濕摩擦牢度提升劑的研究進(jìn)展

梁麗麗,張懷遷,趙婷

(淄博魯瑞精細(xì)化工有限公司,山東 淄博 255084)

近年來,隨著生活質(zhì)量的提高以及全國印染行業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)各類面料的質(zhì)量要求越來越高,對(duì)于織物各項(xiàng)色牢度指標(biāo)的要求也在進(jìn)一步提高。其中織物的濕摩擦牢度一直以來都是一個(gè)重大難題,尤其是一些深濃顏色的紡織品,往往達(dá)不到要求。為了解決染料濕摩擦牢度差的問題,人們提出了各種解決措施,其中添加濕摩擦牢度提升劑是一種簡單有效的途徑。本文綜合分析了影響活性染料耐濕摩擦牢度的因素,針對(duì)這些因素提出了提高濕摩擦牢度的措施,并對(duì)濕摩擦牢度提升劑的發(fā)展情況進(jìn)行了系統(tǒng)地分析、歸納和綜述。

1 影響濕摩擦牢度的因素

關(guān)于影響活性染料濕摩擦牢度因素的研究報(bào)道有很多,總結(jié)起來有以下幾種。

1.1 活性染料的分子結(jié)構(gòu)

染料本身的性能是影響濕摩擦牢度的主要因素。染料本身的性能主要包括染料的顏色、親水性、直接性和活性。當(dāng)染料的親水性較高時(shí),染色完成后,在濕摩擦牢度測試時(shí),染料易溶于水與纖維素分離,導(dǎo)致濕摩擦牢度降低[1]。若染料分子的直接性較大,擴(kuò)散性較差,在染色過程中不能滲透到織物內(nèi)部,很容易聚集在織物表面形成浮色。在摩擦測試過程中,浮色很容易轉(zhuǎn)移[2],造成濕摩擦牢度下降。活性染料活性越高,越容易與纖維形成共價(jià)鍵。但同時(shí)由于活性高、共價(jià)鍵不穩(wěn)定容易斷裂,染料會(huì)聚集在織物表面造成浮色,導(dǎo)致濕摩擦牢度差[3]。

1.2 織物結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的機(jī)織物是經(jīng)緯線按一定的規(guī)律相互交織,最終使得織物表面呈現(xiàn)出不同的紋路,所以織物的組織結(jié)構(gòu)各不相同,不同的織物結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)濕摩擦牢度產(chǎn)生一定的影響?？椢锏慕Y(jié)構(gòu)主要影響到其表面的光潔平整程度和平滑程度。在進(jìn)行織物摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí),織物的平滑度會(huì)影響其所受的摩擦力進(jìn)而影響摩擦牢度。通常,紗支密度相近的織物濕摩擦牢度順序?yàn)?緞紋織物>斜紋織物>平紋織物[4]?？椢锉砻婀鉂嵍仍讲?表面的有色絨毛越容易纏結(jié)成顆粒,使得其與測試用白布的摩擦力越大。同時(shí),在測試過程中容易轉(zhuǎn)移到測試白布上,導(dǎo)致濕摩擦牢度下降。

1.3 浮色

浮色是那些沒有和纖維反應(yīng)以及已經(jīng)水解的染料[5]。一般來說,染料用于織物后,染料與織物纖維共價(jià)鍵結(jié)合,共價(jià)鍵是比較穩(wěn)定的,不會(huì)因?yàn)槟Σ炼鴶嗔言斐筛∩６切]有與纖維反應(yīng)的染料,沒有共價(jià)鍵,僅依靠范德華力吸附在織物表面,一旦受到外力,就很容易從織物上脫離[6-8]。所以可以通過把織物表面的浮色洗盡來提高濕摩擦牢度。

1.4 染整工藝

除了染料的因素外,染整工藝對(duì)濕摩擦牢度提升劑的影響也很大。不同類型的染料,染色的作用機(jī)理不同,其需要的染整工藝也不相同。如高溫染料和低溫染料所需要的溫度不同,染色所需的時(shí)間也不一定相同,如果溫度、時(shí)間不夠可能會(huì)導(dǎo)致染料沒有充分上染并滲透,使織物表面有染料聚集,導(dǎo)致濕摩擦牢度下降;染色助劑的選擇以及使用方法都會(huì)影響染色效果,進(jìn)而影響濕摩擦牢度。

1.5 水質(zhì)

水質(zhì)也是影響濕摩擦牢度的重要因素。普通水,尤其是硬水中通常含有Ca2+和Mg2+離子。這些鈣、鎂離子會(huì)與染料中的OH-、CO32-形成難溶的物質(zhì)(氫氧化鎂、碳酸鈣、碳酸鎂等),沉積到織物表面,造成織物表面不光滑,濕摩擦?xí)r摩擦力大大增加,導(dǎo)致濕摩擦牢度下降[9-10]。

2 提升濕摩擦牢度的方法

綜合上述分析的活性染料濕摩擦牢度的影響因素,引起色織物上顏色轉(zhuǎn)移的原因可主要?dú)w結(jié)為以下兩點(diǎn):1)染料:染料分子的直接性、活性、親水性等都對(duì)濕摩擦牢度有很大的影響,未固著及固著后水解的染料容易解吸、脫離纖維,造成紡織品褪色,濕摩擦牢度降低;2)織物:織物的組織結(jié)構(gòu)以及表面光滑度都會(huì)影響濕摩擦牢度,織物上不同的紋路會(huì)使得織物表面的光滑程度不同,進(jìn)而造成織物的濕摩擦牢度不同。織物表面的有色絨毛在摩擦?xí)r易纏結(jié)成顆粒,與纖維脫離,濕摩擦牢度降低。為解決染料濕摩擦牢度差的問題,針對(duì)這兩點(diǎn)提出了多種解決方案,如加強(qiáng)織物前處理、選擇合適的染料、使用低硬度水、添加固色劑或濕摩擦牢度改進(jìn)劑等。

2.1 染料的選擇

染料的水溶性、直接性是影響活性染料濕摩擦牢度的根本原因,選擇水溶性和直接性適宜的染料可以提高染料的固色率。水溶性過低會(huì)造成染料不易溶于水,使得染色不均勻,過高則會(huì)導(dǎo)致染料分子易溶于水而脫離纖維。直接性太高會(huì)形成浮色,容易脫落,太低會(huì)影響固色率,所以要選擇水溶性和直接性適宜的染料。

2.2 優(yōu)化染整工藝

選擇了適宜的染料后,必須與合理的染整工藝相結(jié)合才能提高織物的上染率及固色效果。制定合理的染整工藝,在染色的過程中可以促進(jìn)染料向織物內(nèi)部擴(kuò)散和滲透,保證染料充分與纖維結(jié)合,使得染色均勻,減少浮色。

2.3 加強(qiáng)織物的前處理

染色前對(duì)織物進(jìn)行充分燒毛、退漿、煮漂等前處理工藝,會(huì)在一定程度上提高上染率?？椢锉砻娴墓鉂嵆潭葧?huì)使?jié)衲Σ晾味仁艿矫黠@影響,而不只是織布的紋路會(huì)影響光潔程度,織物本身表面的絨毛也是影響光潔度的原因之一。因此染色前要對(duì)織物進(jìn)行燒毛處理,除去其表面的絨毛,保持織物表面光滑。退漿過程一定要將漿料去除干凈,否則剩余的漿料會(huì)附著在織物表面并形成一層薄膜,染色時(shí),部分染料便會(huì)附著在織物表面的薄膜上,不能進(jìn)入織物內(nèi)部與纖維結(jié)合。在進(jìn)行濕摩擦測試時(shí),附著在薄膜上的染料會(huì)和這層薄膜一起脫落,導(dǎo)致濕摩擦牢度降低。染色前對(duì)織物進(jìn)行煮漂,去除織物上的雜質(zhì)及未退漿的漿料,從而提高濕摩擦牢度。

2.4 除去浮色

浮色是那些沒有和纖維反應(yīng)以及已經(jīng)水解的染料,這些染料極易從織物上脫落下來,染色后要進(jìn)行充分的水洗和皂洗,盡可能去除浮色,提高濕摩擦牢度。但是在水洗過程中要注意水質(zhì)的問題,避免使用硬水。

2.5 使用合適的固色劑或濕摩擦牢度提升劑

選擇合適的染料、優(yōu)化染整工藝、加強(qiáng)織物前處理等是可以在一定程度上提高織物的濕摩擦牢度,但是效果有限。如果想要進(jìn)一步提高織物的濕摩擦牢度還需要使用固色劑或濕摩擦牢度提升劑,性能良好的濕摩擦牢度提升劑可以提高濕摩擦牢度半級(jí)以上。

3 濕摩擦牢度提升劑的分類

目前,文獻(xiàn)中有一些關(guān)于濕摩擦牢度改進(jìn)劑的報(bào)道,它們的分類不盡相同[11-12]。本文以濕摩擦牢度提升劑的固色機(jī)理為分類依據(jù)來介紹濕摩擦牢度提升劑。

3.1 吸附沉淀型濕摩擦牢度提升劑

吸附沉淀型濕摩擦牢度提升劑一般為陽離子高分子化合物。染料中的磺酸基、羥基或羧基等水溶性陰離子基團(tuán)是造成水洗牢度和濕摩擦牢度差的主要原因之一。正好這類濕摩擦牢度提升劑可以提供陽離子,使其與染料中的陰離子形成離子鍵,產(chǎn)生不溶性色淀,從而提高染色織物的濕摩擦牢度[13]。王寶敬等[14]對(duì)陽離子濕摩擦牢度提升劑BRIFIX HKR進(jìn)行了應(yīng)用研究,結(jié)果表明,用它整理的織物濕摩擦牢度顯著提高。FK-406[15]是一種陽離子濕摩擦牢度提升劑,利用其本身帶有的陽離子基團(tuán)對(duì)陰離子型染料具有吸附作用,提高濕摩擦牢度提升劑的性能。

陽離子濕摩擦牢度改進(jìn)劑可以在一定程度上提高濕摩擦牢度,但其使用范圍有限,一般在酸性條件下陽離子性強(qiáng),一旦將其放到堿性環(huán)境中,則會(huì)分層或者生成沉淀。所以,陽離子濕摩擦牢度增強(qiáng)劑應(yīng)在酸性條件下保存及使用。

3.2 反應(yīng)交聯(lián)型濕摩擦牢度提升劑

反應(yīng)交聯(lián)濕摩擦牢度改進(jìn)劑是在制備過程中引入多個(gè)活性基團(tuán),這樣不僅可以和染料分子共價(jià)鍵結(jié)合,還可以與纖維素分子上的活潑H共價(jià)鍵結(jié)合,從而將纖維素和染料緊密地結(jié)合到一起,防止了染料從纖維上脫落,提高織物濕摩擦牢度。

多胺類反應(yīng)型固色劑通常是由環(huán)氧氯丙烷和有機(jī)胺反應(yīng)制得[16]。在使用過程中,通過烘焙整理時(shí),環(huán)氧基團(tuán)能與纖維素分子、染料分子上的羥基、氨基等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將纖維、染料結(jié)合到一起可以固定一些浮色,從而提高了織物的濕摩擦牢度。趙磊等[17]以二乙烯三胺、環(huán)氧氯丙烷為主要原料,制備了一種陽離子型濕摩擦牢度提升劑,利用其環(huán)氧基團(tuán)與纖維結(jié)合,使得染色織物的濕摩擦牢度提高1～1.5級(jí),皂洗牢度提高1～1.5級(jí)。

近年來,研究較多的封閉水性聚氨酯就是一種反應(yīng)性交聯(lián)濕摩擦牢度改進(jìn)劑。封閉水性聚氨酯是利用封端劑封端活性-NCO基團(tuán),然后在整理織物時(shí)解封,釋放出-NCO基團(tuán)。在織物處理時(shí),使纖維和染料中的-NH2、OH等活性基團(tuán)通過封閉的聚氨酯分子以共價(jià)鍵連接,提高濕摩擦牢度。

3.3 成膜覆蓋隔離型濕摩擦牢度提升劑

染色織物整理后,此類濕摩擦牢度提升劑可在織物表面形成一層致密的薄膜,這層薄膜可以將染料與外界隔開,阻礙了轉(zhuǎn)移沾色。而且這類濕摩擦牢度提升劑除了阻礙沾色,還能使織物的表面光滑,減緩織物與試驗(yàn)白布的摩擦力,提高濕摩擦織物的牢度。如乙烯基聚合物乳液和水性聚氨酯乳液等[18]就是利用其良好的成膜性能來提高色牢度。

3.4 綜合型濕摩擦牢度提升劑

綜合型濕摩擦牢度提升劑是通過吸附、交聯(lián)、成膜等其中的一種或多種作用來提高濕摩擦牢度。由于人們對(duì)紡織品的要求越來越高,單獨(dú)利用一種固色機(jī)理的話,效果有限,滿足不了現(xiàn)在人們的需求,所以綜合型濕摩擦牢度提升劑的研究成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。

水性聚氨酯綠色環(huán)保,又具有優(yōu)異的耐摩性能,所以它成為一種重要的綜合型濕摩擦牢度提升劑。水性聚氨酯濕摩擦牢度提升劑的固色機(jī)理主要有以下兩個(gè)方面:1)水性聚氨酯成膜性好,可以在織物表面形成一層光滑的薄膜;2)聚氨酯的氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)還容易與織物形成氫鍵,可以在一定程度上提高固色能力。但是單一的水性聚氨酯在濕摩擦牢度提升方面還是和目前人們需求有一定的差距,所以對(duì)水性聚氨酯改性研究也就成了目前研究的重點(diǎn)。接下來將從水性聚氨酯改性的角度重點(diǎn)介紹一下綜合型濕摩擦牢度提升劑。

3.4.1 陽離子改性水性聚氨酯

從濕摩擦牢度提升劑的固色機(jī)理可以知道,固色劑中的陽離子可以吸附染料中的陰離子,形成色淀,提高濕摩擦牢度。所以在水性聚氨酯中引入足夠多的陽離子基團(tuán),再加上水性聚氨酯良好的成膜性,其濕摩擦牢度會(huì)顯著提高。陽離子改性水性聚氨酯也屬于一種吸附沉淀型濕摩擦牢度提升劑。

盧殿光等[19]通過陽離子擴(kuò)鏈劑MDEA將陽離子基團(tuán)引入水性聚氨酯中,制備了陽離子型水性聚氨酯。應(yīng)用到織物整理后,可使織物濕摩擦牢度提高0.5級(jí)以上。

于得海等[20]合成了一種陽離子封閉型水性聚氨酯乳液,該乳液可通過吸附、交聯(lián)、成膜等機(jī)理使染色織物的濕摩擦牢度提升1～2級(jí)。

李慶等[21]合成了不同陽離子含量的水性聚氨酯,探究了陽離子基團(tuán)的含量對(duì)濕摩擦牢度的影響,結(jié)果可以提高濕摩擦牢度1級(jí)左右。

3.4.2 交聯(lián)改性水性聚氨酯

交聯(lián)改性水性聚氨酯也是一種反應(yīng)交聯(lián)型濕摩擦牢度提升劑,是在合成聚氨酯的過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕宦?lián)改性,使活潑基團(tuán)-NCO與染料及纖維上的活潑H基團(tuán)反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),再加上聚氨酯本身成膜性,固色效果會(huì)得到很大提高。

張紅燕等[22]制備了陽離子型聚氨酯類濕摩擦牢度提升劑TF-239H,引入了可交聯(lián)基團(tuán),使用其整理織物時(shí)會(huì)使得其濕摩擦牢度提高2～3級(jí)。

Cui等[23]在水性聚氨酯分子中引入了環(huán)氧基團(tuán),利用其環(huán)氧基團(tuán)與纖維結(jié)合,形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),使得濕摩擦色牢度顯著提高。

3.4.3 封端改性水性聚氨酯

在合成水性聚氨酯的原料中,活潑基團(tuán)-NCO基團(tuán)很容易與含活潑H的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),同樣用到織物上時(shí),也可以很容易與染料及纖維上的活性H反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。因此通過封端改性,將活潑基團(tuán)-NCO保護(hù)起來,使其失去活性,等織物處理時(shí)再釋放出來,與纖維和染料分子相互交聯(lián)。

杜郢等[24]用PPG、IPDI、MDEA合成聚氨酯,用甲乙酮肟封端合成了封端型陽離子水性聚氨酯,應(yīng)用到織物整理上,可使得深色純棉織物的干濕摩擦牢度均提高1～2級(jí)。

吳明元等[25]對(duì)封閉型水性聚氨酯做了應(yīng)用探究,結(jié)果表明,應(yīng)用到用直接染料染色的棉織物上,可使得其固色牢度顯著提高,尤其是濕摩擦牢度。

3.4.4 丙烯酸復(fù)合改性水性聚氨酯

丙烯酸酯類的共聚物具有良好的耐候性、耐光性,附著力好,成本低,但是存在耐磨性差、硬脆等缺點(diǎn),而水性聚氨酯成膜性好,耐磨性好,彈性好,因此用丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以彌補(bǔ)水性聚氨酯的不足,應(yīng)用到織物上可以提高織物的固色牢度及耐曬牢度等。

李亮[26]將丙烯酸引入了水性聚氨酯中,將其應(yīng)用到織物整理后,可使得織物的干濕摩擦牢度提高0.5～1級(jí)。

3.4.5 有機(jī)硅改性水性聚氨酯

有機(jī)硅是一種特殊結(jié)構(gòu)的高分子材料,既有有機(jī)結(jié)構(gòu)Si-C,又含無機(jī)結(jié)構(gòu)Si-O-Si,因此具有有機(jī)和無機(jī)材料的雙重優(yōu)點(diǎn),如耐候、耐腐蝕、憎水等。有機(jī)硅鏈段中含有的-Si-O鍵,不僅鍵能大,而且易于旋轉(zhuǎn),所以可以賦予有機(jī)硅材料優(yōu)異的耐熱穩(wěn)定性以及一定的柔軟性。通過有機(jī)硅改性的水性聚氨酯除了提高濕摩擦牢度以外,還可以賦予織物一定的柔軟性。

楊江濤等[27]利用羥丙基硅油中的羥基和IPDI中的-NCO反應(yīng)合成了有機(jī)硅改性的水性聚氨酯,將其用于織物的固色整理,可使得織物的干濕摩擦牢度都得到顯著提高,同時(shí)也改善了織物的手感。

曲鵬飛等[28]用TDI、PPG、MDEA和丁酮肟合成陽離子水性聚氨酯過程中引入了羥基硅油改性劑,最終合成的聚氨酯應(yīng)用于織物,結(jié)果表明其濕摩擦牢度明顯提高,并且織物手感也得到了明顯改善。

4 結(jié)語

綜上所述,未來濕摩擦牢度改進(jìn)劑的發(fā)展必然會(huì)向綜合型濕摩擦牢度改進(jìn)劑的方向發(fā)展,而水性聚氨酯相對(duì)容易達(dá)到這個(gè)目的,也是目前濕摩擦牢度改進(jìn)劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而,單一的水性聚氨酯滿足不了現(xiàn)在人們對(duì)紡織品的要求,因此對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行改性成為現(xiàn)在的研究重點(diǎn),改性后的水性聚氨酯不僅可以提高織物的濕摩擦牢度,還可以提高織物的防曬牢度、手感等。相信在不久的將來一定會(huì)研制出固色能力更強(qiáng)、功能更多、應(yīng)用范圍更廣的濕摩擦牢度增強(qiáng)劑。