涂料印花摩擦牢度的影響因素

葛媛1,閔潔1,朱泉1,潘建君2,呂斌3

涂料印花是紡織品主要印花技術之一,但其印花產品摩擦牢度和水洗牢度較差,手感較硬,使其難以應用于高檔紡織品。影響涂料印花織物色牢度的因素主要有以下三方面:一是涂料印花色漿的性能,如著色強度、遮蓋力和色牢度等[1]。色漿性能主要取決于顏料分子的化學結構,以及顏料粒徑的分布等。顏料色漿不僅要求色譜齊全、色澤鮮艷、著色力高,而且要求顏料顆粒細而均勻,不易沉淀,有穩定的化學性質和良好的堅牢度[2-3]。二是黏合劑的品質。黏合劑分子質量、乳液狀態、顆粒大小均會影響其性能,很大程度上會影響印花織物的鮮艷度、手感和牢度等指標。三是印花工藝條件的控制。印花工藝不但會改變產品的顏色效果,還會對織物色牢度產生很大影響。

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試驗選取國內外不同廠商有代表性的幾只顏料和黏合劑,測試和分析其相關性能指標,進而探討制約涂料印花牢度問題的影響因素,得出涂料印花牢度與手感、鮮艷度間的平衡關系。

1.1材料、藥品和儀器

織物純棉漂白機織布

涂料與助劑涂料紅K-G3RC,涂料黃K-5GC和K-RC,涂料藍K-BC(德國A公司);涂料紅KB,涂料黃K3GF,涂料藍K3G(美國);涂料紅A111(上海A廠);涂料紅8111,涂料黃8204,涂料藍8301(上海B廠);涂料紅NEOM3B,涂料黃NEOM3G,涂料藍NEOMB(日本);涂料藍B03(山東A廠);涂料藍B12(山東B廠);黏合劑PBA(美國),黏合劑TOW(德國B公司),黏合劑TEP(香港),黏合劑LT和WY(上海),黏合劑XF(紹興),黏合劑DM5125(廣東),黏合劑TWH-R(宜興),黏合劑KG-101A,KG-102和增稠劑401(合肥)。

儀器Nano-ZS型納米粒度與電位分析儀(英國馬爾文儀器公司),U-3310型紫外分光光度儀(日本日立公司),L80-2型離心沉淀機(上海躍進醫療器械廠),MiniMDFR286型磁棒篩網印花機(奧地利JohannesZimmer公司),UPEI型連續式織物熱定形機(臺灣瑞比公司),CM-5型耐摩擦牢度儀(美國ATLAS公司)等。

1.2試驗方法

印花漿處方/%淺色中色深色

顏料漿(固體含量)0.5 1 2

粘合劑10

增稠劑401 5

加水至100

工藝流程印花→烘干(80℃×2min)→焙烘(140℃,3~5min)

1.3性能測定

(1)顏料與助劑含固量

稱取一定量的顏料漿和黏合劑,分別在分析天平上稱重,烘燥48h后取出稱重,計算含固量。

(2)顏料粒徑和Zeta電位

稱取0.05g顏料漿,稀釋3000倍,用納米粒度與電位分析儀測定顏料Z均粒徑和Zeta電位。

(3)黏合劑的吸水性

將黏合劑倒入聚酯膜上,自然流延成膜(膜厚度相同),待膠膜完全干燥后稱重。將該膠膜置于去離子水中浸泡48h,取出并吸盡表面水分,稱重,計算膠膜浸水后增重百分比,以此表征黏合劑的吸水性[4]。

(4)分散體系沉降穩定性

稱取0.05g顏料漿,稀釋3000倍,用移液管移取10mL于離心管中,以3000r/min離心30min。將移液管插入離心管液面下2mm處,取1mL色漿,稀釋5倍,用紫外分光光度儀測定稀釋液的吸光度,按式(1)計算比吸光度。

γ30=A30/A0×100%(1)

式(1)中,A0和A30分別代表未離心和離心30min時最大吸收波長處的吸光度,γ30代表離心30min的比吸光度。比吸光度越接近100%,體系的離心穩定性越好。

(5)印花產品干濕摩擦牢度

按AATCC8-2005《紡織品耐摩擦色牢度》,在CM-5型ALTAS摩擦色牢度計上測試,并用Datacolor 650型電腦測色配色儀進行沾色評級[5]。

2.1顏料色漿的基本性能

從紅、黃、藍三色系中分別選取5只顏料漿,測定其含固量。稀釋相同倍數,測定各顏料漿的Z均粒徑,Zeta電位和離心穩定性,結果見表1。

由表1可見,日本某公司產顏料漿(5號,10號,14號)粒徑最小,紅、黃色漿的粒徑均在100nm以下,屬于納米級顆粒。其它公司生產的顏料漿粒徑大多在100~200nm,也有顏料漿粒徑在200~300nm,最大粒徑超過600nm,這些顏料顆粒已屬于亞納米級。

各只顏料漿的Zeta電位值不同,但Zeta電位絕對值都較大,說明電荷斥力較強,使得分散體系中的顏料顆粒不發生聚集而保持穩定。分散體系的穩定性與色漿粒徑大小也有密切關系,粒徑分布在100~200nm,分散體系的穩定性均在80%以上。15號色漿(山東A)Z均粒徑為673.6nm,其離心穩定性只有8.76%,在重力作用下顆粒沉降較嚴重,奧氏熟化作用[6]也較明顯,從而導致體系穩定性較差,嚴重影響涂料印花的重現性。

2.2顏料色漿的印花牢度性能測試

采用不同顏料漿用量分別進行淺色、中色和深色印花,將印花織物置于標準大氣平衡箱中,放置4h后取出,測試干濕摩擦牢度,結果見表2。

由表2可見:(1)5號和10號色漿的印花產品具有優異的干濕摩擦牢度,這是由于其粒徑低于100nm,屬于納米級顆粒,比表面積較大。當顏料顆粒被黏合劑包覆,不連續地分散在纖維表面時,巨大的比表面積使顆粒牢固地吸附在纖維表面。粒徑越小則黏合劑的包覆越完整,從而在織物表面能夠形成均勻而平整的印花膜,因此干濕摩擦牢度較高。

(2)國外公司的顏料粒徑雖較國內廠家生產的顏料粒徑(200~300nm)小,但在摩擦牢度方面,沒有表現出較明顯的優勢。分析其原因:第一,粒徑分布在100~300nm范圍屬于亞納米級顆粒。第二,顏料顆粒被黏合劑成膜包覆,不連續地分散在纖維表面,用帶有水分的標準白布摩擦時,一方面黏合劑吸水溶脹,使其包覆膜的封閉性降低。粒徑越小的顆粒越易突破黏合劑的包覆而外露在表面。第三,纖維表面的顏料顆粒與黏合劑膜受到機械力作用較大時,會發生摩擦而產生瞬間熱量,可能會使“顏料顆粒-黏合劑”與織物纖維的接合點分裂。粒徑越小,接合點越弱,越易從纖維表面脫落。第四,顏料粒徑的降低,使其光學性能也發生了一定變化。據相關資料[3]報道,顏料粒徑越小,其著色力越高。因此,即使在濕摩擦過程中沾附了等量的顏料顆粒,小顆粒顏料所表現出的顏色深度也要深得多,從而使其印花產品色牢度反而更低。由此可以推斷出,顏料粒徑由300nm減小到100nm,不會使色牢度獲得很大的提高。

(3)15號色漿的摩擦牢度結果顯示,粒徑偏大的顏料漿的印花牢度并不一定低。原因可能是當粒徑較大時,同量的顏料漿所含顆粒數目較少,因此摩擦過程中沾附到白布上的顆粒也相應減少。加之顏料顆粒的粒徑越大,著色力和遮蓋力越低[3],因此摩擦牢度反而相對偏高。但是粒徑較大的顏料漿穩定性不佳,會影響印花生產的重現性和可靠性。

此外,試驗還發現顏料漿對印花織物的手感也有一定影響。同一顏料漿,用量增加,淺中深色印花織物的手感逐漸變硬;不同顏料漿,粒徑越大,手感越硬,且印花顏色越深,手感下降程度越大。在相同條件下,粒徑越小的顏料漿,印花手感越好。

2.3黏合劑的印花牢度

將同一用量的顏料漿、增稠劑與不同種類黏合劑配成涂料印花漿,進行印花、烘干和焙烘處理。印花織物的干濕摩擦牢度評級見表3。表3數據說明,由于黏合劑合成時,所選用單體的種類、結構和配比均不相同,黏合劑產品種類和性能差別較大。如有的黏合劑含固量高達40%,而有的含固量只有20%。吸水率差異更為明顯,6號黏合劑LT吸水率最低,僅為4.94%,而8號黏合劑XF吸水率可高達412.67%。

表3數據說明,涂料印花的干摩擦牢度與黏合劑的含固量并無直接關系,這與有關文獻[7]報道的黏合劑含固量越高,摩擦牢度越好的說法不太符合。因此,在涂料印花生產中,單純依靠增加黏合劑用量并不能顯著提高摩擦牢度,反而會降低織物的手感。

黏合劑的吸水性對涂料印花干摩擦牢度的影響不大,而與濕摩擦牢度密切相關。吸水性越高,濕摩擦牢度越差。黏合劑LT吸水率最低,其濕摩擦牢度最優,而黏合劑XF的吸水率高達412.67%,濕摩擦牢度也最差。其原因可能與黏合劑固化成膜后的吸水溶脹有關。吸水率越高,溶脹程度越大,黏合劑固化膜的強力降低越明顯,黏合劑固化膜對包覆在其中的顏料顆粒的束縛力減弱,從而導致顏料顆粒外露并在摩擦過程中脫落下來。

2.3.3多組分纖維紡織品的染色方法

(1)染色設備和染色方法

多種纖維的組合可賦予新面料在手感、色彩、豐滿性、蓬松性、縐縮效應、懸垂性和外觀等方面獨特的風格,而這些風格的獲得與染色設備的選用關系密切。采用連續染色機染色的多組分纖維紡織品主要是滌綸/纖維素纖維混紡織物,如滌/棉織物,使用的染料組合是分散/活性、分散/還原和分散/硫化染料。

此外,多組分纖維紡織面料更多地采用間歇式浸染法染色。機織物常用平幅卷染機、經軸染色機、噴射溢流染色機染色。針織物則采用絞盤繩狀染色機和噴射溢流染色機染色,高溫染色設備用于含滌綸品種的染色。混紡紗線常用絞紗和筒子紗染色機染色。

多組分纖維紡織品的織造方法很多,相應的染色方法也有多種,染色可在多組分纖維面料織造的各個環節進行。根據染色加工對象的狀態來分,有散纖維或毛條染色、紗線染色、匹料染色和成衣染色等。這幾種染色方法的優缺點及主要適用的對象如表4所示。

表4多組分纖維紡織品各種染色方法比較

(2)雙組分纖維紡織品染色的基本方法

①一種染料一浴一步法一種染料在同一染浴和同一染色條件下同時染兩種纖維,如活性染料同時染棉/麻織物。

②兩種染料一浴一步法兩種染料在同一染浴中分別染兩種纖維,如滌/棉混紡織物用分散/直接染料同浴染色。

③兩種染料一浴二步法兩種染料同浴分二步染兩種纖維,如滌/棉織物用Terasil分散染料/CibacronLS活性染料同浴二步法染色。即先在高溫高壓下完成分散染料對滌綸染著過程,降溫至70℃加入堿劑,使活性染料與棉纖維反應,完成棉纖維的染色過程。

④兩種染料二浴法兩種染料按先后順序在二浴中分別染兩種纖維,如滌/棉織物先用分散染料染色,還原清洗后再用活性染料套染。

雙組分纖維紡織品的染色以單一纖維的染色為基礎,而雙組分纖維紡織品的染色又是三組分纖維紡織品染色的基礎,因此在制定多組分纖維紡織品染色工藝時,必須充分了解單一纖維所用染料、染色工藝條件等對染色的影響。如果兩種纖維的染色溫度和pH值等條件相近,則具備了一浴法染色的前提條件。染色條件相差較大者,必須采用二浴法或一浴二步法染色。

(3)顏料漿的粒徑對牢度的影響并不成簡單的比例關系。當粒徑小于100nm時,可以顯著地改善印花織物的干濕摩擦牢度;粒徑為673.6nm時,同樣具有優異的印花牢度;當粒徑處于100~300nm,印花織物的牢度差異不明顯。

(4)黏合劑是涂料印花牢度的另一影響因素。不同廠家生產的黏合劑含固量各不相同,有的高達40%,而最低的只有20%。而吸水性的差異更為明顯,黏合劑吸水率最低的只有4.94%,而最高的可達412.67%。黏合劑的含固量和吸水性對干摩擦牢度的影響不大。但是黏合劑的吸水性越好,涂料印花的濕摩擦牢度越低。

(注:試驗所選染料與助劑僅作科研之用,為避免發生誤會,故將生產牌號和廠家隱去。所測數據僅在本試驗條件下具有重現性,特此聲明。)

(1)不同廠商涂料印花色漿產品性能差異較大。從粒度大小來看,日本公司的顏料漿粒徑最小(100nm以下),其它國外公司生產的顏料漿粒徑大多在100~200nm,國內廠家的顏料漿粒徑大多在200~300nm,最大粒徑超過600nm。

(2)顏料漿的粒徑大小對其貯存穩定性和印花織物的干濕摩擦牢度影響很大。粒徑越小,顏料漿貯存穩定性越好,用于印花生產的重現性和可靠性越高。不僅同色染色困難,而且由于三種染料在三種纖維間的相互沾色,要獲得具有鮮明對比效應的多色染色效果也較難。如,用分散染料、陽離子染料、酸性染料染色三組分纖維制成的紡織品,由于分散染料對兩種離子型染料可染纖維的色相有影響,故三色異色染色在色相方面受到一定限制,難度較大。

若其中兩種纖維染濃淡色或異色,一種纖維留白,這比較容易實現。若其中兩種纖維染濃淡色,一種纖維染對比色,這種異色染色效果也容易實現。

參考文獻:

[1]余一鶚.改善涂料印花紡織品手感、色牢度方法[J].印染助劑2002,19(4):5-10.

[2]郝龍云,房寬峻.超細涂料染色工藝研究[J].印染,2004,30(13):1-4.

[3]薛朝華.顏色科學與計算機測色配色實用技術[M].北京:化學工

業出版社,2004,72-73.

[4]雷生山.常溫干燥環保型涂料印花粘合劑的研究[J].中國膠粘

劑,2008,17(11):30-34.

[5]AATCCMethodTest8-2005ColorfastnesstoCrocking:AATCC CrockmeterMethod[S].

[6]丁保中.應用于墨水行業的水性顏料型色漿的研制[J].中國制筆,2006,(3):22-25.

[7]王宏麗.提高涂料大紅FFG織物印花摩擦牢度[J].染整技術,

2004,26(3):47-48

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