涂料印花摩擦牢度的影响因素
葛媛1,闵洁1,朱泉1,潘建君2,吕斌3
涂料印花是纺织品主要印花技术之一,但其印花产品摩擦牢度和水洗牢度较差,手感较硬,使其难以应用于高档纺织品。影响涂料印花织物色牢度的因素主要有以下三方面:一是涂料印花色浆的性能,如着色强度、遮盖力和色牢度等[1]。色浆性能主要取决于颜料分子的化学结构,以及颜料粒径的分布等。颜料色浆不仅要求色谱齐全、色泽鲜艳、着色力高,而且要求颜料颗粒细而均匀,不易沉淀,有稳定的化学性质和良好的坚牢度[2-3]。二是黏合剂的品质。黏合剂分子质量、乳液状态、颗粒大小均会影响其性能,很大程度上会影响印花织物的鲜艳度、手感和牢度等指标。三是印花工艺条件的控制。印花工艺不但会改变产品的颜色效果,还会对织物色牢度产生很大影响。
推荐：
试验选取国内外不同厂商有代表性的几只颜料和黏合剂,测试和分析其相关性能指标,进而探讨制约涂料印花牢度问题的影响因素,得出涂料印花牢度与手感、鲜艳度间的平衡关系。
1试验
1.1材料、药品和仪器
织物纯棉漂白机织布
涂料与助剂涂料红K-G3RC,涂料黄K-5GC和K-RC,涂料蓝K-BC(德国A公司);涂料红KB,涂料黄K3GF,涂料蓝K3G(美国);涂料红A111(上海A厂);涂料红8111,涂料黄8204,涂料蓝8301(上海B厂);涂料红NEOM3B,涂料黄NEOM3G,涂料蓝NEOMB(日本);涂料蓝B03(山东A厂);涂料蓝B12(山东B厂);黏合剂PBA(美国),黏合剂TOW(德国B公司),黏合剂TEP(香港),黏合剂LT和WY(上海),黏合剂XF(绍兴),黏合剂DM5125(广东),黏合剂TWH-R(宜兴),黏合剂KG-101A,KG-102和增稠剂401(合肥)。
仪器Nano-ZS型纳米粒度与电位分析仪(英国马尔文仪器公司),U-3310型紫外分光光度仪(日本日立公司),L80-2型离心沉淀机(上海跃进医疗器械厂),MiniMDFR286型磁棒筛网印花机(奥地利JohannesZimmer公司),UPEI型连续式织物热定形机(台湾瑞比公司),CM-5型耐摩擦牢度仪(美国ATLAS公司)等。
1.2试验方法
印花浆处方/%浅色中色深色
颜料浆(固体含量)0.5 1 2
粘合剂10
增稠剂401 5
加水至100
工艺流程印花→烘干(80℃×2min)→焙烘(140℃,3~5min)
1.3性能测定
(1)颜料与助剂含固量
称取一定量的颜料浆和黏合剂,分别在分析天平上称重,烘燥48h后取出称重,计算含固量。
(2)颜料粒径和Zeta电位
称取0.05g颜料浆,稀释3000倍,用纳米粒度与电位分析仪测定颜料Z均粒径和Zeta电位。
(3)黏合剂的吸水性
将黏合剂倒入聚酯膜上,自然流延成膜(膜厚度相同),待胶膜完全干燥后称重。将该胶膜置于去离子水中浸泡48h,取出并吸尽表面水分,称重,计算胶膜浸水后增重百分比,以此表征黏合剂的吸水性[4]。
(4)分散体系沉降稳定性
称取0.05g颜料浆,稀释3000倍,用移液管移取10mL于离心管中,以3000r/min离心30min。将移液管插入离心管液面下2mm处,取1mL色浆,稀释5倍,用紫外分光光度仪测定稀释液的吸光度,按式(1)计算比吸光度。
γ30=A30/A0×100%(1)
式(1)中,A0和A30分别代表未离心和离心30min时最大吸收波长处的吸光度,γ30代表离心30min的比吸光度。比吸光度越接近100%,体系的离心稳定性越好。
(5)印花产品干湿摩擦牢度
按AATCC8-2005《纺织品耐摩擦色牢度》,在CM-5型ALTAS摩擦色牢度计上测试,并用Datacolor 650型电脑测色配色仪进行沾色评级[5]。
2结果与讨论
2.1颜料色浆的基本性能
从红、黄、蓝三色系中分别选取5只颜料浆,测定其含固量。稀释相同倍数,测定各颜料浆的Z均粒径,Zeta电位和离心稳定性,结果见表1。
由表1可见,日本某公司产颜料浆(5号,10号,14号)粒径最小,红、黄色浆的粒径均在100nm以下,属于纳米级颗粒。其它公司生产的颜料浆粒径大多在100~200nm,也有颜料浆粒径在200~300nm,最大粒径超过600nm,这些颜料颗粒已属于亚纳米级。
各只颜料浆的Zeta电位值不同,但Zeta电位绝对值都较大,说明电荷斥力较强,使得分散体系中的颜料颗粒不发生聚集而保持稳定。分散体系的稳定性与色浆粒径大小也有密切关系,粒径分布在100~200nm,分散体系的稳定性均在80%以上。15号色浆(山东A)Z均粒径为673.6nm,其离心稳定性只有8.76%,在重力作用下颗粒沉降较严重,奥氏熟化作用[6]也较明显,从而导致体系稳定性较差,严重影响涂料印花的重现性。
2.2颜料色浆的印花牢度性能测试
采用不同颜料浆用量分别进行浅色、中色和深色印花,将印花织物置于标准大气平衡箱中,放置4h后取出,测试干湿摩擦牢度,结果见表2。
由表2可见:(1)5号和10号色浆的印花产品具有优异的干湿摩擦牢度,这是由于其粒径低于100nm,属于纳米级颗粒,比表面积较大。当颜料颗粒被黏合剂包覆,不连续地分散在纤维表面时,巨大的比表面积使颗粒牢固地吸附在纤维表面。粒径越小则黏合剂的包覆越完整,从而在织物表面能够形成均匀而平整的印花膜,因此干湿摩擦牢度较高。
(2)国外公司的颜料粒径虽较国内厂家生产的颜料粒径(200~300nm)小,但在摩擦牢度方面,没有表现出较明显的优势。分析其原因:第一,粒径分布在100~300nm范围属于亚纳米级颗粒。第二,颜料颗粒被黏合剂成膜包覆,不连续地分散在纤维表面,用带有水分的标准白布摩擦时,一方面黏合剂吸水溶胀,使其包覆膜的封闭性降低。粒径越小的颗粒越易突破黏合剂的包覆而外露在表面。第三,纤维表面的颜料颗粒与黏合剂膜受到机械力作用较大时,会发生摩擦而产生瞬间热量,可能会使“颜料颗粒-黏合剂”与织物纤维的接合点分裂。粒径越小,接合点越弱,越易从纤维表面脱落。第四,颜料粒径的降低,使其光学性能也发生了一定变化。据相关资料[3]报道,颜料粒径越小,其着色力越高。因此,即使在湿摩擦过程中沾附了等量的颜料颗粒,小颗粒颜料所表现出的颜色深度也要深得多,从而使其印花产品色牢度反而更低。由此可以推断出,颜料粒径由300nm减小到100nm,不会使色牢度获得很大的提高。
(3)15号色浆的摩擦牢度结果显示,粒径偏大的颜料浆的印花牢度并不一定低。原因可能是当粒径较大时,同量的颜料浆所含颗粒数目较少,因此摩擦过程中沾附到白布上的颗粒也相应减少。加之颜料颗粒的粒径越大,着色力和遮盖力越低[3],因此摩擦牢度反而相对偏高。但是粒径较大的颜料浆稳定性不佳,会影响印花生产的重现性和可靠性。
此外,试验还发现颜料浆对印花织物的手感也有一定影响。同一颜料浆,用量增加,浅中深色印花织物的手感逐渐变硬;不同颜料浆,粒径越大,手感越硬,且印花颜色越深,手感下降程度越大。在相同条件下,粒径越小的颜料浆,印花手感越好。
2.3黏合剂的印花牢度
将同一用量的颜料浆、增稠剂与不同种类黏合剂配成涂料印花浆,进行印花、烘干和焙烘处理。印花织物的干湿摩擦牢度评级见表3。表3数据说明,由于黏合剂合成时,所选用单体的种类、结构和配比均不相同,黏合剂产品种类和性能差别较大。如有的黏合剂含固量高达40%,而有的含固量只有20%。吸水率差异更为明显,6号黏合剂LT吸水率最低,仅为4.94%,而8号黏合剂XF吸水率可高达412.67%。
表3数据说明,涂料印花的干摩擦牢度与黏合剂的含固量并无直接关系,这与有关文献[7]报道的黏合剂含固量越高,摩擦牢度越好的说法不太符合。因此,在涂料印花生产中,单纯依靠增加黏合剂用量并不能显著提高摩擦牢度,反而会降低织物的手感。
黏合剂的吸水性对涂料印花干摩擦牢度的影响不大,而与湿摩擦牢度密切相关。吸水性越高,湿摩擦牢度越差。黏合剂LT吸水率最低,其湿摩擦牢度最优,而黏合剂XF的吸水率高达412.67%,湿摩擦牢度也最差。其原因可能与黏合剂固化成膜后的吸水溶胀有关。吸水率越高,溶胀程度越大,黏合剂固化膜的强力降低越明显,黏合剂固化膜对包覆在其中的颜料颗粒的束缚力减弱,从而导致颜料颗粒外露并在摩擦过程中脱落下来。
2.3.3多组分纤维纺织品的染色方法
(1)染色设备和染色方法
多种纤维的组合可赋予新面料在手感、色彩、丰满性、蓬松性、绉缩效应、悬垂性和外观等方面独特的风格,而这些风格的获得与染色设备的选用关系密切。采用连续染色机染色的多组分纤维纺织品主要是涤纶/纤维素纤维混纺织物,如涤/棉织物,使用的染料组合是分散/活性、分散/还原和分散/硫化染料。
此外,多组分纤维纺织面料更多地采用间歇式浸染法染色。机织物常用平幅卷染机、经轴染色机、喷射溢流染色机染色。针织物则采用绞盘绳状染色机和喷射溢流染色机染色,高温染色设备用于含涤纶品种的染色。混纺纱线常用绞纱和筒子纱染色机染色。
多组分纤维纺织品的织造方法很多,相应的染色方法也有多种,染色可在多组分纤维面料织造的各个环节进行。根据染色加工对象的状态来分,有散纤维或毛条染色、纱线染色、匹料染色和成衣染色等。这几种染色方法的优缺点及主要适用的对象如表4所示。
表4多组分纤维纺织品各种染色方法比较
(2)双组分纤维纺织品染色的基本方法
①一种染料一浴一步法一种染料在同一染浴和同一染色条件下同时染两种纤维,如活性染料同时染棉/麻织物。
②两种染料一浴一步法两种染料在同一染浴中分别染两种纤维,如涤/棉混纺织物用分散/直接染料同浴染色。
③两种染料一浴二步法两种染料同浴分二步染两种纤维,如涤/棉织物用Terasil分散染料/CibacronLS活性染料同浴二步法染色。即先在高温高压下完成分散染料对涤纶染着过程,降温至70℃加入碱剂,使活性染料与棉纤维反应,完成棉纤维的染色过程。
④两种染料二浴法两种染料按先后顺序在二浴中分别染两种纤维,如涤/棉织物先用分散染料染色,还原清洗后再用活性染料套染。
双组分纤维纺织品的染色以单一纤维的染色为基础,而双组分纤维纺织品的染色又是三组分纤维纺织品染色的基础,因此在制定多组分纤维纺织品染色工艺时,必须充分了解单一纤维所用染料、染色工艺条件等对染色的影响。如果两种纤维的染色温度和pH值等条件相近,则具备了一浴法染色的前提条件。染色条件相差较大者,必须采用二浴法或一浴二步法染色。
(3)颜料浆的粒径对牢度的影响并不成简单的比例关系。当粒径小于100nm时,可以显著地改善印花织物的干湿摩擦牢度;粒径为673.6nm时,同样具有优异的印花牢度;当粒径处于100~300nm,印花织物的牢度差异不明显。
(4)黏合剂是涂料印花牢度的另一影响因素。不同厂家生产的黏合剂含固量各不相同,有的高达40%,而最低的只有20%。而吸水性的差异更为明显,黏合剂吸水率最低的只有4.94%,而最高的可达412.67%。黏合剂的含固量和吸水性对干摩擦牢度的影响不大。但是黏合剂的吸水性越好,涂料印花的湿摩擦牢度越低。
(注:试验所选染料与助剂仅作科研之用,为避免发生误会,故将生产牌号和厂家隐去。所测数据仅在本试验条件下具有重现性,特此声明。)
3结论
(1)不同厂商涂料印花色浆产品性能差异较大。从粒度大小来看,日本公司的颜料浆粒径最小(100nm以下),其它国外公司生产的颜料浆粒径大多在100~200nm,国内厂家的颜料浆粒径大多在200~300nm,最大粒径超过600nm。
(2)颜料浆的粒径大小对其贮存稳定性和印花织物的干湿摩擦牢度影响很大。粒径越小,颜料浆贮存稳定性越好,用于印花生产的重现性和可靠性越高。不仅同色染色困难,而且由于三种染料在三种纤维间的相互沾色,要获得具有鲜明对比效应的多色染色效果也较难。如,用分散染料、阳离子染料、酸性染料染色三组分纤维制成的纺织品,由于分散染料对两种离子型染料可染纤维的色相有影响,故三色异色染色在色相方面受到一定限制,难度较大。
若其中两种纤维染浓淡色或异色,一种纤维留白,这比较容易实现。若其中两种纤维染浓淡色,一种纤维染对比色,这种异色染色效果也容易实现。
参考文献:
[1]余一鹗.改善涂料印花纺织品手感、色牢度方法[J].印染助剂2002,19(4):5-10.
[2]郝龙云,房宽峻.超细涂料染色工艺研究[J].印染,2004,30(13):1-4.
[3]薛朝华.颜色科学与计算机测色配色实用技术[M].北京:化学工
业出版社,2004,72-73.
[4]雷生山.常温干燥环保型涂料印花粘合剂的研究[J].中国胶粘
剂,2008,17(11):30-34.
[5]AATCCMethodTest8-2005ColorfastnesstoCrocking:AATCC CrockmeterMethod[S].
[6]丁保中.应用于墨水行业的水性颜料型色浆的研制[J].中国制笔,2006,(3):22-25.
[7]王宏丽.提高涂料大红FFG织物印花摩擦牢度[J].染整技术,
2004,26(3):47-48
涂料满底印花（黑色）如何改善手感？
广州市赛尼科高新材料公司推出相对“创新”的印花手感解决方案，研发出一款具有两性离子的手感添加剂，直接添加在印花浆中，改善印花底布的面料手感，最大提升50%以上，不影响色牢度与色光。从而整体提升了印花品的手感舒适度，具有绝对的柔软爽滑度与悬垂感。
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