生態反應型陽離子水性聚氨酯固色劑的應用

范 敏,習智華,王勁松,王佳夢

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安710048)

隨著全球化進程的加快,市場對高端紡織品的質量要求越來越高,其中染色織物的各項色牢度就是重要的評價指標之一。一般棉織物經活性染料進行淺色染色處理后,織物可獲得較佳的濕摩擦牢度和耐皂洗牢度,然而對織物進行深色染色后,織物的色牢度卻難以達到標準,這是由于織物染成深色后,織物表面有大量未固定的游離染料,水洗或外力摩擦過程中很容易出現褪色、掉色的現象,這就使得紡織品質量大大下降,而且嚴重污染環境[1-2]。

水性聚氨酯具有綠色環保、安全、成膜性好等優點,水性聚氨酯作為染色、印花助劑,可明顯提高染色牢度和染色鮮艷度;作為后整理助劑,可賦予織物豐滿厚實、透氣舒適、柔軟光亮、抗起毛起球、抗靜電、防皺防縮、拒水拒油等性能,提高產品附加值,在紡織品整理中應用廣泛[3-4]。

1 試驗部分

1.1 材料、試劑與儀器

材料:漂白絲光純棉織物(C 40×40,133×72,天紡有限公司);純毛標準織物(天紡有限公司);活性染料:汽巴克隆紅M-3G,汽巴克隆藍M-4R。

試劑:異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)(廣東昊毅化工科技有限公司);聚酯218(分子質量1 000,濟寧華凱樹脂有限公司);聚乙二醇(PEG)(濟寧華凱樹脂有限公司);三羥甲基丙烷(T MP)(西安化學試劑廠);N-甲基二乙醇胺(MDEA)(國藥化學試劑有限公司);芐基氯(富宇精細化工有限公司);固色劑1(德美化工股份有限公司);濕摩牢度提升劑DM-2589(德美化工股份有限公司);氯化鈉(西安化學試劑廠);碳酸鈉(西安化學試劑廠)。

儀器:JJ-1電動攪拌器(常州國華電器有限公司);YP型電子天平(上海邦西儀器科技有限公司);WHL-25 A型臺式電熱恒溫干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);Y571型織物摩擦測試儀(南通宏大實驗儀器有限公司);YG026B型電子織物強力機(寧波紡織儀器廠);YG541L型數字織物折皺彈性儀(萊州市電子儀器有限公司);SW-1 A型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠);Col ori7型Color測試儀(美國X-rite公司);WSB3 A型智能式數字白度計(寧波紡織儀器廠);LA-205型熱定型機(UENOYA MA KIKO CO LTD);HD394 A型軋車(南通宏大實驗儀器有限公司)。

1.2 試驗裝置

合成陽離子水性聚氨酯(CWPU)的試驗裝置如圖1所示。

1.3 CWPU乳液的制備

預聚反應:將脫水后的聚酯218和PEG按比例添加到裝有攪拌裝置、溫度計和真空泵的三口燒瓶中,啟動攪拌器(300 r/min),控制溫度在(70±1)℃,再緩慢滴加計算好的IPDI,恒溫條件下反應3 h左右,直到預聚體中游離-NCO含量達到擴鏈理論值[5]。

擴鏈反應:降溫使預聚體溫度保持在(60±1)℃,加入一定量處理好的的擴鏈劑N-MDEA和T MP,再緩慢升溫70℃至反應一定時間,使得預聚體的分子量和穩定性進一步提高。

乳化:加入計量的芐基氯(親核季銨化),在快速攪拌下加入計量的去離子水乳化分散1 h,制得一定固含量的水性聚氨酯乳液[6]。

圖1 試驗裝置

1.4 棉織物的活性染料染色

染色處方:

染料 2%(owf)

浴比 30∶1

染色溫度 40℃

固色溫度 60℃

步驟:配置染液→按染色工藝曲線完成染色過程→取出→冷水洗→皂煮→水洗、晾干。

染色升溫曲線如圖2所示,其中皂煮的工藝條件為:皂片3 g/L,純堿3 g/L,90℃,15 min,浴比20∶1。

圖2 染色升溫曲線

1.5 浸軋法固色工藝

工藝流程:二浸二軋(固色劑160 g/L,軋余率80%),烘干(80℃,2~3 min),焙 烘(140℃,2~4 min)。

1.6 織物性能測試

1.6.1 色牢度性能

耐皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗耐皂洗色牢度:試驗3》測定,用灰卡評級。耐摩擦色牢度按GB/T 3920—1997《紡織品 色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定,用灰卡評級[7]。

1.6.2K/S值、白度

用Color測試儀對整理后的染色織物進行K/S值測試。用固色劑處理未染色的織物,然后將處理過的織物折成4層,放在智能數字白度儀WSB-3 A下測試織物的白度,測試固色劑對織物白度的影響。按照標準GB/T 17644-1998測定4次,并取平均值[8]。

1.6.3 織物親水性

按AATCC法規定,方法是用微量滴管在10 c m高度滴水。10 s滴完0.5 ml,30 s觀察布面經緯向擴散寬度,量尺寸。4 c m為及格,5 c m為良好,6 c m為優秀。測量取其經、緯向的最小值。

1.6.4 織物力學性能

按GB/T 3923—1997《紡織品 織物拉伸性能第一部分:斷裂強力和斷裂伸長率測定條樣法》測定,測試條件:隔距長度20 c m、拉伸速度10 c m/min、預張力3.7 N。折痕回復角的測定方法按國標GB/T 3819-1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》中的水平法進行[9]。

1.6.5 織物柔軟性能評價

手感主觀評價柔軟度,柔軟劑整理后織物經多位有經驗的手感評價專家從滑度、柔軟度、蓬松度等方面綜合評價,將原布手感定為2分,以半級為梯度,手感評價最好為5分。取平均值確定結果。

2 結果與討論

2.1 固色劑種類對織物色牢度的影響

為了將合成的CWPU固色劑與市面上的固色劑產品進行對比,選取了3組自合成的CWPU,以市面上濕摩牢度提升劑DM-2589和固色劑1作為對照組,測試織物的各項牢度。3組CWPU樣品配方見表1。

表1 3組自合成CWPU原料的配方

5組整理劑織物固色整理后的各項色牢度指標見表2。

從表2數據可以看出,不同類型的固色劑整理織物后在耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度都有了比較大的提升,提高了0.5-1.5級左右;在耐汗漬色牢度方面提升不明顯,提高了半級。對織物耐皂洗色牢度影響不明顯,提高了0.5級左右。對于提高活性染料染色織物的濕摩擦牢度,固色劑1與CWPU的濕摩擦牢度效果都優于提升劑DM-2589。且干摩擦牢度有很大提升,濕摩擦牢度也有所提升。

表2 織物的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度

CWPU具有一定的疏水性且容易在織物上成膜,處理后,固色劑與染料形成微溶于水的電解質,使染料在水中的溶解度降低,從而提高了耐摩擦色牢度,同時對耐皂洗色牢度也有一定的提升。

2.2 固色劑對織物白度和毛效的影響

用CWPU固色劑對未染色的原白布進行浸軋處理。二浸二軋(固色劑160 g/L,軋液率80%),80℃預烘,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到結果,見表3。

表3 織物的親水性和白度

從表3可以看出,不同固色劑對織物白度幾乎沒有影響。DM-2589和固色劑1使織物的親水性增加,陽離子水性聚氨酯使織物的親水性降低。這可能是因為DM-2589和固色劑1結構中含有大量的季銨鹽型陽離子基團,處理到織物上后,由于季銨鹽離子的極性和其他極性基團的存在,更加有利于織物吸收極性的水分子,從而提高織物的親水性。而陽離子水性聚氨酯在高溫焙烘條件下,會在纖維上形成一層連續的薄膜,形成致密的微相分離結構,使得水分子很難透過硬段晶體結構,使織物的親水性有所下降。

2.3 固色劑對織物強力、抗皺性能和柔軟度的影響

用不同的固色劑處理織物,比較其對織物性能的影響。用固色劑處理染色織物,采用浸軋法。二浸二軋(固色劑160 g/L,軋液率80%),80℃預烘干,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到以下結果,見表4。

表4 織物強力、抗皺性能和柔軟性能變化

從表4可以看出,經固色劑整理后(除固色劑1外)織物的強力都比原布的強力大;固色劑(除提升劑DM-2589外)整理后織物的伸長率均比原布短;提升劑DM-2589和固色劑1整理后織物的柔軟度比原布大,而CWPU整理后織物的柔軟度下降,但抗皺性能比DM-2589和固色劑1好。

這可能是因為固色劑1中的某些基團與纖維的基團發生了一定程度的交聯,使織物的強力下降、伸長率變短。提升劑DM-2589可能是因為分子結構小,分子鏈容易旋轉,具有柔軟劑的性能,降低了摩擦系數,可使織物的摩擦系數減小。

測試織物的柔軟性能,得到結果,見表5。

表5 整理劑中加入有機硅后織物柔軟性能的變化

從表5可以看出,加入有機硅表面活性劑后整理織物的柔軟性提高顯著。聚硅氧烷特有的結構使其分子能夠容易地自由旋轉。這樣不僅可以降低織物和纖維之間的摩擦系數,而且還降低了分子間的作用力,使織物的柔軟度提高。

3 結論

(1)自制CWPU浸軋固色整理工藝:用量160 g/L,軋余率80%,預烘溫度80℃,焙烘溫度130℃。

(2)對活性染料染色織物,雖然色差有一定影響,但是濕摩擦牢度提升了1級,達到4級,棉沾、毛沾和褪色牢度可提高0.5-1.5級。

(3)經過整理的織物抗皺性、機械性能(斷裂強度、伸長率)得以提升。