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(shù)之一,但其印花產(chǎn)品摩擦牢度和水洗牢度較差,手感較硬,使其難以應(yīng)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(qiáng)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(xué)結(jié)構(gòu),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(xì)而均勻,不易沉淀,有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和良好的堅(jiān)牢度[2-3]。二是黏合劑的品質(zhì)。黏合劑分子質(zhì)量、乳液狀態(tài)、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(biāo)。三是印花工藝條件的控制。印花工藝不但會改變產(chǎn)品的顏色效果,還會對織物色牢度產(chǎn)生很大影響。

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試驗(yàn)選取國內(nèi)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(guān)性能指標(biāo),進(jìn)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(guān)系。

1.1材料、藥品和儀器

織物純棉漂白機(jī)織布

涂料與助劑涂料紅K-G3RC,涂料黃K-5GC和K-RC,涂料藍(lán)K-BC(德國A公司);涂料紅KB,涂料黃K3GF,涂料藍(lán)K3G(美國);涂料紅A111(上海A廠);涂料紅8111,涂料黃8204,涂料藍(lán)8301(上海B廠);涂料紅NEOM3B,涂料黃NEOM3G,涂料藍(lán)NEOMB(日本);涂料藍(lán)B03(山東A廠);涂料藍(lán)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(jī)(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠),MiniMDFR286型磁棒篩網(wǎng)印花機(jī)(奧地利JohannesZimmer公司),UPEI型連續(xù)式織物熱定形機(jī)(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(yàn)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(jì)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(jì)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(wěn)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(jì)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(shí)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(wěn)定性越好。

(5)印花產(chǎn)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(jì)上測試,并用Datacolor 650型電腦測色配色儀進(jìn)行沾色評級[5]。

2.1顏料色漿的基本性能

從紅、黃、藍(lán)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(shù),測定各顏料漿的Z均粒徑,Zeta電位和離心穩(wěn)定性,結(jié)果見表1。

由表1可見,日本某公司產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng),使得分散體系中的顏料顆粒不發(fā)生聚集而保持穩(wěn)定。分散體系的穩(wěn)定性與色漿粒徑大小也有密切關(guān)系,粒徑分布在100~200nm,分散體系的穩(wěn)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(wěn)定性只有8.76%,在重力作用下顆粒沉降較嚴(yán)重,奧氏熟化作用[6]也較明顯,從而導(dǎo)致體系穩(wěn)定性較差,嚴(yán)重影響涂料印花的重現(xiàn)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(jìn)行淺色、中色和深色印花,將印花織物置于標(biāo)準(zhǔn)大氣平衡箱中,放置4h后取出,測試干濕摩擦牢度,結(jié)果見表2。

由表2可見:(1)5號和10號色漿的印花產(chǎn)品具有優(yōu)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(dāng)顏料顆粒被黏合劑包覆,不連續(xù)地分散在纖維表面時(shí),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(nèi)廠家生產(chǎn)的顏料粒徑(200~300nm)小,但在摩擦牢度方面,沒有表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)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(xù)地分散在纖維表面,用帶有水分的標(biāo)準(zhǔn)白布摩擦?xí)r,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(jī)械力作用較大時(shí),會發(fā)生摩擦而產(chǎn)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(diǎn)分裂。粒徑越小,接合點(diǎn)越弱,越易從纖維表面脫落。第四,顏料粒徑的降低,使其光學(xué)性能也發(fā)生了一定變化。據(jù)相關(guān)資料[3]報(bào)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(xiàn)出的顏色深度也要深得多,從而使其印花產(chǎn)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(jié)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(dāng)粒徑較大時(shí),同量的顏料漿所含顆粒數(shù)目較少,因此摩擦過程中沾附到白布上的顆粒也相應(yīng)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(wěn)定性不佳,會影響印花生產(chǎn)的重現(xiàn)性和可靠性。

此外,試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(shù)據(jù)說明,由于黏合劑合成時(shí),所選用單體的種類、結(jié)構(gòu)和配比均不相同,黏合劑產(chǎn)品種類和性能差別較大。如有的黏合劑含固量高達(dá)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(dá)412.67%。

表3數(shù)據(jù)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(guān)系,這與有關(guān)文獻(xiàn)[7]報(bào)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(chǎn)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(guān)。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(yōu),而黏合劑XF的吸水率高達(dá)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(guān)。吸水率越高,溶脹程度越大,黏合劑固化膜的強(qiáng)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(dǎo)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(shè)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(yīng)、懸垂性和外觀等方面獨(dú)特的風(fēng)格,而這些風(fēng)格的獲得與染色設(shè)備的選用關(guān)系密切。采用連續(xù)染色機(jī)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(jī)織物常用平幅卷染機(jī)、經(jīng)軸染色機(jī)、噴射溢流染色機(jī)染色。針織物則采用絞盤繩狀染色機(jī)和噴射溢流染色機(jī)染色,高溫染色設(shè)備用于含滌綸品種的染色?；旒徏喚€常用絞紗和筒子紗染色機(jī)染色。

多組分纖維紡織品的織造方法很多,相應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。根據(jù)染色加工對象的狀態(tài)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(yōu)缺點(diǎn)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(shí)染兩種纖維,如活性染料同時(shí)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(yīng),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(chǔ),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(chǔ),因此在制定多組分纖維紡織品染色工藝時(shí),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(guān)系。當(dāng)粒徑小于100nm時(shí),可以顯著地改善印花織物的干濕摩擦牢度;粒徑為673.6nm時(shí),同樣具有優(yōu)異的印花牢度;當(dāng)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(chǎn)的黏合劑含固量各不相同,有的高達(dá)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(dá)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(yàn)所選染料與助劑僅作科研之用,為避免發(fā)生誤會,故將生產(chǎn)牌號和廠家隱去。所測數(shù)據(jù)僅在本試驗(yàn)條件下具有重現(xiàn)性,特此聲明。)

(1)不同廠商涂料印花色漿產(chǎn)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(chǎn)的顏料漿粒徑大多在100~200nm,國內(nèi)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(wěn)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(wěn)定性越好,用于印花生產(chǎn)的重現(xiàn)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(yīng)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(shí)現(xiàn)。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(shí)現(xiàn)。

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2004,26(3):47-48

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