分散染料免蒸洗印花糊料的制備及其性能

馮冰冰， 劉艷春， 周天池， 白 剛

(1. 紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 紹興 312000； 3. 鹽城工學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 鹽城 224051)

分散染料屬于非離子型染料，在印花過(guò)程中與纖維之間不存在化學(xué)反應(yīng)，而是在高于纖維玻璃化溫度的條件下進(jìn)入纖維內(nèi)部完成上染過(guò)程[1]。傳統(tǒng)分散染料印花，由于染料在織物上固色不完全，需要通過(guò)蒸化工序來(lái)發(fā)色；在蒸化發(fā)色后，還需要通過(guò)水洗工序?qū)](méi)有進(jìn)入纖維里的染料、糊料和其他助劑洗去[2-3]。常規(guī)分散染料印花工藝流程為：印花坯布→網(wǎng)印→烘干→蒸化→水洗→定形→印花成品[4]，在水洗過(guò)程中會(huì)造成大量污水排出，污水中有機(jī)污染物含量大、色度深，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重[5-6]。

如何解決傳統(tǒng)分散染料印花技術(shù)中普遍使用蒸、洗工序帶來(lái)的高能耗、高污染問(wèn)題，從清潔生產(chǎn)角度考慮，縮短工藝流程，減少污水排放，是印染行業(yè)亟待攻克的技術(shù)難題[7]。分散染料免蒸洗印花可省去常規(guī)印制過(guò)程中的蒸化和水洗工序，從而降低水和能源消耗,但分散染料免蒸洗印花對(duì)糊料有特定的要求，由于固色后無(wú)需水洗，糊料必須具備含固率低、增稠效率高、流變性好的特點(diǎn)[8]。

為此，本文針對(duì)目前常用合成增稠劑對(duì)電解質(zhì)敏感、容易滲化的問(wèn)題，研制出與分散染料具有較好相容性、漿膜薄、印花輪廓清晰度高的印花糊料，并對(duì)糊料性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，選用固色率高、熱穩(wěn)定性好的分散染料對(duì)滌綸織物進(jìn)行免蒸洗印花，縮短了工藝流程，節(jié)能減排效果顯著。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：滌綸織物(面密度190 g/m2，浙江皇亞貿(mào)易有限公司)。

藥品：增稠劑L-101(廣州德田新材料有限公司)、增稠劑RG-7202C(瑞光化工有限公司)、增稠劑FL-312(浙江傳化化學(xué)集團(tuán)有限公司)、防滲化劑RG-FV157X(瑞光化工有限公司)、手感調(diào)節(jié)劑RG-BM70(瑞光化工有限公司)、分散紅玉S-5BL(浙江閏土股份有限公司)、分散橙S-4RL(浙江閏土股份有限公司)、分散深藍(lán)S-3BG(浙江閏土股份有限公司)。

儀器：MCR302型流變儀(奧地利安東帕有限公司)、Datacolor 600型測(cè)色配色系統(tǒng)(美國(guó)Datacolor公司)、AM110W-0電子攪拌器(上海昂尼儀器儀表有限公司)、ME204E電子天平(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司)、MJ562A磁棒印花小樣機(jī)(北京紡織機(jī)械器材研究所)、R-3自動(dòng)定形烘干機(jī)(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械公司)、SW-12 D型耐水洗色牢度儀(寧波紡織儀器廠)、M238BB摩擦牢度測(cè)試儀(錫萊-亞太拉斯有限公司)。

1.2 糊料和色漿的制備

1.2.1 免蒸洗印花糊料的制備

糊料配方：增稠劑FL-312質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，防滲化劑RG-FV157X質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，手感調(diào)節(jié)劑RG-BM70質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為水。

按照配方，將增稠劑、防滲化劑、手感調(diào)節(jié)劑與水混合，電子攪拌器攪拌約10 min，使其呈均勻白色膏狀。

1.2.2 色漿的制備

色漿配方：染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，增稠劑FL-312質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，防滲化劑RG-FV157X質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，手感調(diào)節(jié)劑RG-BM70質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為水。

按照配方，將染料、增稠劑、防滲化劑、手感調(diào)節(jié)劑與水混合，電子攪拌器攪拌約10 min，混合均勻。

1.3 印花工藝

常規(guī)印花工藝流程：印花坯布→網(wǎng)印→烘干(80 ℃，5 min)→蒸化(180 ℃，8 min)→還原清洗(燒堿2 g/L，保險(xiǎn)粉2 g/L，80 ℃，10 min)→定形→成品。

免蒸洗印花工藝流程：印花坯布→網(wǎng)印→烘干(80 ℃，5 min)→定形(180 ℃，3 min)→成品。

1.4 糊料性能測(cè)試

1.4.1 黏度及印花黏度指數(shù)PVI

采用流變儀，設(shè)置剪切速率為10 s-1，對(duì)糊料進(jìn)行黏度測(cè)定，按下式計(jì)算PVI值：

式中：η10n為糊料在10n倍剪切速率下的黏度，mPa·s；ηn為糊料在n倍剪切速率下的黏度，mPa·s。

1.4.2 穩(wěn)態(tài)流變性能

采用流變儀測(cè)試糊料的穩(wěn)態(tài)流變性能，得到黏度與剪切速率的變化曲線。設(shè)定初始溫度為25 ℃，剪切速率為0.1～1 000 s-1。

1.4.3 動(dòng)態(tài)黏彈性能

動(dòng)態(tài)角頻率掃描：設(shè)定初始溫度為25 ℃，角頻率為0.1～600 rad/s，應(yīng)變?yōu)?%，進(jìn)行小幅振蕩角頻率掃描，得到儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″、損耗系數(shù)tanδ與角頻率的關(guān)系曲線。

動(dòng)態(tài)振幅掃描：設(shè)定初始溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.01%～200%，角頻率為1 Hz，進(jìn)行小幅振蕩應(yīng)變掃描，得到儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″、損耗系數(shù)tanδ與剪切應(yīng)變的關(guān)系曲線。

1.4.4 瞬態(tài)剪切性能

瞬態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)分3個(gè)階段進(jìn)行：1)剪切速率為1 s-1下剪切2 min；2)在剪切速率為400 s-1下剪切1 min；3)在剪切速率為1 s-1下剪切2 min。第3階段與第1階段測(cè)得的黏度平均值之比，為糊料的黏度回復(fù)率[9]。

1.4.5 抱水性能

將濾紙剪成10 cm×1 cm的長(zhǎng)條，垂直插入原糊或色漿中(插入液面下1 cm)，測(cè)定30 min時(shí)液面上升的高度。上升的高度越低，抱水性越好，印花時(shí)越不容易發(fā)生滲化[10]。

1.4.6 染料相容性

測(cè)試分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、3%、4%、5%時(shí)色漿黏度的變化，用來(lái)表征染料相容性。

1.4.7 耐酸堿性能

在pH值分別為4、5、6、7、8、9、10的條件下，測(cè)試增稠劑黏度的變化,用來(lái)表征增稠劑耐酸堿性能。

1.4.8 儲(chǔ)存穩(wěn)定性能

將自制增稠劑靜置消泡后，每隔24 h測(cè)黏度值，用來(lái)表征儲(chǔ)存穩(wěn)定性，共測(cè)7 d。

1.5 印制性能測(cè)試

1.5.1 表觀得色量和滲透率

采用Datacolor 600電腦測(cè)配色儀對(duì)印花織物正反面的表觀得色量(K/S值)進(jìn)行測(cè)定，正反面各取5個(gè)點(diǎn)，取平均值，按下式計(jì)算滲透率P：

式中：(K/S)1為織物反面的K/S值；(K/S)2為織物正面的K/S值。

1.5.2 色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》中C(3)方法，測(cè)試印花織物的耐皂洗色牢度。參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試印花織物的耐摩擦色牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 免蒸洗印花增稠劑復(fù)配體系優(yōu)化

印花增稠劑是染料及各種添加劑的傳遞載體，其性能的優(yōu)劣直接影響印花制品的精細(xì)度、著色鮮艷度和手感。針對(duì)目前常用合成增稠劑防滲化性差、對(duì)電解質(zhì)敏感的問(wèn)題，將含固量低而增稠效率高的合成增稠劑、防滲化劑和手感調(diào)節(jié)劑進(jìn)行合理復(fù)配，得到適用于分散染料免蒸洗印花的增稠劑命名為SX-608F。

2.1.1 增稠劑對(duì)抱水性和K/S值的影響

按照1.2.2節(jié)色漿配方，改變?cè)龀韯┓N類(lèi)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究不同復(fù)配體系下色漿的抱水性能和印花制品的K/S值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？煽闯觯S著增稠劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，抱水性變好。在3種增稠劑中，增稠劑FL-312抱水性最好，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，抱水性為0.1 cm，K/S值為21.33。增稠劑L-101的K/S值最佳，但抱水性較差，印花時(shí)會(huì)發(fā)生滲化。綜合考慮抱水性能和印花織物K/S值，確定增稠劑FL-312為最優(yōu)選擇。

表1 增稠劑種類(lèi)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抱水性和K/S值的影響Tab.1 Effect of thickener type and dosage on water holding capacity and K/S value

2.1.2 防滲化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抱水性和K/S值影響

按照1.2.2節(jié)色漿配方，改變防滲化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究不同復(fù)配體系下色漿的抱水性能和印花制品的K/S值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。可看出，隨著防滲化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，抱水性變好。通常抱水性在0.1～0.2 cm之間，就能夠滿足印花需求。因此，優(yōu)選配方為：增稠劑FL-312質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，防滲化劑RG-FV157X質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，手感調(diào)節(jié)劑RG-BM70質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。在此條件下，色漿抱水性為0.15 cm，印花織物K/S值為22.97。此優(yōu)化條件下復(fù)配的增稠劑為SX-608F。

表2 防滲化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抱水性和K/S值的影響Tab.2 Influence of anti-seepage agent dosage on water holding capacity and K/S value

2.2 增稠劑SX-608F的理化性能

2.2.1 增稠劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黏度及PVI指數(shù)的影響

增稠劑SX-608F質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)糊料的黏度及PVI指數(shù)的影響見(jiàn)表3。可看出，增稠劑SX-608F的黏度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，PVI指數(shù)在0.1～0.3之間，具有較大結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)。印花糊料黏度要適宜，一般在4 Pa·s以上就能夠滿足印花需求。黏度過(guò)低，染料不能均勻地覆蓋在織物表面；黏度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致透網(wǎng)性變差，花紋印制不完全。PVI指數(shù)與糊料的結(jié)構(gòu)黏度有關(guān)，一般在0.1～1.0之間。PVI指數(shù)越小，其結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)越大，在高剪切速率下，黏度變化較大，色漿易透過(guò)網(wǎng)孔，轉(zhuǎn)移到織物上。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)增稠劑SX-608F的黏度及PVI指數(shù)Tab.3 Viscosity and PVI index of thickener SX-608F with different mass fractions

2.2.2 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性能分析

增稠劑SX-608F穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1?？煽闯?，增稠劑SX-608F的黏度隨剪切速率的增加而降低，符合假塑性流體特征。假塑性流體受到剪切力作用后，在低剪切速率時(shí)，分子之間互相纏結(jié)；隨剪切速率的增大，分子間纏結(jié)減少，黏度下降。性能較好的印花糊料在使用過(guò)程中受到剪切作用后黏度會(huì)下降，便于色漿透過(guò)印花網(wǎng)孔到織物表面，從而保證了良好的表觀得色量和印花均勻性[11]。增稠劑SX-608F具有較好的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性能，滿足印花需要。

圖1 表觀黏度-剪切速率曲線Fig.1 Apparent-viscosity shear rate curve

2.2.3 動(dòng)態(tài)黏彈性能分析

增稠劑SX-608F動(dòng)態(tài)黏彈性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2?？煽闯觯龀韯㏒X-608F的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″均隨角頻率的增加而增加，體系的彈性效應(yīng)增強(qiáng)。在角頻率為500 rad/s時(shí)，增稠劑SX-608F的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″曲線相交，交點(diǎn)是增稠劑黏彈性轉(zhuǎn)換點(diǎn)。低于交點(diǎn)頻率，增稠劑彈性行為占主導(dǎo)，高于交點(diǎn)頻率，則由黏性行為占主導(dǎo)。在0.1～500 rad/s角頻率范圍內(nèi)，損耗系數(shù)tanδ<1，說(shuō)明增稠劑SX-608F在低頻區(qū)具有較強(qiáng)的彈性效應(yīng)。

圖2 G′、G″和tanδ隨角頻率的變化Fig.2 Variation of G′, G″ and tanδ with angular frequency

除了角頻率變化對(duì)增稠劑黏彈性影響外，剪切應(yīng)變也會(huì)影響糊料的動(dòng)態(tài)模量，增稠劑SX-608F儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″、損耗系數(shù)tanδ隨應(yīng)變的變化情況見(jiàn)圖3?？煽闯觯瑧?yīng)變?cè)?.000 1～0.05范圍內(nèi)，增稠劑SX-608F儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″趨于穩(wěn)定，損耗系數(shù)tanδ<1，彈性效應(yīng)占主導(dǎo)。隨著剪切應(yīng)變不斷增加，儲(chǔ)能模量G′呈下降趨勢(shì)，損耗模量G″呈上升趨勢(shì)。在測(cè)試范圍內(nèi)，儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″在應(yīng)變?yōu)?.573 7處出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)儲(chǔ)能模量和損耗模量相同，tanδ=1，黏性作用和彈性作用相當(dāng)；在交點(diǎn)之前以彈性效應(yīng)為主導(dǎo)，交點(diǎn)之后則以黏性效應(yīng)為主導(dǎo)。

圖3 G′、G″和tanδ隨剪切應(yīng)變的變化Fig.3 Change of G′, G″ and tanδ with shear strain

2.2.4 瞬態(tài)剪切性能分析

瞬態(tài)剪切性能即糊料的觸變性能，觸變性能與糊料結(jié)構(gòu)的破壞與重建相關(guān)。糊料是染料的載體，觸變性能好的糊料在剪切力消除后，黏度會(huì)迅速回復(fù)到未剪切前，從而保證織物上花紋的印制效果[12]。增稠劑SX-608F進(jìn)行分階段剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和圖4所示。

表4 增稠劑SX-608F的黏度回復(fù)率Tab.4 Viscosity recovery rate of thickener SX-608F

圖4 增稠劑SX-608F的黏度回復(fù)曲線Fig.4 Viscosity recovery curve of SX-608F thickener

由表4和圖4可看出：增稠劑SX-608F在低剪切速率下，黏度較高；高剪切速率下，黏度迅速下降；停止剪切后，又回復(fù)到高黏度狀態(tài)?？煽闯?，增稠劑SX-608F有較好的黏度回復(fù)性，黏度回復(fù)率為90.40%。

2.2.5 與染料的相容性分析

將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的染料加入糊料中，測(cè)定色漿的抱水性和黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和圖5?？煽闯?，隨著染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，色漿的黏度呈下降趨勢(shì)，這可能是由于電解質(zhì)使增稠劑分子鏈卷縮，破壞了其分子結(jié)構(gòu)所致，但增稠劑SX-608F抱水性變化相對(duì)較小，可以滿足印花需要。

表5 色漿的抱水性Tab.5 Water holding capacity of color paste

圖5 分散染料對(duì)增稠劑黏度的影響Fig.5 Effect of disperse dyes on viscosity of thickener

2.2.6 耐酸堿性能分析

不同pH值條件下，增稠劑SX-608F黏度的變化見(jiàn)圖6?？煽闯?增稠劑SX-608F耐酸堿性較好;酸性條件下，增稠劑的黏度略微下降；堿性條件下，黏度略有增加，可能是因?yàn)閴A能促進(jìn)其分子發(fā)生溶脹所致。

圖6 pH值對(duì)增稠劑黏度的影響Fig.6 Effect of pH on viscosity of thickener

2.2.7 儲(chǔ)存穩(wěn)定性分析

將增稠劑SX-608F制成原糊，每隔24 h測(cè)定其黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7?？梢钥闯?，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，增稠劑SX-608F黏度先略有上升后趨于平緩，出現(xiàn)這種情況可能是由于水分蒸發(fā)導(dǎo)致其黏度增大。在測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)，增稠劑黏度變化幅度較小，說(shuō)明儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好。

圖7 放置時(shí)間對(duì)增稠劑黏度的影響Fig.7 Effect of placement time on viscosity of thickener

2.3 增稠劑SX-608F的印制性能

將海藻酸鈉與增稠劑SX-608F進(jìn)行印花對(duì)比實(shí)驗(yàn)。海藻酸鈉采用常規(guī)印花工藝，增稠劑SX-608F采用免蒸洗印花工藝，測(cè)試印花制品的K/S值和色牢度等性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。可看出，增稠劑SX-608F印花織物的K/S值高于海藻酸鈉糊料，但滲透率低于海藻酸鈉糊料。增稠劑SX-608F印花織物未經(jīng)水洗，其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可達(dá)到4級(jí)以上；經(jīng)還原清洗后，各項(xiàng)色牢度均能達(dá)到5級(jí)，色牢度優(yōu)異。

表6 增稠劑SX-608F的印制性能Tab.6 Printing properties of thickener SX-608F

3 結(jié) 論

1)自制免蒸洗印花增稠劑SX-608F的配方為：增稠劑FL-312質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，防滲化劑RG-FV157X質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，手感調(diào)節(jié)劑RG-BM70質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。

2)增稠劑SX-608F具有假塑性流體特征，黏度隨剪切速率的增加而下降。在角頻率0.1～500 rad/s范圍內(nèi)，儲(chǔ)能模量G′大于損耗模量G″，損耗系數(shù)tanδ<1，表現(xiàn)出彈性行為。增稠劑SX-608F的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″在應(yīng)變?yōu)?.573 7處出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)損耗系數(shù)tanδ為1；當(dāng)剪切應(yīng)變低于0.573 7時(shí)，彈性效應(yīng)占主導(dǎo)。增稠劑SX-608F觸變性良好，黏度回復(fù)率高。

3)增稠劑SX-608F與染料相容性較好，抱水性?xún)?yōu)良。與海藻酸鈉糊料相比，增稠劑SX-608F印花織物的表觀得色量高，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可達(dá)到4級(jí)以上。