生态反应型阳离子水性聚氨酯固色剂的应用

范 敏,习智华,王劲松,王佳梦

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安710048)

随着全球化进程的加快,市场对高端纺织品的质量要求越来越高,其中染色织物的各项色牢度就是重要的评价指标之一。一般棉织物经活性染料进行浅色染色处理后,织物可获得较佳的湿摩擦牢度和耐皂洗牢度,然而对织物进行深色染色后,织物的色牢度却难以达到标准,这是由于织物染成深色后,织物表面有大量未固定的游离染料,水洗或外力摩擦过程中很容易出现褪色、掉色的现象,这就使得纺织品质量大大下降,而且严重污染环境[1-2]。

水性聚氨酯具有绿色环保、安全、成膜性好等优点,水性聚氨酯作为染色、印花助剂,可明显提高染色牢度和染色鲜艳度;作为后整理助剂,可赋予织物丰满厚实、透气舒适、柔软光亮、抗起毛起球、抗静电、防皱防缩、拒水拒油等性能,提高产品附加值,在纺织品整理中应用广泛[3-4]。

1 试验部分

1.1 材料、试剂与仪器

材料:漂白丝光纯棉织物(C 40×40,133×72,天纺有限公司);纯毛标准织物(天纺有限公司);活性染料:汽巴克隆红M-3G,汽巴克隆蓝M-4R。

试剂:异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)(广东昊毅化工科技有限公司);聚酯218(分子质量1 000,济宁华凯树脂有限公司);聚乙二醇(PEG)(济宁华凯树脂有限公司);三羟甲基丙烷(T MP)(西安化学试剂厂);N-甲基二乙醇胺(MDEA)(国药化学试剂有限公司);苄基氯(富宇精细化工有限公司);固色剂1(德美化工股份有限公司);湿摩牢度提升剂DM-2589(德美化工股份有限公司);氯化钠(西安化学试剂厂);碳酸钠(西安化学试剂厂)。

仪器:JJ-1电动搅拌器(常州国华电器有限公司);YP型电子天平(上海邦西仪器科技有限公司);WHL-25 A型台式电热恒温干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);Y571型织物摩擦测试仪(南通宏大实验仪器有限公司);YG026B型电子织物强力机(宁波纺织仪器厂);YG541L型数字织物折皱弹性仪(莱州市电子仪器有限公司);SW-1 A型耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂);Col ori7型Color测试仪(美国X-rite公司);WSB3 A型智能式数字白度计(宁波纺织仪器厂);LA-205型热定型机(UENOYA MA KIKO CO LTD);HD394 A型轧车(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.2 试验装置

合成阳离子水性聚氨酯(CWPU)的试验装置如图1所示。

1.3 CWPU乳液的制备

预聚反应:将脱水后的聚酯218和PEG按比例添加到装有搅拌装置、温度计和真空泵的三口烧瓶中,启动搅拌器(300 r/min),控制温度在(70±1)℃,再缓慢滴加计算好的IPDI,恒温条件下反应3 h左右,直到预聚体中游离-NCO含量达到扩链理论值[5]。

扩链反应:降温使预聚体温度保持在(60±1)℃,加入一定量处理好的的扩链剂N-MDEA和T MP,再缓慢升温70℃至反应一定时间,使得预聚体的分子量和稳定性进一步提高。

乳化:加入计量的苄基氯(亲核季铵化),在快速搅拌下加入计量的去离子水乳化分散1 h,制得一定固含量的水性聚氨酯乳液[6]。

图1 试验装置

1.4 棉织物的活性染料染色

染色处方:

染料 2%(owf)

浴比 30∶1

染色温度 40℃

固色温度 60℃

步骤:配置染液→按染色工艺曲线完成染色过程→取出→冷水洗→皂煮→水洗、晾干。

染色升温曲线如图2所示,其中皂煮的工艺条件为:皂片3 g/L,纯碱3 g/L,90℃,15 min,浴比20∶1。

图2 染色升温曲线

1.5 浸轧法固色工艺

工艺流程:二浸二轧(固色剂160 g/L,轧余率80%),烘干(80℃,2~3 min),焙 烘(140℃,2~4 min)。

1.6 织物性能测试

1.6.1 色牢度性能

耐皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度:试验3》测定,用灰卡评级。耐摩擦色牢度按GB/T 3920—1997《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》测定,用灰卡评级[7]。

1.6.2K/S值、白度

用Color测试仪对整理后的染色织物进行K/S值测试。用固色剂处理未染色的织物,然后将处理过的织物折成4层,放在智能数字白度仪WSB-3 A下测试织物的白度,测试固色剂对织物白度的影响。按照标准GB/T 17644-1998测定4次,并取平均值[8]。

1.6.3 织物亲水性

按AATCC法规定,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观察布面经纬向扩散宽度,量尺寸。4 c m为及格,5 c m为良好,6 c m为优秀。测量取其经、纬向的最小值。

1.6.4 织物力学性能

按GB/T 3923—1997《纺织品 织物拉伸性能第一部分:断裂强力和断裂伸长率测定条样法》测定,测试条件:隔距长度20 c m、拉伸速度10 c m/min、预张力3.7 N。折痕回复角的测定方法按国标GB/T 3819-1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》中的水平法进行[9]。

1.6.5 织物柔软性能评价

手感主观评价柔软度,柔软剂整理后织物经多位有经验的手感评价专家从滑度、柔软度、蓬松度等方面综合评价,将原布手感定为2分,以半级为梯度,手感评价最好为5分。取平均值确定结果。

2 结果与讨论

2.1 固色剂种类对织物色牢度的影响

为了将合成的CWPU固色剂与市面上的固色剂产品进行对比,选取了3组自合成的CWPU,以市面上湿摩牢度提升剂DM-2589和固色剂1作为对照组,测试织物的各项牢度。3组CWPU样品配方见表1。

表1 3组自合成CWPU原料的配方

5组整理剂织物固色整理后的各项色牢度指标见表2。

从表2数据可以看出,不同类型的固色剂整理织物后在耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度都有了比较大的提升,提高了0.5-1.5级左右;在耐汗渍色牢度方面提升不明显,提高了半级。对织物耐皂洗色牢度影响不明显,提高了0.5级左右。对于提高活性染料染色织物的湿摩擦牢度,固色剂1与CWPU的湿摩擦牢度效果都优于提升剂DM-2589。且干摩擦牢度有很大提升,湿摩擦牢度也有所提升。

表2 织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织物上成膜,处理后,固色剂与染料形成微溶于水的电解质,使染料在水中的溶解度降低,从而提高了耐摩擦色牢度,同时对耐皂洗色牢度也有一定的提升。

2.2 固色剂对织物白度和毛效的影响

用CWPU固色剂对未染色的原白布进行浸轧处理。二浸二轧(固色剂160 g/L,轧液率80%),80℃预烘,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到结果,见表3。

表3 织物的亲水性和白度

从表3可以看出,不同固色剂对织物白度几乎没有影响。DM-2589和固色剂1使织物的亲水性增加,阳离子水性聚氨酯使织物的亲水性降低。这可能是因为DM-2589和固色剂1结构中含有大量的季铵盐型阳离子基团,处理到织物上后,由于季铵盐离子的极性和其他极性基团的存在,更加有利于织物吸收极性的水分子,从而提高织物的亲水性。而阳离子水性聚氨酯在高温焙烘条件下,会在纤维上形成一层连续的薄膜,形成致密的微相分离结构,使得水分子很难透过硬段晶体结构,使织物的亲水性有所下降。

2.3 固色剂对织物强力、抗皱性能和柔软度的影响

用不同的固色剂处理织物,比较其对织物性能的影响。用固色剂处理染色织物,采用浸轧法。二浸二轧(固色剂160 g/L,轧液率80%),80℃预烘干,140℃焙烘3 min,p H值6~7,得到以下结果,见表4。

表4 织物强力、抗皱性能和柔软性能变化

从表4可以看出,经固色剂整理后(除固色剂1外)织物的强力都比原布的强力大;固色剂(除提升剂DM-2589外)整理后织物的伸长率均比原布短;提升剂DM-2589和固色剂1整理后织物的柔软度比原布大,而CWPU整理后织物的柔软度下降,但抗皱性能比DM-2589和固色剂1好。

这可能是因为固色剂1中的某些基团与纤维的基团发生了一定程度的交联,使织物的强力下降、伸长率变短。提升剂DM-2589可能是因为分子结构小,分子链容易旋转,具有柔软剂的性能,降低了摩擦系数,可使织物的摩擦系数减小。

测试织物的柔软性能,得到结果,见表5。

表5 整理剂中加入有机硅后织物柔软性能的变化

从表5可以看出,加入有机硅表面活性剂后整理织物的柔软性提高显著。聚硅氧烷特有的结构使其分子能够容易地自由旋转。这样不仅可以降低织物和纤维之间的摩擦系数,而且还降低了分子间的作用力,使织物的柔软度提高。

3 结论

(1)自制CWPU浸轧固色整理工艺:用量160 g/L,轧余率80%,预烘温度80℃,焙烘温度130℃。

(2)对活性染料染色织物,虽然色差有一定影响,但是湿摩擦牢度提升了1级,达到4级,棉沾、毛沾和褪色牢度可提高0.5-1.5级。

(3)经过整理的织物抗皱性、机械性能(断裂强度、伸长率)得以提升。