【纺织原料】超细氧化炭黑原液着色粘胶纤维

原液着色粘胶纤维是指将着色剂先均匀分散到粘胶纺丝原液中，然后直接纺出有色粘胶纤维，与传统方法着色的粘胶纤维相比，原液着色粘胶纤维具有色牢度优良、色泽均匀、生产方式节能减排等优点。当前，原液着色粘胶纤维主要以黑色为主，国内占比超过了 60%。 炭黑是黑色粘胶纤维原液着色采用的主要着色剂，由于炭黑以颗粒状态存在，而粘胶纺丝液是一个含有大量电解质的强碱性环境，且纤维成形过程中需要通过酸性凝固浴，炭黑颗粒在纤维成形过程中容易团聚，造成喷丝孔堵塞及纤维表面疵点增多，影响原液着色粘胶纤维的各项性能。

1 超细氧化炭黑纤维内在结构

超细氧化炭黑质量分数为1%和3%时，在纤维内分布均匀，而当炭黑质量分数为5%时，在纤维内出现团聚现象。这是由于氧化炭黑表面吸附了大量的苯乙烯马来酸酐共聚物分散剂，在静电斥力和空间位阻的作用下，少量炭黑能够在纤维内稳定分散；但随着炭黑质量分数的增加，炭黑颗粒间距离减小，粘胶纤维在炭黑颗粒间的“架桥”作用增强，导致炭黑颗粒在粘胶纤维内团聚。

2 纤维表观和断面形貌

原液着色粘胶纤维和普通粘胶纤维具有相似的表面形貌，均为带有平直条纹的柱体，纵向有深浅不一的沟壑，普通粘胶纤维表面的少量疵点是湿法纺丝过程中自然形成的。当炭黑质量分数小于等于3%时，纤维表面较光滑，这是由于制备的超细氧化炭黑在粘胶纺丝液中具有良好的稳定性，在纺丝过程中超细氧化炭黑均匀分布在纤维表面。但当炭黑质量分数大于3%时，纤维表面疵点较多，主要是由于炭黑质量分数增加，炭黑颗粒间距离减小，在粘胶纺丝液中容易团聚成较大的炭黑颗粒，影响粘胶纤维纺丝成形，故在纤维表面形成了较多的疵点。和普通粘胶纤维类似，原液着色粘胶纤维断面呈椭圆形，当炭黑质量分数小于等于3%时，纤维结构致密；随着炭黑质量分数的增加，纤维内部孔隙增多和变大，断面形貌变得粗糙。这是由于炭黑质量分数过高，部分炭黑颗粒团聚形成大的炭黑粒子，影响粘胶纤维纺丝成形，故形成了较多的孔隙。

3 纤维的结晶性能

原液着色粘胶纤维和普通粘胶纤维一样，属于纤维素Ⅱ晶体结构，说明炭黑未改变粘胶纤维的晶格结构。随着炭黑质量分数的增加，粘胶纤维的结晶度先增加后减少，说明适量炭黑对粘胶纤维具有增强作用。

4 纤维的力学性能

原液着色粘胶纤维的断裂强度和断裂伸长率随着炭黑质量分数的增加而增大，当炭黑质量分数达到3%，纤维的断裂强度和断裂伸长率达到最高；但当炭黑质量分数继续增加时，纤维的断裂强度和断裂伸长率开始下降。这是由于超细炭黑色浆粒径较小，少量炭黑在粘胶纤维中起到增塑作用，但随着炭黑质量分数的增加，炭黑颗粒变大，会削弱纤维大分子链间的相互作用力，并且影响纤维素结构的有序性，导致纤维的力学性能变差。

5 纤维热稳定性

原液着色粘胶纤维和普通粘胶纤维一样，热分解过程分为四个阶段：

第一阶段在100 ℃前，失重率分别为313%和5.11%，这是纤维中游离水和物理吸附水蒸发造成的，其中原液着色粘胶纤维的失重率低于普通粘胶纤维，说明原液着色粘胶纤维内的游离水更少，分析认为是由于炭黑降低了粘胶纤维的吸湿性能。

第二阶段在100～250 ℃，纤维结构中的葡萄糖基逐渐脱水。

第三阶段在250～360 ℃，纤维质量急剧下降，失重率分别为66.13%和67.47%，这是由于纤维大分子结构中的C—C键，C—O键开始断裂，生成一些低分子量的挥发性化合物。

第四阶段在360 ℃以上，失重率分别为9.64%、13.12%，原液着色粘胶纤维的质量损失更少。此外，超细氧化炭黑原液着色的粘胶纤维分解速率更慢。综合TG和DTG分析可知，超细氧化炭黑提高了原液着色粘胶纤维的热稳定性。

6 纤维耐溶剂迁移性能

原液着色粘胶纤维在水、乙醇和丙酮中的耐溶剂迁移性能，随着浸泡时间的延长，溶剂吸光度变化较小，且都小于0.1，说明迁入到溶剂中的超细炭黑质量分数较低。这是由于氧化炭黑表面吸附了较多的分散剂，与粘胶纺丝液具有良好的相容性，在粘胶纺丝液和纤维内分布均匀，较难从原液着色粘胶纤维内迁移到水、乙醇和丙酮溶剂中。由此可知，原液着色粘胶纤维具有良好的耐溶剂迁移性能。

7 纤维的颜色性能

原液着色粘胶纤维的L值随超细氧化炭黑质量分数的增加而减小。纤维产生颜色是由于着色剂对光的吸收，着色剂比表面积越大，吸收越强烈，纤维颜色越深。起初随超细氧化炭黑质量分数增加，纤维内炭黑总的比表面积急剧增大，纤维L值降低的比较多；而随着超细氧化炭黑质量分数的继续增加，部分超细氧化炭黑颗粒团聚，纤维内超细氧化炭黑总比表面积增加较小。因此，当炭黑质量分数大于3%时（见下表），纤维L值降低的幅度较小。此外，原液着色粘胶纤维具有优良的摩擦色牢度和水洗色牢度。

8结论

（1）超细氧化炭黑未改变粘胶纤维的表观和断面形貌，当炭黑质量分数小于等于3%时，超细氧化炭黑在粘胶纤维内均匀分布，纤维表面光滑，断面结构致密。

（2）超细氧化炭黑提高了粘胶纤维的热稳定性能和结晶性能，随着炭黑质量分数的增加，纤维的断裂强度和断裂伸长率先增加后减小，当炭黑质量分数为3%时，粘胶纤维的强度和断裂伸长率分别为2.56 cN/dtex和21.5%。

（3）原液着色粘胶纤维的L值随炭黑质量分数的增加而逐渐减小，当炭黑质量分数为3%时，L值为13.33，纤维黑度达到饱和，且纤维具有较高的摩擦、水洗色牢度和耐溶剂迁移性能。

编辑：纺织大学堂

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