納米SiO2/形狀記憶聚氨酯整理對青花瓷印花棉織物性能的影響

胡 萍

(江西服裝學(xué)院 服裝工程學(xué)院，江西 南昌 330201)

青花瓷印花紋樣極具民族文化內(nèi)涵，有較強(qiáng)的藝術(shù)和歷史鑒賞價(jià)值，在對美學(xué)比較考究的服裝領(lǐng)域，青花瓷印花紋樣逐漸被廣泛使用并不斷發(fā)展[1-2]。棉織物具有光澤柔和、手感柔軟、懸垂性好等突出優(yōu)點(diǎn)，但其彈性差、易起皺等缺點(diǎn)使青花瓷印花紋樣在棉織物中的美學(xué)體現(xiàn)度大大降低。在青花瓷印花紋樣在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究中，分析如何將其運(yùn)用到服裝設(shè)計(jì)中的研究比較多，但如何使青花瓷印花紋樣在織物上很好地體現(xiàn)出來的性能整理研究較少。在現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)文化相結(jié)合和碰撞的今天，為了更好地傳承傳統(tǒng)文化，對青花瓷印花棉織物性能的研究格外重要。

形狀記憶整理是一種能夠給予織物良好折皺回復(fù)性的新興技術(shù)[3-4]。具有一定初始形狀的材料，經(jīng)形變后，該形狀被固定，在受到外界激發(fā)條件如光、溫度等的作用后，能夠?qū)π螤?、形變等參?shù)做出相應(yīng)調(diào)整而回到初始狀態(tài)，這種材料被稱為形狀記憶材料，簡稱SMM[5-6]。與傳統(tǒng)的免燙整理相比，形狀記憶整理會使織物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，存在固定相、可逆相的兩相結(jié)構(gòu)，其微結(jié)構(gòu)能夠自發(fā)對環(huán)境溫度變化做出感知與響應(yīng)。形狀記憶整理的效果常以織物的折皺回復(fù)性作為評價(jià)指標(biāo)[7-8]。

本研究采用納米二氧化硅(SiO2)與形狀記憶聚氨酯(SMPU)的混合液對青花瓷印花棉織物進(jìn)行整理，并對比分析添加納米SiO2與未添加納米SiO2的混合整理液的整理效果，主要從織物的抗皺性、強(qiáng)伸度、色牢度等方面進(jìn)行織物性能評價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

材料：SMPU整理液，納米SiO2水性分散液；青花瓷印花棉織物，平紋，14.3 tex×14.3 tex×2×585 根/10 cm×320根/10 cm,布樣規(guī)格為50 cm×50 cm。

設(shè)備：78HW-1型磁力攪拌器(杭州儀表電機(jī)廠)；JA2003型電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)；YG028PC型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州百恩儀器有限公司)；YG541型數(shù)字式織物折皺回復(fù)測試儀(紹興市元茂機(jī)電設(shè)備有限公司)；ISO 摩擦色牢度測試儀(東莞市樟木頭騰威試驗(yàn)設(shè)備廠)；ISO水洗色牢度測試儀(無錫市三環(huán)儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將一定量的納米SiO2水性分散液和一定量的SMPU整理液均勻混合，對印有青花瓷紋樣的相同規(guī)格棉織物進(jìn)行整理，并對整理后織物的折皺回復(fù)性、色牢度、強(qiáng)伸度進(jìn)行測試與分析。實(shí)驗(yàn)中制備出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米SiO2混合整理液，并把未被整理液處理的織物(原布)標(biāo)為1#，經(jīng)純SMPU整理液處理的織物標(biāo)為2#，經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%、4%、6%、8%、10%)納米SiO2混合整理液整理的織物分別標(biāo)為3#、4#、5#、6#、7#。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物常規(guī)抗皺性能測試

織物的抗皺性能可用織物的折皺回復(fù)角來表示。當(dāng)織物受到的外力消除后，織物本身具有的彈性會使織物具有回到初始狀態(tài)的能力，這種能力可用回復(fù)角表示。在同一外力作用下，回復(fù)角越大，說明織物的反彈能力越強(qiáng)，織物的彈性越好，即抗皺性能越好。根據(jù)GB/T 3819—1997《織物折痕回復(fù)性的測定 回復(fù)角法》[9]中的方法，在每種樣品織物上剪取10個(gè)(經(jīng)向、緯向各5個(gè))凸形試樣測試其回復(fù)角，求取平均值，根據(jù)公式計(jì)算出折皺回復(fù)率并進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 樣品織物緩彈性折皺回復(fù)性能測試結(jié)果Tab.1 Test results of slow elastic wrinkle recovery performance of the sample fabrics

折皺回復(fù)率=θ/180°×100%，折皺回復(fù)率越大，說明其抗皺性能越好。

從表1的測試結(jié)果可以看出，5#的抗皺性能最好，經(jīng)含有納米SiO2水性分散液的抗皺整理液處理后，織物的抗皺性能大多好于原布。但從2#的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，經(jīng)純SMPU整理液處理后織物的抗皺性能低于原布，這一現(xiàn)象說明單純的SMPU整理劑會影響織物的抗皺性能。加入納米SiO2后織物的抗皺性能得到明顯改善，且改善效果與納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。從7#的數(shù)據(jù)看，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高的納米SiO2反而會影響織物的折皺回復(fù)性，這是因?yàn)檫^多的納米SiO2會過密地覆蓋在織物表面，使織物失去本身的彈性。

2.2 形狀記憶激發(fā)條件下織物的折皺回復(fù)性能

在沒有溫度或其他外界條件激發(fā)的情況下，所測得的織物折皺回復(fù)角僅僅反映織物的彈性，要想衡量與評價(jià)織物經(jīng)整理后的形狀記憶效果，需要在特定外界條件下測定織物的抗皺性能。本實(shí)驗(yàn)所用SMPU的激發(fā)溫度為35～40 ℃。在特定條件下進(jìn)行取樣、測試，取樣和測試方法與常規(guī)折皺回復(fù)性測試方法相同，并評價(jià)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對織物形狀記憶效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對織物折皺回復(fù)性的影響Fig.1 Effect of silica mass fraction of nano-SiO2 on fabric crease recovery

從圖1可以看出，在特定激發(fā)條件下，經(jīng)形狀記憶整理液整理后，織物的抗皺性能有所改善，且經(jīng)含有納米SiO2的整理液整理后，織物的折皺回復(fù)性多好于純SMPU整理液的整理效果，但也有低于純SMPU整理液整理效果的。這可能是納米SiO2與SMPU的混合均勻度不同造成的，織物的折皺回復(fù)性在納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)最好，說明納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，其與SMPU的混合均勻度最好。在納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于6%時(shí)，織物的折皺回復(fù)性反而有所降低。

2.3 織物強(qiáng)力性能測試

為檢測織物經(jīng)不同形狀記憶整理液整理后的強(qiáng)力性能，根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》[10]進(jìn)行織物強(qiáng)力測試，結(jié)果如表2所示。

表2 試樣斷裂強(qiáng)力測試結(jié)果Tab.2 Test results of breaking strength of sample fabrics

織物經(jīng)不同形狀記憶整理液整理后，根據(jù)經(jīng)向、緯向的斷裂強(qiáng)力可以計(jì)算其經(jīng)向、緯向的斷裂強(qiáng)力保持率：

(1)

(2)

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米SiO2形狀記憶整理液對織物斷裂強(qiáng)力有不同程度的影響，分析不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米SiO2對織物強(qiáng)力的影響，從而選擇最佳納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的形狀記憶整理液，如圖2所示。

圖2 納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對織物斷裂強(qiáng)力保持率的影響Fig.2 Influence of silica mass fraction of nano-SiO2 on breaking strength retention rate of fabric

由表2和圖2可以得出，純SMPU整理液整理后的織物，其經(jīng)向、緯向斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)下降趨勢，而經(jīng)納米SiO2/SMPU復(fù)合整理液整理后，織物的斷裂強(qiáng)力出現(xiàn)不同程度的提升，且其斷裂強(qiáng)力保持率在100%以上。在一定范圍內(nèi)，隨著納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，織物的斷裂強(qiáng)力隨之增大，但在納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定值后，織物的斷裂強(qiáng)力反而下降。當(dāng)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)力保持率均達(dá)到最大值。因此，從該結(jié)果可以得到以下結(jié)論：實(shí)驗(yàn)中青花瓷印花織物經(jīng)納米SiO2/SMPU復(fù)合整理液整理后，既達(dá)到了形狀記憶的效果，也彌補(bǔ)了純SMPU整理液降低織物斷裂強(qiáng)力的不足。

2.4 織物色牢度測試

織物耐摩擦色牢度根據(jù)ISO 105-X12—2016《紡織品 色牢度試驗(yàn)X12部分：耐摩擦色牢度》[11]測試，并按照GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 評定沾色用灰色樣卡》[12]評級，其中5級最好、1級最差?？椢锬退瓷味劝凑誈B/T 5713—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水色牢度》[13]測試并進(jìn)行評級，其中5級最好、1級最差，結(jié)果如表3所示。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米SiO2形狀記憶整理液對青花瓷印花織物色牢度的影響Tab.3 Influence of shape memory finishing agent with different mass fraction of nano-SiO2 on the color fastness of blue and white porcelain printed fabrics

從表3中可以看出，與原布相比，純SMPU整理液對青花瓷印花棉織物整理后，織物的耐摩擦和耐水洗色牢度均有一定程度的下降。這是由于純SMPU整理液會對織物內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)有一定損傷，導(dǎo)致色素在纖維表面的結(jié)合力下降。但在形狀記憶整理液中，隨著納米SiO2的加入，織物的耐摩擦和耐水洗色牢度得到明顯改善。當(dāng)納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至6%時(shí)，織物的耐摩擦和耐水洗色牢度等級達(dá)到最高，主要原因是加入了一定量的納米SiO2后，織物表面形成了一層保護(hù)層，對織物起到了保護(hù)作用。但當(dāng)納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于6%時(shí)，其耐摩擦和耐水洗色牢度會出現(xiàn)一定程度的下降，原因是納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，織物甚至纖維表面會出現(xiàn)包覆層，隨著外界的摩擦或水洗作用，易粘附染料一起脫落。

3 結(jié)論

青花瓷印花紋樣在紡織服裝中運(yùn)用廣泛且具有民族特色，其中棉織物最具代表性，但棉織物的抗皺性能差，大大影響了其應(yīng)用。本研究針對納米SiO2/SMPU復(fù)合整理液對青花瓷印花棉織物形狀記憶性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并得出如下結(jié)論：

(1)純SMPU整理液處理棉青花瓷印花面料后，織物的折皺回復(fù)性和斷裂強(qiáng)力會有所降低，而納米SiO2/SMPU復(fù)合整理液整理后的織物，其折皺回復(fù)性和斷裂強(qiáng)力均有所提高，改善了純SMPU整理液降低織物強(qiáng)力的情況，且提高程度隨納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而不同。

(2)標(biāo)準(zhǔn)條件和特定熱激發(fā)條件下，納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，織物的折皺回復(fù)性達(dá)到最高。這說明在納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，納米SiO2與SMPU混合均勻度達(dá)到最好，使整理后的織物具有優(yōu)良的形狀記憶性能。

(3)青花瓷印花棉織物經(jīng)納米SiO2/SMPU復(fù)合整理液整理后，與原布相比，其耐摩擦和耐水洗色牢度均有一定程度的提升。當(dāng)納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，織物的耐摩擦和耐水洗色牢度等級達(dá)到最高，說明一定量納米SiO2的加入對織物的色牢度具有保護(hù)作用。