工裝面料中低色變pH 值調節劑ST402B的開發與應用

梁 娟 ,吳晉川 ,樊武厚

(1.四川省紡織科學研究院有限公司,高技術有機纖維四川省重點實驗室,四川 成都 610072;2.四川益欣科技有限責任公司,四川 廣漢 618300)

滌/棉混紡面料是我國在20世紀60年代初期出現的一個新品種面料,主要是指滌綸成分在60%以上,棉成分在40%以下,也被稱為T/C 面料。滌/棉面料既突出了滌綸的風格又有棉織物的優點,在干、濕情況下的彈性和耐磨性都比較好,織物尺寸穩定,縮水率小,具有挺拔、不易褶皺、易洗滌、快干的特點,是目前應用最為廣泛的雙組分混紡紡織品,經常用作工裝面料。目前在國際面料市場形成了采購工裝面料到四川的新格局。近幾年,四川的工裝面料發展較為迅速,形成了國內知名的工裝面料研發制造產業集群,川內齊聚各種特種防護工裝面料、軍用防紅外線迷彩隱身面料以及防水、防輻射、抗靜電、抗紫外線、防火等功能性面料等,產品應用于航空航天、核工業、軍事防衛、行政執法、石油化工、戶外作業、醫藥電子等行業。傳統的滌棉織物染整工藝水電氣能耗和印染廢水排放量大。2017年版的《印染行業規范條件》對染整廠提出了較以往更高的要求,如百米布綜合能耗≤30 kg標煤,新鮮用水取水量≤1.6 t。因此,節能降耗、綠色環保的生產工藝成為目前印染企業主要的發展方向[1-3]。

由于人體皮膚的表面呈弱酸性,這樣有利于防止病菌的侵入。pH 值是殘留在紡織品中涉及影響人體安全、健康的有害物質的限量指標之一。我國從2005年1月1日起強制執行的GB 18401—2003《國家紡織產品基本安全技術規范》規定,嬰幼兒及直接接觸皮膚的紡織產品的pH 值應控制在4.0～7.5,非直接接觸皮膚的紡織產品pH 值應控制在4.0～9.0。滌棉(T/C)工裝面料一般使用分散/活性染料或者分散/還原染料染色,染色中由于活性染料染色、固色和還原染料染色浸軋還原液都會引入強堿,致使染色后的下機布pH值一般在9～10左右,需要充分水洗至pH 值接近中性才能使工裝面料的后續各種功能整理順利進行。但是大量水洗會造成大量的廢水排放和印染加工成本的增加[4-5],為此,研制了一種無磷環保型pH 值調節劑ST402B,具有良好的堿中和能力和緩沖性能,染色后浸軋無磷環保型pH 調節劑,能有效控制下機布的布面pH 值,保證功能性工裝面料的成品質量的同時,縮短水洗工藝流程,減少印染廢水的排放和降低水電氣能耗。該pH 調節劑不含磷,對色布特別是對敏感色如橙色、鮮艷色的色光影響較小,有利于生產工藝控制,是一種環境友好的印染助劑。

1 試驗部分

1.1 原料與儀器

原料:自制環保型pH 調節劑ST402B,冰醋酸,檸檬酸,氫氧化鈉(分析純,成都科龍試劑廠),市售含磷pH 調節劑A,市售無磷pH 調節劑B,市售低色變pH 調節劑C(工業品),染色下機布(T/C 80/20,橙色),全棉白布。

儀器:Scout SE電子天平(奧豪斯儀器(常州)有限公司);雷磁PHS-3C pH 計(上海儀電科學儀器股份有限公司);SCT 紡織品測色系統(美國愛色麗公司)。

1.2 環保型pH調節劑的制備

無磷低色變pH 調節劑ST402B 是以自制高分子聚合型醇酸為主要成分,添加緩沖劑、增效劑、穩定劑等復配而成。其中自制高分子聚合型醇酸為馬來酸-丙烯酸共聚化合物。ST402B 加入后能有效降低溶液體系的pH 值,不引入有毒有害的離子,同時在一定范圍內具有良好的緩沖性能,有效控制浸軋織物的布面pH 值在5～7.5之間,與常規的醋酸、檸檬酸相比,對織物的強力損傷小,對色光影響小,不含磷,無異味,廢液COD 小[6]。

1.3 應用工藝

浸軋工藝:3～10 g/L pH 值調節劑二浸二軋→烘干。

浸漬工藝:0.5%～1.0%對織物重,室溫浸漬5～10 min→脫水→烘干。

1.4 性能測試

1.4.1 堿中和能力

將pH 值調節劑樣品配制成1% 溶液100 g,用1 mol/L的NaOH 溶液滴定樣品,記錄樣品溶液pH 值至中性時消耗1 mol/L的NaOH 的體積,測定樣品的抗堿性。

1.4.2 緩沖能力

將pH 值調節劑樣品配制成1%溶液100 g,用1 mol/L的NaOH 溶液滴定樣品,記錄樣品溶液不同pH 值條件下中和1 mol/L 的NaOH 的體積,測試樣品抗緩沖性。

1.4.3 色變

以D65為光源,采用X-Rite 8000測色配色儀測定面料表觀得色量K/S值,每個樣品在不同部位測試4次,取平均值。同時測得總色差值ΔE,色差容差為0.6。

1.4.4 撕破強力

參照GB/T 3917-2009《紡織品 織物撕破性能》測試。

1.4.5 布面pH值

參照GB/T 7573—2009《紡織品水萃取液pH 值的測定》測試。

2 結果與討論

2.1 自制聚合型多元醇酸的性能

根據1.4.1和1.4.2方法,測試自制聚合型多元醇酸的堿中和能力和緩沖性能,并與檸檬酸和冰醋酸比較,具體結果如圖1所示。

同等條件下,冰醋酸的堿中和能力是很強的,印染廠早期也是較多將冰醋酸用于色布酸洗環節,但是由于冰醋酸較濃烈的氣味,處理后布匹會殘留較大的氣味,導致下游服裝企業車間加工時充斥刺鼻的氣味,無法推廣。而檸檬酸是二元醇酸,無異味,具有良好的堿中和能力,使其一段時間內成為冰醋酸的替代品,但是實踐結果得出,檸檬酸除了導致純棉織物強力一定損傷外,處理白坯布后經過定型加工會使白色坯布泛黃。據分析檸檬酸高溫定型烘干后泛黃的原因得出,高溫條件下分子脫水形成帶雙鍵的羧酸。為此,從分子結構入手設計并合成了一種聚合型多元醇酸,通過工藝優化,有效控制分子量。由圖1可知,自制聚合型多元醇酸分子鏈上含有大量的醇羥基和羧酸,提升緩沖性的同時保證了堿中和能力,其中和堿的能力比檸檬酸和冰醋酸強。

圖1 自制聚合型多元醇酸的性能

2.2 pH值調節劑的堿中和能力

以自制的聚合型多元醇酸為主要原料,并輔以增效劑、緩沖劑、滲透劑等復配而成環保型pH 值調節劑ST402B,和市售各類pH 調節劑產品性能對比,按照1.4.1方法測試抗堿性(pH 值取7.0和7.5兩個值作為終值考察),結果如圖2所示。

由圖2可看出,同樣條件下,含磷pH 值調節劑的堿中和能力最高,但是會造成環境污染,現已逐漸被市場淘汰。替代的無磷pH 值調節劑中和堿的能力良好,但用于敏感色上色變較大。和市售低色變pH 值調節劑C比,自制的環保型pH 值調節劑兼具良好的堿中和能力和低色變,對市場而言是很有競爭力的,值得推廣。

圖2 不同pH 值調節劑的堿中和能力

2.3 pH值調節劑的緩沖性能

將4個pH 值調節劑樣品配制成1% 溶液100 g,其初始pH 值見表1。4個樣品的初始pH 值差異不大,初始pH 值不能太低,否則對處理織物的強力損傷較大。

表1 樣品的初始pH 值

按照1.4.2方法測試樣品抗緩沖性,測試結果如圖3所示。

圖3 不同pH 值調節劑的緩沖性能

由圖3可知,4個樣品溶液體系隨著堿的滴入,體系pH 值緩慢升高,表現出良好的緩沖性能,自制環保型pH 值調節劑ST402B在pH 值為6～7.5之間緩沖性能良好,能有效控制布面pH 值。

2.4 pH值調節劑對織物色光的影響

滌棉工裝面料中的鮮艷色、敏感色對pH 值調節劑的要求很高,除了要具有良好的堿中和能力和抗緩沖性能外,對色光的影響要控制很嚴格,特別是橙色、艷紅、金黃色、熒光色等。試驗根據工廠打樣反饋,選取比較具有代表性的顏色橙色浸軋pH 值調節劑后測試織物的pH 值和色度值,見表2和表3。

表2 處理織物布面pH 值

表3 pH 值調節劑對織物色光的影響

由表3 可知,色變最小的是冰醋酸,市售低色變pH 值調節劑C和自制環保型pH 值調節劑的色變稍微大一些,但是基本符合工廠的容差范圍。含磷pH值調節劑A 經過高溫定型烘干后,里面的磷成分使得橙色織物布面色光萎暗,無法控制出廠織物的成品質量。而檸檬酸處理織物后,織物表面殘留的檸檬酸高溫條件下分子脫水形成帶雙鍵的羧酸,造成色光萎暗。自制環保型pH 值調節劑有效避免了高溫條件下不飽和酸的形成,處理后織物色變變化小。

2.5 pH值調節劑對織物撕破強力的影響

用全棉布浸軋以下樣品后,以浸軋純水后織物的撕破強力為空白樣,考察不同pH 值調節劑對織物撕破強力的影響,具體見表4。

表4 pH 值調節劑對織物撕破強力的影響

由表4可知,浸軋調節劑后純棉織物的強力均有一定程度的損傷,自制環保型pH 值調節劑對織物強力損傷較小,可滿足工廠要求。

3 結論

(1)從分子結構入手設計并合成了一種聚合型多元醇酸,通過工藝優化,有效控制分子量,分子鏈上含有大量的醇羥基和羧酸,提升緩沖性的同時保證了堿中和能力,其中和堿的能力比檸檬酸和冰醋酸強。

(2)以自制的聚合型多元醇酸為主要原料,并輔以增效劑、緩沖劑、滲透劑等復配而成環保型pH 值調節劑ST402B。和市售各類pH 調節劑產品性能相比,ST402B具有良好的堿中和能力和緩沖性能,能有效控制下機布的布面pH 值,保證功能性工裝面料的成品質量的同時,縮短了水洗工藝流程,減少了印染廢水的排放和降低了水電氣能耗。同時對純棉織物的強力損傷較小,對色布特別是對敏感色如橙色、鮮艷色的色光影響較小,有利于生產工藝控制,是一種環境友好的印染助劑,值得在工裝面料印染方面進一步推廣應用。