生態(tài)反應(yīng)型陽(yáng)離子水性聚氨酯固色劑的應(yīng)用

范 敏,習(xí)智華,王勁松,王佳夢(mèng)

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710048)

隨著全球化進(jìn)程的加快,市場(chǎng)對(duì)高端紡織品的質(zhì)量要求越來(lái)越高,其中染色織物的各項(xiàng)色牢度就是重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。一般棉織物經(jīng)活性染料進(jìn)行淺色染色處理后,織物可獲得較佳的濕摩擦牢度和耐皂洗牢度,然而對(duì)織物進(jìn)行深色染色后,織物的色牢度卻難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),這是由于織物染成深色后,織物表面有大量未固定的游離染料,水洗或外力摩擦過(guò)程中很容易出現(xiàn)褪色、掉色的現(xiàn)象,這就使得紡織品質(zhì)量大大下降,而且嚴(yán)重污染環(huán)境[1-2]。

水性聚氨酯具有綠色環(huán)保、安全、成膜性好等優(yōu)點(diǎn),水性聚氨酯作為染色、印花助劑,可明顯提高染色牢度和染色鮮艷度;作為后整理助劑,可賦予織物豐滿厚實(shí)、透氣舒適、柔軟光亮、抗起毛起球、抗靜電、防皺防縮、拒水拒油等性能,提高產(chǎn)品附加值,在紡織品整理中應(yīng)用廣泛[3-4]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

材料:漂白絲光純棉織物(C 40×40,133×72,天紡有限公司);純毛標(biāo)準(zhǔn)織物(天紡有限公司);活性染料:汽巴克隆紅M-3G,汽巴克隆藍(lán)M-4R。

試劑:異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)(廣東昊毅化工科技有限公司);聚酯218(分子質(zhì)量1 000,濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司);聚乙二醇(PEG)(濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司);三羥甲基丙烷(T MP)(西安化學(xué)試劑廠);N-甲基二乙醇胺(MDEA)(國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司);芐基氯(富宇精細(xì)化工有限公司);固色劑1(德美化工股份有限公司);濕摩牢度提升劑DM-2589(德美化工股份有限公司);氯化鈉(西安化學(xué)試劑廠);碳酸鈉(西安化學(xué)試劑廠)。

儀器:JJ-1電動(dòng)攪拌器(常州國(guó)華電器有限公司);YP型電子天平(上海邦西儀器科技有限公司);WHL-25 A型臺(tái)式電熱恒溫干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);Y571型織物摩擦測(cè)試儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);YG026B型電子織物強(qiáng)力機(jī)(寧波紡織儀器廠);YG541L型數(shù)字織物折皺彈性儀(萊州市電子儀器有限公司);SW-1 A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(無(wú)錫紡織儀器廠);Col ori7型Color測(cè)試儀(美國(guó)X-rite公司);WSB3 A型智能式數(shù)字白度計(jì)(寧波紡織儀器廠);LA-205型熱定型機(jī)(UENOYA MA KIKO CO LTD);HD394 A型軋車(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。

1.2 試驗(yàn)裝置

合成陽(yáng)離子水性聚氨酯(CWPU)的試驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.3 CWPU乳液的制備

預(yù)聚反應(yīng):將脫水后的聚酯218和PEG按比例添加到裝有攪拌裝置、溫度計(jì)和真空泵的三口燒瓶中,啟動(dòng)攪拌器(300 r/min),控制溫度在(70±1)℃,再緩慢滴加計(jì)算好的IPDI,恒溫條件下反應(yīng)3 h左右,直到預(yù)聚體中游離-NCO含量達(dá)到擴(kuò)鏈理論值[5]。

擴(kuò)鏈反應(yīng):降溫使預(yù)聚體溫度保持在(60±1)℃,加入一定量處理好的的擴(kuò)鏈劑N-MDEA和T MP,再緩慢升溫70℃至反應(yīng)一定時(shí)間,使得預(yù)聚體的分子量和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

乳化:加入計(jì)量的芐基氯(親核季銨化),在快速攪拌下加入計(jì)量的去離子水乳化分散1 h,制得一定固含量的水性聚氨酯乳液[6]。

圖1 試驗(yàn)裝置

1.4 棉織物的活性染料染色

染色處方:

染料 2%(owf)

浴比 30∶1

染色溫度 40℃

固色溫度 60℃

步驟:配置染液→按染色工藝曲線完成染色過(guò)程→取出→冷水洗→皂煮→水洗、晾干。

染色升溫曲線如圖2所示,其中皂煮的工藝條件為:皂片3 g/L,純堿3 g/L,90℃,15 min,浴比20∶1。

圖2 染色升溫曲線

1.5 浸軋法固色工藝

工藝流程:二浸二軋(固色劑160 g/L,軋余率80%),烘干(80℃,2~3 min),焙 烘(140℃,2~4 min)。

1.6 織物性能測(cè)試

1.6.1 色牢度性能

耐皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味?試驗(yàn)3》測(cè)定,用灰卡評(píng)級(jí)。耐摩擦色牢度按GB/T 3920—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定,用灰卡評(píng)級(jí)[7]。

1.6.2K/S值、白度

用Color測(cè)試儀對(duì)整理后的染色織物進(jìn)行K/S值測(cè)試。用固色劑處理未染色的織物,然后將處理過(guò)的織物折成4層,放在智能數(shù)字白度儀WSB-3 A下測(cè)試織物的白度,測(cè)試固色劑對(duì)織物白度的影響。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17644-1998測(cè)定4次,并取平均值[8]。

1.6.3 織物親水性

按AATCC法規(guī)定,方法是用微量滴管在10 c m高度滴水。10 s滴完0.5 ml,30 s觀察布面經(jīng)緯向擴(kuò)散寬度,量尺寸。4 c m為及格,5 c m為良好,6 c m為優(yōu)秀。測(cè)量取其經(jīng)、緯向的最小值。

1.6.4 織物力學(xué)性能

按GB/T 3923—1997《紡織品 織物拉伸性能第一部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定條樣法》測(cè)定,測(cè)試條件:隔距長(zhǎng)度20 c m、拉伸速度10 c m/min、預(yù)張力3.7 N。折痕回復(fù)角的測(cè)定方法按國(guó)標(biāo)GB/T 3819-1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》中的水平法進(jìn)行[9]。

1.6.5 織物柔軟性能評(píng)價(jià)

手感主觀評(píng)價(jià)柔軟度,柔軟劑整理后織物經(jīng)多位有經(jīng)驗(yàn)的手感評(píng)價(jià)專家從滑度、柔軟度、蓬松度等方面綜合評(píng)價(jià),將原布手感定為2分,以半級(jí)為梯度,手感評(píng)價(jià)最好為5分。取平均值確定結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 固色劑種類對(duì)織物色牢度的影響

為了將合成的CWPU固色劑與市面上的固色劑產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比,選取了3組自合成的CWPU,以市面上濕摩牢度提升劑DM-2589和固色劑1作為對(duì)照組,測(cè)試織物的各項(xiàng)牢度。3組CWPU樣品配方見(jiàn)表1。

表1 3組自合成CWPU原料的配方

5組整理劑織物固色整理后的各項(xiàng)色牢度指標(biāo)見(jiàn)表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出,不同類型的固色劑整理織物后在耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度都有了比較大的提升,提高了0.5-1.5級(jí)左右;在耐汗?jié)n色牢度方面提升不明顯,提高了半級(jí)。對(duì)織物耐皂洗色牢度影響不明顯,提高了0.5級(jí)左右。對(duì)于提高活性染料染色織物的濕摩擦牢度,固色劑1與CWPU的濕摩擦牢度效果都優(yōu)于提升劑DM-2589。且干摩擦牢度有很大提升,濕摩擦牢度也有所提升。

表2 織物的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度

CWPU具有一定的疏水性且容易在織物上成膜,處理后,固色劑與染料形成微溶于水的電解質(zhì),使染料在水中的溶解度降低,從而提高了耐摩擦色牢度,同時(shí)對(duì)耐皂洗色牢度也有一定的提升。

2.2 固色劑對(duì)織物白度和毛效的影響

用CWPU固色劑對(duì)未染色的原白布進(jìn)行浸軋?zhí)幚?。二浸二?固色劑160 g/L,軋液率80%),80℃預(yù)烘,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到結(jié)果,見(jiàn)表3。

表3 織物的親水性和白度

從表3可以看出,不同固色劑對(duì)織物白度幾乎沒(méi)有影響。DM-2589和固色劑1使織物的親水性增加,陽(yáng)離子水性聚氨酯使織物的親水性降低。這可能是因?yàn)镈M-2589和固色劑1結(jié)構(gòu)中含有大量的季銨鹽型陽(yáng)離子基團(tuán),處理到織物上后,由于季銨鹽離子的極性和其他極性基團(tuán)的存在,更加有利于織物吸收極性的水分子,從而提高織物的親水性。而陽(yáng)離子水性聚氨酯在高溫焙烘條件下,會(huì)在纖維上形成一層連續(xù)的薄膜,形成致密的微相分離結(jié)構(gòu),使得水分子很難透過(guò)硬段晶體結(jié)構(gòu),使織物的親水性有所下降。

2.3 固色劑對(duì)織物強(qiáng)力、抗皺性能和柔軟度的影響

用不同的固色劑處理織物,比較其對(duì)織物性能的影響。用固色劑處理染色織物,采用浸軋法。二浸二軋(固色劑160 g/L,軋液率80%),80℃預(yù)烘干,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到以下結(jié)果,見(jiàn)表4。

表4 織物強(qiáng)力、抗皺性能和柔軟性能變化

從表4可以看出,經(jīng)固色劑整理后(除固色劑1外)織物的強(qiáng)力都比原布的強(qiáng)力大;固色劑(除提升劑DM-2589外)整理后織物的伸長(zhǎng)率均比原布短;提升劑DM-2589和固色劑1整理后織物的柔軟度比原布大,而CWPU整理后織物的柔軟度下降,但抗皺性能比DM-2589和固色劑1好。

這可能是因?yàn)楣躺珓?中的某些基團(tuán)與纖維的基團(tuán)發(fā)生了一定程度的交聯(lián),使織物的強(qiáng)力下降、伸長(zhǎng)率變短。提升劑DM-2589可能是因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)小,分子鏈容易旋轉(zhuǎn),具有柔軟劑的性能,降低了摩擦系數(shù),可使織物的摩擦系數(shù)減小。

測(cè)試織物的柔軟性能,得到結(jié)果,見(jiàn)表5。

表5 整理劑中加入有機(jī)硅后織物柔軟性能的變化

從表5可以看出,加入有機(jī)硅表面活性劑后整理織物的柔軟性提高顯著。聚硅氧烷特有的結(jié)構(gòu)使其分子能夠容易地自由旋轉(zhuǎn)。這樣不僅可以降低織物和纖維之間的摩擦系數(shù),而且還降低了分子間的作用力,使織物的柔軟度提高。

3 結(jié)論

(1)自制CWPU浸軋固色整理工藝:用量160 g/L,軋余率80%,預(yù)烘溫度80℃,焙烘溫度130℃。

(2)對(duì)活性染料染色織物,雖然色差有一定影響,但是濕摩擦牢度提升了1級(jí),達(dá)到4級(jí),棉沾、毛沾和褪色牢度可提高0.5-1.5級(jí)。

(3)經(jīng)過(guò)整理的織物抗皺性、機(jī)械性能(斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率)得以提升。