分散染料免蒸洗印花糊料的制備及其性能

馮冰冰， 劉艷春， 周天池， 白 剛

(1. 紹興文理學院 紡織服裝學院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江省清潔染整技術研究重點實驗室， 浙江 紹興 312000； 3. 鹽城工學院 紡織服裝學院， 江蘇 鹽城 224051)

分散染料屬于非離子型染料，在印花過程中與纖維之間不存在化學反應，而是在高于纖維玻璃化溫度的條件下進入纖維內部完成上染過程[1]。傳統分散染料印花，由于染料在織物上固色不完全，需要通過蒸化工序來發色；在蒸化發色后，還需要通過水洗工序將沒有進入纖維里的染料、糊料和其他助劑洗去[2-3]。常規分散染料印花工藝流程為：印花坯布→網印→烘干→蒸化→水洗→定形→印花成品[4]，在水洗過程中會造成大量污水排出，污水中有機污染物含量大、色度深，對生態環境破壞較為嚴重[5-6]。

如何解決傳統分散染料印花技術中普遍使用蒸、洗工序帶來的高能耗、高污染問題，從清潔生產角度考慮，縮短工藝流程，減少污水排放，是印染行業亟待攻克的技術難題[7]。分散染料免蒸洗印花可省去常規印制過程中的蒸化和水洗工序，從而降低水和能源消耗,但分散染料免蒸洗印花對糊料有特定的要求，由于固色后無需水洗，糊料必須具備含固率低、增稠效率高、流變性好的特點[8]。

為此，本文針對目前常用合成增稠劑對電解質敏感、容易滲化的問題，研制出與分散染料具有較好相容性、漿膜薄、印花輪廓清晰度高的印花糊料，并對糊料性能進行系統研究。在此基礎上，選用固色率高、熱穩定性好的分散染料對滌綸織物進行免蒸洗印花，縮短了工藝流程，節能減排效果顯著。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料：滌綸織物(面密度190 g/m2，浙江皇亞貿易有限公司)。

藥品：增稠劑L-101(廣州德田新材料有限公司)、增稠劑RG-7202C(瑞光化工有限公司)、增稠劑FL-312(浙江傳化化學集團有限公司)、防滲化劑RG-FV157X(瑞光化工有限公司)、手感調節劑RG-BM70(瑞光化工有限公司)、分散紅玉S-5BL(浙江閏土股份有限公司)、分散橙S-4RL(浙江閏土股份有限公司)、分散深藍S-3BG(浙江閏土股份有限公司)。

儀器：MCR302型流變儀(奧地利安東帕有限公司)、Datacolor 600型測色配色系統(美國Datacolor公司)、AM110W-0電子攪拌器(上海昂尼儀器儀表有限公司)、ME204E電子天平(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司)、MJ562A磁棒印花小樣機(北京紡織機械器材研究所)、R-3自動定形烘干機(廈門瑞比精密機械公司)、SW-12 D型耐水洗色牢度儀(寧波紡織儀器廠)、M238BB摩擦牢度測試儀(錫萊-亞太拉斯有限公司)。

1.2 糊料和色漿的制備

1.2.1 免蒸洗印花糊料的制備

糊料配方：增稠劑FL-312質量分數為3%，防滲化劑RG-FV157X質量分數為1%，手感調節劑RG-BM70質量分數為2%，其余為水。

按照配方，將增稠劑、防滲化劑、手感調節劑與水混合，電子攪拌器攪拌約10 min，使其呈均勻白色膏狀。

1.2.2 色漿的制備

色漿配方：染料質量分數為3%，增稠劑FL-312質量分數為3%，防滲化劑RG-FV157X質量分數為1%，手感調節劑RG-BM70質量分數為2%，其余為水。

按照配方，將染料、增稠劑、防滲化劑、手感調節劑與水混合，電子攪拌器攪拌約10 min，混合均勻。

1.3 印花工藝

常規印花工藝流程：印花坯布→網印→烘干(80 ℃，5 min)→蒸化(180 ℃，8 min)→還原清洗(燒堿2 g/L，保險粉2 g/L，80 ℃，10 min)→定形→成品。

免蒸洗印花工藝流程：印花坯布→網印→烘干(80 ℃，5 min)→定形(180 ℃，3 min)→成品。

1.4 糊料性能測試

1.4.1 黏度及印花黏度指數PVI

采用流變儀，設置剪切速率為10 s-1，對糊料進行黏度測定，按下式計算PVI值：

式中：η10n為糊料在10n倍剪切速率下的黏度，mPa·s；ηn為糊料在n倍剪切速率下的黏度，mPa·s。

1.4.2 穩態流變性能

采用流變儀測試糊料的穩態流變性能，得到黏度與剪切速率的變化曲線。設定初始溫度為25 ℃，剪切速率為0.1～1 000 s-1。

1.4.3 動態黏彈性能

動態角頻率掃描：設定初始溫度為25 ℃，角頻率為0.1～600 rad/s，應變為3%，進行小幅振蕩角頻率掃描，得到儲能模量G′、損耗模量G″、損耗系數tanδ與角頻率的關系曲線。

動態振幅掃描：設定初始溫度為25 ℃，應變為0.01%～200%，角頻率為1 Hz，進行小幅振蕩應變掃描，得到儲能模量G′、損耗模量G″、損耗系數tanδ與剪切應變的關系曲線。

1.4.4 瞬態剪切性能

瞬態剪切實驗分3個階段進行：1)剪切速率為1 s-1下剪切2 min；2)在剪切速率為400 s-1下剪切1 min；3)在剪切速率為1 s-1下剪切2 min。第3階段與第1階段測得的黏度平均值之比，為糊料的黏度回復率[9]。

1.4.5 抱水性能

將濾紙剪成10 cm×1 cm的長條，垂直插入原糊或色漿中(插入液面下1 cm)，測定30 min時液面上升的高度。上升的高度越低，抱水性越好，印花時越不容易發生滲化[10]。

1.4.6 染料相容性

測試分散染料質量分數分別為1%、2%、3%、4%、5%時色漿黏度的變化，用來表征染料相容性。

1.4.7 耐酸堿性能

在pH值分別為4、5、6、7、8、9、10的條件下，測試增稠劑黏度的變化,用來表征增稠劑耐酸堿性能。

1.4.8 儲存穩定性能

將自制增稠劑靜置消泡后，每隔24 h測黏度值，用來表征儲存穩定性，共測7 d。

1.5 印制性能測試

1.5.1 表觀得色量和滲透率

采用Datacolor 600電腦測配色儀對印花織物正反面的表觀得色量(K/S值)進行測定，正反面各取5個點，取平均值，按下式計算滲透率P：

式中：(K/S)1為織物反面的K/S值；(K/S)2為織物正面的K/S值。

1.5.2 色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》中C(3)方法，測試印花織物的耐皂洗色牢度。參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試印花織物的耐摩擦色牢度。

2 結果與討論

2.1 免蒸洗印花增稠劑復配體系優化

印花增稠劑是染料及各種添加劑的傳遞載體，其性能的優劣直接影響印花制品的精細度、著色鮮艷度和手感。針對目前常用合成增稠劑防滲化性差、對電解質敏感的問題，將含固量低而增稠效率高的合成增稠劑、防滲化劑和手感調節劑進行合理復配，得到適用于分散染料免蒸洗印花的增稠劑命名為SX-608F。

2.1.1 增稠劑對抱水性和K/S值的影響

按照1.2.2節色漿配方，改變增稠劑種類和質量分數，研究不同復配體系下色漿的抱水性能和印花制品的K/S值，實驗結果見表1。可看出，隨著增稠劑質量分數的增加，抱水性變好。在3種增稠劑中，增稠劑FL-312抱水性最好，質量分數為3%時，抱水性為0.1 cm，K/S值為21.33。增稠劑L-101的K/S值最佳，但抱水性較差，印花時會發生滲化。綜合考慮抱水性能和印花織物K/S值，確定增稠劑FL-312為最優選擇。

表1 增稠劑種類和質量分數對抱水性和K/S值的影響Tab.1 Effect of thickener type and dosage on water holding capacity and K/S value

2.1.2 防滲化劑質量分數對抱水性和K/S值影響

按照1.2.2節色漿配方，改變防滲化劑質量分數，研究不同復配體系下色漿的抱水性能和印花制品的K/S值，實驗結果見表2。可看出，隨著防滲化劑質量分數的增加，抱水性變好。通常抱水性在0.1～0.2 cm之間，就能夠滿足印花需求。因此，優選配方為：增稠劑FL-312質量分數3%，防滲化劑RG-FV157X質量分數1%，手感調節劑RG-BM70質量分數2%。在此條件下，色漿抱水性為0.15 cm，印花織物K/S值為22.97。此優化條件下復配的增稠劑為SX-608F。

表2 防滲化劑質量分數對抱水性和K/S值的影響Tab.2 Influence of anti-seepage agent dosage on water holding capacity and K/S value

2.2 增稠劑SX-608F的理化性能

2.2.1 增稠劑質量分數對黏度及PVI指數的影響

增稠劑SX-608F質量分數對糊料的黏度及PVI指數的影響見表3。可看出，增稠劑SX-608F的黏度隨質量分數的增加而增加，PVI指數在0.1～0.3之間，具有較大結構黏度指數。印花糊料黏度要適宜，一般在4 Pa·s以上就能夠滿足印花需求。黏度過低，染料不能均勻地覆蓋在織物表面；黏度過高，會導致透網性變差，花紋印制不完全。PVI指數與糊料的結構黏度有關，一般在0.1～1.0之間。PVI指數越小，其結構黏度指數越大，在高剪切速率下，黏度變化較大，色漿易透過網孔，轉移到織物上。

表3 不同質量分數增稠劑SX-608F的黏度及PVI指數Tab.3 Viscosity and PVI index of thickener SX-608F with different mass fractions

2.2.2 穩態流動性能分析

增稠劑SX-608F穩態流動性能測試結果見圖1。可看出，增稠劑SX-608F的黏度隨剪切速率的增加而降低，符合假塑性流體特征。假塑性流體受到剪切力作用后，在低剪切速率時，分子之間互相纏結；隨剪切速率的增大，分子間纏結減少，黏度下降。性能較好的印花糊料在使用過程中受到剪切作用后黏度會下降，便于色漿透過印花網孔到織物表面，從而保證了良好的表觀得色量和印花均勻性[11]。增稠劑SX-608F具有較好的穩態流動性能，滿足印花需要。

圖1 表觀黏度-剪切速率曲線Fig.1 Apparent-viscosity shear rate curve

2.2.3 動態黏彈性能分析

增稠劑SX-608F動態黏彈性能測試結果見圖2。可看出，增稠劑SX-608F的儲能模量G′和損耗模量G″均隨角頻率的增加而增加，體系的彈性效應增強。在角頻率為500 rad/s時，增稠劑SX-608F的儲能模量G′和損耗模量G″曲線相交，交點是增稠劑黏彈性轉換點。低于交點頻率，增稠劑彈性行為占主導，高于交點頻率，則由黏性行為占主導。在0.1～500 rad/s角頻率范圍內，損耗系數tanδ<1，說明增稠劑SX-608F在低頻區具有較強的彈性效應。

圖2 G′、G″和tanδ隨角頻率的變化Fig.2 Variation of G′, G″ and tanδ with angular frequency

除了角頻率變化對增稠劑黏彈性影響外，剪切應變也會影響糊料的動態模量，增稠劑SX-608F儲能模量G′、損耗模量G″、損耗系數tanδ隨應變的變化情況見圖3。可看出，應變在0.000 1～0.05范圍內，增稠劑SX-608F儲能模量G′和損耗模量G″趨于穩定，損耗系數tanδ<1，彈性效應占主導。隨著剪切應變不斷增加，儲能模量G′呈下降趨勢，損耗模量G″呈上升趨勢。在測試范圍內，儲能模量G′和損耗模量G″在應變為0.573 7處出現交點，此時儲能模量和損耗模量相同，tanδ=1，黏性作用和彈性作用相當；在交點之前以彈性效應為主導，交點之后則以黏性效應為主導。

圖3 G′、G″和tanδ隨剪切應變的變化Fig.3 Change of G′, G″ and tanδ with shear strain

2.2.4 瞬態剪切性能分析

瞬態剪切性能即糊料的觸變性能，觸變性能與糊料結構的破壞與重建相關。糊料是染料的載體，觸變性能好的糊料在剪切力消除后，黏度會迅速回復到未剪切前，從而保證織物上花紋的印制效果[12]。增稠劑SX-608F進行分階段剪切實驗結果如表4和圖4所示。

表4 增稠劑SX-608F的黏度回復率Tab.4 Viscosity recovery rate of thickener SX-608F

圖4 增稠劑SX-608F的黏度回復曲線Fig.4 Viscosity recovery curve of SX-608F thickener

由表4和圖4可看出：增稠劑SX-608F在低剪切速率下，黏度較高；高剪切速率下，黏度迅速下降；停止剪切后，又回復到高黏度狀態。可看出，增稠劑SX-608F有較好的黏度回復性，黏度回復率為90.40%。

2.2.5 與染料的相容性分析

將不同質量分數的染料加入糊料中，測定色漿的抱水性和黏度，實驗結果見表5和圖5。可看出，隨著染料質量分數的增加，色漿的黏度呈下降趨勢，這可能是由于電解質使增稠劑分子鏈卷縮，破壞了其分子結構所致，但增稠劑SX-608F抱水性變化相對較小，可以滿足印花需要。

表5 色漿的抱水性Tab.5 Water holding capacity of color paste

圖5 分散染料對增稠劑黏度的影響Fig.5 Effect of disperse dyes on viscosity of thickener

2.2.6 耐酸堿性能分析

不同pH值條件下，增稠劑SX-608F黏度的變化見圖6。可看出:增稠劑SX-608F耐酸堿性較好;酸性條件下，增稠劑的黏度略微下降；堿性條件下，黏度略有增加，可能是因為堿能促進其分子發生溶脹所致。

圖6 pH值對增稠劑黏度的影響Fig.6 Effect of pH on viscosity of thickener

2.2.7 儲存穩定性分析

將增稠劑SX-608F制成原糊，每隔24 h測定其黏度，實驗結果見圖7。可以看出，隨著放置時間的延長，增稠劑SX-608F黏度先略有上升后趨于平緩，出現這種情況可能是由于水分蒸發導致其黏度增大。在測量時間范圍內，增稠劑黏度變化幅度較小，說明儲存穩定性較好。

圖7 放置時間對增稠劑黏度的影響Fig.7 Effect of placement time on viscosity of thickener

2.3 增稠劑SX-608F的印制性能

將海藻酸鈉與增稠劑SX-608F進行印花對比實驗。海藻酸鈉采用常規印花工藝，增稠劑SX-608F采用免蒸洗印花工藝，測試印花制品的K/S值和色牢度等性能，實驗結果見表6。可看出，增稠劑SX-608F印花織物的K/S值高于海藻酸鈉糊料，但滲透率低于海藻酸鈉糊料。增稠劑SX-608F印花織物未經水洗，其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可達到4級以上；經還原清洗后，各項色牢度均能達到5級，色牢度優異。

表6 增稠劑SX-608F的印制性能Tab.6 Printing properties of thickener SX-608F

3 結 論

1)自制免蒸洗印花增稠劑SX-608F的配方為：增稠劑FL-312質量分數3%，防滲化劑RG-FV157X質量分數1%，手感調節劑RG-BM70質量分數2%。

2)增稠劑SX-608F具有假塑性流體特征，黏度隨剪切速率的增加而下降。在角頻率0.1～500 rad/s范圍內，儲能模量G′大于損耗模量G″，損耗系數tanδ<1，表現出彈性行為。增稠劑SX-608F的儲能模量G′和損耗模量G″在應變為0.573 7處出現交點，此時損耗系數tanδ為1；當剪切應變低于0.573 7時，彈性效應占主導。增稠劑SX-608F觸變性良好，黏度回復率高。

3)增稠劑SX-608F與染料相容性較好，抱水性優良。與海藻酸鈉糊料相比，增稠劑SX-608F印花織物的表觀得色量高，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可達到4級以上。