超柔软涂料印花工艺在纯棉织物上的应用yd16803
项伟1，杨宏林1，陈光杰2 1.浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000；2.浙江稽山印染有限公司，浙江绍兴312000
收稿日期：2012-10-10 修回日期：2013-02-04
基金项目：绍兴市2012年科技计划项目(2012B70011)
作者简介：项伟(1979-)，女，讲师，博士。研究方向为生态环保、节能减排染整技术。E.mail：allice-xw@163.com。
原载：纺织学报2013/1O；101-106
【摘要】与活性染料印花相比，涂料印花具有工艺简便、环保节能等优点，但织物手感粗硬、耐摩擦色牢度较差是制约其被广泛接受的瓶颈，为此优化了棉织物超柔软涂料印花的工艺条件。试验结果表明，当m(BCN-C):m(BCN-D)=1:1，焙烘温度为150℃，焙烘时间为4 min时，其印花效果最好。同时比较了3种印花工艺在棉织物上的应用，结果表明，在标准色卡深度下，经超柔软涂料印花工艺处理后织物的悬垂系数可达到42.55％(机织布)和18.95％ (针织布)，其手感效果明显好于传统涂料印花工艺，与活性染料印花工艺接近，耐湿摩擦色牢度为3～4级，耐洗涤色牢度为4～5级，可满足印花质量的要求，且其洗涤液的COD值仅为活性染料印花工艺的10％～15％左右。
【关键词】超柔软；涂料印花；棉织物；色牢度
【中图分类号】TS 194.4 文献标志码：A 文章编号：0253-9721(2013)10-0101-06
涂料印花具有工艺简单、正品率较高、节能减排等优势，是一种可持续发展的清洁生产技术，具有深远的发展前景，是印花技术重要的发展方向之一[1]。世界上大约有50％ 以上的印花产品是采用涂料印花技术，尤其是美国，涂料印花比例达到85％，而活性染料印花仅有3％ 。我国涂料用于印花的比例逐年提高，但绝大多数都用于喷墨印花技术和小点雕印，棉织物直接印花相对较少 [2-3]，主要原因在于涂料印花工艺中，涂料本身对纤维没有亲合力，需要依靠一定量的粘合剂、交联剂将涂料机械地固着于纤维上，而大部分涂料印花粘合剂仍采用丙烯酸酯类单体为主体，这会导致涂料印花产品手感较硬，且耐摩擦色牢度较差[4]。近年来，为了提高涂料印花制品的产品质量，国内外科研工作者着重对涂料、粘合剂和印花工艺等进行研究，如纳米涂料和微胶囊涂料的研发、PU／PA粘合剂的合成、改性丙烯酸酯粘合剂制备等，可获得柔软的手感及弹性[4-5]，但未见广泛应用。
本文以纯棉机织物和针织物为载体，采用满地印花方式，分别从手感、耐摩擦色牢度和耐洗涤色牢度等方面考虑，对超柔软涂料印花技术在棉织物的应用工艺及性能进行研究，并且与活性染料印花和传统涂料印花进行比较，探讨仿活性染料直接印花的可行性。
1 试验部分
1.1 材料与试剂
织物：纯棉漂白机织物(平纹，29.2 tex×29.2 tex，236根／10 cm×236根／10 cm)、18.2 tex纯棉漂白针织布。
涂料及染料：印漂牢黄K-RC、印漂牢红K-GC、印漂牢蓝K-BC、印漂牢黑K.FBB、普施安金黄PX-GR、普施安红PX-4B、普施安艳蓝PX-3R、普施安黑PX-GR(德司达公司)。
其他药品：海藻酸钠、尿素、碳酸氢钠(均为化学纯)、丙烯酸类粘合剂、净洗剂(均为工业级)、海立柴林柔软印花浆BCN-C、海立柴林柔软印花浆BCN-D、增稠剂路得素HIT、柔软剂适利坚SIE(巴斯夫公司)。
1.2 主要设备及仪器
FA2104N电子天平(上海精密科学仪器有限公司)、GZX-9070数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司)、MSP-1自动印花刮样机(杭州三锦科技有限公司)、120目筛网、H.Ts多功能汽蒸机(厦门瑞比有限公司)、Data Color 600测色配色仪、Y571染色摩擦牢度仪、SW-12耐洗色牢度试验机(莱州电子仪器有限公司)、YG811D 型电脑式织物悬垂仪(南通三思机电有限公司)、ET99718微电脑化学需氧量COD测试仪(德国Lovibond公司)。
1.3 试验方法
1.3.1 超柔软涂料印花
配方：印漂牢涂料X％ ，印花浆(BCN-C+BCN-D)y％ ，路得素HIT 0.20％ ，合计100％ 。其中，印花浆m(BCN-C)／m(BCN-N)复配范围为1／0、2／1、1／1、1／2、0／1。
工艺：印花(刮刀压力3 MPa)→预烘(100℃，2 min)→焙烘(120～160℃，2～6 min)→水洗→烘干。
1.3.2 活性染料直接印花
配方：普施安染料Z％ ；尿素5％ ，碳酸氢钠2％ ，海藻酸钠(8％)50％，水(100％-Z％-57％)，合计100％ 。
工艺：印花(刮刀压力3 MPa) →预烘(100℃，2 min)→汽蒸(102℃，15 min)→冷水洗→皂洗(3 g／L净洗剂，98℃，10 min)→热水洗→冷水洗→烘干。
1.3.3 传统涂料印花
配方：印漂牢涂料X％ ，尿素8％，路得素HIT2％，粘合剂20％，水(100％-X％-30％)，合计100％ 。
工艺：印花(刮刀压力3 MPa)→预烘(100℃，2 min)→焙烘(150℃，4 min)→水洗→烘干。
1.3.4 涂料和染料的参考用量
参考德司达公司标准色卡，涂料印漂牢黄K-RC、红K-GC和蓝K-RC用量均为3％，印漂牢黑K-FBB为6％；活性染料普施安金黄PX-GR、红PX-4B和艳蓝PX-3R 用量均为4％，普施安黑PX-GR为6％。
1.3.5 柔软整理工艺
适利坚SIE 20 g／L，轧液(轧余率75％ ，二浸二轧)→烘干。
1.4 测试方法
1)K／S值测试。在Data Color 600电脑测色配色仪上测定，织物折叠4层，取4个不同的点测定后取平均值。
2)手感性能测试。用悬垂系数表示，悬垂系数越小，手感越好。参照FZ／T 01045-1996《织物悬垂性的试验方法》测试。
3)耐摩擦色牢度测试。按GB／T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试。
4)耐洗涤色牢度测试。按GB／T 3921-2O08《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测试。
5)COD含量测试。分别收集各印花工艺织物水洗后总的水洗残液，然后在COD快速测定仪中测定其COD值，参照GB 11914-1989《水质化学需氧量的测定——重铬酸钾法》测试。
2 结果与讨论
2.1 超柔软涂料印花工艺优化
以印漂牢红K-GC(浓度为3％)在纯棉机织物上的超柔软涂料印花工艺为研究对象，以K／S值、悬垂系数和耐摩擦色牢度为评价指标，分析柔软印花色浆BCN-C与BCN-D不同质量比例、焙烘温度和焙烘时间等因素对超柔软涂料印花效果的影响。
2.1.1 印花色浆不同质量比对印花效果影响
在焙烘温度为140℃，焙烘时间为3 min条件下，讨论印花色浆BCN-C和BCN-D质量比(1:0、2:1、1:1、1:2、0:1)不同时的印花效果，结果见图1和表1。
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图1 印花色浆BCN-C与BCN-D的质量比 对织物K／S值和悬垂系数的影响 |
表1 色浆BCN-CF与BCN·D质量比对织物耐摩擦色牢度影响
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m(BCN-C)：m(BCN-D) |
干摩色牢度／级 |
湿摩色牢度／级 |
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1:0 |
4～5 |
3～4 |
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2:1 |
4 |
3 ～4 |
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1:1 |
4～5 |
3～4 |
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1:2 |
4 |
3～4 |
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0:1 |
4 |
3 |
由图1可知，随着BCN-C在印花色浆中比例的减少，织物K／S值和悬垂系数都逐渐减小。这主要是由于与BCN-C相比，印花浆BCN-D中所含粘合剂更少，部分涂料未充分与纤维固着，经水洗后发生脱离，导致深度变浅[6]，而粘合剂的多少又直接影响织物悬垂系数的大小[7]；当m (BCN-C):m(BCN-D)为1:1时，其织物K／S值与m(BCN-C):m(BCN-D)为2:1时相差不多，但织物悬垂系数要小很多，这可能是由于粘合剂的用量已基本满足涂料所需。
由表1可知，印花色浆BCN-C与BCN-D不同质量比条件下的超柔软涂料印花工艺经水洗后，织物耐摩擦色牢度变化不大，基本可达到干摩4级以上，湿摩3～4级，其中质量比为0:1时，耐摩擦色牢度要略差些，这可能是色浆BCN-D中所含粘合剂偏少所致。
根据图1和表1的分析，确定印花色浆的质量比例m(BCN-C):m(BCN-D)为1:1。
2.1.2 焙烘温度对印花效果影响
在印花色浆m(BCN-C)：m(BCN-D)为1:1，焙烘时间为3 min条件下，讨论不同焙烘温度对织物印花效果的影响，结果见图2和表2。
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图2 焙烘温度对织物K／S值和悬垂系数影响 |
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表2 焙烘温度对耐摩擦色牢度影响 |
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由图2可知，随着焙烘温度的升高，织物K／S值逐渐增大。这主要是由于温度升高对涂料与粘合剂的作用起着促进作用；而在120～150℃ 之间织物悬垂系数变化不大，保持54.5％ 左右，但当焙烘温度达到160℃时，织物悬垂系数明显增大。这可能是由于过高温度使粘合剂的成膜结构发生变化，从而提高织物硬度[8]。
由表2可知，随着焙烘温度升高，织物的耐摩擦色牢度略有上升，当温度达到150℃时，干摩4～5级，湿摩3～4级，进一步升高温度对其影响不大。根据图2和表2的分析，确定焙烘温度为150℃。
2.1.3 焙烘时间对印花效果影响
在印花色浆m(BCN-C):m(BCN-D)为1:1，焙烘温度为150℃条件下，讨论不同焙烘时间对织物印花效果的影响，结果见图3和表3。
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图3 焙烘时间对织物K／S值和悬垂系数影响 |
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表3 焙烘时间对耐摩擦色牢度影响 |
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由图3可知：在2～4 min焙烘时间内，随着时间的延长，织物K／S值和悬垂系数都在增大；随着焙烘时间进一步延长，织物K／S值变化不大，而悬垂系数却增大较多。这主要是由于在一定温度下，粘合剂的成膜与交联需要一定的时间，当反应充分时，高温条件下进一步延长时问，将有可能改变粘合剂的成膜结构而增加织物硬挺度[8-9]。
由表3可知，必要的焙烘时间，有利于增加织物的耐摩擦色牢度，但当时间达到6 min时，色牢度反而出现下降，这可能是由于织物表面聚合物发生剥离，导致成膜不均匀，涂料表面裸露更明显，从而降低织物色牢度[10]。
根据图3和表3的分析，确定焙烘时问为4 min。综合分析，确定超柔软涂料印花工艺条件：印花色浆m(BCN-C):m(BCN-D)为1:1，焙烘温度为150℃，焙烘时间为4 min。
2.2 不同印花工艺处理后织物K/ S值
按照1.3试验方法及2.1超柔软涂料印花工艺条件，分别以纯棉机织布和纯棉针织布为载体，实施活性染料印花、超柔软涂料印花和传统涂料印花，测试织物K／S值，其结果见图4、5。
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图4 不同印花工艺下纯棉机织布K／S值比较 |
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图5 不同印花工艺下纯棉针织布K／S值比较 |
由图4、5可看出，无论是纯棉机织布还是针织布上，尽管印花工艺不同，但每种颜色体现出的织物K／S值还是比较接近的，这为后续印花效果的对比提供了颜色深度一致性的理论基础。
2.3 超柔软涂料印花织物的手感
在衡量纺织品柔软性能方面通常可用织物的悬垂系数来表征织物的手感，悬垂系数越小，手感越柔软，反之越粗硬。分别采用活性染料印花、超柔软涂料印花及传统涂料印花技术对纯棉机织布和纯棉针织布进行印花，并比较柔软整理前后其织物的悬垂系数，结果见表4。
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表4 不同印花工艺后织物的悬垂系数 |
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由表4可看出，无论是纯棉机织布还是纯棉针织布，超柔软涂料印花后织物的悬垂系数都明显小于传统涂料印花，柔软整理后机织布悬垂系数达到45％左右，针织布可达到19％，手感性能与活性染料印花织物接近。其次，织物结构对其手感影响较大，纯棉机织布原布的悬垂系数为53.62％，而针织布仅为19.65％；较印花针织布而言，柔软整理对印花机织布的改善效果较为明显，悬垂系数降低10％左右，这是由于针织布与梭织布相比，本身具有手感较柔软的特性。此外，就颜色而言，黑色印花织物的悬垂系数要略大于其他颜色。
2.4 超柔软涂料印花织物的耐摩擦色牢度
涂料印花织物耐摩擦色牢度的好坏，主要取决于涂料本身性质、粘合剂的成膜和耐磨性以及与纤维的机械固着是否牢固等因素[11]。分别采用活性染料印花、超柔软涂料印花及传统涂料印花技术对纯棉机织布和纯棉针织布进行印花，经柔软整理后测试织物耐摩擦色牢度，结果见表5。
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表5 不同印花工艺后织物的耐摩擦色牢度 |
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由表5可看出，采用超柔软涂料印花工艺的织物具有良好的干、湿摩擦色牢度，一方面印花色浆BCN—C与BCN.D为复合成品色浆，具有较好的成膜性及固着率，另一方面经过柔软整理后，柔软剂SIE在织物表面再次形成一层薄膜，有效提高其耐磨性 。试验结果表明，不论是机织布还是针织布，其牢度均达到活性染料印花制品等级，干摩4级以上，湿摩3级以上，比传统涂料印花织物的耐摩擦色牢度高0.5～1级，能够满足织物的服用性能。
2.5 超柔软涂料印花织物的耐洗涤色牢度
分别采用活性染料印花、超柔软涂料印花及传统涂料印花技术对纯棉机织布和纯棉针织布进行印花，经柔软整理后测试织物耐洗涤色牢度，结果见表6。
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表6 不同印花工艺后织物的耐洗涤色牢度 |
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由表6可看出，超柔软涂料印花织物具有较好的耐洗涤色牢度，变色和棉沾色牢度均达到4～5级，与活性染料印花水平相当。
2.6 不同印花工艺印后洗涤液COD含量
分别对纯棉机织物和纯棉针织物不同印花工艺后进行水洗，并收集水洗残夜，测定其COD含量，结果见图6、7。
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图6 纯棉机织布不同印花工艺洗涤液COD值比较 |
由图可看出，采用超柔软涂料印花工艺洗后残液COD值在200 mg／L以下，远远低于活性染料印花产生的COD含量，这与传统涂料印花清洁环保的特性一致。
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图7 纯棉针织布不同印花工艺洗涤液COD值比较 |
3 结 论
1)以印漂牢红K-GC(用量为3％)在纯棉机织布上的超柔软涂料印花工艺为研究对象，当印花色浆m(BCN-C):m(BCN-D)为1:1，焙烘温度为150℃，焙烘时间为4 min时，可获得较好的印花效果。
2)无论是纯棉机织布还是纯棉针织布，超柔软涂料印花后织物的悬垂系数都明显小于传统涂料印花，手感性能与活性染料印花织物接近；耐摩擦色牢度干摩4级以上，湿摩3级以上，耐洗涤色牢度达到4～5级，与活性染料印花色牢度相当。
3)与活性染料印花相比，棉织物超柔软涂料印花产生的洗液COD值只有其10％～15％ 左右，符合清洁环保的印花生产技术要求，在一定范围内可代替活性染料印花。
参考文献：
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