Włókna nylonowe należą do kategorii włókien polikondensacyjnych, a ich głównymi odmianami są nylon 6 i nylon 66. Jako rodzaj włókna termoplastycznego, wahania temperatury podczas etapów produkcji i przetwarzania mają znaczący wpływ na właściwości fizyczne i wydajność barwienia nylonu. Unikalne właściwości włókien i procedury przetwarzania wpływają na ostateczny efekt równomiernego barwienia.

Czynniki wpływające na właściwość równomiernego barwienia nylonu

1. Wpływ struktury tkaniny i włókna

Z perspektywy całego procesu barwienia i wykańczania, najbardziej bezpośrednimi czynnikami prowadzącymi do nierównomiernego barwienia nylonu są nierówna gęstość wątku i osnowy tkaniny, zmienność przędzy i różnice w partiach produkcyjnych włókien nylonowych użytych w tkaninie. Wszystkie te czynniki mogą wpływać na wydajność barwienia nylonu, powodując nierównomierne barwienie. Z punktu widzenia włókna, struktura chemiczna włókna nylonowego to poliamid, a na końcach łańcuchów molekularnych włókna znajduje się pewna ilość grup aminowych. Na charakterystykę barwienia nylonu wpływają chemiczne i fizyczne różnice włókna. Różnice te mogą pojawić się podczas produkcji lub przetwarzania włókna i mają bezpośredni wpływ na wydajność barwienia barwnikiem.

Różnice chemiczne wynikają ze zmienności zawartości grup aminowych w włóknie. Takie różnice mogą wystąpić podczas procesu przędzenia, procesu rozciągania na gorąco lub procesu łączenia włókien. Różnice w zawartości grup aminowych prowadzą do zmian w szybkości barwienia, zwłaszcza w ostatecznej zdolności adsorpcji barwników anionowych. Różnice te można zminimalizować jedynie poprzez staranną kontrolę podczas procesu produkcyjnego. Zgodnie z poradami New Dyeing & Printing, różnice w strukturze fizycznej przędzy obejmują głównie dwa aspekty: z jednej strony wynikają one z ogólnych różnic fizycznych przędzy, w tym zmienności numeru przędzy, liczby włókien w przędzy lub drobności włókien, a także różnic między końcowymi skręceniami pojedynczych włókien lub wielu włókien w przędzy; z drugiej strony wynikają z niejednorodności struktury nadcząsteczkowej włókien nylonowych powstałej podczas przetwarzania, takich jak różnice w krystaliczności, orientacji lub nierównomierna struktura rdzeń-skóra wewnątrz włókien. Kiedy tkaniny wykonane z włókien nylonowych z różnicami chemicznymi lub fizycznymi są barwione, prawdopodobne jest wystąpienie charakterystycznego paska kolorystycznego w poprzek wątku.

2. Wpływ warunków wstępnego przygotowania

Niewłaściwy dobór warunków podczas wstępnego przygotowania tkanin nylonowych jest również ważnym czynnikiem powodującym nierównomierne barwienie. Niewłaściwe wstępne przygotowanie tkanin obejmuje głównie: nierównomierne traktowanie tkaniny, co prowadzi do znacznych różnic w zdolności adsorpcji włókien i skutkuje wadami barwienia, takimi jak plamistość; szybki wzrost temperatury podczas procesu wstępnego przygotowania przy użyciu maszyny do barwienia typu jigger, co powoduje nagłe kurczenie się włókien nylonowych; lub nierównomierna temperatura podczas utrwalania cieplnego, co może prowadzić do różnic strukturalnych w włóknach nylonowych, powodując nierównomierne barwienie podczas procesu barwienia.

3. Wpływ warunków barwienia

(1) Wpływ temperatury

Nylon jest włóknem termoplastycznym. Dlatego szybkość barwienia włókna jest ściśle związana z temperaturą, a temperatura barwienia musi być wyższa niż temperatura zeszklenia (35-50℃) włókna. Włókna nylonowe zaczynają adsorbować barwniki w temperaturze 40℃. Wraz ze wzrostem temperatury szybkość barwienia wzrasta, a proces barwienia jest zasadniczo zakończony w temperaturze 100℃. Chociaż barwienie można zasadniczo zakończyć w temperaturze 100℃, dalsze podnoszenie temperatury jest korzystne dla migracji barwników, poprawiając w ten sposób właściwość równomiernego barwienia. Niektórzy badacze uważają, że szybkość pobierania barwnika przez barwniki kwaśne na włóknach nylonowych jest związana z temperaturą. Gdy temperatura jest wyższa niż temperatura zeszklenia, ruchliwość łańcuchów makromolekularnych w włóknie wzrasta, włókno rozszerza się, umożliwiając barwnikowi penetrację włókna i reakcję z kationowymi grupami aminowymi na końcu. Jeśli jednak tempo nagrzewania nie jest odpowiednio kontrolowane, prawdopodobne jest wystąpienie nierównomiernego barwienia.

(2) Wpływ wartości pH

Podczas barwienia włókien nylonowych, gdy wartość pH kąpieli barwiącej jest stosunkowo wysoka, bardzo mało barwnika jest absorbowane przez włókno. Gdy wartość pH kąpieli barwiącej spada do pewnego poziomu, barwnik zaczyna być absorbowany i szybko osiąga nasycenie. Dalsze obniżanie wartości pH kąpieli barwiącej nie zwiększa znacząco pobierania barwnika. Jednak gdy wartość pH spada dalej do 3, pobieranie barwnika gwałtownie wzrasta, co skutkuje nadmierną adsorpcją. Kiedy włókna nylonowe są barwione w warunkach bardzo niskiej wartości pH, mogą ulec hydrolizie. Zwłaszcza po wystąpieniu nadmiernej adsorpcji, wartość pH wewnątrz włókna jest niższa niż w roztworze, co przyspiesza hydrolizę. Po hydrolizie generuje się więcej grup aminowych, zwiększa się dostępność włókna i może ono adsorbować więcej barwników, co zwiększa prawdopodobieństwo nierównomiernego barwienia. Dlatego, zgodnie z rzeczywistymi warunkami, odpowiednie zwiększenie wartości pH może zmniejszyć występowanie wad barwienia, takich jak plamistość.

(3) Wpływ pomocników

Włókna nylonowe są w większości barwione barwnikami kwaśnymi, a środki wyrównujące dla barwników kwaśnych obejmują głównie trzy typy: anionowe, kationowe i niejonowe. Anionowe środki wyrównujące mają pewne powinowactwo do włókien w środowisku kwaśnym i konkurują z anionami barwnika o miejsca barwienia na włóknie. Ich powinowactwo jest niższe niż anionów barwnika, ale ich szybkość dyfuzji jest szybsza niż anionów barwnika. Na początku barwienia anionowe środki wyrównujące konkurują z barwnikami o miejsca barwienia. Ze względu na ich szybką szybkość dyfuzji, barwią włókno przed anionami barwnika i łączą się z grupami -NH₂ na włóknie. Następnie są stopniowo zastępowane przez aniony barwnika o wyższym powinowactwie do włókna. Zmniejsza to początkową szybkość barwienia barwnika i osiąga efekt wyrównywania. Zgodnie z poradami New Dyeing & Printing, kationowe i niejonowe środki wyrównujące wywierają efekt wyrównywania, łącząc się z anionami barwnika, aby zmniejszyć efektywne stężenie anionów barwnika i stopniowo uwalniać aniony barwnika podczas procesu barwienia. Ponadto czynniki takie jak czas barwienia, kompatybilność barwników, stężenie kąpieli barwiącej, stosunek cieczy i szybkość cyrkulacji cieczy barwiącej wpływają również na efekt równomiernego barwienia nylonu podczas barwienia.

Podejścia do poprawy właściwości równomiernego barwienia nylonu

1. Dobór barwników

Po pierwsze, prawidłowy dobór barwników jest kluczowym czynnikiem poprawiającym właściwość równomiernego barwienia nylonu. Istnieje szeroka gama barwników, które można wykorzystać do barwienia włókien nylonowych. Spośród wielu rodzajów barwników odpowiednich do barwienia włókien nylonowych, barwniki dyspersyjne, barwniki anionowe, takie jak barwniki kwaśne, barwniki kompleksowe metali 1:2 i wybrane barwniki bezpośrednie są najważniejsze.

Barwniki dyspersyjne o prostej strukturze molekularnej, ze względu na ich niejonowy charakter i niską masę cząsteczkową, mogą pokryć różnice fizyczne i chemiczne w włóknach nylonowych, ale barwniki te mogą osiągnąć jedynie umiarkowaną trwałość koloru. Barwniki dyspersyjne o bardziej złożonej strukturze mogą zapewnić lepszą trwałość na mokro podczas barwienia włókien nylonowych, ale ze względu na ich wysoką masę cząsteczkową, mogą pokryć tylko różnice chemiczne, a nie fizyczne. Wybrane barwniki bezpośrednie zapewniają doskonałą trwałość na mokro w barwieniu nylonu i są ekonomiczne w produkcji produktów w ciemnych kolorach. W porównaniu z barwnikami dyspersyjnymi, barwienie najjaśniejszymi barwnikami bezpośrednimi może dać stosunkowo jaśniejsze produkty barwione (o lepszym odcieniu niż barwniki dyspersyjne). Zgodnie z poradami New Dyeing & Printing, barwniki kwaśne są często używane do barwienia nylonu. Ich największą zaletą jest łatwość barwienia, umożliwiająca uzyskanie głębszych odcieni. Procedury i wymagania dotyczące barwienia są stosunkowo proste, a trwałość na mokro barwionych produktów jest dobra, ale ich właściwość równomiernego barwienia jest gorsza niż barwników dyspersyjnych.

2. Dobór procesu wstępnego utrwalania

Aby poprawić właściwość równomiernego barwienia, należy nałożyć surowe wymagania na procesy przetwarzania włókien lub tkanin nylonowych, takie jak wstępne przygotowanie, barwienie i utrwalanie cieplne. W rzeczywistej produkcji, napinanie i wstępne utrwalanie można przeprowadzić przed wstępnym przygotowaniem, zwykle kontrolowane w temperaturze 140-150℃ przez 30 sekund, z odpowiednią ilością nadmiaru. W szczególności tkaniny z włókien nylonowych są podatne na zagniecenia podczas przetwarzania w wysokiej temperaturze, takiej jak barwienie, a po uformowaniu się zagnieceń trudno je wyeliminować, co prowadzi do nierównomiernego barwienia i wpływa na wygląd. Dlatego utrwalanie tkaniny przed barwieniem może ustalić kształt tkaniny, ustabilizować rozmiar i zapobiec wadom podczas całego procesu przetwarzania.

3. Dobór warunków barwienia

(1) Dobór wartości pH

Właściwa kontrola wartości pH podczas barwienia jest również kluczowa dla poprawy właściwości równomiernego barwienia. Jak wspomniano wcześniej, efekt barwienia włókien nylonowych jest ściśle związany z wartością pH kąpieli barwiącej. Chociaż niższa wartość pH jest korzystna dla adsorpcji barwnika, im szybsza szybkość barwienia, tym odpowiedni spadek właściwości równomiernego barwienia. Dlatego istotne jest odpowiednie kontrolowanie wartości pH kąpieli barwiącej. Ogólnie rzecz biorąc, podczas barwienia nylonu barwnikami kwaśnymi, wartość pH kąpieli barwiącej może być silnie kwaśna, słabo kwaśna lub neutralna.

(2) Dobór pomocników

Dobór pomocników barwiących jest często kluczowy dla powodzenia barwienia. Zgodnie z badaniami ekspertów od barwienia i wykańczania, podczas barwienia nylonu barwnikami kwaśnymi, anionowe pomocniki mają najlepszy efekt wyrównywania. Ich funkcją jest blokowanie końcowych grup aminowych, kontrolując w ten sposób początkowe barwienie.

(3) Dobór temperatury

Temperatura kąpieli barwiącej jest proporcjonalna do szybkości barwienia barwników kwaśnych. Im wyższa temperatura, tym szybsza szybkość barwienia. Zwłaszcza gdy temperatura osiąga powyżej 80℃, szybkość barwienia barwnika znacznie wzrasta, co sprawia, że jest on wysoce podatny na wady barwienia, takie jak plamistość. Aby osiągnąć jak najbardziej jednolity efekt barwienia, niektórzy eksperci sugerują przyjęcie stopniowego procesu barwienia ze wzrostem temperatury podczas barwienia nylonu. Barwienie rozpoczyna się w temperaturze 40℃, następnie temperatura jest stopniowo podnoszona do wrzenia (około 45 minut), a następnie kontynuowane jest barwienie przez 45 minut. Szybkość barwienia jest stosunkowo wolna w niskich temperaturach, a gdy temperatura przekracza 80℃, szybkość barwienia gwałtownie wzrasta, dlatego temperatura powinna być podnoszona powoli. Ponadto, odpowiednia kontrola czynników takich jak stosunek cieczy barwiącej, szybkość cyrkulacji cieczy barwiącej i stężenie cieczy barwiącej jest również korzystna dla poprawy efektu równomiernego barwienia nylonu.

(4) Dobór innych warunków

Dobór kolejności dodawania materiałów przed barwieniem. Ponieważ nylon można barwić w temperaturze 40℃ (bliskiej temperaturze pokojowej), temperatura cieczy barwiącej powinna być jak najniższa przed dodaniem barwnika. Istnieją również pewne wymagania dotyczące kolejności dodawania materiałów przed barwieniem. Ogólnie rzecz biorąc, kolejność dodawania materiałów jest następująca: po umieszczeniu tkaniny i wody w urządzeniu do barwienia, dostosuj stosunek cieczy, dodaj środek wyrównujący i wymieszaj równomiernie, a na końcu dodaj barwnik. Zaleca się również dodawanie barwnika w wielu partiach. Ponieważ szybkość barwienia jest najszybsza, gdy barwnik jest właśnie dodany do kąpieli barwiącej, nie spiesz się z podnoszeniem temperatury po dodaniu barwnika. Zamiast tego, utrzymuj temperaturę w temperaturze pokojowej przez 15 minut, a następnie podnieś temperaturę zgodnie z procesem.

Wpływ korekcji koloru. Jeśli kolor jest nieprawidłowy po barwieniu i wymagana jest korekcja koloru, zaleca się spuścić ciecz barwiącą i ponownie zafarbować. Ponieważ po zakończeniu barwienia, ciecz barwiąca nadal ma pewną temperaturę (zazwyczaj około 60℃), a ta temperatura łatwo promuje adsorpcję barwnika. Dlatego podczas dodawania materiałów uzupełniających do korekcji koloru, mogą wystąpić wady barwienia, takie jak plamistość.

Wnioski

Podsumowując, na efekt barwienia włókien nylonowych wpływa wiele czynników. Dlatego w rzeczywistej eksploatacji należy dobrać odpowiednie barwniki, pomocniki, procesy wstępnego utrwalania i optymalne warunki barwienia, takie jak wartość pH, temperatura i czas, zgodnie ze specyficznymi wymaganiami dotyczącymi barwienia. Tylko kompleksowe uwzględnienie tych czynników może zapewnić dobry efekt równomiernego barwienia.