[发明专利]一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

变色现象是指物质在外界环境作用下而发生颜色改变。人们利用材料的变色性做成的器件称为变色材料。按材料受到的刺激方式来分，主要有光致变色，热致变色，电致变色和酸致变色等。各种各样的变色现象给人们的生活增添了方便和情趣，也使世界更加缤纷多彩。具有变色功能的纺织品作为一种新材料，具有巨大的应用市场。

茜素红，又称茜素磺酸钠，分子式为C₁₄H₇NaO₇S·H₂O，茜素红水溶液的颜色随着溶液pH不同而变化，鉴于该性质将茜素红载入纤维中，使纤维具有酸碱指示剂的作用，能够反映皮肤表面的酸碱性。变色织物的加工主要有三类加工技术：传统染色，表面整理以及在纤维形成过程中直接添加pH值敏感型染料，前两种加工技术的应用研究较多。

发明内容

为了克服现有传统染色和表面整理两种工艺生产pH变色织物所存在的的浸渍不均匀、耐洗性差、效果不长久等缺点，本发明提供了一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，将适量茜素红加入纺丝液中进行湿法纺丝，使纤维获得pH响应变色的特性。

本发明的技术方案为：

一种茜素红pH响应变色纤维及其制备方法，使用聚丙烯腈(PAN)为基材，基于湿法纺丝工艺。其特征主要在于纺丝液的制备，纤维制备过程包括以下九个步骤：

(1)PAN粉体烘干脱水，筛网过滤分离。

预先将PAN粉体过滤，该法比制备成纺丝液后再进行过滤具有更好的效果。PAN粉体特征见表1。

表1 聚丙烯腈粉体的特性指标

(2)纺丝溶剂的选择。

可用于PAN湿法纺丝的溶剂有：N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、硫氰酸钠(NaSCN)、丙酮、碳酸乙烯酯(EC)、硝酸(HNO₃)和氯化锌(ZnCl₂)等。根据具体需要选择合适的溶剂。

(3)PAN与茜素红含量的确定。

①PAN质量浓度为11％～14％；

②茜素红含量(对PAN干重)为0.05％～2％。

(4)茜素红粉末、PAN粉体及溶剂的混合方式。

混合方式有四种，一是先将PAN粉体加入溶剂中制备纺丝液，再将茜素红粉末加入，搅拌加热至完全溶解；二是将PAN粉体及茜素红粉末同时加入溶剂中，搅拌加热至完全溶解；三是分别制备好PAN的溶液和茜素红的溶液，再将茜素红溶液引入PAN溶液体系中，搅拌加热至分散均匀；四是先制备茜素红的溶液，再将PAN粉体倒入，搅拌加热至分散溶解均匀。

(5)PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化和溶解。

室温下，将PAN粉体的分散体系在200～300转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理4h以上。

(6)脱泡处理。

在通氮气情况下，静置高压脱泡24h以上。

(7)纺丝。

采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×6孔，采用三道凝固浴进行纺丝。以表2所列工艺参数条件作为优选方案。

表2 湿纺工艺过程的参数条件

(8)纤维干燥致密化及热定型处理。

通过对纺丝纤维干燥致密化及热定型处理得到性质更为优良的载茜素红PAN纤维丝束。温度110～130℃，处理时间为2～5min。

(9)纺丝纤维性能测试。色牢度、力学性能均是按照国家标准或行业标准进行测试。

本发明制备纤维的优异性能体现在：

①颜色均匀性：纤维长丝颜色均匀，匀染性和透染性均较好。

②色牢度：干摩擦牢度5级、湿摩擦牢度4～5级、耐洗牢度(沾色)为4～5级、耐洗牢度(褪色)为4～5级。

③变色性：采用一系列具有不同pH值的缓冲溶液对纺丝纤维进行浸没处理5～30min，纤维显示出明显的变色性，随着茜素红含量的提高，纤维得色深度增加，变色深度相应增加。

④力学性能：丝束平均单丝纤维的直径为48±10μm，拉伸强度为2.5±0.5cN/dtex。随着载茜素红量的增加，纤维的强力有下降趋势，当PAN浓度12％，载茜素红量1％时，30根单丝纤维的平均拉伸断裂强度约为2.5cN/dtex，能够满足织造需求。

具体实施方式