新型增稠浆EcopO-2对颜料印花产品手感的影响

陈一飞，刘今强，葛华云

(1.嘉兴职业技术学院，浙江嘉兴 314036;2.浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心，浙江杭州 310018)

颜料印花适用于任何纤维制成的纺织品，而且可以省略固着后的水洗和烘干过程，被公认是潜力巨大的节能减排型加工方法［1－3］。但是，颜料印花也存在一些严重缺陷，最突出的是产品的手感偏硬。由于颜料印花必须使用的黏合剂多为高分子成膜物质，印花焙烘时聚集/交联，包覆颜料颗粒和印浆中其他固体物质(增稠剂、表面活性剂等)，形成具有较高刚性的皮膜，导致印花部位的手感变差［2－3］。针对黏合剂的研究是改进颜料印花产品手感的关键，高品质新型黏合剂的不断问世［4－6］，为颜料印花产品手感的改善奠定了基础。但对于黏合剂来说，改善印花产品的手感和提高印花产品的色牢度是一对难以调和的矛盾。因此，很难期望只通过黏合剂的改进来达到颜料印花的手感与染料印花媲美的目标。研究表明，除了黏合剂，颜料印花色浆中必不可少的增稠体系对产品手感也有不可忽视的影响［7－8］。在目前高品质黏合剂不断问世的情形下，增稠体系的品质甚至已经成为进一步改善颜料印花产品手感的主要瓶颈。

针对上述问题，开发了环保型的超低含固率的颜料印花新型增稠体系——EcopO-2增稠浆，该增稠浆属O/W型乳化体系，内相为具有优良生态品质的非极性液态物质MS-510，无色无臭，分解产物对环境无害，不会产生VOC污染［9］。应用该增稠浆，配合性能优良的黏合剂，可以在确保印花色牢度的前提下使颜料印花产品的手感接近或基本达到染料印花产品的水平。

本文研究和比较了新型增稠浆EcopO-2对颜料印花织物手感的影响，并对新型增稠体系大幅改善颜料印花产品手感的机制进行了探索。

1 实验部分

1.1 材料

素绉缎、双绉(脱胶熟坯，喜得宝公司)，全棉织物(平纹漂白印花布，浙江亚太特宽幅印染有限公司);新型增稠浆 EcopO-2(浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心)，增稠剂 Neoviprint PFL(上海誉辉化工有限公司)、Lutexal HIT PLUS(德国 BASF集团)、Alcoprint PTF和 PT-RV(瑞士CIBA公司)，颜料色浆(上海劳安公司)，超柔黏合剂101-APF(上海誉辉化工有限公司)、普通黏合剂TF-320(浙江传化有限责任公司)。

1.2 实验仪器

DV-Ⅱ+Pro型旋转式粘度计，高速剪切乳化机，万能汽蒸/焙烘机，磁棒印花试样机，SF600PLUS型电脑测色仪，LLY-01B型织物硬挺度仪，PhabrOmeter 3型织物风格仪，EDS74726X型衍射能谱仪，Pyris型热重分析仪，精密天平。

1.3 试样制备

1.3.1 印花试样制备

色浆调制:颜料色浆4份(质量，下同)，黏合剂20份，增稠浆(含固率3.5%的PFL合成增稠浆或新型乳化浆EcopO-2)78份。

刮印:在磁棒印花试样机上进行，印花网目数为180，刮印速度为60 m/min，刮印压力为7 kg，刮印次数为2。

烘干:100℃下烘干40～90 s。

焙烘:140℃下焙烘2 min。

1.3.2 印花浆皮膜制备

将黏合剂APF-101、含固率3.5%的PFL合成增稠浆、新型增稠浆EcopO-2按表1所列比例配制成4种不同印浆，涂刮在平板玻璃表面，经100℃下烘干90 s和 140℃下焙烘 2 min成膜后，揭取皮膜备用。

表1 不同印浆的组成比例Tab.1 Com position of different printing pastes%

1.4 测试表征

1.4.1 印花织物色牢度测定

按照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验方法》测试评定印花样品的耐水洗牢度和耐干、湿摩擦牢度。

1.4.2 丝绸印花试样抗弯长度测试

按照GB/T 18318—2001《织物弯曲长度的测定》进行测试。

1.4.3 印花试样的PhabrOm eter测试分析

PhabrOmeter3织物风格评价系统可测试织物风格和手感。测试时，织物样本在外力作用下通过一个特别设计的圆口装置，由感应器提取织物受到的力(各种小负荷力，如拉伸、弯曲、剪切、摩擦等)和位移曲线。这个曲线包含了织物手感风格的所有信息。将连续的曲线离散成若干个点，便组成了1个庞大的数据集。对该数据集用因子分析方法分析，归纳出8个能综合所有变量贡献的因子，这些因子相互独立，反映织物风格的8种不同的基本特性，依次为织物畸变度、丰满度、硬挺度、爽糙度、拉伸回弹度、硬度、压缩回弹性、光滑度［10］。在实际应用中，其中的3个手感特征(硬挺度、光滑度和柔软度)较多地受到关注，它们与另一个权威的测试系统川端评价系统中的手感特征值也有较好的相关性，可以比较细腻地表征试样手感的特征［11］。此外，位移曲线的面积对综合评价试样的手感有重要参考意义。

本文研究中的该项测试按轻织物模式进行，测试项目包括:1)织物载荷-位移曲线及曲线特征值;2)织物手感指纹图;3)织物手感特性;4)织物相对手感值。最终归纳出代表试样手感特征的硬挺度、平滑度、柔软度数据以及综合反映试样手感的曲线面积数据。

1.4.4 织物上印花浆成膜前后重量测定

将单一黏合剂101-APF、增稠浆EcopO-2、增稠浆PFL以及黏合剂101-APF与上述2种增稠浆按质量比2∶8制备的复合物用空白筛网刮印在织物上，分别称量和计算出印浆在焙烘成膜前后的质量变化。

1.4.5 印花浆皮膜元素成分分析

采用EDS74726型X衍射能谱仪对烘干后印浆皮膜(按1.3.2制备)的表面元素成分进行检测，并对测得数据进行分析。

1.4.6 印花浆皮膜热重分析

采用Perkinelmer Pyris1型热重分析仪，在高纯氮气氛下，升温区间为40～700℃，升温速率为20℃/min，测定 1.3.2中制备的各试样的热重(TG)和微商热重(DTG)曲线。

2 结果与讨论

2.1 新增稠体系对印花色牢度的影响

采用PFL合成增稠浆和新型乳化浆EcopO-2，按照1.3.1中所述方法，在全棉织物上印花，对印制成品进行色牢度测试，结果如表2所示。

表2 全棉印花样品的色牢度Tab.2 Color-fastness of printed cotton samp les 级

表2中数据表明，新的增稠体系对颜料印花的色牢度无负面影响。

2.2 新增稠体系对织物手感的影响

2.2.1 织物抗弯长度测定

应用不同增稠体系按1.3.1所述配方配制色浆，并用素绉缎进行直接印花，利用电子硬挺度仪测试印花织物的抗弯长度，结果见表3。

表3中数据表明，4只合成糊印制样品的抗弯长度都比空白样品及活性染料印制样品大得多，而新型增稠体系印制试样的抗弯长度为1.90，最接近空白样和活性染料印制样。合成增稠剂多为高分子电解质，增稠能力强，其增稠浆的含固率较低，印花烘干后增稠剂的残留量不高，但由于它们是高分子物质，很难与黏合剂大分子发生有机融合，即使残留量很少，也难以避免其在黏合剂皮膜中的聚集而增加皮膜的刚性，从而严重影响手感。EcopO-2内外相均为小分子液态物质，含固率极低，印花烘干时，这些小分子物质会挥发逃逸，因此，对手感的影响很小。

表3 不同印花双绉的抗弯长度Tab.3 Bending length of printed crepe de chine

2.2.2 PhabrOmeter测定

为了更全面地评价和比较不同增稠体系对手感的影响，根据美国AATCC推荐的织物手感评价方法，采用PhabrOmeter3织物风格评价系统(Fabric Evaluation System)测定比较了用不同黏合剂与不同增稠浆印制全棉布试样的相关数据。

3种不同黏合剂与增稠浆组合印制样品和1种活性染料印制样品的测试数据如表4所示。

表4 不同黏合剂与增稠浆印制棉织物的PhabrOmeter3测定数据Tab.4 PhabrOmeter 3 determ ination of cotton fabric printed w ith different pastes

将能比较直观地反映织物手感的曲线面积数据作图，结果如图1所示。由图可知，选用超柔黏合剂101-APF和新增稠浆EcopO-2的颜料印花试样，其硬挺度、平滑度、柔软度以及综合反映织物手感的曲线面积等指标都十分接近甚至优于活性染料印花试样。说明采用该体系的颜料印花可以媲美染料印花。

2.3 新增稠体系改善手感的机理分析

图1 不同印花试样的柔软度(峰面积)比较Fig.1 Softness(curve area)of different printed samples

对于新型增稠浆印制产品手感特别柔软的原因，通过理论分析并设计了实验方法进行验证，可以推测:除了新型增稠浆含固率接近零这个因素外，还与增稠浆组分中的MS-510的性质和行为密切相关。增稠浆中的内相组分MS-510，属小分子化合物，分子中含硅氧柔性链段，因其特殊的空间结构原因，分子间的作用力十分微弱，因此，其表面张力比具有同样密度和沸点的有机化合物液体低得多，在烘干破乳时，很容易扩散渗透，进入黏合剂大分子间的空隙，并在黏合剂成膜时被裹挟，留在黏合剂皮膜中;而且这些小分子MS-510能够参与黏合剂的成膜过程，与黏合剂大分子网状结构发生某种有机结合，改变了皮膜的结构。由于MS-510分子的主链十分柔顺，因此无论MS-510分子无论是混溶在黏合剂皮膜中还是与黏合剂大分子网状结构发生有机结合，都能借助其增塑作用和分子本身的柔顺特性，使黏合剂皮膜的柔软度大幅提高。为证实以上推测，进行了以下测定分析。

2.3.1 黏合剂、增稠剂及其复合膜质量变化分析

为了观察黏合剂、增稠剂在烘干、焙烘成膜时在织物上的残留情况，进行了各种浆膜烘干前后的质量测定，结果如表5所示。

表5 不同浆膜烘干失重情况Tab.5 W eight-loss of different paste film s after drying

对表5中数据进行分析可知，单一组分的EcopO-2和PFL烘干时的失重率分别为99.0%和96.8%，也即前者的残留量比后者低(分别为1.0%和3.2%)，但它们与黏合剂混合在一起烘干时，EcopO-2的残留量却有较大的增加。假定黏合剂的失重率固定不变，则PFL残留率约为3.96%，增加不明显，而EcopO-2的残留率为4.89%，比原来的1.0%有大幅度的增加。由于皮膜试样经过高温长时间的烘干和焙烘，EcopO-2外相水分子的残留十分有限，残留量的大幅增加只可能是EcopO-2增稠浆内相小分子物质MS-510残留量的增加所致。而且MS-510同样属小分子物质，其残留量的增加很可能是与黏合剂大分子发生了某种相互作用引起。表中测定结果还表明:EcopO-2以及 EcopO-2与1010-APF混合烘干后形成的皮膜，即表中试样B和试样E，其柔软度最好，表明MS-510的残留不仅未引起皮膜的硬化，反而可能具有特别的柔软作用。

2.3.2 不同印花浆膜的元素分析

为了证实MS-510在黏合剂皮膜中的残留，采用EDS74726X型衍射能谱仪对1.3.2中制备的4种印浆皮膜的元素成分进行分析，结果如表6所示。

表中数据显示，黏合剂皮膜(1#试样)和黏合剂+合成增稠浆PFL皮膜(2#试样)的C、O元素含量高，Si元素含量很低;而2种配比的黏合剂+增稠浆EcopO-2皮膜(3#和4#试样)中Si含量都大幅增加，证明了分子中含硅氧链段的MS-510在皮膜中的高残留量。

2.3.3 不同印花浆膜的热重分析

采用Perkinelmer Pyris1型热重分析仪，在高纯氮气氛下，升温区间为40～700℃，升温速率为20℃/min，对上述4种印花浆膜试样进行热重分析，绘制热重(TG)谱图和微商热重(DTG)谱图，结果如图2、3所示。

图2中的4条 TG曲线有如下特征:不含EcopO-2的1#和2#试样的TG曲线有较为清晰的平台和台阶，而含EcopO-2的3#和4#试样的平台和台阶比较模糊，尤其是在300～500℃温度区间的平台变化很大，而且它们在800℃时的失重累积量与1#、2#试样有较大差异。这些现象都说明，EcopO-2的内相物质MS-510进入黏合剂皮膜，在一定程度上改变了皮膜的结构和性能。TG曲线中平台和台阶的模糊化暗示了黏合剂皮膜结构发生了某种程度的均一化，这种变化可以归结为MS-510的外增塑作用［12］。由于MS-510系小分子化合物，其闪点约为70℃，自由状态下加热很容易挥发，但图2中4种皮膜在250℃以前升温阶段的失重情况几乎完全一致，继续升温，不含MS-510的1#、2#试样失重速率和累积量反而比3#、4#试样高，证明MS-510在黏合剂皮膜中的状态并非简单的混合，而是发生了某种程度的相互作用。同样，从图3的DTG曲线也可读出相应的信息，尤其是在520℃左右处出现的dW/dT峰的变化，表明黏合剂皮膜在最剧烈的受热分解阶段，3#和4#样的最大失重变化率和失重量都远远小于1#和2#试样。上述失重率的变化证明了MS-510进入黏合剂皮膜，并与黏合剂大分子发生某种有机结合，显著改变了皮膜性质的推测。

表6 黏合剂与増稠浆不同组合印浆皮膜的EDS元素分析Tab.6 EDS element analysis of different printing paste film s

图2 4种印花浆膜的热重(TG)谱图Fig.2 TG spectra of 4 printing paste films

图3 4种印花浆膜的微商热重(DTG)谱图Fig.3 DTG spectra of 4 printing paste films

3 结论

1)选用EcopO-2增稠浆配合优质黏合剂，可使颜料印花产品的手感在确保优良色牢度情况下接近或达到染料印花的水平。

2)EcopO-2增稠浆大幅改善颜料印花手感的原因除了其极低的含固率外，很可能是其内相小分子含硅物质进入黏合剂皮膜，与黏合剂大分子发生相互作用，起到增塑和增柔作用所致。

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