涤纶分散染料转移印花织物的耐光稳定性及其提升工艺

2023-08-02 16:22:46章梅周微波章淑娟赵惠军王成龙郑今欢
现代纺织技术 2023年4期
关键词:涤纶

章梅 周微波 章淑娟 赵惠军 王成龙 郑今欢

摘 要:为进一步改善以分散染料蓝72为主的系列颜色耐光稳定性差的问题,通过热升华的方式将分散染料蓝72/紫外线吸收剂同浆印花,将紫外线吸收剂与分散染料同步转移至涤纶织物上,在提高织物耐光稳定性的同時,减少工序、降低能耗。通过对常用紫外线吸收剂的筛选、紫外线吸收剂分散液的制备和分散染料蓝72/紫外线吸收剂同浆印花织物抗紫外线性能的研究,探究转移温度、时间对印花织物耐光稳定性的影响。结果表明:紫外线吸收剂UV-326的抗紫外线效果较好;当UV-326分散工艺参数为:分散剂质量分数为UV-326的3%、氧化锆珠尺寸选用0.3~0.4 mm、UV-326与氧化锆珠的质量比为1∶10、分散时间为18 h;转印工艺为:转印温度230 ℃、转印时间10 s;UV-326用量质量分数达到6%时,转移印花织物的耐光色牢度可提高1~2级,涤纶分散染料转移印花织物的耐光稳定性有了明显提升。

关键词:紫外线吸收剂;涤纶;分散染料蓝72;同浆印花;耐光稳定性

中图分类号:TS194.4

文献标志码:A

文章编号:1009-265X(2023)04-0208-09

收稿日期:2022-11-04

网络出版日期:2023-01-06

基金项目:浙江省基础公益研究计划项目(LGC20E030001,LGF21E030004)

作者简介:章梅(1998—),女,贵州遵义人,硕士研究生,主要从事生态染整技术及涂层后整理方面的研究。

通信作者:郑今欢,E-mail:hzzjh1968@163.com

仿皮面料是一种以纺织品模拟皮革网状层,高分子涂层模拟皮革粒面层的复合材料。仿皮面料的开发极大地填补了天然皮革的市场不足,极具市场潜力。随着人们生活水平的提高,人们对时尚面料的需求逐步提升,采用分散转移印花与水性转移涂层结合的方式来制备时尚仿皮面料,是目前常用的工艺方法。然而在使用过程中发现,分散染料中的蒽醌系蓝色染料难以满足高档时尚仿皮面料对耐光稳定性的要求[1],导致以分散染料蓝为主的系列色彩存在耐光稳定性差的现象,因此如何提高其耐光稳定性是目前亟待解决的问题[2]。

紫外线吸收剂是一类具有较高耐光稳定性的物质,能选择性地、强烈地吸收紫外线并将其转换成低能辐射而本身又不发生变化[3],常被用于耐光色牢度提升工艺。目前,按紫外线吸收剂的结构可分为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类和三嗪类等,其中,苯并三唑类是紫外线吸收剂中用量最大、品种最多的一类产品,能强烈吸收300~385 nm 波长范围内的紫外线,将其运用于织物上能最大程度地避免紫外线对织物和染料的破坏。目前,通常采用染色、高温高压吸尽法、浸轧、紫外线吸收剂与染料取代反应等方法将紫外线吸收剂施加至织物上,以改善织物的抗紫外线性能,然而目前抗紫外线处理操作工艺复杂,容易产生环境污染问题[4],限制了行业的进一步发展。

针对上述问题,笔者采用紫外线吸收剂/分散染料蓝72对织物进行同浆印花。首先研究紫外线吸收剂种类对织物升华转移性能及抗紫外线效果的影响,筛选出适宜的紫外线吸收剂;其次,对紫外线吸收剂的分散工艺进行研究,使紫外线吸收剂能稳定地分散至印花色浆中从而提高其转移率,以此为基础进一步探究转移印花工艺对紫外线吸收剂/分散染料蓝72同浆印花织物耐光稳定性的影响,最终确定涤纶分散染料转移印花织物耐光稳定性的提升工艺。以期在获得良好耐光稳定性的同时,解决传统的紫外线吸收剂与织物结合时产生的环境污染、工艺复杂等问题。

1 实 验

1.1 实验材料及仪器

实验材料:聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、涤纶(125 g/m2)、分散染料蓝72(浙江皮意纺织有限公司),N,N-二甲基甲酰胺(DMF,浙江腾宇新材料科技有限公司),紫外线吸收剂(UV-326、UV-328、UV-531、UV-P,上海凯茵化工有限公司),分散剂NNO(无锡市展望化学试剂有限公司),乙醇(杭州高晶精细化工有限公司)。

实验仪器:JJ-1精密定时电动搅拌器(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司),DHG-9140A 电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司),BSA2245分析天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司),测色配色仪(美国Datacolor公司),压烫板(东莞市正科印画机械设备有限公司),日式挤压线棒涂布器(东莞市大来仪器有限公司),马尔文粒度分析仪(英国马尔文公司),紫外光加速老化试验机(美国Q-LAB公司),纺织品抗紫外因子测试仪(美国Labsphere公司,紫外分光光度计(柏金埃尔默仪器上海有限公司),紫外/可见分光光度仪(带积分球,日本津岛公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 紫外线吸收剂分散液的制备

以PVB为溶剂,加入一定量的紫外线吸收剂、分散剂以及氧化锆珠(尺寸为0.1~0.8 mm),其中紫外线吸收剂用量为PVB的X%,紫外线吸收剂与氧化锆珠的质量比为1∶10,分散剂用量为紫外线吸收剂的Y%,在室温下进行研磨(转速为1000 r/min,时间为0~18 h),制备得到分散稳定的紫外线吸收剂分散体系。

1.2.2 转移印花色浆的制备

称取一定量的紫外线吸收剂分散液于一定量PVB溶液中,搅拌至分散均匀,随后加入4%的分散染料蓝72,充分搅拌一段时间后备用。

1.2.3 印花织物的制备

将上述制备的印花色浆用30 mm的日式挤压线棒将色浆均匀地涂覆在转印纸上,随后在30 ℃下烘干直至完全干燥备用;将压烫机调节至合适的压力保持不变,设定压烫机的温度为220~230 ℃、时间为10~40 s,待温度达到后进行转移印花,进而制备获得转移印花织物。

1.3 测试方法

1.3.1 粒径的测试

采用Mastersizer 2000马尔文粒度分析仪对紫外线吸收剂分散液的粒径及分布情况进行测试。

1.3.2 轉移率

分别采用22.5 mL DMF萃取转印前后印花纸(规格为5 cm×5 cm)上的染料及紫外线吸收剂,在最大吸收波长λmax处测定萃取液的吸光度A,转移率T按式(1)进行计算[5]。

T/%=A前-A后A前×100(1)

式中:A前、A后分别为转印前后印花纸萃取液在其最大吸收波长下的吸光度。

1.3.3 转移印花织物K/S值、色差值测试

利用Datacolor测色配色仪测试转移印花织物的K/S值、色差值参数。

1.3.4 紫外线吸收剂分散液稳定性测试

a)储存稳定性测试

将制得的紫外线吸收剂分散液加入到10 mL离心管中,于室温静置一段时间,观察不同时间段离心管内紫外线吸收剂分散液的沉淀析出情况,一定时间内沉淀越少则说明紫外线吸收剂分散液体系越稳定[6]。

b)分散液离心稳定性、粒径稳定性测试

将制得的紫外线吸收剂分散液加入到10 mL离心管中,于室温下在3000 r/min的转速下高速离心30 min,将上层清液取出备用,测试上述上层清液与紫外线吸收剂分散液的吸光度及粒径分布。粒径稳定性Rd按式(2)进行计算,其中d0、d1为离心前后紫外线吸收剂分散液的平均粒径大小。

Rd/%=1-|d0-d1|d0×100(2)

离心稳定性RA按式(3)进行计算,其中A0、A1分别为离心前后在其最大吸收波长处的吸光度[7]。

RA/%=A1A0×100(3)

c)转移印花织物耐光稳定性测试

耐光稳定性参照GB/T 31899-2015《纺织品 耐候性试验 紫外光曝晒》试验条件1进行测试,用符合 GB/T 250-2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》的灰色样卡评定曝晒后试样的颜色变化。

2 结果与讨论

2.1 紫外线吸收剂的转移性能及印花织物抗紫外线效果分析

2.1.1 紫外线吸收剂与分散染料蓝72的结构与性能

研究表明紫外线吸收剂的分子结构中含有羟基,能与涤纶纤维大分子上的羰基、苯环形成氢键、范德华力结合,进而提高紫外线吸收剂对涤纶纤维的亲和力[8],使其能够吸附到涤纶纤维的表面,为此,选择4种含羟基的紫外线吸收剂(UV-326、UV-328、UV-531、UV-P),结构式如图1所示,分散染料蓝72结构式如图2所示。

图1表明,UV-326、UV-328以及UV-P为苯并三唑类紫外线吸收剂,UV-531为二苯甲酮类紫外线吸收剂。其中,UV-326是苯并三唑类中较有代表性的一种,其优点是性能稳定、毒性低、紫外线吸收能力强;UV-328能够有效吸收270~340 nm紫外光,化学性能稳定、耐洗涤性高;UV-P能吸收270~280 nm波长的紫外线、几乎不吸收可见光,特别适用于无色透明和浅色制品。UV-531能吸收240~340 nm紫外光,是一种性能卓越的高效防老化助剂,有助于减少色泽,同时延缓泛黄和阻滞物理性能损失。分散染料蓝72属于蒽醌型分散染料,适于高温高压染色法,可用于转移印花;但染色成品有热压变色、耐光稳定性不佳等问题[9]。

2.1.2 紫外线吸收剂的基本性能分析

将4种紫外线吸收剂UV-326、UV-328、UV-531、UV-P分别称取1.5 g溶于25 g PVB溶液中,充分搅拌使其均匀分散,通过转移印花的方式将其转移至白色涤纶坯布上,空白样为未含紫外线吸收剂处理的白色涤纶坯布,测试织物的紫外线透过率,结果如图3所示,紫外线吸收剂的粒径分布、转移率及织物UPF值,结果如表1所示。

紫外线透过率是指透过织物的紫外线占紫外线总量的比率,紫外线透过率越小,则织物对紫外线的防护性能越好[10]。由图3可知,处理后织物的紫外线透过率明显降低,说明紫外线吸收剂有效地减少了一部分紫外线透过织物;4种紫外线吸收剂中,用UV-326处理后织物的紫外光透过率相对较低,从表1可知,UV-326的PDI值最小且其转移率及UPF值均相对较高,这主要是因为紫外线吸收剂颗粒的粒径对分散体系沉降位移与均方扩散体系有着绝对相反的作用,当紫外线吸收剂粒径较大、且分布不均时,颗粒间易发生沉聚,导致转移至涤纶织物上的转移率越低、UPF值越小、抗紫外线性能越差,反之则越易升华转移至织物,进而使得织物抗紫外线效果最佳;织物水洗后其UPF值相对空白样均有很大提高,说明紫外线吸收剂能以化学键的形式转移至涤纶织物上并与之结合、织物水洗后能保持其良好的抗紫外线性能。

2.1.3 紫外线吸收剂对织物转移率及耐光稳定性的影响

在印花色浆中添加4%的紫外线吸收剂对涤纶织物进行转移印花,测试染料及紫外线吸收剂的转移率、光照前后K/S值变化及耐光稳定性,如图4和表2所示。

由图4及表2可知,分散染料与紫外线吸收剂同浆印花时,4种紫外线吸收剂均可提高织物的耐光稳定性,但同时使得分散染料的转移率均有所下降,说明染料与紫外线吸收剂对涤纶织物大分子上的结合位点存在竞争作用[11];4种紫外线吸收剂中UV-326转移率最高,且印花织物色差值最低,与空白样相比其耐光色牢度可提高1~2级。

结合紫外线吸收剂在涤纶织物上的应用性能可知,UV-326抗紫外线效果最好,故本文选用UV-326进行后续研究。但UV-326在印花色浆中极易产生聚集现象、且存在与染料竞争结合位点等问题,故需进一步研究UV-326分散稳定性及用量对分散染料蓝72/紫外线吸收剂同浆印花转移率及织物耐光稳定性的影响。

2.2 分散液制备工艺对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响研究

UV-326难溶于PVB溶液,其不能稳定地分散在印花色浆而严重影响同浆印花效果。通过对UV-326的分散工艺的研究,探究工艺参数(研磨时间、分散介质尺寸及用量、分散剂用量)对粒径、分散稳定性、UV-326转移率、染料转移率及印花织物耐光稳定性效果的影响,十分有必要。

2.2.1 研磨时间对紫外线吸收剂分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响

确定氧化锆珠尺寸为0.1~0.2 mm,UV-326与氧化锆珠质量比为1∶10,分散剂质量分数为3%,研究研磨时间(0、6、12、18、20 h)对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响,结果如图5、表3所示。

由图5可知,随着研磨时间的增加,UV-326分

散液的离心稳定性逐渐提高,且当分散时间在18 h和20 h时,其离心稳定性相差不大。进一步对其进行静置稳定性测试,当研磨液未进行研磨分散时,其分散液在1 h内便开始有沉淀析出,静置6 h后沉淀已析出完全;随着研磨时间的增加,沉淀析出情况相对减小,说明增加研磨时间可以有效地分散而使UV-326颗粒被研磨成较小粒子而稳定地存在,而当研磨时间达到18 h后,进一步增加其研磨时间时,分散稳定性变化不大。

表3为研磨时间对UV-326分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响,从表3可知,未研磨的分散液稳定性较低,随着研磨时间的增加,分散液粒径逐渐减小且分散稳定性逐渐提高。同时,随着研磨时间的增加,分散染料蓝72转移率随之提高,对UV-326转移率以及印花织物耐光色牢度影响不大。因此,选择18 h为最佳研磨时间。

2.2.2 氧化锆珠尺寸对UV-326分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响

当研磨时间为18 h,UV-326与氧化锆珠质量比为1∶10,分散剂质量分数为3%时,研究氧化锆珠尺寸对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响,结果如表4所示。

由表4可知,随着分散介质氧化锆珠尺寸的增大,分散液的平均粒径呈现先减小后增大的趋势;当尺寸为0.1~0.2 mm、0.6~0.8 mm时,其耐光稳定性相对较低、色差值相对较大,说明当氧化锆珠尺寸过小时,氧化锆珠与紫外线吸收剂之间作用力不够,而当氧化锆珠尺寸过大时其有效作用面积减小,从而造成分散液平均粒径相对较高的现象;当氧化锆珠尺寸大小为0.3~0.4 mm時,其耐光稳定性相对较好且分散液的粒径稳定性较高、平均粒径相对较小,故本研究中0.3~0.4 mm氧化锆珠为最佳。

2.2.3 UV-326与氧化锆珠质量比对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响

当研磨时间为18 h,氧化锆珠尺寸为0.3~0.4 mm,分散剂质量分数为3%时,研究UV-326与氧化锆珠质量比对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响,结果如表5所示。

由表5可知,当未加氧化锆珠时,其粒径稳定性仅有26.30%,而随着氧化锆珠质量比的提高,分散液平均粒径逐渐减小,且粒径稳定性逐渐提高;说明氧化锆珠能明显地改善UV-326的分散稳定性[12];此外,织物耐光色牢度均在3级左右,说明氧化锆珠质量比对织物耐光色牢度影响不大;随着氧化锆珠质量比的增加,染料的转移率在逐渐提高,当UV-326与氧化锆珠的质量比为1∶15时,染料的转移率开始下降、UV-326的转移率提高。这可能是因为同浆印花时,分散染料与UV-326以胶束的形式转移至涤纶织物上,色浆中分散剂同步提高了染料的分散性,使分散染料蓝72/UV-326与涤纶织物之间的亲和力提高;当其质量比为1∶10时,其色差值相对较低、粒径稳定性相对较好,故可确定UV-326与氧化锆珠质量比为1∶10进行后续研究。

2.2.4 分散剂用量对UV-326分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响

确定研磨时间为18 h,氧化锆珠尺寸为0.3~0.4 mm,UV-326与氧化锆珠的质量比为1∶10,研究分散剂用量对分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性的影响,结果如表6所示。

由表6可知,当分散剂用量为1%时,其粒径稳定性较低,说明当分散剂过少时,UV-326表面得不到分散剂NNO充分润湿以及对其吸附量不足,致使研磨中颗粒粒径无法变小且颗粒间作用力不足,分散液颗粒易聚集[13];随着分散剂用量的增加,分散液的平均粒径逐渐减小、粒径稳定性逐渐提高,这是分散剂在越来越多的粒子表面达到饱和吸附,这时分散剂分子碳氢链的空间位阻作用起到了分散效果使分散体系的稳定性提高[14]。随着分散剂用量的增加,印花织物的色差值逐渐减小、染料的转移率先增大后减小,说明适量的分散剂不仅能使UV-326稳定地分布在印花色浆中,还可以略微提高分散染料蓝72的转移率;当分散剂过量时,UV-326更加稳定地作用在涤纶织物上,加剧了其与染料的竞争作用,进而使分散染料蓝72的转移率降低;故本文选用3%的分散剂进行后续实验。

综上所述,UV-326分散液的制备工艺:分散时间为18 h、氧化锆珠尺寸为0.3~0.4 mm、UV-326与氧化锆珠的质量比为1:10、分散剂用量为3%。

2.3 UV-326用量对印花织物耐光稳定性的影响

将染料加入不同质量分数的UV-326分散液中进行同浆印花,其紫外线透过率如图6所示;分散液性能、染料转移率及印花织物耐光稳定性如表7所示。

由图6可知,研磨后印花织物的紫外线透过率提高,且随着UV-326用量的增多,同浆印花织物的紫外线透过率逐渐降低,说明UV-326的分散研磨有利于提高织物的抗紫外线效果。从表7可知,随着UV-326用量的增多,分散染料蓝72转移率呈现先上升又下降的趋势、平均粒径及色差值减小、粒径稳定性和UV-326转移率及耐光色牢度逐渐提高。这是因为氧化锆珠与UV-326之间的有效研磨面积增加,使UV-326能以稳定且细小的粒子存在于分散液中,紫外线吸收剂与染料以胶束的形式转移至涤纶织物,并与之以化学键、共价键结合[15]。但当UV-326用量达到8%时,染料转移率开始下降,说明研磨后UV-326用量增加到一定程度会加剧UV-326与染料之间的竞争作用,故本文选用UV-326用量质量分数为6%进行研究。

2.4 转移印花工艺对印花织物耐光稳定性的影响

为进一步对涤纶分散染料转移印花工艺进行研究,在不同温度、时间下进行转移印花,其耐光稳定性如表8所示。

由表8可知,在不同温度下烫印20 s,当温度为

240 ℃时,其光照前后色差值相对较低,说明UV-326在240 ℃高温能随分散染料转移至涤纶织物上且能不破坏紫外线吸收剂本身的结构性能,但其转移印花织物手感偏硬且色深值相对较浅,不符合纺织品要求。当温度为230 ℃时,其色差值相对较低、印花织物相对柔软,且在230 ℃时其耐光色牢度达到了3级,相对空白样耐光色牢度提高了1~2级,因此,转移印花温度可选230 ℃;在230 ℃下转印不同时间,随着转印时间的增加,织物手感逐渐偏硬,这可能是因为在高温下持续转印破坏了部分的紫外线吸收剂结构,故本文确定分散染料蓝72/紫外线吸收剂同浆印花织物的转印温度为230 ℃、转印时间为10 s。

3 结 论

通过对紫外线吸收剂的筛选、紫外线吸收剂分散液的制备、紫外线吸收剂转移印花织物抗紫外线效果以及转印工艺对印花织物耐光稳定性的研究,得出如下结论:

a)选用不同种类紫外线吸收剂与分散染料蓝72同浆印花,通过织物紫外线透过率、耐光稳定性及转移率等的研究,发现紫外线吸收剂均能随着分散染料蓝72同浆印花升华转移至涤纶织物上,在4种紫外线吸收剂中,UV-326转移印花织物的抗紫外线效果优于其他3种紫外线吸收剂的转移印花织物,耐光色牢度可提高1~2级。

b)针对UV-326在印花色浆中难溶解,极易沉淀现象等问题,对其分散工艺进行研究,得到UV-326最佳工艺参数:分散剂质量分数为UV-326的3%、氧化锆珠尺寸选用0.3~0.4 mm、UV-326与氧化锆珠的质量比为1∶10、分散时间为18 h。

c)通过对不同转印温度、时间下印花织物的耐光稳定性进行研究,最终确定分散染料蓝72/UV-326同浆印花的转印温度为230 ℃、转印时间为10 s。

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Light stability of the polyester disperse dye transfer printing fabric and its promotion process

ZHANG Mei1, ZHOU Weibo1, ZHANG Shujuan2, ZHAO Huijun3, WANG Chenglong12, ZHENG Jinhuan12

(1.College of Textile Science and Engineering (International Institute of Silk), Zhejiang Sci-Tech University Hangzhou 310018, China;

2.Zhejiang Modern Textile Technology Innovation Center (Jianhu Laboratory), Shaoxing 312000, China;

3. Zhejiang Piyi Textile Co., Ltd., Jiaxing 314400, China)

Abstract:

Compared with natural leather, leather-like fabric has the advantages of low price and ease of development, so it greatly fills in the shortage and high price of the natural leather market and has great market potential. However, in the process of using, it has been found that when polyester fabric is treated with disperse dyes combined with waterborne polyurethane, the leather-like fabric made of anthraquinone blue dyes in disperse dyes cannot meet the requirements of light stability, resulting in poor light stability of the series of colors mainly composed of disperse dyes. Therefore, it is of great significance to develop a kind of polyester fabric with high light stability.

In order to meet the requirements of high light fastness of polyester outdoor textiles, UV absorber/disperse dye blue 72 was used to print polyester fabrics in one paste. Firstly, the UV absorber with the best light fastness was selected by discussing the sublimation transfer performance, anti-UV effect, light fastness, transfer rate, UPF value and average particle size of the fabric with the types of UV absorbers. Secondly, because UV-326 is difficult to dissolve in PVB solution, it cannot be stably dispersed in printing paste, and it is easy for UV-326 to precipitate in color paste, resulting in low utilization rate, inconvenient use, etc. Therefore, by studying the grinding time of UV-326 dispersion, we determined the size and dosage of dispersion medium and the dosage of dispersant on the particle size, dispersion stability, UV-326 transfer rate, dye transfer rate and light stability of printed fabric. Finally, in order to further study the transfer printing process of polyester disperse dyes, one-size transfer printing was carried out at different temperatures and times, and the best process of one-size transfer printing of polyester disperse dyes was determined. Using UV absorber/disperse dye blue 72 in one paste printing can not only obtain good light stability, but also solve the problems of environmental pollution and complicated process when traditional UV absorber is combined with fabrics. It is found that the UV-326 transfer printing fabric has better UV resistance than other transfer printing fabrics with three UV absorbers, and its light fastness can be improved by 1~2 grades. The optimum process parameters of UV-326 are obtained: the mass fraction of dispersant is 3% of UV-326, the size of zirconia beads is 0.3~0.4 mm, the mass ratio of UV-326 to zirconia beads is 1:10, and the dispersion time was 18 h; the transfer printing temperature of disperse dye blue 72/UV-326 in one paste is 230 ℃ and the transfer time is 10 s.

Through the research on the light stability of polyester disperse dye transfer printing fabric and its promotion process, the light stability of polyester fabric can be greatly improved, which provides a research idea for the follow-up requirements of high light fastness of outdoor textiles.

Keywords:

UV absorbent; polyester; disperse dye blue 72; same paste printing; light stability

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