基于生物質(zhì)合成纖維PTT的T400織物染整加工

海西紡織新材料工業(yè)技術(shù)晉江研究院 福建晉江362200

1 引言

相關(guān)研究表明，中國可供開采的石油量已僅剩不過30年[1，2]。當(dāng)今以石油基為主體的化學(xué)纖維占到了化學(xué)纖維總量的90%以上[3]，為了擺脫對不可再生能源的依賴，開發(fā)以原料為生物質(zhì)或含有生物質(zhì)來源單體的生物質(zhì)化學(xué)纖維具有重要意義。

聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）早在1941年便由英國Calico Printers'Association的化學(xué)家Whinfield和助手Dickson[4，5]在實驗室合成得到，但限于原材料1，3-PDO價格昂貴，一直未能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。隨著科技進步，杜邦通過與Genensor公司合作，利用基因工程技術(shù)，以甘油、葡萄糖或淀粉等生物質(zhì)原料，經(jīng)微生物發(fā)酵，可規(guī)模化獲得1，3-PDO。我國清華大學(xué)、大連理工等單位也在上世紀(jì)90年代同期開始了相關(guān)研究[6]。該法反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)過程中副產(chǎn)物少，原料天然可再生。成本的降低，緩解了合成生物質(zhì)PTT的單體供給問題。

相較于PET的剛性，PTT由于“奇碳效應(yīng)”，分子鏈呈“Z”字型構(gòu)象[7]，加之C軸方向上結(jié)晶單元長度約占分子鏈完全展開的75%[8]。這種特殊結(jié)構(gòu)使得PTT能發(fā)生鍵的旋轉(zhuǎn)和改變，進而賦予PTT較優(yōu)異的回彈性能。但陳克權(quán)[9]通過總結(jié)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，上述關(guān)于PTT回彈性能的經(jīng)典解釋僅具有理論合理性，因為大分子鏈在非晶相中是無規(guī)分布的，不可能形成“Z”字形構(gòu)；而在晶相中，“Z”字形構(gòu)象的大分子鏈不可能受力首先發(fā)生構(gòu)象變化，因此PTT的彈性產(chǎn)生機制有待進一步研究。

彈性機理雖暫時不得而知，但并不妨礙PTT作為性能優(yōu)異的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。作為杜邦旗下英威達公司研發(fā)的專利產(chǎn)品，T400織物由PTT和PET兩種聚酯纖維通過并列復(fù)合紡絲、織造加工制得[10-12]。兩種聚酯組分由于微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，經(jīng)染整加工過程中濕熱處理，纖維會產(chǎn)生不同程度的異收縮，使得其在產(chǎn)生強烈的縱向應(yīng)力的同時，又產(chǎn)生偏離縱軸的扭轉(zhuǎn)，從而使纖維呈現(xiàn)永久性的立體螺旋卷曲。這種三維卷曲結(jié)構(gòu)，賦予了纖維極佳的彈性[13，14]。由于卷曲由其自身分子結(jié)構(gòu)特性所決定，因此T400的彈性和回復(fù)性較普通彈性纖維更耐久[15，16]。

本文選取市場上常見的T400面料，其為基于生物質(zhì)合成纖維PTT的彈性織物。通過制訂合適的前處理、染色以及定型工藝，不僅能保證獲得較好的染色質(zhì)量，也能賦予織物優(yōu)異的彈性和手感，提升其附加價值。

2 生產(chǎn)加工

2.1 面料規(guī)格

生物質(zhì)T400（75D*75D，幅寬204cm，斜紋，經(jīng)緯密度80根/cm*42根/cm，表面面密度101g/m2，織物克重208g/m）

2.2 試劑與設(shè)備

染料：分散大紅GS、分散橙S-4RL、分散紅玉SE-2GF（浙江龍盛集團股份有限公司）。

助劑：液堿（江蘇蘇化集團有限公司）、醋酸（吳江索普化工有限公司）、長車快速退漿劑TF-127B、乳化精煉劑TF-188A、滌綸超細纖維高溫勻染劑TF-212K、防水劑TF-4109（浙江傳化股份有限公司）、勻染修補劑HTP-2124（嘉興華晟助劑工業(yè)有限公司）、三聚磷酸鈉（工業(yè)級，95%，云南鼎新磷化工廠）。

設(shè)備：OS-9V1200平幅退漿機（臺灣鴻榮染整機械股份有限公司）、CSF18020高溫高壓液流染色機（海寧亞東機械有限公司）、MEGATE定型機（韓國美光機械株式有限公司）、RVMC-12瑪諾光電整緯機（德國Mahlo公司）、Datacolor 600電腦測色儀（美國Datacolor公司）、Y571B型干濕摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠）、SW-12A耐洗色牢度試驗機（無錫紡織儀器廠）。

2.3 檢測方法

2.3.1 色差

將客戶來樣在測配色系統(tǒng)設(shè)定為標(biāo)樣，車間生產(chǎn)樣設(shè)定為對比樣，用Datacolor 600電腦測色儀在D65光源和10°視角下，測定樣品的L、a、b值，進而計算色差值ΔE，測試3次，取平均值。

2.3.2 色牢度

摩擦牢度按照GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y定；變色評定按照GB/T 250-2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》測定；沾色評定按照GB/T 251-2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》評定。

2.3.3 防水效果

拒水性按照AATCC 22-2005《織物拒水性測試—噴淋法》測定。

2.4 加工流程

根據(jù)生物質(zhì)T400織物的理化特性以及客戶來樣要求，制定加工流程如下所示：配桶→白坯退卷→平幅退漿→染色→脫水開幅→定型→成品打卷。

圖1 染色升溫工藝曲線

3 加工過程與分析

3.1 平幅退漿

對生物質(zhì)T400織物進行平幅退漿機處理，其工藝處方如下：

液堿5.5%

長車快速退漿劑TF-127B 1.5g/L

乳化精煉劑TF-188A 1.2g/L

三聚磷酸銨 1g/L

溫度95℃ 時間55m/min

生物質(zhì)T400織物在織造的過程中，單位長度的經(jīng)紗從織軸上退繞下來直至形成織物，要受到30005000次程度不同的反復(fù)拉伸、屈曲和磨損作用。為了抵御外部復(fù)雜機械力的作用，提高經(jīng)紗的可織性，需對其進行漿紗處理[17]。但漿料的存在有利于織造卻不利于染整，覆蓋在纖維表面的漿膜會阻礙染料向纖維表面吸附和內(nèi)部擴散。為了使織物獲得較好的染色效果，本文選取TF-127B氧化型退漿劑對生物質(zhì)T400織物在95℃熱堿條件下對其進行退漿處理。該退漿劑具有較好的耐熱堿穩(wěn)定性，在乳化精煉劑TF-188A的配合下，可以將織物表面的合成漿料高分子鏈氧化分解，變成水溶性較好的小分子鏈段，從而織物上剝離脫落下來。三聚磷酸銨對金屬離子具有很好的螯合作用，不僅可以防止脫落漿料反沾污，而且可以凈化前處理用水的水質(zhì)。

經(jīng)過平幅退漿處理后的生物質(zhì)T400，其表面的紡絲油劑、織造漿料以及運輸儲存過程中的污漬等能得到有效去除。由于堿液的剝蝕效果，織物單位長度克重有所降低，手感開始豐滿柔軟。

3.2 染色

生物質(zhì)T400織物其主要成分為PET、PTT，本文選取聚酯類常用的分散染料，利用高溫高壓液流染色機進行一浴法染色加工。客戶來樣為紅色，其生產(chǎn)配方如下：

分散大紅GS 1.3%owf

分散橙S-4RL 0.84%owf

分散紅玉SE-2GF 1.2%owf

醋酸1.0g/L

滌綸超細纖維高溫勻染劑TF-212K 1.0g/L

勻染修補劑HTP-2124 0.8g/L

溶液2200L 浴比 1:7

生物質(zhì)T400織物利用高溫高壓液流染色機進行染色，助劑和染料在染缸內(nèi)溫度達到40℃左右時分開加入。助劑在料桶采用泵直抽方式快速注入，染料采用比例注料方式均勻注入，注料時間定為35min，防止注料過快產(chǎn)生的局部色差等問題。

研究表明[18]，PTT纖維的玻璃化溫度一般為70℃80℃，較常規(guī)PET低10℃左右。因此控制溫度升溫速率和保溫時間，可以使織物獲得較好的染色效果。隨著染缸內(nèi)溫度和壓力逐漸升高，生物質(zhì)T400織物的分子鏈段熱運動開始加劇，染料與纖維之間能得到更加充分的接觸，高溫有利于染料的吸附和擴散。但染色的溫度也不宜過高，設(shè)置溫度為125℃可使織物色澤均勻，牢度效果更好[19]。

表1 生物質(zhì)T400生產(chǎn)樣與客戶標(biāo)準(zhǔn)樣色差

表2 生物質(zhì)T400生產(chǎn)樣與客戶標(biāo)準(zhǔn)樣色差

3.3 定型

對染色后的生物質(zhì)T400織物按照客戶要求進行一般防水電整理和定型加工，其工藝及處方如下：

防水劑TF-4109 20g/L

溫度165℃ 車速40m/min

風(fēng)機轉(zhuǎn)速1400r/min

超喂 +1-2個 門幅 152cm

將染色后的織物浸軋防水整理劑，利用針板控制門幅進行拉伸定型，隨著布面溫度升高，防水劑在織物表面形成一層防水膜。且由于取向度提高，織物可以獲得較為穩(wěn)定均一的門幅。

4 加工效果

4.1 染色效果

加工后的生物質(zhì)T400織物其染色如表1所示：

由表1可看出，經(jīng)過高溫高壓液流染色機加工出來的生產(chǎn)樣，其總色差為0.44，可認為和客戶來樣顏色高度重合，具有較好的色彩重現(xiàn)性。

4.2 色牢度

對加工后的生物質(zhì)T400評測其色牢度，具體結(jié)果如表2所示：

由表2可看出，加工處理后的織物，無論是耐干摩擦還是濕摩擦，耐變色以及沾色性能，均具有較高等級，滿足客戶來樣加工要求。

4.3 防水效果

對成品生物質(zhì)T400織物面料取3塊180cm×180cm大小的測試樣，先在溫度為21±1℃、相對濕度65±2%條件下，靜置4h以上。然后套于金屬環(huán)上，用250ml、溫度為27±1℃的去離子水在25-30s噴淋到試樣上2530s。結(jié)果表明，其防水效果為4-5級，防水效果優(yōu)良，滿足客戶一般性成品出廠要求。

5 結(jié)論

（1）生物質(zhì)T400織物用高溫高壓液流染色機進行加工，通過制訂定合適的前處理、染色、定型工藝，可以使加工出來的織物與客戶來樣，具有很好的色彩重現(xiàn)性，從而實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）生物質(zhì)T400織物經(jīng)過合理生產(chǎn)加工，其色牢度和防水效果均可滿足客戶一般性出廠要求。