海藻酸鈉糊料流動性的影響因素及其對印花的影響

劉蘊慧，張 強，逄錦龍，張宗亮，郇路恒

（青島明月海藻集團有限公司，海藻活性物質國家重點實驗室，山東青島 266400）

流動性也稱流變特性，是指黏度隨剪切速率的變化而發生變化的特性，在實際應用中多用印花黏度指數PVI 值來表示。通常，PVI 值較大的糊料在剪切速率發生變化時，黏度變化較小。因而，含有這類原糊的印花色漿，在印花車速變化時，黏度變化不大，可保持較一致的印制效果［1］。

印花糊料的印制效果和操作性能，在很大程度上取決于印花糊料的流動性，例如表觀色澤和滲透效果，輪廓清晰度和勻染性，刮印時拖漿和壓糊等，這些都與糊料的流動性有關［2］。研究顯示：糊料的流動性可以定量地描述其流動行為，對印制過程模型的建立很重要。這些模型可以進行質量最優化控制，預測印花過程中出現的流動現象［3］。盡管影響印花質量的因素是多方面的，但印花糊料的流動性在很大程度上決定了印花織物的色光、表面得色量、花型輪廓清晰度、印制均勻性以及手感等，是影響印制效果的關鍵因素［4-6］。

在印花過程中，色漿在高剪切下透過網孔轉移到織物上。剪切去除后，色漿繼續向織物內部滲透。糊料應具有良好的流變性能，高剪切下黏度迅速降低以保證良好的透網性能，低剪切下黏度迅速回復到原來的水平以保證花型輪廓的清晰度。此外，整個印制過程受到糊料彈性的影響，彈性控制著糊料的流動行為以及彈性回復［7］。

目前，海藻酸鈉是應用最為廣泛的一種印花糊料［8］。作為一款優質印花糊料，海藻酸鈉具有良好的印花流動性，能印制出花紋均勻、線條精細、輪廓光潔且符合原樣風格的花型。雖然印花糊料的流動性與印制性能之間的相互關系一直都很受重視，但對于印花色漿黏彈性影響因素的研究報道較少。本研究通過多個實驗，從海藻酸鈉指標控制、輔料添加兩個方面入手，討論了相對分子質量、pH、鈣質量分數以及尿素、無機鹽、CMC 的添加對流動性的影響，為生產應用提供了依據。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：人棉14.8 tex/14.8 tex；不同規格的海藻酸鈉（青島明月海藻集團有限公司），元明粉（19#），碳酸氫鈉、尿素、羧甲基纖維素鈉（CMC）、防染鹽S、小蘇打、活性黑WNN、活性藍P3R（工業品）。

儀器：DV-I+型旋轉黏度計（美國Brookfield 公司），RC-MP2000 磁樣印花機、RC-CSD 氣蒸機（上海一派印染技術有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度試驗機（常州第二紡織儀器廠有限公司），Datacolor 100測色配色儀（美國Datacolor 公司）。

1.2 印花工藝

配制海藻酸鈉原糊、混配糊料（海藻酸鈉、CMC質量比為8∶2），分別使用活性黑和活性藍對人棉布料進行平網印花［9］。

原糊的配制：將海藻酸鈉原糊、混配糊料（海藻酸鈉、CMC 質量比為8∶2）分別使用純水配制不同質量濃度的原糊，靜置膨化12 h，黏度為25 000±1 000（20 r/min，20 ℃，6號轉子）。

色漿的配制：活性染料4%，尿素10%，防染鹽S 1%，碳酸氫鈉2%，原糊70%，加去離子水至100%。

印花工藝流程：調漿→平網印花→烘干（80 ℃，5 min）→氣蒸（100～103 ℃，8 min）→冷水洗→熱水洗→皂洗→水洗→烘干。

1.3 測試

1.3.1 流動性［10］

用純水配制不同質量濃度的海藻酸鈉原糊，使用旋轉黏度計在20 ℃測黏度，轉速20 r/min。將不同質量濃度的原糊黏度調整到6 000～7 000 mPa·s，采用6 號轉子，分別檢測60 r/min 和6 r/min 時的黏度。流動性計算公式：PVI=μ60/μ6。其中，μ60為轉速60 r/min時的溶液黏度；μ6為轉速6 r/min 時的溶液黏度。

1.3.2 印花性能

印花均勻性：使用測色配色儀測定正面的得色偏差，比較印花的均勻性差異。

2 結果與討論

2.1 影響流動性的因素

2.1.1 相對分子質量

作為一種天然高分子材料，海藻酸鈉的相對分子質量不固定。相對分子質量高的海藻酸鈉，其產品黏度高。pH 6.0～8.0、鈣質量分數低于0.3%的固相海藻酸鈉各20 個，黏度分別為：500～700、700～900、900～1 100、1 100～1 300、1 300 mPa·s 以上，比較PVI 值的差距。由圖1 可知，隨著黏度的增加，PVI 值呈降低趨勢。相較于低黏度的海藻酸鈉，高黏度海藻酸鈉隨著剪切應力的變化，黏度變化較大。也就是說，隨著海藻酸鈉相對分子質量的增加，流動性變差。

圖1 不同相對分子質量海藻酸鈉的流動性比較

2.1.2 pH

海藻酸鈉適宜的pH 為6.0～8.0，pH 過大或者過小都會對其流動性產生影響，尤其是在pH 過低的情況下，可能有海藻酸存在，對流動性以及印花生產不良影響。取黏度為900～1 100 mPa·s、鈣質量分數小于0.3%的固相海藻酸鈉各10 個，pH 分別為5.0～6.0、6.0～6.5、6.5～7.0、7.0～7.5、7.5～8.0、8.0～9.0，比較PVI值的差距。由表1 可以看出，PVI 值隨著pH 的降低而降低。隨著pH 的降低，海藻酸鈉部分與H+發生反應，生產不溶性的海藻酸凝膠，海藻酸鈉糊料的流動性降低。

表1 pH 對海藻酸鈉流動性的影響

2.1.3 鈣質量分數

由于海藻酸鈉與鈣離子反應生成海藻酸鈣凝膠，鈣質量分數對海藻酸鈉糊料流動性影響較大，在生產中要通過工藝控制鈣離子質量分數，使其符合要求。作為印花糊料時，海藻酸鈉的鈣質量分數要求小于0.3%。取黏度為900～1 100 mPa·s，pH為6.0～8.0的固相海藻酸鈉各10 個，鈣質量分數分別為：＜0.20%、0.20%～0.25%、0.25%～0.30%、＞0.30%，比較PVI 值的差距。由表2 可知，PVI 值隨著鈣質量分數的增加而降低。隨著鈣質量分數的增加，海藻酸鈉糊料的表觀黏度不斷提高，使糊料表現出越來越顯著的假塑性特征，海藻酸鈉的流動性變差。因為海藻酸鈉帶有羧基，是一種陰離子聚電解質，因其本身立體結構的特殊性表現出特殊的理化性質［11］。鈣離子嵌入海藻酸鈉分子間螯合形成配位體-金屬離子-配位體交聯結構，最終形成三維網絡結構，使色漿的結構黏度變大，在一定程度上可以提高色漿的表觀黏度。

表2 鈣質量分數對海藻酸鈉流動性的影響

2.1.4 尿素用量

尿素用量對海藻酸鈉流動性的影響見表3。

表3 尿素用量對海藻酸鈉流動性的影響

在活性染料印花中，尿素是一種必不可少的助劑。在配制色漿時加入不同比例的尿素，對海藻酸鈉糊料的流動性有一定影響。將海藻酸鈉糊料分成7份，分別加入0%、5%、10%、15%、17%、20%、25%的尿素，比較流動性差異。由表3 可知，PVI 值隨著尿素用量的增加呈現先增加后降低的趨勢。當尿素用量低于15%時，海藻酸鈉的流動性隨尿素用量的增加而增加；當尿素用量高于15%時，海藻酸鈉的流動性隨尿素用量的增加而降低。

2.1.5 元明粉用量

在活性染料印花中，元明粉作為促染劑可以調節染料對纖維的上染率。探討了不同元明粉（19#）用量對海藻酸鈉流動性的影響。將海藻酸鈉糊料分成7份，分別加入0%、10%、20%、30%、40%、45%、50%的元明粉，比較流動性差異。由表4 可知，海藻酸鈉的流動性隨著元明粉用量的增加呈下降趨勢。因為元明粉破壞了海藻酸鈉的分子結構，從而影響其流動性。

表4 元明粉用量對海藻酸鈉流動性的影響

2.1.6 CMC 用量

其他糊料如CMC 的加入也會影響產品的流動性。將海藻酸鈉糊料分成6份，分別加入0%、2%、4%、10%、15%、20%的CMC，比較流動性差異。由表5 可知，在海藻酸鈉糊料中添加20%的CMC，可以使PVI值由0.721 降到0.556。這是由于CMC 本身黏度大、流動性較差，加入到海藻酸鈉糊料后會對海藻酸鈉的流動性產生影響。

表5 CMC 用量對海藻酸鈉流動性的影響

2.2 印花性能比較

海藻酸鈉的PVI 值為0.721，混配糊的PVI 值為0.556。由PVI 值可以看出海藻酸鈉的流動性明顯好于混配糊。色漿的流動性好，那么色漿在高車速的印花中能保持較為一致的印花效果。由表6 可知，海藻酸鈉的得色偏差明顯低于混配糊料，即海藻酸鈉的印花均勻性較好。

表6 海藻酸鈉與混配糊的印花均勻性比較

3 結論

海藻酸鈉糊料具有良好的流動性，保證了均勻一致的印花效果；但其流動性受相對分子質量、pH、鈣質量分數、尿素、無機鹽等因素的制約，因此在使用中需根據實際需要控制產品指標及助劑添加。