增稠劑L-112在滌綸織物印花中的應(yīng)用

馮冰冰，白 剛，劉艷春

（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）

增稠劑是一種凝膠狀助劑，少量使用就可以改變體系狀態(tài)，提高體系黏度，使得各種添加劑能夠在體系中穩(wěn)定分散，因此可以用于紡織品印花［1］。增稠劑的性能在很大程度上影響印花織物的性能，包括印花產(chǎn)品的圖案精細(xì)性、均勻性、滲透性、色澤鮮艷度和各項(xiàng)牢度［2-3］。

滌綸印花生產(chǎn)大多使用海藻酸鈉作為印花糊料，印制圖案輪廓清晰且有較高的色牢度［4-5］，但是海藻酸鈉需要從天然藻類中提?。?］，來源受限且應(yīng)用范圍廣泛，導(dǎo)致其價(jià)格較高［7］。對(duì)于印花廠家，不僅要考慮印花產(chǎn)品質(zhì)量，也要考慮生產(chǎn)成本。為了降低印花成本，國(guó)內(nèi)外研究者一直致力于尋找海藻酸鈉的替代品［8］。合成增稠劑因?yàn)楹搪实汀{膜薄、流變性好而成為關(guān)注重點(diǎn)［9］，但是一般對(duì)電解質(zhì)較敏感，抗?jié)B化能力較差［10-11］。

本實(shí)驗(yàn)研究5 種市售合成增稠劑的性能，系統(tǒng)探討其黏度、抱水性、流變性、與染料的相容性、耐酸堿性和印制性能，以篩選出與分散染料有較好相容性、防滲化性好的增稠劑，提供一種既適合分散染料印花，又可以替代海藻酸鈉的合成增稠劑，并應(yīng)用于印花生產(chǎn)中。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

織物：滌綸織物（單位面積質(zhì)量190 g/cm2，上海皇亞貿(mào)易有限公司）。

試劑：增稠劑TF-312F（浙江傳化化學(xué)集團(tuán)），增稠劑RG-7207C（濰坊瑞光化工有限公司），增稠劑L-101、增稠劑L-107、增稠劑L-112（廣州市德田新材料有限公司），分散紅玉S-5BL、分散橙S-4RL、分散深藍(lán)S-3BG（浙江閏土股份有限公司）。

1.2 儀器

AM110W-0 電子攪拌器（上海昂尼儀器儀表有限公司），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），M238BB 電子摩擦牢度測(cè)試儀（SDL Atlas Ltd.），SW-12D 耐水洗色牢度儀（寧波紡織儀器廠），R-3 自動(dòng)定形烘干機(jī)（廈門瑞比精密機(jī)械公司），MJ562A 磁棒印花小樣機(jī)（北京紡織機(jī)械器材研究所），JA31002電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 糊料的制備

用電子天平稱取合成增稠劑于150 mL 燒杯中，加入蒸餾水，用電子攪拌器攪拌（650 r/min），待燒杯中呈單一均勻凝膠狀時(shí)即停止攪拌。

1.4 色漿的制備

將一定量水加入燒杯中，按照色漿配方依次加入增稠劑2%以及分散染料2%～3%，充分?jǐn)嚢枋怪旌暇鶆颉?/p>

1.5 印花工藝流程

制漿→網(wǎng)印→烘干→焙烘→還原清洗→水洗→烘干→成品。

1.6 理化性能測(cè)試

1.6.1 黏度及PVI指數(shù)

設(shè)置剪切速率為10 s-1，用流變儀測(cè)定黏度；PVI指數(shù)表示剪切速率相差10 倍條件下測(cè)定的黏度比值，按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

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。

1.6.2 抱水性

準(zhǔn)備規(guī)格為10 cm×1 cm 的濾紙，垂直插入白漿或色漿液面以下1 cm，測(cè)定30 min 后濾紙上水分的高度，高度越低，抱水性越好。

1.6.3 流變性

采用流變儀進(jìn)行測(cè)試：（1）穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)設(shè)置剪切速率為0.1～1 000.0 s-1，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）動(dòng)態(tài)頻率掃描設(shè)置頻率為0.1～600.0 r/s，應(yīng)變?yōu)?%，進(jìn)行小幅振蕩頻率掃描，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（3）動(dòng)態(tài)振幅掃描設(shè)置應(yīng)變?yōu)?.01%～200.00%，角頻率為1 Hz，進(jìn)行小幅振蕩應(yīng)變掃描，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（4）瞬態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)將第一、三階段的剪切速率固定為1 s-1，時(shí)間為2 min，第二階段剪切速率固定為400 s-1，時(shí)間為1 min，第三階段與第一階段測(cè)得的黏度平均值之比即糊料的黏度回復(fù)率。

1.6.4 與染料的相容性

將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分散染料與2%的增稠劑L-112 混合，充分?jǐn)嚢韬笾苽涑缮珴{，然后再測(cè)試色漿黏度的變化。

1.6.5 耐酸堿性

用冰醋酸以及氫氧化鈉調(diào)節(jié)蒸餾水的pH，將其與2%的增稠劑L-112 充分?jǐn)嚢枧渲瞥砂诐{，然后再測(cè)試黏度。

1.6.6 儲(chǔ)存穩(wěn)定性

將增稠劑與水按比例混合制備成白漿，每隔24 h測(cè)試一次黏度，測(cè)定7 d。

1.7 印制性能測(cè)試

1.7.1 表觀得色量和滲透率

采用電腦測(cè)色配色系統(tǒng)測(cè)定印花織物正反面的K/S值，按照下列公式計(jì)算滲透率：

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。

1.7.2 色牢度

耐皂洗色牢度：參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取愤M(jìn)行測(cè)試；耐摩擦色牢度：參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取愤M(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 防滲化印花增稠劑篩選

將3%的分散紅玉S-5BL 與不同種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增稠劑充分混合制備成色漿，再研究色漿的抱水性能以及印花產(chǎn)品的K/S值和花型輪廓清晰度，結(jié)果見表1。

表1 增稠劑種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)印花織物性能的影響

增稠劑抱水性越好，表示防滲化能力越強(qiáng)，印制花紋輪廓越清晰。由表1 可以看出，RG-7207C、L-101以及L-107 這3 種增稠劑的抱水性較差（均大于0.6 cm），印花制品邊緣滲化明顯；當(dāng)增稠劑TF-312F 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，抱水性為0.19 cm；當(dāng)增稠劑L-112質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%時(shí)，抱水性較好（均在0.20 cm 以下）；增稠劑TF-312F 以及L-112 的印花制品花紋輪廓清晰，邊緣無滲化。當(dāng)增稠劑L-112質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，K/S值為23.24，高于其他增稠劑。綜合考慮增稠劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、抱水性和印花織物表觀得色量，確定增稠劑選擇L-112。

2.2 增稠劑L-112的理化性能

2.2.1 黏度及PVI指數(shù)

一般印花糊料黏度最低要達(dá)到3 500 mPa·s。印花增稠劑的黏度要適宜，黏度過低，染料不能均勻地覆蓋在織物表面；黏度過高，色漿透網(wǎng)性會(huì)變差，花紋印制不完全。PVI 指數(shù)與增稠劑的結(jié)構(gòu)黏度有關(guān)，一般在0.1～1.0；PVI 指數(shù)越小，在高剪切速率下黏度變化越大，色漿越容易透過網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到織物上。由表2 可知，增稠劑L-112 的黏度隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，PVI指數(shù)在0.1～0.4，具有較高的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)增稠劑的黏度及PVI指數(shù)

2.2.2 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性

穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性測(cè)試增稠劑剪切速率變化對(duì)表觀黏度的影響。由圖1 可以看出，剪切速率增加，表觀黏度下降，說明增稠劑L-112 具有假塑性。假塑性流體受到剪切后，在低剪切速率時(shí)分子間互相纏結(jié)；隨著剪切速率的增大，分子間纏結(jié)變少，表觀黏度下降。性能較好的印花增稠劑，在使用過程中受到剪切作用后黏度會(huì)下降，以便于色漿透過印花網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到織物表面，從而保證良好的表觀得色量以及印花均勻性［12］。增稠劑L-112 具有較好的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)性，可以滿足印花需要。

圖1 表觀黏度-剪切速率曲線

2.2.3 動(dòng)態(tài)黏彈性

由圖2 可以看出，隨著角頻率的增大，增稠劑L-112 的儲(chǔ)能模量G′以及損耗模量G″增大，而且兩條曲線出現(xiàn)了2 個(gè)交點(diǎn)，為增稠劑黏彈性轉(zhuǎn)換點(diǎn)，即在0.10～7.75、202～600 r/s 時(shí)，儲(chǔ)能模量G′大于損耗模量G″，損耗系數(shù)tanδ小于1，此時(shí)增稠劑的彈性行為占主導(dǎo)地位；而在7.75～202.00 r/s 時(shí)則相反，這一階段增稠劑的黏性行為占主導(dǎo)地位。

圖2 G′、G″和tan δ隨角頻率的變化

除了角頻率的變化對(duì)增稠劑的黏彈性有一定影響外，應(yīng)變變化也會(huì)影響增稠劑的動(dòng)態(tài)模量，測(cè)定增稠劑L-112 的動(dòng)態(tài)黏彈性能隨著應(yīng)變的變化情況，結(jié)果如圖3所示。

圖3 G′、G″和tan δ 隨剪切應(yīng)變的變化

由圖3 可以看出，應(yīng)變?cè)?.000 1～0.009 8 時(shí)，增稠劑L-112 的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″幾乎呈水平狀態(tài)，損耗系數(shù)tanδ小于1，此時(shí)彈性效應(yīng)占主導(dǎo)地位；隨著應(yīng)變不斷增大，儲(chǔ)能模量G′下降，損耗模量G″上升，在0.047 89 處出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)損耗系數(shù)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)。

2.2.4 瞬態(tài)剪切性

對(duì)增稠劑L-112 進(jìn)行分階段剪切實(shí)驗(yàn)，在高剪切速率下破壞體系結(jié)構(gòu)，在低剪切速率下使其回復(fù)，觀察其回復(fù)能力，計(jì)算黏度回復(fù)率，結(jié)果見表3和圖4。

表3 增稠劑L-112 的瞬態(tài)剪切黏度及黏度回復(fù)率

圖4 增稠劑L-112 的黏度回復(fù)曲線

瞬態(tài)剪切性即增稠劑的觸變性，與增稠劑結(jié)構(gòu)的破壞與重建相關(guān)。增稠劑是染料的載體，觸變性能較好的增稠劑應(yīng)在剪切應(yīng)力消除后，黏度立即回復(fù)到未剪切前，從而保證織物花紋的印制效果［13］。由表3 和圖4 可以看出，增稠劑L-112 在低剪切速率下的黏度較高；在高剪切速率下，黏度迅速下降；停止剪切后又回復(fù)到高黏度狀態(tài)。增稠劑L-112 的黏度回復(fù)率為96.50%，具有較好的黏度回復(fù)性。

2.2.5 與染料的相容性

由圖5 可以看出，隨著染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，3種色漿的黏度不斷下降，商品染料中含有分散劑，可能是電解質(zhì)型，電解質(zhì)會(huì)使增稠劑的分子鏈卷縮，進(jìn)而破壞其原有的分子結(jié)構(gòu)［11］，但是色漿的抱水性變化相對(duì)較小，為0.05～0.25（如表4 所示），能夠滿足印花的需要。

表4 分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)色漿抱水性的影響

圖5 分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)色漿黏度的影響

2.2.6 耐酸堿性

pH 對(duì)增稠劑黏度的影響見圖6。

圖6 pH 對(duì)增稠劑黏度的影響

由圖6 可以看出，加入酸或堿均能夠促進(jìn)增稠作用，使增稠劑L-112 的分子鏈?zhǔn)嬲归_來，更加容易發(fā)生疏水締合作用，導(dǎo)致黏度增大［14］。總體來說，增稠劑L-112 制備的糊料耐酸堿性能均較好，若在使用過程中考慮增加黏度，可以調(diào)節(jié)其pH。

2.2.7 儲(chǔ)存穩(wěn)定性

由圖7 可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，增稠劑L-112 的黏度先略微上升后波動(dòng)較小，出現(xiàn)這種情況可能是由于水分的蒸發(fā)導(dǎo)致黏度略微增大。在測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)，黏度波動(dòng)幅度較小，說明增稠劑L-112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

2.3 增稠劑L-112的印制性能

由表5 可知，增稠劑L-112 印花織物的K/S值高于海藻酸鈉印花織物，二者的滲透性相當(dāng)，耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均能達(dá)到4～5級(jí)，色牢度較好。

表5 增稠劑L-112 與海藻酸鈉的印制性能對(duì)比

3 結(jié)論

（1）5種合成增稠劑TF-312F、RG-7207C、L-112、L-101 和L-107 中，L-112 防滲化性能及印制性能均較好，具有假塑性流體特征，其黏度隨著剪切速率的增加而下降。

（2）在0.10～7.75、202～600 r/s 范圍內(nèi)，增稠劑L-112 的儲(chǔ)能模量G′大于損耗模量G″，損耗系數(shù)tanδ小于1，彈性行為占主導(dǎo)地位；在7.75～202.00 r/s 范圍內(nèi)則相反，黏性行為占主導(dǎo)地位。在應(yīng)變?yōu)?.047 89時(shí)，儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)損耗系數(shù)tanδ=1。

（3）增稠劑L-112 的觸變性良好，黏度回復(fù)率高達(dá)96.50%。

（4）增稠劑L-112 與分散染料的相容性較好，抱水性優(yōu)良，且儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好，印花織物的表觀得色量高于海藻酸鈉印花織物，耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均達(dá)到4～5 級(jí)，可以替代海藻酸鈉用于滌綸織物分散染料印花。