銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑的性能及其應(yīng)用

楊宏林， 項(xiàng) 偉， 董淑秀

(1. 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 中國(guó)印染行業(yè)協(xié)會(huì)， 北京 100742)

銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑的性能及其應(yīng)用

楊宏林1， 項(xiàng) 偉1， 董淑秀2

(1. 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 中國(guó)印染行業(yè)協(xié)會(huì)， 北京 100742)

為提高活性染料深色織物濕摩擦牢度，在丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯及十二烷基苯磺酸鈉水溶液混合體系中制備了銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑。使用掃描電子顯微鏡對(duì)其形貌進(jìn)行表征，測(cè)試其粒徑，研究了其作為濕摩擦牢度提升劑對(duì)活性染料染色棉織物的最佳整理工藝及應(yīng)用性能。結(jié)果表明：銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑的平均粒徑為2 472 nm，改性銅微粒在水溶液中呈石榴狀聚集。浸軋法的最佳整理工藝為：濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度20 g/L，pH值5～6，焙烘溫度110～120 ℃,焙烘時(shí)間2 min。當(dāng)活性染料用量分別為6%、8%(o.w.f)時(shí)，經(jīng)銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑整理后活性染料染色棉織物的耐摩擦色牢度提高1～1.5級(jí)。

銅； 聚丙烯酸酯； 濕摩擦牢度提升劑； 棉織物

染色后的紡織品在穿著使用過(guò)程中與纖維結(jié)合不牢固的染料會(huì)產(chǎn)生脫落，造成制品顏色發(fā)生變化，影響了紡織品的服用性能，紡織品耐摩擦色牢度降低。尤其是深色織物，耐濕摩擦色牢度較低，通常在1～2級(jí)，活性染料染色織物的耐摩擦色牢度問(wèn)題是印染行業(yè)的難題之一[1-2]。研究人員為了改善活性染料染色織物的耐摩擦色牢度進(jìn)行了大量的研究，目前開(kāi)發(fā)的可明顯改善深色織物耐濕摩擦色牢度的助劑主要有水性聚氨酯、無(wú)醛型交聯(lián)劑及陽(yáng)離子交聯(lián)劑等[3-4]。然而，這些濕摩擦牢度提升劑在用量、環(huán)保性、對(duì)織物色光及手感影響等方面仍有一定的缺陷[5-6]。

目前，提高深色織物耐濕摩擦色牢度的方法之一是使用高分子助劑的成膜性覆蓋于纖維表面，從而降低外界物體與纖維之間的摩擦阻力[7-8]。金屬納米銅通常作為潤(rùn)滑油添加劑，具有較好的減摩抗磨作用，摩擦過(guò)程中在磨擦介面形成一層保護(hù)膜，對(duì)摩擦表面起到自修復(fù)的作用[9]。

功能顆粒的存在下，水性膠乳通過(guò)焙烘方式可在織物表面成膜。通常認(rèn)為功能顆粒在成膜中可形成均勻分散并賦予一定的功能性和黏結(jié)牢度[10-11]。本文以十二烷基磺酸鹽修飾銅顆粒為代表性功能粒子，選擇具有較好成膜性的丙烯酸酯，在十二烷基苯磺酸鈉分散劑作用下制備出銅顆粒增效聚丙烯酸酯類(lèi)濕摩擦牢度提升劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)濕摩擦牢度提升劑)，探討該助劑的結(jié)構(gòu)性能及在活性染料染色織物上的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

材料：純棉漂白機(jī)織物(平紋，29.2 tex×29.2 tex，236 根/10 cm×236 根/10 cm)。

試劑：丙烯酸丁酯(化學(xué)純)、甲基丙烯酸甲酯(化學(xué)純)、過(guò)硫酸鉀(分析純)、十二烷基苯磺酸鈉(化學(xué)純)、十二烷基磺酸鈉(化學(xué)純)、十六烷(分析純)、醋酸(化學(xué)純)、碳酸鈉(化學(xué)純)、L-抗壞血酸(化學(xué)純)、五水硫酸銅(化學(xué)純)，均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。皂粉(雕牌，市售)、雷馬素藏青ESP、雷馬素紅KC、雷馬素黑B(德司達(dá)，市售)。

設(shè)備：FA2104N型電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)、GZX-9070型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司)、數(shù)顯恒溫水浴鍋(廈門(mén)瑞比有限公司)、P-AO型小軋車(chē)(亞力諾精密印染設(shè)備機(jī)械廠(chǎng))、MINI-TENTER型熱定型機(jī)(上海皇巨實(shí)業(yè)有限公司)、紅外線(xiàn)染色機(jī)(廈門(mén)瑞比有限公司)、600型電腦測(cè)色配色儀(美國(guó)Data Color公司)、Y571L型摩擦色牢度儀(萊州市電子儀器有限公司)、ZS90型納米粒度及電位分析儀(英國(guó)馬爾文儀器有限公司)、SNE-3200M型掃描電子顯微鏡(韓國(guó)賽可公司)、PhabrOmeter3型織物風(fēng)格儀(美國(guó)斐柔公司)。

1.2 濕摩擦牢度提升劑的制備

稱(chēng)取十二烷基磺酸鈉于四頸燒瓶中，加入適量L-抗壞血酸，充分?jǐn)嚢璨⑸郎刂?0 ℃，再加入五水硫酸銅，80 ℃下反應(yīng)2～3 h，降溫后得到紅褐色十二烷基磺酸鹽修飾銅粉末。

將十二烷基磺酸鹽修飾銅粉研磨、烘干至質(zhì)量恒定，與丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、正十六烷(HD)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與適量的水混合均勻，攪拌均勻后在0～4 ℃水浴中超聲分散200 s，得到相應(yīng)細(xì)乳化液。放入氮?dú)獗Ｗo(hù)的四口燒瓶中升溫至70 ℃，加入引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(KPS)后反應(yīng)5 h，得到分散穩(wěn)定的濕摩擦牢度提升劑乳液。

1.3 棉織物染色工藝

染色處方為：染料Z%(o.w.f)；無(wú)水硫酸鈉70 g/L；碳酸鈉20 g/L；浴比1∶50。其中，雷馬素藏青ESP、雷馬素紅KC用量為6%(o.w.f)，雷馬素黑B用量為8%(o.w.f)。

染色工藝曲線(xiàn)如圖1所示。

皂洗工藝為：稱(chēng)取2 g/L的皂粉，于95 ℃皂液中充分皂洗10 min，烘干。

1.4 濕摩擦牢度提升劑整理工藝

采用浸軋法整理棉織物。一浸一軋，帶液率100%，烘干溫度為80 ℃,時(shí)間為2 min，焙烘時(shí)間為2 min，浸軋液量為100 mL。

1.5 測(cè)試與表征

采用ZS90型納米粒度分析儀測(cè)試濕摩擦牢度提升劑粒度，測(cè)試溫度為25 ℃。

采用掃描電子顯微鏡觀(guān)察濕摩擦牢度提升劑成膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試染色棉織物的耐摩擦色牢度。

棉織物K/S值在Data Color 600電腦測(cè)色配色儀上測(cè)定，織物折疊4層，取4個(gè)不同的點(diǎn)，測(cè)定后取平均值。

將被測(cè)織物剪成直徑為10 cm的圓形，在PhabrOmeter3織物風(fēng)格儀上測(cè)試織物的光滑度、硬挺度、柔軟度及相對(duì)手感值[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 濕摩擦牢度提升劑的性能

為表征濕摩擦牢度提升劑的結(jié)構(gòu)及性能，對(duì)整理劑進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀(guān)測(cè)及粒度分析。將濕摩擦牢度提升劑涂覆在塑料薄膜上，經(jīng)100 ℃烘干后成膜，在掃描電子顯微鏡下觀(guān)察其分布狀態(tài)。濕摩擦牢度提升劑的掃描電子顯微鏡(SEM)照片及粒度分布曲線(xiàn)分別如圖2、3所示。

從圖2可以看出，改性銅微粒呈球狀，以微米級(jí)別分布，但仍有部分銅微粒發(fā)生團(tuán)聚，有立體松散聚集特征。從圖3可知，濕摩擦牢度提升劑的表觀(guān)粒徑在1 000～3 000 nm范圍內(nèi)，平均粒徑為2 472 nm，峰形符合正態(tài)分布。

2.2 濕摩擦牢度提升劑的應(yīng)用

2.2.1 質(zhì)量濃度對(duì)織物耐摩擦色牢度的影響

采用浸軋工藝(同1.4章節(jié))整理染色棉織物，考察濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度對(duì)染色棉織物耐摩擦色牢度的影響。用醋酸調(diào)節(jié)整理液pH值為6，焙烘溫度為120 ℃，結(jié)果如表1所示。

表1 質(zhì)量濃度對(duì)染色棉織物耐摩擦色牢度的影響

由表1可知，濕摩擦牢度提升劑可以改善活性染料深色染色棉織物的耐摩擦色牢度，隨著濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度的增加，染色棉織物的耐摩擦色牢度逐漸提高，當(dāng)濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度為20 g/L時(shí)，雷馬素藏青ESP耐摩擦色牢度提高1級(jí)，雷馬素紅KC染色棉織物耐干、濕摩擦色牢度分別提高1級(jí)和1.5級(jí)，雷馬素黑B染色棉織物耐干、濕摩擦色牢度分別提高1級(jí)和1.5級(jí)。濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度繼續(xù)增加，棉織物耐濕摩擦色牢度提高不明顯，甚至?xí)兴档?，具體原因有待進(jìn)一步研究。

2.2.2 pH值對(duì)織物耐摩擦色牢度的影響

考察不同pH值條件下濕摩擦牢度提升劑在染色棉織物上的應(yīng)用性能，分別采用醋酸及碳酸鈉調(diào)節(jié)整理液的pH值，濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度為20 g/L，焙烘溫度為120 ℃，結(jié)果如表2所示。

表2 pH值對(duì)染色棉織物耐摩擦色牢度的影響

由表2可知，當(dāng)整理液pH值為5和6時(shí)，雷馬素藏青ESP、雷馬素紅KC及雷馬素黑B染色棉織物都具有較好的耐摩擦色牢度，隨著整理液pH值提高，染色棉織物的耐摩擦色牢度下降。這是因?yàn)闈衲Σ晾味忍嵘齽┙Y(jié)構(gòu)中含有羧基、酯基等基團(tuán)，在酸性條件下易與棉纖維的羥基鍵合，所以在酸性條件下濕摩整理效果較好，因此，整理液pH值控制為5～6。當(dāng)整理液pH值大于8時(shí)，整理液放置10 min后產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

2.2.3 焙烘溫度對(duì)織物耐摩擦色牢度的影響

考察浸軋工藝中焙烘溫度對(duì)染色棉織物耐摩擦色牢度的影響，用醋酸調(diào)節(jié)整理液pH值為6，濕摩擦牢度提升劑質(zhì)量濃度為20 g/L，結(jié)果如表3所示。

表3 焙烘溫度對(duì)染色棉織物耐摩擦色牢度的影響

由表3可知，焙烘溫度對(duì)雷馬素藏青ESP、雷馬素紅KC及雷馬素黑B染色棉織物耐摩擦色牢度的影響很小，隨著焙烘溫度的升高，染色棉織物耐摩擦色牢度沒(méi)有明顯變化，這是因?yàn)楸┧狨タ梢缘蜏爻赡ぃ?10～120 ℃已經(jīng)滿(mǎn)足成膜溫度，焙烘溫度過(guò)高反而會(huì)影響織物的手感。

由以上研究可知，濕摩擦牢度提升劑可采用浸軋整理工藝應(yīng)用在染色棉織物上，最佳整理工藝為：濕摩擦牢度提升劑20 g/L，pH值5～6，焙烘溫度110～120 ℃,2 min。

2.2.4 整理效果及性能評(píng)價(jià)

采用上述最佳整理工藝用濕摩擦牢度提升劑對(duì)染色棉織物進(jìn)行整理，并與聚丙烯酸酯整理劑進(jìn)行對(duì)比，整理工藝為：整理劑質(zhì)量濃度20 g/L，pH值5～6，焙烘溫度110～120 ℃， 2 min。測(cè)試棉織物的K/S值及耐摩擦色牢度，結(jié)果如表4、5所示。

表4 染色棉織物的K/S值

由表4、5可知，整理后棉織物的K/S值略有增加，耐摩擦色牢度均有提高，黑色棉織物耐濕摩擦色牢度提高更為明顯。濕摩擦牢度提升劑整理后染色棉織物的耐摩擦色牢度比聚丙烯酸酯整理劑提高0.5～1級(jí)。其原因是：濕摩擦牢度提升劑在織物表

表5 整理后染色棉織物耐摩擦色牢度

面成膜，減少了織物與摩擦物之間的阻力；銅微粒具有潤(rùn)滑功能，可降低物體表面摩擦因數(shù)[13-14]。

為了進(jìn)一步闡明濕摩擦牢度提升劑對(duì)織物性能的影響，測(cè)試了整理前后棉織物的光滑度、硬挺度、柔軟度及相對(duì)手感值，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 整理前后染色棉織物的物理性能比較

由表6可見(jiàn)，整理后染色棉織物的光滑度有所提高，而光滑度反映出織物表面在摩擦狀態(tài)下受到的阻力，從側(cè)面反映了織物的潤(rùn)滑性能[15-16]。由于高分子助劑覆蓋在織物表面，從而降低了摩擦阻力，可提高織物的耐摩擦色牢度。此外，棉織物的硬挺度均有提高，柔軟度降低，相對(duì)手感值增加，這可能是因?yàn)闈衲Σ晾味忍嵘齽┰诳椢锉砻娉赡?，造成織物的手感變差，柔軟性下降?/p>

2.3 染色棉織物整理前后表面形態(tài)

采用最佳整理工藝對(duì)染色棉織物進(jìn)行整理，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀(guān)察整理前后棉織物表面狀態(tài)，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)，未進(jìn)行濕摩擦牢度提升整理前，紗線(xiàn)表面粗糙，存在明顯的扭轉(zhuǎn)；濕摩整理后，紗線(xiàn)表面光滑，扭轉(zhuǎn)消失，說(shuō)明濕摩擦牢度提升劑可在紗線(xiàn)表面成膜，減少了紗線(xiàn)毛羽，提高了紗線(xiàn)光滑性，降低摩擦阻力，一定程度上提高了織物的耐摩擦色牢度。

此外，按照GB/T 17593.2—2007《紡織品 重金屬的測(cè)定》測(cè)定整理織物可萃取重金屬銅，結(jié)果為17.40 mg/kg，符合生態(tài)紡織品技術(shù)對(duì)可萃取銅的限值要求。

3 結(jié) 論

1)粒度及掃描電子顯微鏡分析結(jié)果表明，銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑平均粒徑為2 472 nm，改性銅微粒具有石榴狀聚集特征。

2)銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑采用浸軋整理工藝應(yīng)用在染色棉織物上，最佳整理工藝為：濕摩擦牢度提升劑20 g/L，pH值5～6，焙烘溫度110～120 ℃,焙烘時(shí)間2 min。

3)銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑可在棉織物表面成膜，整理后棉織物紗線(xiàn)表面光滑，扭轉(zhuǎn)減少；整理后棉織物的硬挺度增加，手感降低，光滑度提高。

4)經(jīng)銅顆粒增效濕摩擦牢度提升劑整理后，雷馬素藏青ESP、雷馬素紅KC及雷馬素黑B染色棉織物的K/S值略有增加，耐摩擦色牢度可提高1～1.5級(jí)。

FZXB

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Properties and application of wet rubbing fastness improver assisted by copper particles

YANG Honglin1, XIANG Wei1, DONG Shuxiu2

(1.InstituteofTextileEngineering,ZhejiangIndustryPolytechnicCollege,Shaoxing,Zhejiang312000,China; 2.ChinaDyeingandPrintingAssociation,Beijing100742,China)

In order to improve the wet rubbing fastness of fabrics in dark shade, the wet rubbing fastness improver assisted by copper particles was synthesized from butyl acrylate, methyl methacrylate and sodium dodecyl benzene sulfonate. Morphology and dispersion distribution of the wet rubbing fastness improver assisted by copper particles was analyzed by scanning electron microscopy and particle size analysis. It was found that the modified copper particles were assembled like a pomegranate in water. Mean particle diameter of the wet rubbing fastness improver assisted by copper particles is around 2 472 nm. Thus, the finishing processes and application of the wet rubbing fastness improver on cotton fabrics dyed with reactive dyes were investigated. It was found that the optimal finishing process was: the wet rubbing fastness improver mass concentration 20 g/L, pH value 5-6, baking temperature 110-120 ℃, baking time 2 min, and padding method. The wet rubbing fastness of cotton fabrics dyed with reactive dyes increased by 1-1.5 grades after treatment with wet rubbing fastness improver, when reactive dyes concentration was at 6% and 8%(o.w.f), respectively.

copper; polyacrylate; wet rubbing fastness improver; cotton fabric

10.13475/j.fzxb.20150402206

2015-04-15

2016-03-11

2014年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目(Y201432560)

楊宏林(1982—)，男，講師，碩士。主要研究方向?yàn)楣?jié)能環(huán)保染整技術(shù)。E-mail: aaron_yhl@163.com。

TS 195.5

A