分散染料免蒸洗印花糊料的制备及其性能

冯冰冰， 刘艳春， 周天池， 白 刚

(1. 绍兴文理学院 纺织服装学院， 浙江 绍兴 312000； 2. 浙江省清洁染整技术研究重点实验室， 浙江 绍兴 312000； 3. 盐城工学院 纺织服装学院， 江苏 盐城 224051)

分散染料属于非离子型染料，在印花过程中与纤维之间不存在化学反应，而是在高于纤维玻璃化温度的条件下进入纤维内部完成上染过程[1]。传统分散染料印花，由于染料在织物上固色不完全，需要通过蒸化工序来发色；在蒸化发色后，还需要通过水洗工序将没有进入纤维里的染料、糊料和其他助剂洗去[2-3]。常规分散染料印花工艺流程为：印花坯布→网印→烘干→蒸化→水洗→定形→印花成品[4]，在水洗过程中会造成大量污水排出，污水中有机污染物含量大、色度深，对生态环境破坏较为严重[5-6]。

如何解决传统分散染料印花技术中普遍使用蒸、洗工序带来的高能耗、高污染问题，从清洁生产角度考虑，缩短工艺流程，减少污水排放，是印染行业亟待攻克的技术难题[7]。分散染料免蒸洗印花可省去常规印制过程中的蒸化和水洗工序，从而降低水和能源消耗,但分散染料免蒸洗印花对糊料有特定的要求，由于固色后无需水洗，糊料必须具备含固率低、增稠效率高、流变性好的特点[8]。

为此，本文针对目前常用合成增稠剂对电解质敏感、容易渗化的问题，研制出与分散染料具有较好相容性、浆膜薄、印花轮廓清晰度高的印花糊料，并对糊料性能进行系统研究。在此基础上，选用固色率高、热稳定性好的分散染料对涤纶织物进行免蒸洗印花，缩短了工艺流程，节能减排效果显著。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

材料：涤纶织物(面密度190 g/m2，浙江皇亚贸易有限公司)。

药品：增稠剂L-101(广州德田新材料有限公司)、增稠剂RG-7202C(瑞光化工有限公司)、增稠剂FL-312(浙江传化化学集团有限公司)、防渗化剂RG-FV157X(瑞光化工有限公司)、手感调节剂RG-BM70(瑞光化工有限公司)、分散红玉S-5BL(浙江闰土股份有限公司)、分散橙S-4RL(浙江闰土股份有限公司)、分散深蓝S-3BG(浙江闰土股份有限公司)。

仪器：MCR302型流变仪(奥地利安东帕有限公司)、Datacolor 600型测色配色系统(美国Datacolor公司)、AM110W-0电子搅拌器(上海昂尼仪器仪表有限公司)、ME204E电子天平(瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司)、MJ562A磁棒印花小样机(北京纺织机械器材研究所)、R-3自动定形烘干机(厦门瑞比精密机械公司)、SW-12 D型耐水洗色牢度仪(宁波纺织仪器厂)、M238BB摩擦牢度测试仪(锡莱-亚太拉斯有限公司)。

1.2 糊料和色浆的制备

1.2.1 免蒸洗印花糊料的制备

糊料配方：增稠剂FL-312质量分数为3%，防渗化剂RG-FV157X质量分数为1%，手感调节剂RG-BM70质量分数为2%，其余为水。

按照配方，将增稠剂、防渗化剂、手感调节剂与水混合，电子搅拌器搅拌约10 min，使其呈均匀白色膏状。

1.2.2 色浆的制备

色浆配方：染料质量分数为3%，增稠剂FL-312质量分数为3%，防渗化剂RG-FV157X质量分数为1%，手感调节剂RG-BM70质量分数为2%，其余为水。

按照配方，将染料、增稠剂、防渗化剂、手感调节剂与水混合，电子搅拌器搅拌约10 min，混合均匀。

1.3 印花工艺

常规印花工艺流程：印花坯布→网印→烘干(80 ℃，5 min)→蒸化(180 ℃，8 min)→还原清洗(烧碱2 g/L，保险粉2 g/L，80 ℃，10 min)→定形→成品。

免蒸洗印花工艺流程：印花坯布→网印→烘干(80 ℃，5 min)→定形(180 ℃，3 min)→成品。

1.4 糊料性能测试

1.4.1 黏度及印花黏度指数PVI

采用流变仪，设置剪切速率为10 s-1，对糊料进行黏度测定，按下式计算PVI值：

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

1.4.2 稳态流变性能

采用流变仪测试糊料的稳态流变性能，得到黏度与剪切速率的变化曲线。设定初始温度为25 ℃，剪切速率为0.1～1 000 s-1。

1.4.3 动态黏弹性能

动态角频率扫描：设定初始温度为25 ℃，角频率为0.1～600 rad/s，应变为3%，进行小幅振荡角频率扫描，得到储能模量G′、损耗模量G″、损耗系数tanδ与角频率的关系曲线。

动态振幅扫描：设定初始温度为25 ℃，应变为0.01%～200%，角频率为1 Hz，进行小幅振荡应变扫描，得到储能模量G′、损耗模量G″、损耗系数tanδ与剪切应变的关系曲线。

1.4.4 瞬态剪切性能

瞬态剪切实验分3个阶段进行：1)剪切速率为1 s-1下剪切2 min；2)在剪切速率为400 s-1下剪切1 min；3)在剪切速率为1 s-1下剪切2 min。第3阶段与第1阶段测得的黏度平均值之比，为糊料的黏度回复率[9]。

1.4.5 抱水性能

将滤纸剪成10 cm×1 cm的长条，垂直插入原糊或色浆中(插入液面下1 cm)，测定30 min时液面上升的高度。上升的高度越低，抱水性越好，印花时越不容易发生渗化[10]。

1.4.6 染料相容性

测试分散染料质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%时色浆黏度的变化，用来表征染料相容性。

1.4.7 耐酸碱性能

在pH值分别为4、5、6、7、8、9、10的条件下，测试增稠剂黏度的变化,用来表征增稠剂耐酸碱性能。

1.4.8 储存稳定性能

将自制增稠剂静置消泡后，每隔24 h测黏度值，用来表征储存稳定性，共测7 d。

1.5 印制性能测试

1.5.1 表观得色量和渗透率

采用Datacolor 600电脑测配色仪对印花织物正反面的表观得色量(K/S值)进行测定，正反面各取5个点，取平均值，按下式计算渗透率P：

式中：(K/S)1为织物反面的K/S值；(K/S)2为织物正面的K/S值。

1.5.2 色牢度

参照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》中C(3)方法，测试印花织物的耐皂洗色牢度。参照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试印花织物的耐摩擦色牢度。

2 结果与讨论

2.1 免蒸洗印花增稠剂复配体系优化

印花增稠剂是染料及各种添加剂的传递载体，其性能的优劣直接影响印花制品的精细度、着色鲜艳度和手感。针对目前常用合成增稠剂防渗化性差、对电解质敏感的问题，将含固量低而增稠效率高的合成增稠剂、防渗化剂和手感调节剂进行合理复配，得到适用于分散染料免蒸洗印花的增稠剂命名为SX-608F。

2.1.1 增稠剂对抱水性和K/S值的影响

按照1.2.2节色浆配方，改变增稠剂种类和质量分数，研究不同复配体系下色浆的抱水性能和印花制品的K/S值，实验结果见表1。可看出，随着增稠剂质量分数的增加，抱水性变好。在3种增稠剂中，增稠剂FL-312抱水性最好，质量分数为3%时，抱水性为0.1 cm，K/S值为21.33。增稠剂L-101的K/S值最佳，但抱水性较差，印花时会发生渗化。综合考虑抱水性能和印花织物K/S值，确定增稠剂FL-312为最优选择。

表1 增稠剂种类和质量分数对抱水性和K/S值的影响Tab.1 Effect of thickener type and dosage on water holding capacity and K/S value

2.1.2 防渗化剂质量分数对抱水性和K/S值影响

按照1.2.2节色浆配方，改变防渗化剂质量分数，研究不同复配体系下色浆的抱水性能和印花制品的K/S值，实验结果见表2。可看出，随着防渗化剂质量分数的增加，抱水性变好。通常抱水性在0.1～0.2 cm之间，就能够满足印花需求。因此，优选配方为：增稠剂FL-312质量分数3%，防渗化剂RG-FV157X质量分数1%，手感调节剂RG-BM70质量分数2%。在此条件下，色浆抱水性为0.15 cm，印花织物K/S值为22.97。此优化条件下复配的增稠剂为SX-608F。

表2 防渗化剂质量分数对抱水性和K/S值的影响Tab.2 Influence of anti-seepage agent dosage on water holding capacity and K/S value

2.2 增稠剂SX-608F的理化性能

2.2.1 增稠剂质量分数对黏度及PVI指数的影响

增稠剂SX-608F质量分数对糊料的黏度及PVI指数的影响见表3。可看出，增稠剂SX-608F的黏度随质量分数的增加而增加，PVI指数在0.1～0.3之间，具有较大结构黏度指数。印花糊料黏度要适宜，一般在4 Pa·s以上就能够满足印花需求。黏度过低，染料不能均匀地覆盖在织物表面；黏度过高，会导致透网性变差，花纹印制不完全。PVI指数与糊料的结构黏度有关，一般在0.1～1.0之间。PVI指数越小，其结构黏度指数越大，在高剪切速率下，黏度变化较大，色浆易透过网孔，转移到织物上。

表3 不同质量分数增稠剂SX-608F的黏度及PVI指数Tab.3 Viscosity and PVI index of thickener SX-608F with different mass fractions

2.2.2 稳态流动性能分析

增稠剂SX-608F稳态流动性能测试结果见图1。可看出，增稠剂SX-608F的黏度随剪切速率的增加而降低，符合假塑性流体特征。假塑性流体受到剪切力作用后，在低剪切速率时，分子之间互相缠结；随剪切速率的增大，分子间缠结减少，黏度下降。性能较好的印花糊料在使用过程中受到剪切作用后黏度会下降，便于色浆透过印花网孔到织物表面，从而保证了良好的表观得色量和印花均匀性[11]。增稠剂SX-608F具有较好的稳态流动性能，满足印花需要。

图1 表观黏度-剪切速率曲线Fig.1 Apparent-viscosity shear rate curve

2.2.3 动态黏弹性能分析

增稠剂SX-608F动态黏弹性能测试结果见图2。可看出，增稠剂SX-608F的储能模量G′和损耗模量G″均随角频率的增加而增加，体系的弹性效应增强。在角频率为500 rad/s时，增稠剂SX-608F的储能模量G′和损耗模量G″曲线相交，交点是增稠剂黏弹性转换点。低于交点频率，增稠剂弹性行为占主导，高于交点频率，则由黏性行为占主导。在0.1～500 rad/s角频率范围内，损耗系数tanδ<1，说明增稠剂SX-608F在低频区具有较强的弹性效应。

图2 G′、G″和tanδ随角频率的变化Fig.2 Variation of G′, G″ and tanδ with angular frequency

除了角频率变化对增稠剂黏弹性影响外，剪切应变也会影响糊料的动态模量，增稠剂SX-608F储能模量G′、损耗模量G″、损耗系数tanδ随应变的变化情况见图3。可看出，应变在0.000 1～0.05范围内，增稠剂SX-608F储能模量G′和损耗模量G″趋于稳定，损耗系数tanδ<1，弹性效应占主导。随着剪切应变不断增加，储能模量G′呈下降趋势，损耗模量G″呈上升趋势。在测试范围内，储能模量G′和损耗模量G″在应变为0.573 7处出现交点，此时储能模量和损耗模量相同，tanδ=1，黏性作用和弹性作用相当；在交点之前以弹性效应为主导，交点之后则以黏性效应为主导。

图3 G′、G″和tanδ随剪切应变的变化Fig.3 Change of G′, G″ and tanδ with shear strain

2.2.4 瞬态剪切性能分析

瞬态剪切性能即糊料的触变性能，触变性能与糊料结构的破坏与重建相关。糊料是染料的载体，触变性能好的糊料在剪切力消除后，黏度会迅速回复到未剪切前，从而保证织物上花纹的印制效果[12]。增稠剂SX-608F进行分阶段剪切实验结果如表4和图4所示。

表4 增稠剂SX-608F的黏度回复率Tab.4 Viscosity recovery rate of thickener SX-608F

图4 增稠剂SX-608F的黏度回复曲线Fig.4 Viscosity recovery curve of SX-608F thickener

由表4和图4可看出：增稠剂SX-608F在低剪切速率下，黏度较高；高剪切速率下，黏度迅速下降；停止剪切后，又回复到高黏度状态。可看出，增稠剂SX-608F有较好的黏度回复性，黏度回复率为90.40%。

2.2.5 与染料的相容性分析

将不同质量分数的染料加入糊料中，测定色浆的抱水性和黏度，实验结果见表5和图5。可看出，随着染料质量分数的增加，色浆的黏度呈下降趋势，这可能是由于电解质使增稠剂分子链卷缩，破坏了其分子结构所致，但增稠剂SX-608F抱水性变化相对较小，可以满足印花需要。

表5 色浆的抱水性Tab.5 Water holding capacity of color paste

图5 分散染料对增稠剂黏度的影响Fig.5 Effect of disperse dyes on viscosity of thickener

2.2.6 耐酸碱性能分析

不同pH值条件下，增稠剂SX-608F黏度的变化见图6。可看出:增稠剂SX-608F耐酸碱性较好;酸性条件下，增稠剂的黏度略微下降；碱性条件下，黏度略有增加，可能是因为碱能促进其分子发生溶胀所致。

图6 pH值对增稠剂黏度的影响Fig.6 Effect of pH on viscosity of thickener

2.2.7 储存稳定性分析

将增稠剂SX-608F制成原糊，每隔24 h测定其黏度，实验结果见图7。可以看出，随着放置时间的延长，增稠剂SX-608F黏度先略有上升后趋于平缓，出现这种情况可能是由于水分蒸发导致其黏度增大。在测量时间范围内，增稠剂黏度变化幅度较小，说明储存稳定性较好。

图7 放置时间对增稠剂黏度的影响Fig.7 Effect of placement time on viscosity of thickener

2.3 增稠剂SX-608F的印制性能

将海藻酸钠与增稠剂SX-608F进行印花对比实验。海藻酸钠采用常规印花工艺，增稠剂SX-608F采用免蒸洗印花工艺，测试印花制品的K/S值和色牢度等性能，实验结果见表6。可看出，增稠剂SX-608F印花织物的K/S值高于海藻酸钠糊料，但渗透率低于海藻酸钠糊料。增稠剂SX-608F印花织物未经水洗，其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可达到4级以上；经还原清洗后，各项色牢度均能达到5级，色牢度优异。

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

3 结 论

1)自制免蒸洗印花增稠剂SX-608F的配方为：增稠剂FL-312质量分数3%，防渗化剂RG-FV157X质量分数1%，手感调节剂RG-BM70质量分数2%。

2)增稠剂SX-608F具有假塑性流体特征，黏度随剪切速率的增加而下降。在角频率0.1～500 rad/s范围内，储能模量G′大于损耗模量G″，损耗系数tanδ<1，表现出弹性行为。增稠剂SX-608F的储能模量G′和损耗模量G″在应变为0.573 7处出现交点，此时损耗系数tanδ为1；当剪切应变低于0.573 7时，弹性效应占主导。增稠剂SX-608F触变性良好，黏度回复率高。

3)增稠剂SX-608F与染料相容性较好，抱水性优良。与海藻酸钠糊料相比，增稠剂SX-608F印花织物的表观得色量高，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均可达到4级以上。