，以免浪费染料，造成不必要的污水排放。

染色速率（V）是表征腈纶性能的一个重要指标。V值大，纤维上色快；V值小，纤维上色慢。不同的聚丙烯腈纤维有不同的共聚组分，纤维制造中有干法纺丝和湿法纺丝，纺丝加工中，牵伸、定型工艺条件不同都会影响纤维的微结构，从而影响纤维的玻璃化温度，影响染色速率。

V值与玻璃化温度有关，了解V值，可合理修正染色升温曲线，对实际生产有重要指导意义。实际应用中，可通过已知V值的纤维与未知V值的纤维样品进行同浴染色，比较染色效果。测试方法：用孔雀绿2%和冰醋酸1%配成染浴，称取相同质量的两种纤维，在一定温度条件下同浴染色，直至染料被吸尽，然后取出纤维，比较两种纤维的得色深浅。若颜色深浅一致，说明V值相同，若颜色相差超过20%，需另选较高或较低V值的纤维重复进行染色试验，以便得到准确的V值，确定适宜的升温速度。

阳离子可染涤纶和阳离子可染锦纶结构中都含有阴离子基团，具有腈纶第三单体的结构特点，所以也可以用阳离子染料染色。染色前，需要了解纤维的结构和性能，以便确定正确的染色工艺。