黑色著色劑在濕法涂層中的應(yīng)用研究

智海輝, 鄭今歡, 潘葉華

(1. 浙江理工大學(xué), a. 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b. 浙江理工大學(xué)生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心, 杭州 310018; 2. 湖州新利商標(biāo)制帶有限公司, 浙江湖州 313018)

黑色著色劑在濕法涂層中的應(yīng)用研究

智海輝1a, 鄭今歡1b, 潘葉華2

(1. 浙江理工大學(xué), a. 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b. 浙江理工大學(xué)生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心, 杭州 310018; 2. 湖州新利商標(biāo)制帶有限公司, 浙江湖州 313018)

采用含黑色著色劑的涂層漿對尼龍6織物進(jìn)行濕法涂層,通過測定著色劑在涂層漿中的穩(wěn)定性及著色劑對涂層織物的著色性和色牢度等性能,研究了黑色著色劑種類、著色劑復(fù)配比例及用量、分散劑種類及用量對濕法涂層性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:炭黑301和中性染料S-RR在濕法涂層中的應(yīng)用性能較好,并對其進(jìn)行復(fù)配研究,確定中性染料S-RR和炭黑301的復(fù)配比例為3∶1,用量為8 g;分散劑為TS100,用量為1.0 g。

黑色著色劑; 濕法涂層; 商標(biāo)織物; 著色性能; 色牢度

0 引 言

涂層整理[1]主要有干法涂層和濕法涂層,商標(biāo)布的生產(chǎn)以濕法涂層為主,通常是將尼龍6廢絲溶解在氯化鈣的甲醇溶液中,添加其它填料和助劑制成涂層漿,涂布于尼龍織物或含尼龍纖維混紡織物上,并于凝固浴中析出溶劑成膜,生產(chǎn)成本低廉,產(chǎn)品具有良好的手感、彈性以及可印刷性。目前濕法涂層商標(biāo)織物只有白色,隨著人們對服裝和商標(biāo)需求的多樣化,開發(fā)、制備出顏色和性能優(yōu)異的黑色濕法涂層商標(biāo)織物具有重要的意義。

黑色著色劑有顏料和染料兩種類型。其中顏料以炭黑為主,是最常見的黑色顏料[2-3],黑度高、著色力強(qiáng)、且價格低廉,但炭黑的分散性較差,提高炭黑在基質(zhì)中的分散性是保證材料應(yīng)用性能的重要環(huán)節(jié)之一[4-5]。染料的著色性能較好,但遮蓋力、耐熱性及耐溶劑性較差。而涂層用著色劑需要具有良好的相容性、分散性、著色力以及較高的遮蓋力,同時要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性[6]。本文主要通過對涂層漿穩(wěn)定性及其對涂層織物的著色性能研究,篩選出性能優(yōu)異的炭黑和黑色染料,研究其復(fù)配效果,測試經(jīng)復(fù)配加工后涂層織物的著色性能、耐水洗和耐摩擦色牢度,研究復(fù)配比例及用量對涂層效果的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料:黑色尼龍6織物(湖州新利商標(biāo)制帶有限公司),黑色尼龍6顆粒(湖州新利商標(biāo)制帶有限公司),無水氯化鈣、無水甲醇(分析純,杭州高晶精細(xì)化工有限公司),炭黑:炭黑300粒徑500 nm、炭黑301粒徑800 nm、炭黑501粒徑600 nm(河南顏旭碳黑有限公司),染料:中性黑S-RR、金屬絡(luò)合黑M-DX(杭州里奧化工有限公司),酸性染料黑SR(浙江閏土股份有限公司);二氧化硅類分散劑OK412粒徑6μm和TS100粒徑10μm(德國Degussa公司)。

實(shí)驗(yàn)儀器:LTE-T涂層覆膜實(shí)驗(yàn)機(jī)(瑞士Mathis公司),M-6連續(xù)式熱定型機(jī)(杭州三錦科技有限公司),HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司),JJ-I精密增力電動攪拌器(江蘇金壇榮華儀器設(shè)備有限公司),SF600+型Datacolor測色配色儀(美國Datacolor公司),QXD刮板細(xì)度計(天津市東文亞材料試驗(yàn)機(jī)有限公司),Physica Mcr301旋轉(zhuǎn)流變儀(奧地利Anton Paar公司),680MD耐摩擦色牢度儀(英國James H.Heal公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1涂層漿配方

無水甲醇/g 100;

無水氯化鈣/g 40;

黑色尼龍6顆粒/g 20;

炭黑/gX;

染料/gY;

分散劑/gZ。

1.2.2 黑色尼龍6復(fù)合涂層漿的制備

將水浴鍋恒溫在65℃,在三口燒瓶中加入100 g無水甲醇,開始攪拌,緩慢加入40 g氯化鈣,至溶解完全后,再取20 g黑色尼龍6顆粒加入至溶劑中,溶解完全后加入著色劑(炭黑或染料)、分散劑,攪拌至分散均勻。

1.2.3 涂層方法

采用濕法直接涂層,對錦綸織物進(jìn)行雙面涂層,涂層后的織物放入凝固浴中凝固,待充分凝固后取出,放入定型機(jī)中150℃焙烘1 min。

1.3 測試

1.3.1 涂層漿內(nèi)著色劑顆粒的細(xì)度測試

參照GB 1724—1979《涂料細(xì)度測定法》,采用QXD-50的刮板細(xì)度計對黑色濕法涂層漿內(nèi)的著色劑顆粒進(jìn)行測定,測試3次,取平均值。

1.3.2 涂層漿的粘度測試

采用奧地利Anton Paar公司Physica Mcr301型流變儀進(jìn)行測試。常溫下,在剪切速率γ為50 s-1條件下測定50個粘度值,取平均值。

1.3.3 耐水洗色牢度測試

參照GB/T 3921.3—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》進(jìn)行耐水洗色牢度測試。

1.3.4 耐摩擦色牢度測試

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》對樣品進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 炭黑對濕法涂層性能的影響

2.1.1炭黑對涂層漿穩(wěn)定性的影響

炭黑是最常見的黑色顏料,具有優(yōu)異的遮蓋力和耐溶劑性,但其分散性是影響涂層漿性能的重要因素。因此,根據(jù)1.2的配方和制備方法,分別加入5 g的炭黑300、301和501,測定不同放置時間下涂層漿的粘度和漿料內(nèi)炭黑的細(xì)度,結(jié)果如表1。

表1 炭黑種類對涂層漿穩(wěn)定性的影響

從表1可知:含炭黑301的涂層漿的分散性能較好,這是由于炭黑301的粒徑較大,而炭黑的粒徑越大,其分散性能越好,越不易團(tuán)聚,而漿料內(nèi)團(tuán)聚的顆粒越小,漿料的粘度也越小;從表1中也可以看出:隨著涂層漿放置時間的增加,炭黑的細(xì)度均有所增加,涂層漿的粘度也逐漸增大;數(shù)據(jù)顯示,涂層漿儲存時間不宜超過5 d,因?yàn)榉胖脮r間過長,炭黑自身發(fā)生團(tuán)聚,產(chǎn)生沉淀,會導(dǎo)致涂層產(chǎn)品產(chǎn)生色差。

2.1.2 炭黑對織物著色性能的影響

炭黑具有一定的遮蓋力和著色性能,根據(jù)1.2的配方和制備方法,分別加入5 g的炭黑300、301和501,測試涂層織物的著色性能,結(jié)果如表2。

表2 炭黑種類對織物著色性能的影響

表2中:K/S表示表觀深度;L表示黑白相,值越小,黑度越高;a表示紅綠相,正值表示偏紅相,值越大紅相越深;b表示黃藍(lán)相,負(fù)值偏藍(lán)相,值越小藍(lán)相越深。由表2可知:未加入炭黑時,涂層漿仍有一定著色性,涂層織物的K/S值為1.1026,這是因?yàn)橹苽渫繉訚{所用的漿液為黑色聚酰胺6顆粒,從而使?jié){料內(nèi)含有一定量的著色劑,但是這樣的著色能力無法達(dá)到所需黑度要求,因此需要篩選并添加其它合適的著色劑以滿足黑色濕法涂層商標(biāo)織物的要求。在涂漿量相近時,與未加炭黑的相比,含炭黑涂層織物的K/S值增加,但增加的較少,說明炭黑具有著色性能,但難以達(dá)到最終要求。由a值可知,炭黑301的黑色色澤較好,且301和300的K/S值相近。結(jié)合表1可知,炭黑301用于濕法涂層中的著色性能較好。

2.2 染料對濕法涂層性能影響

2.2.1 染料對涂層漿穩(wěn)定性的影響

根據(jù)1.2的配方和制備方法,分別加入黑色染料各5 g(酸性SR、金屬絡(luò)合M-DX和中性S-RR),測定涂層漿的穩(wěn)定性,結(jié)果如表3。

表3 染料種類對涂層漿穩(wěn)定性的影響

從表3可知:含有染料S-RR涂層漿的粘度與漿料內(nèi)顆粒細(xì)度均較適宜,說明染料S-RR在涂層漿中的穩(wěn)定性和分散性均較好。這是因?yàn)殡s質(zhì)會在涂層漿中沉降,并使染料在涂層漿中的團(tuán)聚現(xiàn)象加劇,從而使涂層產(chǎn)品產(chǎn)生色差,而染料S-RR的純度較好,含雜質(zhì)較少,因此選用染料S-RR。但涂層漿放置10 d后,均會出現(xiàn)沉淀,因此涂層漿制備好后,應(yīng)盡快使用。

2.2.2 染料對織物的著色性能影響

染料對涂層的著色性能與染料自身的色澤和純度有關(guān)。根據(jù)1.2的配方和制備方法,分別加入黑色染料各5 g(酸性SR、金屬絡(luò)合M-DX和中性S-RR)制漿,測試對涂層織物的著色性能,結(jié)果如表4。

在涂層漿中,染料的一部分以氫鍵和范德華力與尼龍6結(jié)合,一部分分散在尼龍6中。從表4中可以看出:在涂漿量相近時,含中性染料S-RR涂層織物的K/S值、a值和b值最大,L值最小,K/S表示表觀深度，說明含中性染料S-RR涂層織物的表觀深度和黑度較大,且偏紅藍(lán)相。由于染料S-RR在涂層漿中的分散較好,且染料的純度和自身色澤也較好,因此中性染料S-RR更適合應(yīng)用于濕法涂層。

表4 染料種類對織物著色性能的影響

2.3 著色劑復(fù)配的可行性分析

炭黑具有優(yōu)異的遮蓋力、但黑度不夠;染料具有較好的著色性能,但根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)染料用量過大時,涂層織物明顯泛紅,達(dá)不到商標(biāo)織物的色澤要求。因此對染料和炭黑進(jìn)行復(fù)配可行性分析。根據(jù)1.2的配方和制備方法,選取6 g炭黑301、6 g染料S-RR、6 g染料和2 g炭黑301復(fù)配,測試不同著色劑的涂層漿穩(wěn)定性、著色性能及耐水洗色牢度。

2.3.1 著色劑復(fù)配對涂層漿穩(wěn)定性的影響

表5為著色劑復(fù)配對涂層漿穩(wěn)定性的影響。

表5 著色劑對涂層漿穩(wěn)定性的影響

由表5可知:隨著放置時間的增加,含不同著色劑的涂層漿粘度和漿料內(nèi)著色劑細(xì)度均逐漸增加。相同放置時間下,染料比炭黑在漿料中的細(xì)度小,涂層漿粘度也較小,對炭黑和染料進(jìn)行復(fù)配,其粘度和細(xì)度比只含炭黑的小,比只含染料的大,但相差不多,說明炭黑和染料復(fù)配對涂層漿的分散性和穩(wěn)定性影響不大。

2.3.2 著色劑復(fù)配對涂層織物著色性能的影響

3種炭黑對涂層織物的著色情況如表6所示。

表6 著色劑對涂層織物著色性能的影響

從表6可知:在涂漿量相近時,含炭黑涂層織物的K/S值最小,L值最大,a值較小,說明含炭黑301涂層織物的顏色較淺,黑度低,紅相不明顯;與含染料的涂層織物相比,含炭黑和染料涂層織物的K/S值變大,L值變小,a值相近,說明炭黑具有較好的遮蓋力,可增加涂層織物的黑度,而對涂層織物的紅相影響較小。而漿料中染料用量增加到一定程度時,涂層織物紅相變得明顯。因此可以通過添加炭黑,增加其黑度,但不增加其紅相,炭黑和染料進(jìn)行復(fù)配是合適的。

2.3.3 著色劑復(fù)配對涂層織物色牢度的影響

著色劑復(fù)配對涂層織物的耐洗色牢度有直接的影響,不同著色劑下涂層織物的色牢度如表7。

表7 著色劑復(fù)配對涂層織物色牢度的影響

從表7可知:含炭黑涂層織物的褪色牢度和沾色牢度均較高,達(dá)到4～5級,含染料涂層織物的水洗色牢度較差,且錦綸比棉沾色更嚴(yán)重,這是由于相對染料,炭黑本身對涂層織物的黑度較小,且炭黑易團(tuán)聚,形成的顆粒較大,在水洗時,不易通過涂層膜的微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入水溶液中;而含炭黑和染料涂層織物的水洗牢度比含染料的水洗牢度略有提高,可能由于炭黑和染料的粒徑不同,互相穿插,使團(tuán)聚體得到有效的分散,從而使涂層織物的水洗牢度有所提高。

2.4 著色劑復(fù)配比例對涂層織物性能的影響

按照1.2的配方和制備方法,選取染料和炭黑用量共8 g,復(fù)配比例為1∶3、1∶1、3∶1、5∶1和7∶1,制備涂層漿,測定涂層織物的著色性能,結(jié)果如表8。

由表8可知:在涂漿量相近時,隨著染料/炭黑比例的增大,涂層織物的K/S值和a值逐漸增大,L值逐漸減小,說明涂層織物的表觀深度和黑度逐漸增大,而涂層織物的紅相越來越明顯。當(dāng)染料/炭黑比例為5∶1時,涂層織物的a值為2.33,紅相明顯,因此染料和炭黑的比例為3∶1更合適。

表8 染料和炭黑比例對涂層織物著色性能的影響

2.5 著色劑復(fù)配用量對涂層織物性能的影響

2.5.1 著色劑復(fù)配用量對涂層織物著色性能的影響

按照1.2的配方和制備方法,選取染料/炭黑比例為3∶1,總用量為4、6、8、10 g和12 g,制備涂層漿,測定涂層織物的著色性能,結(jié)果如表9。

表9 染料和炭黑用量對涂層織物著色性能的影響

由表9可知:在涂漿量相近時,隨著染料和炭黑用量的增加,涂層織物的K/S值和a值逐漸增大,L值逐漸減小,說明涂層織物的表觀深度和黑度逐漸增加,而涂層織物的紅相也越來越明顯。當(dāng)染料和炭黑用量為10 g時,涂層織物的a值為2.36,紅相明顯,因此染料和炭黑用量為8 g時,涂層織物的著色性能最好。

2.5.2 著色劑復(fù)配用量對涂層織物色牢度的影響

按照1.2的的配方和制備方法,選取染料和炭黑比例為3∶1配制著色劑,用量為4、6、8、10 g和12 g,測定涂層織物的耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度,結(jié)果如表10。

表10 染料和炭黑用量對涂層織物色牢度的影響

從表10可以看出:隨著染料和炭黑用量的增加,涂層織物的水洗色牢度和摩擦色牢度逐漸降低,且濕摩擦牢度比干摩擦牢度差，可能是因?yàn)橹珓┯昧吭黾?著色劑的分散性降低,涂層漿內(nèi)著色劑團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重,涂覆在織物表面后,使涂層織物的水洗牢度和摩擦牢度變差。結(jié)合表9,染料和炭黑的用量為8 g時,著色性能較好,涂層織物的褪色牢度為3級,干摩擦牢度為3～4級,故染料和炭黑合適的用量為8 g。

2.6 分散劑對涂層織物著色性能的影響

涂層織物的著色性能與著色劑在涂層漿的分散性能有直接聯(lián)系,尋找合適的分散劑改善涂層漿的穩(wěn)定性是非常重要的。前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),二氧化硅類分散劑,具有較小的粒徑和高表面能,可以吸附在著色劑的表面,在其表面形成包覆層,提高著色劑的分散性。因此根據(jù)1.2的實(shí)驗(yàn)配方和制備方法,研究確定在染料和炭黑的復(fù)配比例為3∶1,總用量為8 g時,合適的分散劑種類及用量。

2.6.1 分散劑種類對涂層漿穩(wěn)定性的影響

選取0.8 g的二氧化硅類分散劑OK412和TS100,測定其涂層漿的穩(wěn)定性,與未加分散劑時進(jìn)行比較,結(jié)果如表11所示。

表11 分散劑種類對涂層漿穩(wěn)定性的影響

從表11可知:加入分散劑后,涂層漿的粘度下降，顆粒粒徑變細(xì),且分散劑TS100比OK412降低的多,這是由于分散劑TS100具有較高的純度和低導(dǎo)電性能,能夠改善著色劑的分散效果。隨著放置時間的增加,涂層漿的粘度和顆粒細(xì)度均有所增加,而含分散劑TS100的增加較緩慢,說明分散劑TS100更有利于涂層漿的穩(wěn)定。但放置10 d后均出現(xiàn)沉淀。

2.6.2 分散劑用量對涂層性能的影響

選取0.5、0.8、1.0、1.2 g和1.5 g的分散劑TS100用量,測定涂層漿的粘度、漿料內(nèi)顆粒的細(xì)度及涂層織物的著色性能。

a) 分散劑用量對涂層漿性能的影響

分散劑的用量直接影響涂層漿的性能,改變分散劑TS100的用量,測定其涂層漿的粘度和漿料內(nèi)顆粒的細(xì)度,結(jié)果如圖1。

圖1 分散劑用量對涂層漿粘度和顆粒細(xì)度的影響

由圖1可知:隨著TS100用量的增加,涂層漿的粘度和涂層漿內(nèi)著色劑的細(xì)度均逐漸降低,當(dāng)TS100用量為1.0 g以后,涂層漿的粘度下降趨緩,而涂層漿內(nèi)顆粒的細(xì)度變化不大,考慮節(jié)約成本,確定TS100用量為1.0 g較好。

b) 分散劑用量對涂層織物色牢度的影響

分散劑用量不僅影響涂層漿的性能,而且對提高涂層織物的色牢度也有一定的作用,結(jié)果如表12。

表12 分散劑用量對涂層織物色牢度的影響

由表12可知:隨著分散劑TS100用量的增加,涂層織物的水洗牢度和摩擦牢度有所提高,但變化不大,當(dāng)用量為1.0 g時,涂層織物的褪色牢度和干摩擦牢度均達(dá)到3～4級,濕摩擦為3級,再增加用量,色牢度提高不明顯?？赡苡捎陔S著分散劑TS100用量的增加,吸附在著色劑表面的分散劑增加,所形成的包覆層越完整,著色劑在織物表面分布的越均勻,色牢度越好,當(dāng)達(dá)到1.0 g后,吸附在著色劑表面的分散劑達(dá)到飽和,故色牢度不再增加。結(jié)合圖1的分散性能研究,確定分散劑TS100用量為1.0 g較好。

3 結(jié) 論

a) 通過對顏料和染料進(jìn)行篩選,發(fā)現(xiàn)炭黑301和中性染料S-RR在濕法涂層中的應(yīng)用性能較好;

b) 通過研究染料S-RR、炭黑301及兩者復(fù)配對涂層性能的影響,發(fā)現(xiàn)著色劑復(fù)配后濕法涂層漿和涂層織物的性能均較好,說明炭黑和染料的復(fù)配是可行的;

c) 生產(chǎn)黑色濕法涂層商標(biāo)布的涂層漿配方(參照1.2.1)中,著色劑確定為中性染料S-RR和炭黑301,按照3∶1質(zhì)量比復(fù)配,用量為8 g;分散劑能夠改善著色劑在漿料中的分散性,并能提高涂層織物的色牢度,并確定分散劑為TS100,用量為1.0 g。

[1] 曹 瑞, 任煥金, 周啟澄. 國內(nèi)外紡織工業(yè)技術(shù)的現(xiàn)狀與前景[M]. 北京: 紡織工業(yè)出版社, 1990: 225-230.

[2] 沈永嘉. 有機(jī)顏料的品種與應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.

[3] Wolf S, Wang M J. Carbon Black[M]. New York: Marcel Dekker, 1993: 267-287.

[4] 范 闖. 尼龍6中顏料分散性能的研究[D]. 北京: 北京化工大學(xué), 2010. 5: 9-11.

[5] Pomchaitawarda C, Manas-Zioczowera I, Fekeb D L. Investigation of the dispersion of carbon black agglomerates of various sizes in simple-shear flows[J]. Chemical Engineering Science, 2003, 58(9): 1859-1865.

[6] 鄭淑芳. 淺談如何選擇塑料著色劑[J]. 廣東化工, 2006, 33(156): 25-26.

(責(zé)任編輯： 許惠兒)

Study on the Application of Black Colorant in Wet Coating

ZHIHai-hui1a,ZHENGJin-huan1,b,PANYe-hua2

(1a. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education of China; 1b. Engineering Research Center for Eco-Dyeing & Finishing of Textiles, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2. Huzhou Siny Label Material Co.,Ltd., Huzhou, 313018, China)

Wet coating was carried out for Nylon 6 fabrics with coating slurry containing black colorant. The effects of black colorant variety, colorant compound proportion and dosage, the varieties of dispersing agent and dosage on wet coating were studied through measuring the stability of the colorant in coating slurry, its dyeing property and colour fastness for the coated fabric. The results show that carbon black 301 and neutral dye S-RR have good application in wet coating; the pigmenting property is better under the following conditions: the ratio of neutral dyes S-RR and carbon black 301 is 3∶1; the doses is 8 g and the doses of the dispersing agent TS100 is 1.0 g.

black colorant; wet coating; trademark fabric; pigmenting property; colour fastness

1673- 3851 (2015) 01- 0020- 06

2017-07-05

浙江省科技計劃項目重大科技專項重點(diǎn)工業(yè)項目(2013C01096);浙江省重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊資助(2012R10038-08)

智海輝(1988-),女,河南周口人,碩士研究生,主要從事生態(tài)染整技術(shù)及染整污染控制方面的研究。

鄭今歡,E-mail:hzzjh1968@163.com

TS195.6

A