合成增稠劑的流變性及在滌綸印花中的應用

高建波， 錢琴芳， 陸葉洪， 丁志平， 朱亞偉,3

(1. 蘇州大學 a.紡織與服裝工程學院; b.藝術學院,江蘇 蘇州 215021；2. 江蘇盛虹集團有限公司，江蘇 蘇州215228；3. 現代絲綢國家重點實驗室，江蘇 蘇州215123)

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合成增稠劑的流變性及在滌綸印花中的應用

高建波1a， 錢琴芳2， 陸葉洪2， 丁志平1b， 朱亞偉1a,3

(1. 蘇州大學 a.紡織與服裝工程學院; b.藝術學院,江蘇 蘇州 215021；2. 江蘇盛虹集團有限公司，江蘇 蘇州215228；3. 現代絲綢國家重點實驗室，江蘇 蘇州215123)

滌綸直接印花色澤豐富、色牢度優(yōu)良而且手感柔軟，但存在高耗水和高污染排放的不足。文章采用熱熔固著的印花方法，比較了6種合成增稠劑(PTF-A，PTF-W，EM-630，PTF-D，EM-618和EM-PTE)的流變性和放置穩(wěn)定性；采用新的印花方法，考察了6種合成增稠劑在滌綸織物上的印花性能。研究結果表明，6種合成增稠劑具有膨脹性流體的特征，隨著放置時間的增加，其黏度增加，PVI值下降。采用PTF-D合成增稠劑的新印花工藝，具有優(yōu)良的印花性能，皂洗對顏色和色牢度的影響很小，能減輕印花后整理任務?！拔⒘坑』ā弊鳛橐环N新的印花方法，能為滌綸織物的節(jié)能減排提供一種新工藝。

滌綸；合成增稠劑；流變性；直接印花；微量印花

滌綸織物的印花主要有直接印花、涂料印花、熱轉移印花和噴墨印花4類，其加工方法各具優(yōu)缺點。如直接印花具有色澤豐富、色牢度較高和手感柔軟的優(yōu)勢；涂料印花和熱轉移印花具有加工流程短、無廢水排放的特點[1-2]。但直接印花的后道還原清洗的耗水量大，廢水排放量大；涂料印花的色牢度較差，手感較硬，色譜不全；熱轉移印花的色牢度較差，因使用轉移紙存在二次污染的不足[3]。噴墨印花是公認的清潔印花技術，但仍存在加工產量較低，國內缺乏核心知識產權的不足[4]。

從織物印花的加工過程來看，直接印花經印制和蒸化，就完成了染料的發(fā)色和固色(相當于成型毛坯材料)，其后加工(如還原清洗和多道水洗)可理解為“減材加工”，即去除織物上多余的糊料、助劑和染料，獲得優(yōu)良的色牢度和柔軟手感，必然有大量的廢水及其他能耗的產生。涂料印花的過程則相反，可理解為“增材加工”，即將增稠劑(保證印花流變性和清晰度)、黏合劑/交聯劑(保證色牢度和柔軟手感)、涂料(設計顏色的需要)印制到紡織品上，經高溫固色，按需添加的材料不產生廢水。

本課題組首次提出了一種“微量印花”的新印花方法[5-8]，其核心思路是利用“增材加工”的原理來實現滌綸的分散染料直接印花，即以合成增稠劑、黏合劑或功能單體、液體分散染料等為印花介質，經篩網印花和烘干，再經高溫熱空氣定型(類似熱熔固色)，完成染料的發(fā)色和固著；“微量”是指印花介質中有效組分的施加量，施加量越低越好，即選擇低含固率和高黏度的合成增稠劑，高黏接成膜性、柔軟型和較高染料固著率的黏合劑或功能預聚體，不超過纖維飽和吸附或固著量的染料發(fā)色體。顯然，“微量印花”要解決如下3對矛盾的統一:1)分散染料中分散劑和合成增稠劑耐電介質較差的矛盾(陰離子合成增稠劑比非離子合成增稠劑的黏度要高，但耐電介質的性能較差，而分散染料中含有大量的電介質，如分散劑MF等)；2)黏合劑的高黏接性和柔軟手感的矛盾(高黏接牢度和對染料具有高固著率的黏合劑的制備，且具有柔軟的手感，這也一直是涂料印花領域研究的方向)；3)印花介質的流變性、印花清晰度和色牢度的矛盾，選擇優(yōu)良升華牢度和熱穩(wěn)定性的染料，開發(fā)新的染料商品化技術，選擇合適的印花各組分，優(yōu)化印花工藝，是大幅度減輕甚至免除印花后道還原清洗和水洗的基礎。

本文選擇高黏度和低含固率特性的6種丙烯酸酯型合成增稠劑，考察其流變性和放置穩(wěn)定性，比較合成增稠劑性能的差異；結合本課題組自制的分散藍79液體染料和黏合劑SD，研究6種合成增稠劑在滌綸織物上的印花效果，其目的是減輕滌綸織物印花后處理的任務，開發(fā)出一種新的印花方法或工藝。

1　試　驗

1.1材料與儀器

滌綸雪紡：經線和緯線為83.3 dtex/(75 D)的高彈雙縐，經密為102根/cm，緯密為82根/cm(江蘇盛虹集團)。

合成增稠劑：PTF-A(工業(yè)級，廣州盈瑞化工科技有限公司)，PTF-D和PTF-W(工業(yè)級，博約生物科技(蘇州)有限公司)，EM-618(工業(yè)級，佛山市三水大唐樹脂有限公司)，EM-630(工業(yè)級，蘇州常春藤進出口有限公司)，EM-PTE(工業(yè)級，佛山市奕美化工有限公司)。

染料和助劑：分散藍79濾餅(工業(yè)級，江蘇亞邦染料股份有限公司)，分散藍79液體染料(含固率為10%，實驗室自制，由分散藍79濾餅和非離子和陰離子活性劑組成)，黏合劑SD(含固率為25%的丙烯酸酯改性物，玻璃化溫度約4 ℃，實驗室自制)，交聯劑608、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷(工業(yè)級，浙江雀屏紡織化工股份有限公司)，二乙二醇單丁醚(化學純，國藥集團化學助劑有限公司)。

儀器：IKARW200電動攪拌器(德國IKA公司)，NDJ-8S黏度儀(上海蘭光科技儀器有限公司)，UltraScan XE電腦測色配色儀(美國HunterLab公司)，Model 670摩擦牢度儀(英國James H. Heal公司)，WASHTEC-P水洗牢度儀(英國羅切斯國際公司)，DHG-9146A電熱鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)，M-TENTER連續(xù)式定型焙烘機(臺灣瑞比公司)。

1.2測試方法

1.2.1糊料的配制

將0.5 g合成增稠劑和0.125 g二乙二醇單丁醚混合，在電動攪拌器上緩慢滴加蒸餾水，制備出100 g的糊料。

1.2.2液體分散染料的配制

采用非離子和陰離子活性劑的混合物，在常規(guī)的砂磨機上對分散染料濾餅進行研磨，研磨介質為適量水和玻璃珠，制備出含固率為10%的液體分散染料。

1.2.3色糊的配制

將0.5 g合成增稠劑、0.125 g二乙二醇單丁醚、2.0 g液體分散藍79、4.0 g黏合劑SD、0.5 g交聯劑608混合，在電動攪拌器上緩慢滴加蒸餾水，制備出100 g的色糊。

1.2.4印花工藝

滌綸織物(已退漿)→臺板篩網印花→烘干(70 ℃)→熱熔固著(190 ℃×45 s)→皂洗→水洗→成品。

織物烘干在電熱鼓風干燥箱上完成，熱熔固著在連續(xù)式定型焙烘機完成。皂洗在水洗牢度儀完成，工藝條件為4 g/L皂片，浴比1︰50，50 ℃，45 min。

1.2.5糊料的流變曲線和印花黏度指數(PVI值)

在黏度計上，選擇4#轉子測試轉速為1.5、3、6、12、30、60 r/min時糊料的黏度，經轉換剪切應力，并繪制流變曲線圖。采用同樣方法考察放置時間對糊料流變性的影響。PVI值是計算轉速為60 r/min和6 r/min時糊料黏度的比值。

1.2.6K/S值、顏色特征值和K/S比值

采用測色配色儀在D65光源和10°視場下測試樣品的K/S值、L*、a*和b*值，測4次取平均值；色差計算采用CIELAB的CMC色差公式計算[9]；K/S比值是皂洗前樣品的K/S值與皂洗后樣品的K/S值之比，表征皂洗對織物表觀色深度的影響。

1.2.7印制清晰度

用不同粗細的線條圖案網框印花，經熱熔固著，仔細觀察圖案；當最細線條也清晰可見，粗細均勻，判定為清晰；當細線條有些模糊，而中等粗細線條清晰可辨時，判定為較清晰；當中等粗細線條有些模糊，且有滲化現象時，判定為不清晰或滲化。

1.2.8色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》方法A的標準測試耐皂洗色牢度；參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》標準測試耐摩擦色牢度。

2　結果與分析

2.1合成增稠劑的流變性及放置穩(wěn)定性

采用1.2.1方法制備6種(PTF-A，PTF-W，EM-630，PTF-D，EM-618和EM-PTE)合成增稠劑，其流變性見圖1。選擇DPS數據處理系統軟件中的一元非線性回歸數學模型，數據擬合采用冪函數模型，將剪切速率(X)和剪切應力(Y)進行一元非線性回歸計算，一元非線性回歸方程見表1，剪切速率(X)的指數值為結構黏度指數，當結構黏度指數介于0～1時，屬于膨脹性流體。一元非線性回歸數學模型的可靠性由方差檢驗的相關度R2(要求大于0.90)、可信水平p-值(要求低于0.05)和F檢驗(要求5%顯著性水平檢驗為顯著)，方差檢驗和PVI值的結果見表1。方差檢驗的回歸自由度為1，總的自由度為5，因此，5%可信的F值為6.608，1%可信的F值為16.258。

圖1　增稠劑的流變性Fig.1　The rheological property of the thickeners

由表1可知，6種合成增稠劑的剪切速率(X)和剪切應力(Y)呈一元非線性關系，相關度大于0.94，p-值不高于0.0012，F檢驗值都大于6.608和16.258，即5%和1%顯著性水平檢驗為顯著，因此，一元非線性回歸方程的數學模型是可靠的。6種合成增稠劑的結構黏度指數在0.30～0.74，都具有膨脹性流體的特征，即當剪切應力增加時，其黏度增加；在較小的剪切應力時，產生較大的速度梯度，再隨著剪切應力的增加，速度梯度的遞增變得緩慢；PVI值在0.20～0.50，說明6種增稠劑的結構黏度較高；當PVI值越小時，結構黏度越高，即印花剪切速率增大時，其黏度變化較大，需要減小印花的壓力來調節(jié)其均勻的印制效果。

表1　增稠劑的一元非線性回歸方程及PVI值

將上述6種合成增稠劑的漿，分別放置12 h和24 h，測試其流變性，采用與上述同樣的一元非線性回歸的數學模型處理，結果見表2。

由表2可知，6種合成增稠劑隨著放置時間的延長，各指數呈增加、下降的趨勢：1)一元非線性方程的數學模型可靠性檢驗的結果表明，相關度都大于0.93，p-值都不高于0.0017，5%和1%顯著性水平檢驗為顯著，因此，數學模型的建立可靠。結構黏度指數在0.23～0.74，仍屬于膨脹性流體，具有膨脹性流體的特征。2)結構黏度指數呈下降的趨勢，即隨著剪切速率的增加剪切應力呈增加的趨勢，體系的黏度值變大。其中PTF-D的結構黏度指數變化率最大，其次為EM-630，而EM-618最小。3)印花黏度指數(PVI值)呈下降的趨勢，其中PTF-D和EM-630的PVI值下降幅度最大(達46%～55%)，EM-618和PTF-A的PVI值下降幅度最小(低于10%)。

表2　放置時間對增稠劑的影響

2.2合成增稠劑的印制性能

采用1.2.4方法，6種合成增稠劑印制的滌綸織物，印制清晰度及皂洗前后的K/S值見表3，以皂洗后為標樣，色差和K/S比值的計算見表4，皂洗前后的皂洗色牢度和摩擦色牢度的結果見表5。

表3　增稠劑對顏色特征值和印花清晰度的影響

表4　增稠劑對顏色色差的影響

表5　增稠劑對色牢度的影響

由表3—表5可知，1)PTF-A和PTF-D的花型輪廓清晰度最好，而EM-618和EM-630出現較嚴重的滲化現象，這與增稠劑本身的性質有關，黏度的下降和結構黏度的增加，印花制品容易產生滲化現象。2)皂洗因浮色和部分殘留助劑的去除，明度值增加，K/S值呈下降的趨勢，K/S比值大于1；其中以PTF-D的影響最小，其ΔL*小于0.2，色差ΔECMC小于0.5，但色澤稍暗且有輕微的泛黃；而PTF-W和EM-618對色差的影響較大，其余增稠劑則相對較小。3)增稠劑的種類對K/S值的影響很大，EM-630的得色最淺，EM-PTE的得色最深，但EM-PTE的花型輪廓清晰度較差?？紤]到花型輪廓清晰度，PTF-D的K/S值最大，且K/S比值為1.00。4)6種合成增稠劑都具有優(yōu)良的皂洗色牢度和摩擦色牢度，且皂洗工序對色牢度的影響較小。

綜上所述，選擇PTF-D合成增稠劑的直接印花工藝，具有花型輪廓清晰、較高K/S值、優(yōu)異的皂洗和摩擦色牢度的特點，特別是皂洗對K/S值、色差和色牢度的影響較小，K/S比值為1，這能為滌綸印花織物減輕后道水洗，甚至免于還原清洗提供了技術可行性。另外，印花色漿中的有效固體低于2.2%，黏合劑SD的玻璃化溫度為4 ℃，因此，即使不經后道水洗，也具有較柔軟的手感?；谏鲜龇治?，本文的直接印花是一種能免于還原清洗，僅需要輕度水洗，去除織物上殘留少量助劑的一種新的“微量印花”方法。

3　結　論

1) 6種(PTF-A，PTF-W，EM-630，PTF-D，EM-618和EM-PTE)合成增稠劑制備的糊料，具有膨脹性流體的特征，其剪切速率(X)和剪切應力(Y)呈一元非線性關系。

2) 6種合成增稠劑制備的糊料，隨著放置時間的延長，其黏度增加，PVI值下降，但仍具有膨脹性流體的特征。

3) 優(yōu)選的PTF-D合成增稠劑，不僅得色較高，花型輪廓清晰，而且有優(yōu)異的皂洗和摩擦色牢度，為印花織物的免還原清洗工序提供了可能；采用增稠劑、黏合劑和染料的直接印花方法是一種新的“微量印花”方法。

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Rheological property of synthetic thickener and its application in polyester printing

GAO Jianbo1a, QIAN Qinfang2, LU Yehong2, DING Zhiping1b, ZHU Yawei1a,3

(1a. College of Textile and Clothing Engineering; 1b. Art Academy, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2. Jiangsu Sheng Hong Group Co.,Ltd., Suzhou 215228, China; 3. National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China)

The direct printing of polyester fabrics exhibits many advantages including rich color, high color fastness and soft handfeel, but it also produces the problems of high water consumption and high pollution emission during the printing process. This paper uses a hot melting fixation method of printing and compares the rheological properties and shelf stability of six kinds of synthetic thickeners (PTF-A, PTF-W, EM-630, PTF-D, EM-618 and EM-PTE). Besides, it also uses a new printing method to investigate the printing property of 6 types of synthetic thickeners. The research result shows that six kinds of synthetic thickeners have the characteristics of expansion fluid. The viscosity increases and thePVIvalue decreases with the extension of placing time. The new printing process with PTF-D synthetic thickener has a good printing property. The soaping has few effects on color and color fastness and can reduce the task of printing after treatments. Obviously, “micro-printing”, as a new method of printing, can provide a new energy saving and emission reduction process of polyester fabric.

polyester; synthetic thickener; rheological property; micro-printing

2015-11-24;

2016-04-12

江蘇省省級前瞻性研究專項項目(BE2014058)

高建波(1990-)，男，碩士研究生，研究方向為染料的商品化及紡織品印染新技術。通信作者：朱亞偉，教授，yaweizhu@suda.edu.cn。

TS194.2

A

1001-7003(2016)05-0006-06引用頁碼: 051102