湿摩擦牢度提升剂的研究进展

梁丽丽,张怀迁,赵婷

(淄博鲁瑞精细化工有限公司,山东 淄博 255084)

近年来,随着生活质量的提高以及全国印染行业的发展,人们对各类面料的质量要求越来越高,对于织物各项色牢度指标的要求也在进一步提高。其中织物的湿摩擦牢度一直以来都是一个重大难题,尤其是一些深浓颜色的纺织品,往往达不到要求。为了解决染料湿摩擦牢度差的问题,人们提出了各种解决措施,其中添加湿摩擦牢度提升剂是一种简单有效的途径。本文综合分析了影响活性染料耐湿摩擦牢度的因素,针对这些因素提出了提高湿摩擦牢度的措施,并对湿摩擦牢度提升剂的发展情况进行了系统地分析、归纳和综述。

1 影响湿摩擦牢度的因素

关于影响活性染料湿摩擦牢度因素的研究报道有很多,总结起来有以下几种。

1.1 活性染料的分子结构

染料本身的性能是影响湿摩擦牢度的主要因素。染料本身的性能主要包括染料的颜色、亲水性、直接性和活性。当染料的亲水性较高时,染色完成后,在湿摩擦牢度测试时,染料易溶于水与纤维素分离,导致湿摩擦牢度降低[1]。若染料分子的直接性较大,扩散性较差,在染色过程中不能渗透到织物内部,很容易聚集在织物表面形成浮色。在摩擦测试过程中,浮色很容易转移[2],造成湿摩擦牢度下降。活性染料活性越高,越容易与纤维形成共价键。但同时由于活性高、共价键不稳定容易断裂,染料会聚集在织物表面造成浮色,导致湿摩擦牢度差[3]。

1.2 织物结构

传统的机织物是经纬线按一定的规律相互交织,最终使得织物表面呈现出不同的纹路,所以织物的组织结构各不相同,不同的织物结构会对湿摩擦牢度产生一定的影响。织物的结构主要影响到其表面的光洁平整程度和平滑程度。在进行织物摩擦实验时,织物的平滑度会影响其所受的摩擦力进而影响摩擦牢度。通常,纱支密度相近的织物湿摩擦牢度顺序为:缎纹织物>斜纹织物>平纹织物[4]。织物表面光洁度越差,表面的有色绒毛越容易缠结成颗粒,使得其与测试用白布的摩擦力越大。同时,在测试过程中容易转移到测试白布上,导致湿摩擦牢度下降。

1.3 浮色

浮色是那些没有和纤维反应以及已经水解的染料[5]。一般来说,染料用于织物后,染料与织物纤维共价键结合,共价键是比较稳定的,不会因为摩擦而断裂造成浮色。而那些没有与纤维反应的染料,没有共价键,仅依靠范德华力吸附在织物表面,一旦受到外力,就很容易从织物上脱离[6-8]。所以可以通过把织物表面的浮色洗尽来提高湿摩擦牢度。

1.4 染整工艺

除了染料的因素外,染整工艺对湿摩擦牢度提升剂的影响也很大。不同类型的染料,染色的作用机理不同,其需要的染整工艺也不相同。如高温染料和低温染料所需要的温度不同,染色所需的时间也不一定相同,如果温度、时间不够可能会导致染料没有充分上染并渗透,使织物表面有染料聚集,导致湿摩擦牢度下降;染色助剂的选择以及使用方法都会影响染色效果,进而影响湿摩擦牢度。

1.5 水质

水质也是影响湿摩擦牢度的重要因素。普通水,尤其是硬水中通常含有Ca2+和Mg2+离子。这些钙、镁离子会与染料中的OH-、CO32-形成难溶的物质(氢氧化镁、碳酸钙、碳酸镁等),沉积到织物表面,造成织物表面不光滑,湿摩擦时摩擦力大大增加,导致湿摩擦牢度下降[9-10]。

2 提升湿摩擦牢度的方法

综合上述分析的活性染料湿摩擦牢度的影响因素,引起色织物上颜色转移的原因可主要归结为以下两点:1)染料:染料分子的直接性、活性、亲水性等都对湿摩擦牢度有很大的影响,未固着及固着后水解的染料容易解吸、脱离纤维,造成纺织品褪色,湿摩擦牢度降低;2)织物:织物的组织结构以及表面光滑度都会影响湿摩擦牢度,织物上不同的纹路会使得织物表面的光滑程度不同,进而造成织物的湿摩擦牢度不同。织物表面的有色绒毛在摩擦时易缠结成颗粒,与纤维脱离,湿摩擦牢度降低。为解决染料湿摩擦牢度差的问题,针对这两点提出了多种解决方案,如加强织物前处理、选择合适的染料、使用低硬度水、添加固色剂或湿摩擦牢度改进剂等。

2.1 染料的选择

染料的水溶性、直接性是影响活性染料湿摩擦牢度的根本原因,选择水溶性和直接性适宜的染料可以提高染料的固色率。水溶性过低会造成染料不易溶于水,使得染色不均匀,过高则会导致染料分子易溶于水而脱离纤维。直接性太高会形成浮色,容易脱落,太低会影响固色率,所以要选择水溶性和直接性适宜的染料。

2.2 优化染整工艺

选择了适宜的染料后,必须与合理的染整工艺相结合才能提高织物的上染率及固色效果。制定合理的染整工艺,在染色的过程中可以促进染料向织物内部扩散和渗透,保证染料充分与纤维结合,使得染色均匀,减少浮色。

2.3 加强织物的前处理

染色前对织物进行充分烧毛、退浆、煮漂等前处理工艺,会在一定程度上提高上染率。织物表面的光洁程度会使湿摩擦牢度受到明显影响,而不只是织布的纹路会影响光洁程度,织物本身表面的绒毛也是影响光洁度的原因之一。因此染色前要对织物进行烧毛处理,除去其表面的绒毛,保持织物表面光滑。退浆过程一定要将浆料去除干净,否则剩余的浆料会附着在织物表面并形成一层薄膜,染色时,部分染料便会附着在织物表面的薄膜上,不能进入织物内部与纤维结合。在进行湿摩擦测试时,附着在薄膜上的染料会和这层薄膜一起脱落,导致湿摩擦牢度降低。染色前对织物进行煮漂,去除织物上的杂质及未退浆的浆料,从而提高湿摩擦牢度。

2.4 除去浮色

浮色是那些没有和纤维反应以及已经水解的染料,这些染料极易从织物上脱落下来,染色后要进行充分的水洗和皂洗,尽可能去除浮色,提高湿摩擦牢度。但是在水洗过程中要注意水质的问题,避免使用硬水。

2.5 使用合适的固色剂或湿摩擦牢度提升剂

选择合适的染料、优化染整工艺、加强织物前处理等是可以在一定程度上提高织物的湿摩擦牢度,但是效果有限。如果想要进一步提高织物的湿摩擦牢度还需要使用固色剂或湿摩擦牢度提升剂,性能良好的湿摩擦牢度提升剂可以提高湿摩擦牢度半级以上。

3 湿摩擦牢度提升剂的分类

目前,文献中有一些关于湿摩擦牢度改进剂的报道,它们的分类不尽相同[11-12]。本文以湿摩擦牢度提升剂的固色机理为分类依据来介绍湿摩擦牢度提升剂。

3.1 吸附沉淀型湿摩擦牢度提升剂

吸附沉淀型湿摩擦牢度提升剂一般为阳离子高分子化合物。染料中的磺酸基、羟基或羧基等水溶性阴离子基团是造成水洗牢度和湿摩擦牢度差的主要原因之一。正好这类湿摩擦牢度提升剂可以提供阳离子,使其与染料中的阴离子形成离子键,产生不溶性色淀,从而提高染色织物的湿摩擦牢度[13]。王宝敬等[14]对阳离子湿摩擦牢度提升剂BRIFIX HKR进行了应用研究,结果表明,用它整理的织物湿摩擦牢度显著提高。FK-406[15]是一种阳离子湿摩擦牢度提升剂,利用其本身带有的阳离子基团对阴离子型染料具有吸附作用,提高湿摩擦牢度提升剂的性能。

阳离子湿摩擦牢度改进剂可以在一定程度上提高湿摩擦牢度,但其使用范围有限,一般在酸性条件下阳离子性强,一旦将其放到碱性环境中,则会分层或者生成沉淀。所以,阳离子湿摩擦牢度增强剂应在酸性条件下保存及使用。

3.2 反应交联型湿摩擦牢度提升剂

反应交联湿摩擦牢度改进剂是在制备过程中引入多个活性基团,这样不仅可以和染料分子共价键结合,还可以与纤维素分子上的活泼H共价键结合,从而将纤维素和染料紧密地结合到一起,防止了染料从纤维上脱落,提高织物湿摩擦牢度。

多胺类反应型固色剂通常是由环氧氯丙烷和有机胺反应制得[16]。在使用过程中,通过烘焙整理时,环氧基团能与纤维素分子、染料分子上的羟基、氨基等发生化学反应,将纤维、染料结合到一起可以固定一些浮色,从而提高了织物的湿摩擦牢度。赵磊等[17]以二乙烯三胺、环氧氯丙烷为主要原料,制备了一种阳离子型湿摩擦牢度提升剂,利用其环氧基团与纤维结合,使得染色织物的湿摩擦牢度提高1～1.5级,皂洗牢度提高1～1.5级。

近年来,研究较多的封闭水性聚氨酯就是一种反应性交联湿摩擦牢度改进剂。封闭水性聚氨酯是利用封端剂封端活性-NCO基团,然后在整理织物时解封,释放出-NCO基团。在织物处理时,使纤维和染料中的-NH2、OH等活性基团通过封闭的聚氨酯分子以共价键连接,提高湿摩擦牢度。

3.3 成膜覆盖隔离型湿摩擦牢度提升剂

染色织物整理后,此类湿摩擦牢度提升剂可在织物表面形成一层致密的薄膜,这层薄膜可以将染料与外界隔开,阻碍了转移沾色。而且这类湿摩擦牢度提升剂除了阻碍沾色,还能使织物的表面光滑,减缓织物与试验白布的摩擦力,提高湿摩擦织物的牢度。如乙烯基聚合物乳液和水性聚氨酯乳液等[18]就是利用其良好的成膜性能来提高色牢度。

3.4 综合型湿摩擦牢度提升剂

综合型湿摩擦牢度提升剂是通过吸附、交联、成膜等其中的一种或多种作用来提高湿摩擦牢度。由于人们对纺织品的要求越来越高,单独利用一种固色机理的话,效果有限,满足不了现在人们的需求,所以综合型湿摩擦牢度提升剂的研究成为现在研究的热点。

水性聚氨酯绿色环保,又具有优异的耐摩性能,所以它成为一种重要的综合型湿摩擦牢度提升剂。水性聚氨酯湿摩擦牢度提升剂的固色机理主要有以下两个方面:1)水性聚氨酯成膜性好,可以在织物表面形成一层光滑的薄膜;2)聚氨酯的氨基甲酸酯结构还容易与织物形成氢键,可以在一定程度上提高固色能力。但是单一的水性聚氨酯在湿摩擦牢度提升方面还是和目前人们需求有一定的差距,所以对水性聚氨酯改性研究也就成了目前研究的重点。接下来将从水性聚氨酯改性的角度重点介绍一下综合型湿摩擦牢度提升剂。

3.4.1 阳离子改性水性聚氨酯

从湿摩擦牢度提升剂的固色机理可以知道,固色剂中的阳离子可以吸附染料中的阴离子,形成色淀,提高湿摩擦牢度。所以在水性聚氨酯中引入足够多的阳离子基团,再加上水性聚氨酯良好的成膜性,其湿摩擦牢度会显著提高。阳离子改性水性聚氨酯也属于一种吸附沉淀型湿摩擦牢度提升剂。

卢殿光等[19]通过阳离子扩链剂MDEA将阳离子基团引入水性聚氨酯中,制备了阳离子型水性聚氨酯。应用到织物整理后,可使织物湿摩擦牢度提高0.5级以上。

于得海等[20]合成了一种阳离子封闭型水性聚氨酯乳液,该乳液可通过吸附、交联、成膜等机理使染色织物的湿摩擦牢度提升1～2级。

李庆等[21]合成了不同阳离子含量的水性聚氨酯,探究了阳离子基团的含量对湿摩擦牢度的影响,结果可以提高湿摩擦牢度1级左右。

3.4.2 交联改性水性聚氨酯

交联改性水性聚氨酯也是一种反应交联型湿摩擦牢度提升剂,是在合成聚氨酯的过程中进行适当的交联改性,使活泼基团-NCO与染料及纤维上的活泼H基团反应形成交联结构,再加上聚氨酯本身成膜性,固色效果会得到很大提高。

张红燕等[22]制备了阳离子型聚氨酯类湿摩擦牢度提升剂TF-239H,引入了可交联基团,使用其整理织物时会使得其湿摩擦牢度提高2～3级。

Cui等[23]在水性聚氨酯分子中引入了环氧基团,利用其环氧基团与纤维结合,形成交联结构,使得湿摩擦色牢度显著提高。

3.4.3 封端改性水性聚氨酯

在合成水性聚氨酯的原料中,活泼基团-NCO基团很容易与含活泼H的物质发生反应,同样用到织物上时,也可以很容易与染料及纤维上的活性H反应形成交联结构。因此通过封端改性,将活泼基团-NCO保护起来,使其失去活性,等织物处理时再释放出来,与纤维和染料分子相互交联。

杜郢等[24]用PPG、IPDI、MDEA合成聚氨酯,用甲乙酮肟封端合成了封端型阳离子水性聚氨酯,应用到织物整理上,可使得深色纯棉织物的干湿摩擦牢度均提高1～2级。

吴明元等[25]对封闭型水性聚氨酯做了应用探究,结果表明,应用到用直接染料染色的棉织物上,可使得其固色牢度显著提高,尤其是湿摩擦牢度。

3.4.4 丙烯酸复合改性水性聚氨酯

丙烯酸酯类的共聚物具有良好的耐候性、耐光性,附着力好,成本低,但是存在耐磨性差、硬脆等缺点,而水性聚氨酯成膜性好,耐磨性好,弹性好,因此用丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以弥补水性聚氨酯的不足,应用到织物上可以提高织物的固色牢度及耐晒牢度等。

李亮[26]将丙烯酸引入了水性聚氨酯中,将其应用到织物整理后,可使得织物的干湿摩擦牢度提高0.5～1级。

3.4.5 有机硅改性水性聚氨酯

有机硅是一种特殊结构的高分子材料,既有有机结构Si-C,又含无机结构Si-O-Si,因此具有有机和无机材料的双重优点,如耐候、耐腐蚀、憎水等。有机硅链段中含有的-Si-O键,不仅键能大,而且易于旋转,所以可以赋予有机硅材料优异的耐热稳定性以及一定的柔软性。通过有机硅改性的水性聚氨酯除了提高湿摩擦牢度以外,还可以赋予织物一定的柔软性。

杨江涛等[27]利用羟丙基硅油中的羟基和IPDI中的-NCO反应合成了有机硅改性的水性聚氨酯,将其用于织物的固色整理,可使得织物的干湿摩擦牢度都得到显著提高,同时也改善了织物的手感。

曲鹏飞等[28]用TDI、PPG、MDEA和丁酮肟合成阳离子水性聚氨酯过程中引入了羟基硅油改性剂,最终合成的聚氨酯应用于织物,结果表明其湿摩擦牢度明显提高,并且织物手感也得到了明显改善。

4 结语

综上所述,未来湿摩擦牢度改进剂的发展必然会向综合型湿摩擦牢度改进剂的方向发展,而水性聚氨酯相对容易达到这个目的,也是目前湿摩擦牢度改进剂领域的研究热点。然而,单一的水性聚氨酯满足不了现在人们对纺织品的要求,因此对水性聚氨酯进行改性成为现在的研究重点,改性后的水性聚氨酯不仅可以提高织物的湿摩擦牢度,还可以提高织物的防晒牢度、手感等。相信在不久的将来一定会研制出固色能力更强、功能更多、应用范围更广的湿摩擦牢度增强剂。