基于生物基记忆材料的T400织物的染整加工

唐俊松

（盛虹集团有限公司，江苏苏州 215168）

随着石油、天然气等不可再生能源危机以及对环保审查要求的不断升级，资源和环境友好型材料成为企业和研究机构的研发重点。利用可再生能源转化为生产材料，对当下社会发展具有十分重要的意义。生物基材料就是一类使用可再生原料，通过生物转化法获得生物高分子材料或者单体，再进一步聚合形成通用的高分子材料［1-2］。由于先经生物改性，生物基材料在生物相容性和生物降解性方面对环境更加友好。

为了克服聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的刚性和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的柔性，可以采用具有优异回弹性、易染色、耐磨性、抗污性，兼具涤纶、锦纶甚至氨纶优点的聚酯化合物［3-4］，虽然杜邦公司在40年前就已开发出聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT，化学结构式如下），但是限于原材料1,3-丙二醇（1,3-PDO）的昂贵价格，一直未能实现产业化［5］。近年来，随着科技进步，新工艺和基因工程等的突破，最终1,3-PDO 的成本大幅下降［6-7］。

目前，生物基PTT 纤维主要是以甘油、葡萄糖或淀粉等为原料，通过微生物发酵法生产1,3-PDO，经精对苯二甲酸（PTA）直接酯化形成大分子切片，再经熔融纺丝制备成PTT 长丝或短纤。由上述分子式可以看出，PTT 高分子的基本化学结构中包含1 个苯环和3 个亚甲基，这种奇数个亚甲基单元会在大分子之间产生“奇碳效应”，使苯环不能与亚甲基在同一个平面，临近的两个羰基斥力使其不能呈180°排列，只能以120°空间错开，从而形成PTT 大分子空间螺旋结构［8］。Dandurand 等［9］通过 X-射线和电子衍射方法研究了PTT 晶体，结果表明：PTT 大分子链呈“Z”字型构象，使其具有线圈式弹簧一样的弹性。在受纵向外切应力情况下，C—C 和C—O 键发生旋转，分子链开始伸长，而在这种键旋转的过程中，分子的构型并未发生变化，所以构象转变是完全可逆的［8，10］。这在宏观上赋予以PTT 为主体的面料柔软的手感、形变记忆能力和良好的悬垂性。

T400 织物是杜邦旗下英威达公司研发的专利产品，由PTT 和PET 两种聚酯纤维通过并列复合加工制得［11-13］。由于两组分的微观形态结构不同，经湿热处理后，纤维会产生不同程度的收缩，使其在产生强烈纵向应力的同时，又产生偏离纵轴的扭转，从而使纤维呈现永久性的立体螺旋卷曲。这种三维卷曲结构赋予了纤维极佳的弹性［14］。卷曲由分子结构特性决定，使得T400 的弹性和回复性较普通弹性纤维更好、更耐久［15］。

生物基记忆T400 织物是由PTT 和T400 交织而成，由于含有较多的PTT 成分，使得面料本身具有较好的弹性以及形变记忆能力，被广泛用于制作运动服、休闲服、内衣、外套、家具装饰布等。但在染整加工过程中，若工艺使用或者参数设置不当，面料易出现色差、染色不匀、擦伤擦亮、绉印以及手感偏硬等情况，因此需要严格控制生产流程，保证生产质量。

本实验选取市场上常见的生物基记忆T400 面料，根据织物自身特性，通过制定合适的前处理、染色以及定型工艺，在保证染色质量的前提下，赋予织物较好的弹性、记忆性和附加功能。

1 生产加工

1.1 材料

面料：生物基记忆T400织物（幅宽175 cm，88 g/m2）。

试剂：染料分散蓝2BLN、分散翠兰S-GL（浙江博澳染料工业有限公司），分散黄棕S-2RFL（浙江龙盛集团股份有限公司），助剂32-离子膜碱（江苏苏化集团有限公司），50-冰醋酸（吴江索普化工有限公司），长车快速退浆剂TF-127B、乳化精炼剂TF-188A、涤纶超细纤维高温匀染剂TF-212K、防水剂TF-4109（浙江传化股份有限公司），匀染修补剂HTP-2124（嘉兴华晟助剂工业有限公司），三聚磷酸铵（工业级，95%，云南鼎新磷化工厂），特效碱性去油灵SB-101（吴江市曙光化工有限公司）。

设备：OS-9V1200 平幅退浆机（台湾鸿荣染整机械股份有限公司），CSF18020 高温高压液流染色机（海宁亚东机械有限公司），MEGATE 定型机（韩国美光机械株式有限公司），Datacolor 600 电脑测色仪（美国Datacolor 公司），RVMC-12 玛诺光电整纬机（德国Mahlo 公司），Y571B 型干湿摩擦牢度仪（宁波纺织仪器厂），SW-12A耐洗色牢度试验机（无锡纺织仪器厂）。

1.2 加工流程

根据生物基记忆T400 织物的理化特性以及客户来样要求，主要的加工流程：配桶→白坯打卷→平幅退浆→冷轧堆→平幅退浆→染色→脱水开幅→定型→成品打卷。

1.3 检测

1.3.1 色牢度

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定；耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定，变色按照GB/T 250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》评定；沾色按照GB/T 251—2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》评定。

1.3.2 色差

将客户来样设定为标准样，车间生产样设定为对比样，在D65光源和10°视角下，用电脑测色仪测定样品的L、a、b值，并计算色差值ΔE，测3次取平均值。

2 加工过程与分析

2.1 平幅退浆

生物基记忆T400 织物退浆工艺配方：32-离子膜碱5%，长车快速退浆剂TF-127B 1 g/L，乳化精炼剂TF-188A 1 g/L，去油灵SB-101 0.5 g/L，三聚磷酸铵1 g/L，98 ℃，55 m/min。

在织造加工过程中，T400 织物在经向上受到较大张力和摩擦，易发生断裂，为了减少断裂，提高织造效率和坯布质量，需要对经纱上浆［16］。浆料有利于织造却不利于染整，织物表面覆盖的浆膜会阻碍染料向纤维内部扩散。本实验选取的氧化型退浆剂TF-127B 在98 ℃热碱条件下具有较好的耐碱稳定性，可以氧化降解化纤类织物织造常用的聚丙烯酸酯类浆料大分子中的酯键，形成水溶性较好的小分子链段，黏度迅速降低，进而在重力以及槽内溶液动态条件下从织物上脱落。为了使浆料退尽且使水解后的浆料不继续沾污在织物上，可以用乳化精炼剂TF-188A 使浆料在水中溶胀而被乳化成分散状态，便于去除。三聚磷酸铵对金属离子具有很好的螯合作用，不仅可以防止脱落浆料的反沾污，而且可以软化前处理水质。去油灵SB-101 产生的协同作用可增强对织物的退浆效果。

经过平幅退浆处理，生物基记忆T400 织物表面的浆料、油迹、污渍等基本上被有效去除。由于湿热作用，织物内部应力消除，门幅有一定程度的收缩。

2.2 冷轧堆

生物基记忆T400 织物冷轧堆工艺配方：32-离子膜碱8%，长车快速退浆剂TF-127B 1 g/L，乳化精炼剂TF-188A 1 g/L，双氧水0.5 g/L，三聚磷酸铵1 g/L，室温，24 h。

由于T400 织物较硬挺，手感僵硬粗糙，经平幅退浆后虽然能得到一定改善，但是仍不能满足来样加工要求。为了使手感柔软丰盈，可对经平幅退浆后的织物浸轧上述配方的工作液，保证织物具有一定的带液率，打卷，在外部套一层塑料薄膜扎紧密封，使其在常温下充分反应。由于无需特殊的温度和压力，因此没有水或其他设备、能源的消耗，节能减排效果十分明显。一般堆置24 h 已足够，可视具体手感适当延长堆置时间，但要注意过度浸渍碱液会使织物强力有所损伤。

2.3 平幅退浆

对冷轧堆处理后的织物再次进行平幅退浆处理，工艺配方：32-离子膜碱3%～4%，长车快速退浆剂TF-127B 1 g/L，乳化精炼剂TF-188A 1 g/L，三聚磷酸铵1 g/L，65 ℃，65 m/min。

第二次平幅退浆的主要目的是去除冷轧堆处理过程中织物带的大量碱液。由于经过较长时间的浸渍，碱液已经在纤维内外充分膨润，如不处理干净，会使染色布面产生一定的黏滑，造成染色不匀以及色斑等疵病。

2.4 染色

由于T400 织物主要成分为PET、PTT，故选取聚酯类织物常用的分散染料，利用高温高压液流染色机进行染色加工。

客户来样的墨绿色配方：分散蓝2BLN 0.8%(omf)，分散翠兰S-GLFB 0.2%(omf)，分散黄棕S-2RFLE-GL 0.6%(omf)，50-冰醋酸0.8 g/L，涤纶超细纤维高温匀染剂TF-212K 0.6 g/L，匀染修补剂HTP-2124 0.4 g/L，2 500 L溶液，浴比1∶6。

染色工艺曲线如下：

T400 织物利用高温高压液流染色机进行染色，助剂和染料均在染缸内温度达到45 ℃时加入，助剂采用直抽方法注入；分散染料需采用比例注料方式注入，控制染料注入流速均匀注入（20 min），防止注料过快产生染色不匀等问题。需要注意的是，染色前的布应进行缝边，将正面缝在里面，反面缝在外面，防止染色过程中在缸内擦伤。

PTT 纤维又称弹性涤纶，但由于大分子链中重复单元含有的亚甲基数目不同，奇碳效应使得T400 类织物的染色方法较常规PET 有所不同。研究结果表明，由于PTT 纤维的加入，T400 织物的染色转变温度TD（上染速率显著加快的转折点）为70～80 ℃，较PET低10 ℃左右［14，17］。因此，控制升温速率和保温时间可以使织物获得较好的染色效果。随着染缸内温度升高和加压，织物分子链段运动开始加剧，微观结构的变化可以形成较多的“空穴”，有利于染料的扩散，且温度越高扩散效果越明显。由于染料在PTT 组分上的上染速率对温度变化较敏感，因此要适当降低升温速率，不仅可以有效保证染色均匀性，而且可以防止形成绉印。

染色后的织物可在80 ℃左右选择对样，如无太大问题，接下来可进行染色后的水洗操作。第一次水洗在70 ℃左右进行，30 min 左右即可以洗去大部分浮色、泡沫等。之后织物再进行一次5 min 左右的常温水洗，以缸内水清澈、无明显泡沫即可。如第二次洗涤未达到要求，可视具体情况继续清洗。

2.5 定型

对染色后的生物基记忆T400 织物进行定型加工，工艺配方：防水剂TF-4109 20 g/L，150 ℃，车速45 m/min，风机转速1 200 r/min，正超喂+1.2 个，门幅153 cm。

根据客户来样要求，染色后的成品布出厂前如无特殊要求，需要对其进行一般性防水加工。浸轧防水剂后的织物，在定型机两侧针板的拉伸作用下，随着温度的升高，分子链段重组，结晶度和取向度提高。但由于PTT 组分对温度较敏感，过高的分子规整会使面料手感较僵硬，因此需要控制温度在150 ℃左右。TF-4109 为有机氟类防水剂，作用到织物表面后，由于C—F 键化合物分子间凝聚力小，使化合物的表面自由能显著降低。当织物表面有水滴时，接触角90°以上通常可以获得较好的防水效果。

3 加工效果

3.1 染色效果

由图1 和表1 可看出，经过高温高压液流染色机加工的生产样和客户标准样相比，无论是色相差ΔH，还是饱和度差Δc，差值都较小；标准样和生产样总色差值ΔE=0.17，视觉差别在合理范围内，可认定为颜色吻合。且生产样在常温条件下具有形状记忆功能，保型性好，弹力效果明显，手感柔软，满足服用要求。

图1 生物基记忆T400 织物生产样

表1 生物基记忆T400生产样与客户标准样色差

3.2 色牢度

加工处理后的织物耐干摩擦色牢度为4～5 级，耐湿摩擦色牢度为4 级，耐皂洗变色牢度为4～5 级，耐皂洗沾色牢度为4 级，均具有较高等级，满足客户来样加工要求。

3.3 防水效果

经过处理后的织物防水达3 级，具有抗沾湿性能，满足纺织品客户和出厂基本要求。

4 结论

（1）对生物基记忆T400 织物用高温高压液流染色机进行染色加工，通过制定合适的染色工艺，可以使加工出来的织物与客户来样具有很好的色彩重现性，可以实现大规模生产。

（2）前处理、染色、后整理全流程工序的合理设计及配合，不仅可以使加工后的生物基记忆T400 织物无绉印、擦伤等疵病，而且弹力明显，具备形变记忆功能。

（3）生物基记忆T400 织物经过合理的加工处理，色牢度和防水效果均能满足客户要求。