基于生物基記憶材料的T400織物的染整加工

唐俊松

（盛虹集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州 215168）

隨著石油、天然氣等不可再生能源危機(jī)以及對(duì)環(huán)保審查要求的不斷升級(jí)，資源和環(huán)境友好型材料成為企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)重點(diǎn)。利用可再生能源轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)材料，對(duì)當(dāng)下社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。生物基材料就是一類使用可再生原料，通過生物轉(zhuǎn)化法獲得生物高分子材料或者單體，再進(jìn)一步聚合形成通用的高分子材料［1-2］。由于先經(jīng)生物改性，生物基材料在生物相容性和生物降解性方面對(duì)環(huán)境更加友好。

為了克服聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）的剛性和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的柔性，可以采用具有優(yōu)異回彈性、易染色、耐磨性、抗污性，兼具滌綸、錦綸甚至氨綸優(yōu)點(diǎn)的聚酯化合物［3-4］，雖然杜邦公司在40年前就已開發(fā)出聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下），但是限于原材料1,3-丙二醇（1,3-PDO）的昂貴價(jià)格，一直未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化［5］。近年來，隨著科技進(jìn)步，新工藝和基因工程等的突破，最終1,3-PDO 的成本大幅下降［6-7］。

目前，生物基PTT 纖維主要是以甘油、葡萄糖或淀粉等為原料，通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-PDO，經(jīng)精對(duì)苯二甲酸（PTA）直接酯化形成大分子切片，再經(jīng)熔融紡絲制備成PTT 長絲或短纖。由上述分子式可以看出，PTT 高分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)中包含1 個(gè)苯環(huán)和3 個(gè)亞甲基，這種奇數(shù)個(gè)亞甲基單元會(huì)在大分子之間產(chǎn)生“奇碳效應(yīng)”，使苯環(huán)不能與亞甲基在同一個(gè)平面，臨近的兩個(gè)羰基斥力使其不能呈180°排列，只能以120°空間錯(cuò)開，從而形成PTT 大分子空間螺旋結(jié)構(gòu)［8］。Dandurand 等［9］通過 X-射線和電子衍射方法研究了PTT 晶體，結(jié)果表明：PTT 大分子鏈呈“Z”字型構(gòu)象，使其具有線圈式彈簧一樣的彈性。在受縱向外切應(yīng)力情況下，C—C 和C—O 鍵發(fā)生旋轉(zhuǎn)，分子鏈開始伸長，而在這種鍵旋轉(zhuǎn)的過程中，分子的構(gòu)型并未發(fā)生變化，所以構(gòu)象轉(zhuǎn)變是完全可逆的［8，10］。這在宏觀上賦予以PTT 為主體的面料柔軟的手感、形變記憶能力和良好的懸垂性。

T400 織物是杜邦旗下英威達(dá)公司研發(fā)的專利產(chǎn)品，由PTT 和PET 兩種聚酯纖維通過并列復(fù)合加工制得［11-13］。由于兩組分的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，經(jīng)濕熱處理后，纖維會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，使其在產(chǎn)生強(qiáng)烈縱向應(yīng)力的同時(shí)，又產(chǎn)生偏離縱軸的扭轉(zhuǎn)，從而使纖維呈現(xiàn)永久性的立體螺旋卷曲。這種三維卷曲結(jié)構(gòu)賦予了纖維極佳的彈性［14］。卷曲由分子結(jié)構(gòu)特性決定，使得T400 的彈性和回復(fù)性較普通彈性纖維更好、更耐久［15］。

生物基記憶T400 織物是由PTT 和T400 交織而成，由于含有較多的PTT 成分，使得面料本身具有較好的彈性以及形變記憶能力，被廣泛用于制作運(yùn)動(dòng)服、休閑服、內(nèi)衣、外套、家具裝飾布等。但在染整加工過程中，若工藝使用或者參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，面料易出現(xiàn)色差、染色不勻、擦傷擦亮、縐印以及手感偏硬等情況，因此需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)流程，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

本實(shí)驗(yàn)選取市場(chǎng)上常見的生物基記憶T400 面料，根據(jù)織物自身特性，通過制定合適的前處理、染色以及定型工藝，在保證染色質(zhì)量的前提下，賦予織物較好的彈性、記憶性和附加功能。

1 生產(chǎn)加工

1.1 材料

面料：生物基記憶T400織物（幅寬175 cm，88 g/m2）。

試劑：染料分散藍(lán)2BLN、分散翠蘭S-GL（浙江博澳染料工業(yè)有限公司），分散黃棕S-2RFL（浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司），助劑32-離子膜堿（江蘇蘇化集團(tuán)有限公司），50-冰醋酸（吳江索普化工有限公司），長車快速退漿劑TF-127B、乳化精煉劑TF-188A、滌綸超細(xì)纖維高溫勻染劑TF-212K、防水劑TF-4109（浙江傳化股份有限公司），勻染修補(bǔ)劑HTP-2124（嘉興華晟助劑工業(yè)有限公司），三聚磷酸銨（工業(yè)級(jí)，95%，云南鼎新磷化工廠），特效堿性去油靈SB-101（吳江市曙光化工有限公司）。

設(shè)備：OS-9V1200 平幅退漿機(jī)（臺(tái)灣鴻榮染整機(jī)械股份有限公司），CSF18020 高溫高壓液流染色機(jī)（海寧亞東機(jī)械有限公司），MEGATE 定型機(jī)（韓國美光機(jī)械株式有限公司），Datacolor 600 電腦測(cè)色儀（美國Datacolor 公司），RVMC-12 瑪諾光電整緯機(jī)（德國Mahlo 公司），Y571B 型干濕摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠），SW-12A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（無錫紡織儀器廠）。

1.2 加工流程

根據(jù)生物基記憶T400 織物的理化特性以及客戶來樣要求，主要的加工流程：配桶→白坯打卷→平幅退漿→冷軋堆→平幅退漿→染色→脫水開幅→定型→成品打卷。

1.3 檢測(cè)

1.3.1 色牢度

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定；耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)定，變色按照GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》評(píng)定；沾色按照GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定沾色用灰色樣卡》評(píng)定。

1.3.2 色差

將客戶來樣設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)樣，車間生產(chǎn)樣設(shè)定為對(duì)比樣，在D65光源和10°視角下，用電腦測(cè)色儀測(cè)定樣品的L、a、b值，并計(jì)算色差值ΔE，測(cè)3次取平均值。

2 加工過程與分析

2.1 平幅退漿

生物基記憶T400 織物退漿工藝配方：32-離子膜堿5%，長車快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，去油靈SB-101 0.5 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，98 ℃，55 m/min。

在織造加工過程中，T400 織物在經(jīng)向上受到較大張力和摩擦，易發(fā)生斷裂，為了減少斷裂，提高織造效率和坯布質(zhì)量，需要對(duì)經(jīng)紗上漿［16］。漿料有利于織造卻不利于染整，織物表面覆蓋的漿膜會(huì)阻礙染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散。本實(shí)驗(yàn)選取的氧化型退漿劑TF-127B 在98 ℃熱堿條件下具有較好的耐堿穩(wěn)定性，可以氧化降解化纖類織物織造常用的聚丙烯酸酯類漿料大分子中的酯鍵，形成水溶性較好的小分子鏈段，黏度迅速降低，進(jìn)而在重力以及槽內(nèi)溶液動(dòng)態(tài)條件下從織物上脫落。為了使?jié){料退盡且使水解后的漿料不繼續(xù)沾污在織物上，可以用乳化精煉劑TF-188A 使?jié){料在水中溶脹而被乳化成分散狀態(tài)，便于去除。三聚磷酸銨對(duì)金屬離子具有很好的螯合作用，不僅可以防止脫落漿料的反沾污，而且可以軟化前處理水質(zhì)。去油靈SB-101 產(chǎn)生的協(xié)同作用可增強(qiáng)對(duì)織物的退漿效果。

經(jīng)過平幅退漿處理，生物基記憶T400 織物表面的漿料、油跡、污漬等基本上被有效去除。由于濕熱作用，織物內(nèi)部應(yīng)力消除，門幅有一定程度的收縮。

2.2 冷軋堆

生物基記憶T400 織物冷軋堆工藝配方：32-離子膜堿8%，長車快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，雙氧水0.5 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，室溫，24 h。

由于T400 織物較硬挺，手感僵硬粗糙，經(jīng)平幅退漿后雖然能得到一定改善，但是仍不能滿足來樣加工要求。為了使手感柔軟豐盈，可對(duì)經(jīng)平幅退漿后的織物浸軋上述配方的工作液，保證織物具有一定的帶液率，打卷，在外部套一層塑料薄膜扎緊密封，使其在常溫下充分反應(yīng)。由于無需特殊的溫度和壓力，因此沒有水或其他設(shè)備、能源的消耗，節(jié)能減排效果十分明顯。一般堆置24 h 已足夠，可視具體手感適當(dāng)延長堆置時(shí)間，但要注意過度浸漬堿液會(huì)使織物強(qiáng)力有所損傷。

2.3 平幅退漿

對(duì)冷軋堆處理后的織物再次進(jìn)行平幅退漿處理，工藝配方：32-離子膜堿3%～4%，長車快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，65 ℃，65 m/min。

第二次平幅退漿的主要目的是去除冷軋堆處理過程中織物帶的大量堿液。由于經(jīng)過較長時(shí)間的浸漬，堿液已經(jīng)在纖維內(nèi)外充分膨潤，如不處理干凈，會(huì)使染色布面產(chǎn)生一定的黏滑，造成染色不勻以及色斑等疵病。

2.4 染色

由于T400 織物主要成分為PET、PTT，故選取聚酯類織物常用的分散染料，利用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色加工。

客戶來樣的墨綠色配方：分散藍(lán)2BLN 0.8%(omf)，分散翠蘭S-GLFB 0.2%(omf)，分散黃棕S-2RFLE-GL 0.6%(omf)，50-冰醋酸0.8 g/L，滌綸超細(xì)纖維高溫勻染劑TF-212K 0.6 g/L，勻染修補(bǔ)劑HTP-2124 0.4 g/L，2 500 L溶液，浴比1∶6。

染色工藝曲線如下：

T400 織物利用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色，助劑和染料均在染缸內(nèi)溫度達(dá)到45 ℃時(shí)加入，助劑采用直抽方法注入；分散染料需采用比例注料方式注入，控制染料注入流速均勻注入（20 min），防止注料過快產(chǎn)生染色不勻等問題。需要注意的是，染色前的布應(yīng)進(jìn)行縫邊，將正面縫在里面，反面縫在外面，防止染色過程中在缸內(nèi)擦傷。

PTT 纖維又稱彈性滌綸，但由于大分子鏈中重復(fù)單元含有的亞甲基數(shù)目不同，奇碳效應(yīng)使得T400 類織物的染色方法較常規(guī)PET 有所不同。研究結(jié)果表明，由于PTT 纖維的加入，T400 織物的染色轉(zhuǎn)變溫度TD（上染速率顯著加快的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）為70～80 ℃，較PET低10 ℃左右［14，17］。因此，控制升溫速率和保溫時(shí)間可以使織物獲得較好的染色效果。隨著染缸內(nèi)溫度升高和加壓，織物分子鏈段運(yùn)動(dòng)開始加劇，微觀結(jié)構(gòu)的變化可以形成較多的“空穴”，有利于染料的擴(kuò)散，且溫度越高擴(kuò)散效果越明顯。由于染料在PTT 組分上的上染速率對(duì)溫度變化較敏感，因此要適當(dāng)降低升溫速率，不僅可以有效保證染色均勻性，而且可以防止形成縐印。

染色后的織物可在80 ℃左右選擇對(duì)樣，如無太大問題，接下來可進(jìn)行染色后的水洗操作。第一次水洗在70 ℃左右進(jìn)行，30 min 左右即可以洗去大部分浮色、泡沫等。之后織物再進(jìn)行一次5 min 左右的常溫水洗，以缸內(nèi)水清澈、無明顯泡沫即可。如第二次洗滌未達(dá)到要求，可視具體情況繼續(xù)清洗。

2.5 定型

對(duì)染色后的生物基記憶T400 織物進(jìn)行定型加工，工藝配方：防水劑TF-4109 20 g/L，150 ℃，車速45 m/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min，正超喂+1.2 個(gè)，門幅153 cm。

根據(jù)客戶來樣要求，染色后的成品布出廠前如無特殊要求，需要對(duì)其進(jìn)行一般性防水加工。浸軋防水劑后的織物，在定型機(jī)兩側(cè)針板的拉伸作用下，隨著溫度的升高，分子鏈段重組，結(jié)晶度和取向度提高。但由于PTT 組分對(duì)溫度較敏感，過高的分子規(guī)整會(huì)使面料手感較僵硬，因此需要控制溫度在150 ℃左右。TF-4109 為有機(jī)氟類防水劑，作用到織物表面后，由于C—F 鍵化合物分子間凝聚力小，使化合物的表面自由能顯著降低。當(dāng)織物表面有水滴時(shí)，接觸角90°以上通常可以獲得較好的防水效果。

3 加工效果

3.1 染色效果

由圖1 和表1 可看出，經(jīng)過高溫高壓液流染色機(jī)加工的生產(chǎn)樣和客戶標(biāo)準(zhǔn)樣相比，無論是色相差ΔH，還是飽和度差Δc，差值都較?。粯?biāo)準(zhǔn)樣和生產(chǎn)樣總色差值ΔE=0.17，視覺差別在合理范圍內(nèi)，可認(rèn)定為顏色吻合。且生產(chǎn)樣在常溫條件下具有形狀記憶功能，保型性好，彈力效果明顯，手感柔軟，滿足服用要求。

圖1 生物基記憶T400 織物生產(chǎn)樣

表1 生物基記憶T400生產(chǎn)樣與客戶標(biāo)準(zhǔn)樣色差

3.2 色牢度

加工處理后的織物耐干摩擦色牢度為4～5 級(jí)，耐濕摩擦色牢度為4 級(jí)，耐皂洗變色牢度為4～5 級(jí)，耐皂洗沾色牢度為4 級(jí)，均具有較高等級(jí)，滿足客戶來樣加工要求。

3.3 防水效果

經(jīng)過處理后的織物防水達(dá)3 級(jí)，具有抗沾濕性能，滿足紡織品客戶和出廠基本要求。

4 結(jié)論

（1）對(duì)生物基記憶T400 織物用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色加工，通過制定合適的染色工藝，可以使加工出來的織物與客戶來樣具有很好的色彩重現(xiàn)性，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）前處理、染色、后整理全流程工序的合理設(shè)計(jì)及配合，不僅可以使加工后的生物基記憶T400 織物無縐印、擦傷等疵病，而且彈力明顯，具備形變記憶功能。

（3）生物基記憶T400 織物經(jīng)過合理的加工處理，色牢度和防水效果均能滿足客戶要求。