第五节 聚氨基甲酸酯纤维材料的着色
一、氨纶的结构和性能
氨纶的学名是聚氨基甲酸酯弹性纤维，在美国称为斯潘德克斯（Spandex）纤维，在欧洲普遍称为Elastane纤维，杜邦公司生产的聚氨基甲酸酯弹性纤维的商品名为莱卡（Lycra）。
氨纶的主要化学组成是聚氨基甲酸酯，但均聚的聚氨基甲酸酯纤维不但具有性硬的酰胺酯键，而且不具有良好的弹性。氨纶的良好弹性是由于它是由所谓的软链段和硬链段组成的嵌段共聚物形成的网络结构所致，即具有“区段”网络结构。不同纺丝工艺和不同的共聚物形成的“区段”网络结构是不同的，具有不同的性能。氨纶的优异弹性正是由这种特殊的化学组成和结构决定的。根据分子链中软链段的类型，聚氨酯纤维可以分为聚酯类和聚醚类两大类。
氨纶具有很高的弹性，断裂伸长率一般大于400%，高者可达800%。氨纶的弹性回复率很高，聚醚型氨纶在伸长达500%时，回复率达到95%；聚酯型氨纶在伸长达600%时，回复率达到98%。氨纶的弹性模量较低，但模量会随着温度的变化而变化。温度降到0℃时，模量显著增加，永久形变也随之增加。随着温度的升高，模量下降。氨纶有很好的耐疲劳性能，在50%～300%的伸长范围内，可耐100万次拉伸收缩疲劳，而橡胶丝仅能耐24万次。氨纶的耐磨性很好，远高于锦纶。
氨纶湿态下的断裂强度为0.35～0.88cN/dtex，干态的断裂强度则为0.44～0.88cN/dtex，是橡胶的3～5倍，达到聚酰胺类纤维强度的数量级。
聚醚型氨纶的Tg为-65～-20℃，聚酯型氨纶的Tg为25～45℃，聚醚型氨纶柔软，聚酯型氨纶较硬。由于生产方法的不同，氨纶的耐热性能有较大差异，一般在95～150℃，短时间内不会有损伤。但聚醚型氨纶在150℃以上会泛黄，175℃以上会发黏；聚酯型氨纶在150℃以上热塑性显著增加，弹性减小。当温度超过195℃，纤维的强度会明显下降，最终断裂。因此，纯氨纶的处理温度不能超过195℃，加工时间长时，150℃甚至也会引起氨纶变形和弹性丧失。包覆丝在180～190℃热定形的时间不能超过40s。
氨纶在光照下会逐渐脆化，强度下降。氨纶的耐光稳定性比常规合成纤维的差，但比橡胶丝的好。引起氨纶光降解的主要是波长为190～350nm的紫外线。紫外线会引起含芳环氨纶的氧化降解，也能使氨纶产生交联、变脆及不溶解，使纤维泛黄，甚至变为棕色。
聚酯型氨纶的吸湿率为0.5%～1.2%，聚醚型氨纶的吸湿率为1.2%～1.5%。水对氨纶有增塑作用，使纤维的拉伸强度下降，聚酯型氨纶下降10%，聚醚型氨纶下降20%。
氨纶的化学稳定性一般较好，对氧化剂和还原剂较稳定，可以在稀的过氧化氢溶液中漂白，或进行还原漂白。但氨纶不耐含氯氧化剂，在次氯酸盐溶液中会形成氮—氯结合而使纤维损伤，聚醚型氨纶的损伤更严重。氨纶的耐酸性较好，但两种氨纶的耐碱性差异很大，聚酯型氨纶不耐强碱，在热碱溶液中快速水解，因此，在染整加工中应特别注意。聚酯型氨纶的防霉性较差，霉变不但影响外观，而且会降低纤维的力学性能，缩短纤维的使用寿命。
二、氨纶弹力织物的染色
基于特殊的结构特征，氨纶通常可用酸性染料、中性染料、酸性媒染染料及分散染料染色。但不论哪类染料，都要进行筛选，选用适合氨纶染色的染料，才有好的上染率、匀染性、鲜艳度及牢度。
从结构上来看，最适合常规氨纶染色的染料还是分散染料，特别是对聚酯型氨纶而言。它与分散染料分子之间可形成较强的分子间作用力，还可以形成少数氢键结合。虽然氨纶的软、硬链段的微相结构使分散染料容易上染，但也容易解吸。这是由于目前分散染料商品主要适用于涤纶染色，染料的分子结构较小，极性基团较少，因此，它较容易扩散进氨纶内部，但与氨纶的软链段分子很难形成较强的结合，因此平衡上染率低，而且在湿热条件下容易解吸出来。在很多情况下，分散染料的这种特性严重影响了含氨纶纺织品的色牢度。
氨纶混纺织物，由于氨纶含量低[氨纶一般制成包芯纱形式（芯为氨纶）]，一般不对氨纶进行染色。若氨纶裸露，选用分散染料染氨纶时，染色温度不宜太高，应低于120℃，织物张力不能过大，否则，氨纶的弹力损失会增大。可以利用载体或染色促进剂的作用来降低染色温度。目前，氨纶染色主要是湿处理牢度差、工艺不易控制，需要开发和选用专用染料，如一些酸性、金属络合和分散染料等以及新型染色助剂和染色工艺。