基于生物質合成纖維PTT的T400織物染整加工

海西紡織新材料工業技術晉江研究院 福建晉江362200

1 引言

相關研究表明，中國可供開采的石油量已僅剩不過30年[1，2]。當今以石油基為主體的化學纖維占到了化學纖維總量的90%以上[3]，為了擺脫對不可再生能源的依賴，開發以原料為生物質或含有生物質來源單體的生物質化學纖維具有重要意義。

聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）早在1941年便由英國Calico Printers'Association的化學家Whinfield和助手Dickson[4，5]在實驗室合成得到，但限于原材料1，3-PDO價格昂貴，一直未能實現規模化生產。隨著科技進步，杜邦通過與Genensor公司合作，利用基因工程技術，以甘油、葡萄糖或淀粉等生物質原料，經微生物發酵，可規模化獲得1，3-PDO。我國清華大學、大連理工等單位也在上世紀90年代同期開始了相關研究[6]。該法反應條件溫和，生產過程中副產物少，原料天然可再生。成本的降低，緩解了合成生物質PTT的單體供給問題。

相較于PET的剛性，PTT由于“奇碳效應”，分子鏈呈“Z”字型構象[7]，加之C軸方向上結晶單元長度約占分子鏈完全展開的75%[8]。這種特殊結構使得PTT能發生鍵的旋轉和改變，進而賦予PTT較優異的回彈性能。但陳克權[9]通過總結相關研究發現，上述關于PTT回彈性能的經典解釋僅具有理論合理性，因為大分子鏈在非晶相中是無規分布的，不可能形成“Z”字形構；而在晶相中，“Z”字形構象的大分子鏈不可能受力首先發生構象變化，因此PTT的彈性產生機制有待進一步研究。

彈性機理雖暫時不得而知，但并不妨礙PTT作為性能優異的產品被廣泛應用。作為杜邦旗下英威達公司研發的專利產品，T400織物由PTT和PET兩種聚酯纖維通過并列復合紡絲、織造加工制得[10-12]。兩種聚酯組分由于微觀形態結構不同，經染整加工過程中濕熱處理，纖維會產生不同程度的異收縮，使得其在產生強烈的縱向應力的同時，又產生偏離縱軸的扭轉，從而使纖維呈現永久性的立體螺旋卷曲。這種三維卷曲結構，賦予了纖維極佳的彈性[13，14]。由于卷曲由其自身分子結構特性所決定，因此T400的彈性和回復性較普通彈性纖維更耐久[15，16]。

本文選取市場上常見的T400面料，其為基于生物質合成纖維PTT的彈性織物。通過制訂合適的前處理、染色以及定型工藝，不僅能保證獲得較好的染色質量，也能賦予織物優異的彈性和手感，提升其附加價值。

2 生產加工

2.1 面料規格

生物質T400（75D*75D，幅寬204cm，斜紋，經緯密度80根/cm*42根/cm，表面面密度101g/m2，織物克重208g/m）

2.2 試劑與設備

染料：分散大紅GS、分散橙S-4RL、分散紅玉SE-2GF（浙江龍盛集團股份有限公司）。

助劑：液堿（江蘇蘇化集團有限公司）、醋酸（吳江索普化工有限公司）、長車快速退漿劑TF-127B、乳化精煉劑TF-188A、滌綸超細纖維高溫勻染劑TF-212K、防水劑TF-4109（浙江傳化股份有限公司）、勻染修補劑HTP-2124（嘉興華晟助劑工業有限公司）、三聚磷酸鈉（工業級，95%，云南鼎新磷化工廠）。

設備：OS-9V1200平幅退漿機（臺灣鴻榮染整機械股份有限公司）、CSF18020高溫高壓液流染色機（海寧亞東機械有限公司）、MEGATE定型機（韓國美光機械株式有限公司）、RVMC-12瑪諾光電整緯機（德國Mahlo公司）、Datacolor 600電腦測色儀（美國Datacolor公司）、Y571B型干濕摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠）、SW-12A耐洗色牢度試驗機（無錫紡織儀器廠）。

2.3 檢測方法

2.3.1 色差

將客戶來樣在測配色系統設定為標樣，車間生產樣設定為對比樣，用Datacolor 600電腦測色儀在D65光源和10°視角下，測定樣品的L、a、b值，進而計算色差值ΔE，測試3次，取平均值。

2.3.2 色牢度

摩擦牢度按照GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定；變色評定按照GB/T 250-2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》測定；沾色評定按照GB/T 251-2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》評定。

2.3.3 防水效果

拒水性按照AATCC 22-2005《織物拒水性測試—噴淋法》測定。

2.4 加工流程

根據生物質T400織物的理化特性以及客戶來樣要求，制定加工流程如下所示：配桶→白坯退卷→平幅退漿→染色→脫水開幅→定型→成品打卷。

圖1 染色升溫工藝曲線

3 加工過程與分析

3.1 平幅退漿

對生物質T400織物進行平幅退漿機處理，其工藝處方如下：

液堿5.5%

長車快速退漿劑TF-127B 1.5g/L

乳化精煉劑TF-188A 1.2g/L

三聚磷酸銨 1g/L

溫度95℃ 時間55m/min

生物質T400織物在織造的過程中，單位長度的經紗從織軸上退繞下來直至形成織物，要受到30005000次程度不同的反復拉伸、屈曲和磨損作用。為了抵御外部復雜機械力的作用，提高經紗的可織性，需對其進行漿紗處理[17]。但漿料的存在有利于織造卻不利于染整，覆蓋在纖維表面的漿膜會阻礙染料向纖維表面吸附和內部擴散。為了使織物獲得較好的染色效果，本文選取TF-127B氧化型退漿劑對生物質T400織物在95℃熱堿條件下對其進行退漿處理。該退漿劑具有較好的耐熱堿穩定性，在乳化精煉劑TF-188A的配合下，可以將織物表面的合成漿料高分子鏈氧化分解，變成水溶性較好的小分子鏈段，從而織物上剝離脫落下來。三聚磷酸銨對金屬離子具有很好的螯合作用，不僅可以防止脫落漿料反沾污，而且可以凈化前處理用水的水質。

經過平幅退漿處理后的生物質T400，其表面的紡絲油劑、織造漿料以及運輸儲存過程中的污漬等能得到有效去除。由于堿液的剝蝕效果，織物單位長度克重有所降低，手感開始豐滿柔軟。

3.2 染色

生物質T400織物其主要成分為PET、PTT，本文選取聚酯類常用的分散染料，利用高溫高壓液流染色機進行一浴法染色加工。客戶來樣為紅色，其生產配方如下：

分散大紅GS 1.3%owf

分散橙S-4RL 0.84%owf

分散紅玉SE-2GF 1.2%owf

醋酸1.0g/L

滌綸超細纖維高溫勻染劑TF-212K 1.0g/L

勻染修補劑HTP-2124 0.8g/L

溶液2200L 浴比 1:7

生物質T400織物利用高溫高壓液流染色機進行染色，助劑和染料在染缸內溫度達到40℃左右時分開加入。助劑在料桶采用泵直抽方式快速注入，染料采用比例注料方式均勻注入，注料時間定為35min，防止注料過快產生的局部色差等問題。

研究表明[18]，PTT纖維的玻璃化溫度一般為70℃80℃，較常規PET低10℃左右。因此控制溫度升溫速率和保溫時間，可以使織物獲得較好的染色效果。隨著染缸內溫度和壓力逐漸升高，生物質T400織物的分子鏈段熱運動開始加劇，染料與纖維之間能得到更加充分的接觸，高溫有利于染料的吸附和擴散。但染色的溫度也不宜過高，設置溫度為125℃可使織物色澤均勻，牢度效果更好[19]。

表1 生物質T400生產樣與客戶標準樣色差

表2 生物質T400生產樣與客戶標準樣色差

3.3 定型

對染色后的生物質T400織物按照客戶要求進行一般防水電整理和定型加工，其工藝及處方如下：

防水劑TF-4109 20g/L

溫度165℃ 車速40m/min

風機轉速1400r/min

超喂 +1-2個 門幅 152cm

將染色后的織物浸軋防水整理劑，利用針板控制門幅進行拉伸定型，隨著布面溫度升高，防水劑在織物表面形成一層防水膜。且由于取向度提高，織物可以獲得較為穩定均一的門幅。

4 加工效果

4.1 染色效果

加工后的生物質T400織物其染色如表1所示：

由表1可看出，經過高溫高壓液流染色機加工出來的生產樣，其總色差為0.44，可認為和客戶來樣顏色高度重合，具有較好的色彩重現性。

4.2 色牢度

對加工后的生物質T400評測其色牢度，具體結果如表2所示：

由表2可看出，加工處理后的織物，無論是耐干摩擦還是濕摩擦，耐變色以及沾色性能，均具有較高等級，滿足客戶來樣加工要求。

4.3 防水效果

對成品生物質T400織物面料取3塊180cm×180cm大小的測試樣，先在溫度為21±1℃、相對濕度65±2%條件下，靜置4h以上。然后套于金屬環上，用250ml、溫度為27±1℃的去離子水在25-30s噴淋到試樣上2530s。結果表明，其防水效果為4-5級，防水效果優良，滿足客戶一般性成品出廠要求。

5 結論

（1）生物質T400織物用高溫高壓液流染色機進行加工，通過制訂定合適的前處理、染色、定型工藝，可以使加工出來的織物與客戶來樣，具有很好的色彩重現性，從而實現大規模生產。

（2）生物質T400織物經過合理生產加工，其色牢度和防水效果均可滿足客戶一般性出廠要求。