防水無醛交聯劑ST221的制備及其在工裝面料中的應用

羅艷輝,韓麗娟,黃玉華,胡于慶,樊武厚,梁 娟

(1.四川省紡織科學研究院,四川 成都610072;2.四川益欣科技有限責任公司,四川 成都610072)

工裝是指是為工作需要而特制的服裝面料。隨著工裝工作服的流行,現在的工裝面料行業越來越受到關注。在工裝面料中,滌棉紗卡和純棉紗卡由于其舒適、透氣、尺寸穩定、挺括、易洗快干等特點,在工裝面料中用途廣泛。根據特殊需求,部分面料需要進行防水整理,經防水整理的工裝面料不僅要能夠防水浸濕,還必須具有優異的染色牢度[1-3]。

為了提高染色牢度,在染色完成后對染色織物進行固色處理是目前提高上染率最常用的方法。紡織品用交聯劑或固色劑能在纖維大分子間、纖維大分子與助劑分子間、纖維大分子與染料分子間形成共價鍵交聯,達到提高形態穩定性、彈性、色牢度及其他物理化學性能的目的[4-8]。但在同時需要固色和防水整理的過程中發現,固色劑的使用會降低面料的防水整理效果,也就是說必須增加防水劑的用量才能保證織物的防水效果,從而使企業的加工成本增加。基于以上需求,本文制備了一種與防水整理劑配套使用的防水無醛交聯劑ST221(以下簡稱防水交聯劑),該防水交聯劑的使用既能提高織物的染色牢度,起到固色的作用,又不會影響織物的防水整理性能。

本文以二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、環氧氯丙烷等為原料,制備了一種反應性聚季銨鹽型防水無醛固色交聯劑,然后進行該防水交聯劑的相關應用工藝研究,得到一個較佳的工藝處方。

1 試驗部分

1.1 材料

織物 純棉染色織物(實驗室染色),紗線密度28/28 tex,經緯密度304根/10 c m×252根/10 c m;普梳滌棉(65/35)染色斜紋織物(綿陽佳聯印染有限責任公司提供),紗線密度18/18 tex,經緯密度511根/10 c m×220根/10 c m。

化學品 二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、環氧氯丙烷,均為化學純;過硫酸鉀、過硫酸銨、亞硫酸氫鈉,均為分析純;無醛交聯劑ST220(四川益欣科技有限責任公司);防水無醛交聯劑ST221(四川益欣科技有限責任公司);防水劑KG-686conc(珠海華大浩宏化工有限公司);固色劑MJ-610(綿陽佳聯印染有限責任公司)。

1.2 儀器

X-Rite 8000計算機測色配色儀(美國X-Rite愛色麗);賽多利斯BS系列電子天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司);Y571L染色摩擦色牢度儀(萊州市電子儀器有限公司);Y(B)813型織物沾水度測定儀(大榮紡儀);IR Affinity-1型紅外光譜儀(日本島津公司);VEGA3 SBU型臺式鎢燈掃描電鏡(捷克泰斯肯公司);VIS-723型分光光度計(上海光譜儀器廠);AD型常溫小樣機(鶴山精湛設備公司)。

1.3 防水無醛交聯劑ST221的合成

首先在裝有攪拌、球形冷凝器、溫度計和恒壓漏斗的四口燒瓶中,加入二甲基二烯丙基氯化銨、N-(3-二烷基氨基丙基)丙烯酰胺、N,N-二烷基氨基丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮和去離子水,攪拌溶解,升溫至60～90℃,通入N2除去裝置中的空氣和H2O氣,緩慢滴加引發劑水溶液,控制滴加時間1.0～2.0 h,滴加完后保溫反應3～6 h,得季銨鹽型陽離子聚合物。然后滴加環氧氯丙烷,保溫反應3～4 h,降溫,得到防水無醛交聯劑ST221。

1.4 整理工藝

(1)交聯整理:將交聯劑配成x g/L工作液→一浸一軋染色織物→120℃烘干;

(2)防水整理:將防水劑配成10 g/L(或20 g/L)的工作液→一浸一軋交聯劑整理后織物→130℃烘干→180℃焙烘30 s。

1.5 性能測試

1.5.1 紅外測試

使用日本島津公司IR Affinity-1型紅外光譜儀,采用KBr壓片涂膜法測試。分辨率為4 c m-1,掃描30次,測試范圍為4 000～600 c m-1。

1.5.2 染色牢度測試

結合印染企業實際測試條件,選擇對染色織物的色牢度影響較顯著的水燙牢度和皂洗牢度進行測試。

水燙牢度測試:取5 c m×10 c m的布樣,加入浴比為1∶100的蒸餾水中,95℃下震蕩5 min,取出布樣,然后用分光光度計測水燙殘液的吸光度A值。

皂洗牢度測試:取6 c m×6 c m的布樣,5 c m×5 c m的純棉貼襯白色織物置于布樣中間四邊縫合,加入浴比為1∶100皂液(2 g/L皂粉)中,60℃震蕩30 min,取出布樣水洗,晾干,然后用分光光度計測皂洗殘液的吸光度A值和貼襯織物的沾色情況。貼襯織物的沾色評定用GB/T 251—2008沾色灰色樣卡或用XRite 8000計算機測色配色儀測定沾色貼襯與未沾色標準貼襯的總色差△E。總色差△E表示沾色織物與標準白色織物顏色差異,△E越大,色布對白底的沾色越多。采用VIS-723分光光度計測試水燙和皂洗殘液在最大吸收波長下的吸光度,吸光度值越大,殘液顏色越深,織物的色牢度越差。

1.5.3 防水性能測試

使用織物沾水度測定儀,按照AATCC 22-2010《紡織品 拒水性測試 噴淋法》來測試,根據噴淋測試評級圖進行評分。其中100分、90分、80分、70分、50分和0分分別為防水等級由高到低的排列,織物表面沒有潤濕或者沒有沾著水珠為100分,完全濕透為0分。

1.5.4 織物的表面形貌分析

對空白滌棉織物、交聯劑及防水劑整理后的織物樣品進行噴金表面處理,隨后采用捷克泰斯肯公司VEGA3 SBU型臺式鎢燈掃描電鏡觀察樣品的表面形貌。

2 結果與討論

2.1 交聯劑的紅外譜圖

將大生產制備的防水無醛交聯劑ST221進行紅外光譜(FT-IR)測試,結果見圖1。

圖1 防水無醛交聯劑ST221的紅外光譜圖

由圖1可看出,3 450～3 030 c m-1為NH4+的對稱伸縮和反對稱伸縮峰,1 651～1 630 c m-1為酰胺羰基的特征吸收峰,1 487～1 457 c m-1為NH4+的不對稱變角吸收峰,1 236 c m-1為仲酰胺R1-CONH-R的C-N伸縮峰,1 112 c m-1為仲胺R1-NH-R的C-N伸縮峰。通過以上分析,說明合成物為季銨鹽陽離子聚合物。

2.2 普通交聯劑或固色劑對織物防水整理效果的影響

在工裝面料的防水整理中,使用交聯劑或固色劑能提高織物的色牢度,但是交聯劑或固色劑的使用對織物的防水效果有所降低。選擇交聯劑、固色劑的用量分別為10 g/L,防水劑的用量為20 g/L,對純棉紅色織物和滌棉紅色織物進行固色和防水整理,交聯劑或固色劑的使用對防水效果和色牢度的影響如表1所示。

從表1中的結果可以看出,無論是實驗室染色純棉織物還是工廠取樣的滌棉染色織物,隨著交聯劑或固色劑用量的增加,織物的水燙牢度和皂洗牢度提高,但是防水效果逐漸降低。為了同時保證織物的色牢度和防水整理效果,有必要研制一種防水整理專用的交聯劑,用于純棉或滌棉工裝面料的固色與防水整理工藝。

2.3 防水無醛交聯劑的合成條件對織物固色及防水效果的影響

選擇不同的制備條件,其中A步驟是季銨鹽型陽離子聚合物的制備,B步驟為季銨鹽型陽離子聚合物與環氧氯丙烷的反應。具體制備處方如表2所示,制備了不同的防水無醛交聯劑小樣,將其稀釋至固含量為25%,對滌棉紅色織物進行固色與防水整理,交聯劑用量為10 g/L,防水劑用量為20 g/L,分別測試其固 色效果和防水整理效果,結果見表3。

表1 普通交聯劑或固色劑的用量對防水效果及色牢度的影響

表2 防水無醛交聯劑的制備處方

表3 不同合成條件對整理效果的影響

可以看出,防水無醛交聯劑的較佳制備工藝條件為環氧氯丙烷與叔胺單體摩爾比1.0,A步驟反應溫度80℃,A步驟反應時間3-4 h。該條件下制備的防水無醛交聯劑既能提高色牢度,且對防水整理效果影響很小。

2.4 交聯劑的用量對防水及固色性能的影響

2.4.1 防水劑用量為10 g/L時防水無醛交聯劑用量對防水及色牢度的影響

將織物浸軋交聯劑整理液,帶液率50%,防水無醛交聯劑的用量分別選擇24、20、16、12、8、4、0 g/L,考察防水交聯劑用量對織物色牢度及防水效果的影響,結果如表4所示。

從表4結果可以看出,隨著交聯劑用量的增加,水燙牢度與皂洗牢度均越好,且對防水效果影響不大,交聯劑用量為8～12 g/L時各項測試結果較好,繼續增加用量對色牢度的提升不大,且有降低防水效果的趨勢,所以選擇交聯劑的較佳用量為10 g/L。由于在上述條件下不能保證所有織物的防水效果為100分,所以提高防水劑用量為20 g/L,繼續研究防水無醛交聯劑對色牢度及防水效果的影響。

2.4.2 防水劑用量為20 g/L時防水無醛交聯劑用量對防水及色牢度的影響

將織物浸軋交聯劑整理液,帶液率50%,防水無醛交聯劑的用量分別選擇24、20、16、12、8、4、0 g/L,考察防水交聯劑的用量對織物色牢度及防水效果的影響,結果如表5所示。

從表5結果可以看出,隨著交聯劑用量的增加,水燙殘液吸光度、皂洗殘液吸光度及皂洗沾色色差值均趨于降低,說明交聯劑用量越多,織物的染色色牢度越好,織物的防水效果基本不變,綜合處理成本,染色及防水整理效果,交聯劑用量選擇10 g/L較佳。且根據上述不同織物的整理效果,建議工廠實際使用時根據不同顏色、不同材質的整理面料依據小樣打樣結果使用。

2.4.3 交聯劑烘干溫度對固色及防水效果的影響

為了考察防水無醛交聯劑的烘干溫度對整理效果的影響,選擇純棉及滌棉染色布,交聯劑用量10 g/L,防水劑用量20 g/L,浸軋交聯劑的烘干溫度分別為100、110、120、130℃,測試整理后織物的水燙牢度、沾色程度及防水效果,結果見表6。

表4 防水交聯劑用量對織物的色牢度及防水效果的影響

表5 防水交聯劑用量對織物的色牢度及防水效果的影響

表6 交聯劑烘干溫度對織物的色牢度及防水效果的影響

從表6結果可以看出,隨著交聯劑烘干溫度的升高,水燙殘液吸光度、皂洗殘液吸光度及皂洗沾色色差值均趨于降低。烘干溫度越高,交聯越有效,但是130℃時牢度提高不大甚至偶有降低,且防水效果也是烘干溫度越高,防水效果越好,故選擇交聯劑的烘干溫度為120℃較佳。

2.4.4 交聯劑烘干時間對固色及防水效果的影響

為了考察防水無醛交聯劑的烘干時間對整理效果的影響,選擇純棉及滌棉染色布,浸軋交聯劑的烘干溫度120℃,交聯劑用量10 g/L,防水劑用量20 g/L,烘干時間分別為40、60、80、100 s,測試整理后織物的水燙牢度、沾色程度及防水效果,結果見表7。

從表7結果可以看出,交聯劑的烘干時間對色牢度及防水效果的影響不大,為了節約能耗,降低企業成本,建議較佳烘干溫度為40～60 s,也就是說可根據實際情況,只要把樣品烘干即可。

表7 交聯劑烘干時間對織物的色牢度及防水效果的影響

2.5 掃描電鏡

對未整理原樣、防水整理、無醛交聯劑ST220整理與防水整理、防水交聯劑ST221與防水整理的滌棉織物進行SEM掃描分析,結果見圖2。

圖2 織物的SEM照片

圖2 為滌棉織物中的棉纖維表面放大2 500倍的形貌表征。由圖(a)、(b)看出,原樣表面光滑,經防水整理后,防水劑分布在織物表面,但與纖維結合牢度不牢會影響織物表面色牢度。由圖(b)、(c)、(d)看出,經防水無醛交聯劑ST221與防水劑整理的織物上的交聯劑使防水劑與纖維結合更好,分布更均勻。

3 結論

本文制備了一種與防水劑配合使用的防水無醛交聯劑ST221,該防水交聯劑與普通交聯劑或固色劑相比,能夠在提高染色牢度起到固色作用的同時不影響防水劑的整理效果。通過對該交聯劑在純棉、滌棉工裝面料上的應用工藝研究,得到的較佳應用條件為防水無醛交聯劑ST221用量10 g/L,烘干溫度120℃,烘干時間40～60 s,防水劑用量20 g/L。建議工廠實際使用時根據不同顏色、不同材質的面料整理要求依據打樣結果使用。

[1] 唐增榮.印染助劑的選用與紡織品色牢度[J].印染助劑,2007,24(11):1-9.

[2] 李玉華,王力民,高 鵬,等.深藍色滌棉工裝織物染整生產[J].印染,2010,(10):16-18.

[3] 吉婉麗,余雪滿,魏鵬勃,等.滌綸織物的無氟無硅防水整理[J].印染,2016,(23):35-37.

[4] 黃 斌,倪 燦,周向東.端環氧基交聯劑的合成及應用[J].印染助劑,2015,32(9):17-21.

[5] 黃新照.新型陽離子聚合物的制備與性能研究[D].青島:青島大學,2008.

[6] 王 剛,王海峰,管永華,等.陽離子固色劑DETA的應用性能[J].印染,2014,(22):15-19.

[7] 金鮮花,張紅燕.紡織工業用無醛固色劑的研究現狀與存在的問題[J].印染助劑,2014,31(7):1-7.

[8] 王 葉,萬祥龍.環保型染料固色劑的研究進展[J].廣州化工,2014,42(21):12-14.