合成增稠劑在活性染料網(wǎng)印中的應(yīng)用

李亦然，吳婧軒

（陜西服裝工程學(xué)院，服裝與珠寶設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西西安712046）

活性染料作為棉布印花的主要染料，具備色彩艷麗、印染工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于反應(yīng)性較為特殊，導(dǎo)致印花用的增稠糊料受到了極大的限制。20世紀(jì)50年代以來，將海藻酸鈉（SA）與天然淀粉應(yīng)用于活性染料印花中，均取得了較為理想的印花效果。其中SA受自然環(huán)境與氣候變化等因素影響，其質(zhì)量特性有較大差異，受生態(tài)環(huán)境保護(hù)的影響，其成本也有大幅度增長(zhǎng)；而天然淀粉的不足則集中表現(xiàn)為制漿難度較大、織物上的漿料很難去除，即使使用化學(xué)制備方法也需要消耗大量的糧食。在此背景下，美國(guó)、英國(guó)以及中國(guó)都開發(fā)出一系列性能優(yōu)良的合成增稠劑，包括PTF-A、PTF-W、EM-630、PTF-D、EM-618和EM-PTE等[1-2]。合成增稠劑屬于聚合物，觸變性與假塑性都比較明顯，且具備較低的印花黏度指數(shù)與較高的流變性。因而更適用于活性染料、復(fù)雜花型、質(zhì)地緊密織物的印花。丙烯酸酯乳液增稠劑的固色率比海藻酸鈉高，這是由于較大密度的負(fù)電荷極大地排斥了染料分子，對(duì)染料分子的擴(kuò)散具有促進(jìn)作用。

與其他合成增稠劑類似，PTF-D也屬于聚電解質(zhì)增稠劑，為乳膠狀，其中的乳膠粒子在水的作用下發(fā)生膨化反應(yīng)，羧酸鈉的電離促進(jìn)了膨化過程，因?yàn)榇蠓肿渔溤陔婋x作用下使其攜帶的負(fù)電荷數(shù)量增多，粒子帶相同的電荷互相排斥，使得大量的水分子被吸收，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成增加了稠度。與其他合成增稠劑相比，PTF-D呈化學(xué)惰性，應(yīng)用于織物印染時(shí)并不能與染料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；否則會(huì)對(duì)洗滌效果產(chǎn)生負(fù)面影響，也不利于染料上染[3]。本實(shí)驗(yàn)將PTF-D應(yīng)用于活性染料印花，并與其他合成增稠劑進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證其優(yōu)良特性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

平網(wǎng)印花織物；PTF-D[工業(yè)級(jí)，博約生物科技（蘇州）有限公司]，尿素CO（NH2）2、NaOH（96%）、小蘇打NaHCO3、海藻酸鈉（4%）、染料分散藍(lán)79濾餅（工業(yè)級(jí)，江蘇亞邦染料股份有限公司），分散藍(lán)79液體染料（固含量為10%）、黏合劑SD（固含量為25%的丙烯酸酯改性物，玻璃化溫度約4℃）（實(shí)驗(yàn)室自制），交聯(lián)劑608、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷（工業(yè)級(jí)，浙江雀屏紡織化工股份有限公司）。

1.2 色漿的配制及印花工藝

印花配方包含原漿與色漿：原漿為尿素10.0%、小蘇打2.5%以及PTF-D 6.5%；色漿則由原漿與活性染料組成。在尿素、NaHCO3與水的混合溶液中加入合成增稠劑PTF-D，快速攪拌15 min得原漿；將原漿加入用水化開的染料中，攪拌10 min得色漿。

印花工藝流程：印花→烘干→蒸化→水洗→皂洗→水洗→烘干[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 PTF-D用量對(duì)色漿黏度的影響

選取如表1所示的7種活性染料，分析2%、4%、6%、8%染料用量對(duì)色漿黏度的影響。保證印花色漿表觀黏度為10～15 Pa·s的目的是使印花效果更為精細(xì)，再根據(jù)染料用量對(duì)增稠效果的影響，最終確定合成增稠劑的最佳用量，具體結(jié)果如表1所示。

表1 染料和PTF-D用量對(duì)色漿黏度的影響

2.2 影響色漿黏度的因素

2.2.1 尿素用量

如圖1所示，色漿黏度隨著尿素用量的增加而增大。當(dāng)尿素用量達(dá)到一定量值，曲線呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。與大分子鏈上的羧基陰離子結(jié)構(gòu)類似，尿素分子與大分子之間具備更強(qiáng)的親和性，因此在表觀上，羧基陰離子的親水區(qū)域得到了擴(kuò)大，更多的水分子被增稠劑所吸收[5]。

圖1 尿素對(duì)色漿黏度的影響

2.2.2 堿劑

活性染料若要與纖維素纖維分子中的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，必須在堿性條件下形成共價(jià)鍵結(jié)合。高堿劑用量會(huì)使纖維素變成離子狀態(tài)，活性染料自身的負(fù)電荷會(huì)與纖維素互相排斥。水分解活性染料的速度會(huì)在高堿劑用量下得到提高，所以一般選取小蘇打作為堿劑。小蘇打是一種強(qiáng)電解質(zhì)，而PTF-D是一種聚電解質(zhì)，極易與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，這是與海藻酸鈉差別較大的地方，也是其弱點(diǎn)。碳酸鈉對(duì)色漿黏度的影響與小蘇打相同，能夠使色漿黏度大幅度降低，因而不能劃歸為固色劑[6]。

NaOH作為堿劑劃歸為活性染料固色劑，其堿性比較大。實(shí)際上，國(guó)外也有采用氫氧化鈉作為染料固色劑的案例。選取適量氫氧化鈉作為合成增稠劑的堿劑也能取得滿意的印花效果。與小蘇打相比黏度下降更多，因此減少用量更有利于PTF-D的推廣。

2.2.3 活性染料用量

混合小蘇打與火堿作為活性染料印花的固色劑，在控制用量的情況下，PTF-D使色漿黏度降低至符合印花工藝要求。選取藍(lán)、黃、橙3種顏色，測(cè)定不同染料用量下的黏度變化情況（黏度變化取決于染料中的電解質(zhì)）。結(jié)果表明，黏度在乙烯礬型、一氯均三嗪、雙活性基染料用量50 g/L時(shí)分別下降至2 500、5 500、5 500 mPa·s。一般情況下，當(dāng)色漿黏度為2 500 mPa·s時(shí)，活性染料印花的輪廓與鮮艷度仍比較顯著。當(dāng)3種活性染料用量小于30 g/L時(shí)，黏度均超過10 000 mPa·s。值得注意的是，當(dāng)海藻酸鈉用量為4%時(shí)，活性染料用量增加并不會(huì)影響?zhàn)ざ取?/p>

2.3 海藻酸鈉和PTF-D印花效果對(duì)比

2.3.1 流變性

采用高速攪拌機(jī)與DV-1型回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)對(duì)3%的PTF-D和海藻酸鈉色漿進(jìn)行黏度與流變性測(cè)試，結(jié)果如表2和圖2所示。

表2 PTF-D和海藻酸鈉的黏度對(duì)比

圖2中的剪切應(yīng)力τ公式為：τ=ηα·γ，式中，ηα表示表觀黏度。

由圖2可知，PTF-D和SA的剪切應(yīng)力與剪切速率之間并不呈線性關(guān)系，而與假塑性以及黏塑性較為接近。從表觀來看，與PTF-D相比，海藻酸鈉的假塑性并不顯著，這主要是因?yàn)榧偎苄耘c剪切力增稠型的某些結(jié)構(gòu)互相抵消，導(dǎo)致隨剪切速率提高出現(xiàn)降黏與增黏兩種傾向。合成增稠劑的假塑性流體特征對(duì)于織物印花具有重要意義。在進(jìn)行織物印花時(shí)，印花色漿黏度在刮刀作用下會(huì)于某一時(shí)刻突然下降，從而使印花色漿能夠借助篩網(wǎng)面滲透，當(dāng)刮刀不再作用于織物時(shí)，印花色漿的黏度又會(huì)增加至初始點(diǎn)。因此，與海藻酸鈉相比，合成增稠劑PTF-D具有更高黏度的結(jié)構(gòu)特性[7-8]。

圖2 剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系

2.3.2 印花黏度指數(shù)

印花黏度指數(shù)PVI代表增稠劑的剪切變薄性能，與結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)n的關(guān)系為：

印花黏度指數(shù)與結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)呈正相關(guān)。PTF-D與海藻酸鈉的印花黏度指數(shù)與結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)如表3所示。

表3 印花黏度指數(shù)與結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)

由表3可知，與海藻酸鈉相比，PTF-D具備更小的印花黏度指數(shù)與更大的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)。增稠糊料的印花黏度指數(shù)范圍為（0.1，1）。印花黏度指數(shù)的選取依據(jù)為織物、花型以及印花方式。質(zhì)地比較稀薄、花型比較精細(xì)以及平網(wǎng)印花的織物更適用于較小的印花黏度指數(shù)；中間印花黏度指數(shù)適用于一般花型與圓網(wǎng)印花；而滾筒印花、疏水織物則需要選取較高的印花黏度指數(shù)。為滿足不同種類的印花生產(chǎn)需求，可以將合成增稠劑與海藻酸鈉混合使用[9]。

2.3.3 耐硬水性

由表4可知，硬水中的鈣、鎂離子極大地影響了海藻酸鈉的使用，產(chǎn)生的白色凝聚物對(duì)應(yīng)用性能產(chǎn)生了較大的影響。而PTF-D具備更高的耐硬水性，在硬水的作用下黏度僅下降7.8%。因此，根據(jù)水質(zhì)的不同，PTF-D可以選擇是否加入絡(luò)合劑，以確保高黏度。

表4 PTF-D和海藻酸鈉耐硬水性比較

2.3.4 得色量

印花測(cè)色數(shù)據(jù)見表5。

表5 印花測(cè)色數(shù)據(jù)

由表5可知，與海藻酸鈉相比，PTF-D應(yīng)用于活性染料印花能夠獲得更深的顏色。這主要是因?yàn)楹铣稍龀韯┚W(wǎng)狀大分子鏈上具備密度較大的羧基負(fù)電荷，能夠有效排斥活性染料。PTF-D的化學(xué)惰性促進(jìn)了活性染料分子與織物上羧基的化學(xué)反應(yīng)，提高了活性染料在織物中的擴(kuò)散性與染料得色量。

2.3.5 透網(wǎng)性

表面得色量K/S值通常用來衡量印花織物的上色效果。選用100目篩網(wǎng)刮印合成增稠劑PTF-D與海藻酸鈉糊?？椢锟偣惨M(jìn)行兩次刮印，第一次刮印完成3 min后再進(jìn)行第二次刮印，洗網(wǎng)（同一時(shí)刻蒸洗兩塊布）。

由表6可知，與海藻酸鈉相比，PTF-D的透網(wǎng)性更好。這是由于PTF-D具有較高的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)與較小的印花黏度指數(shù)，更適用于活性染料印花，而海藻酸鈉則更適用于滾筒印花[10]。

表6 透網(wǎng)性

2.3.6 印花色牢度

由表7可知，與海藻酸鈉相比，增稠劑PTF-D的印花色牢度無顯著差異，均達(dá)到GB 3920和GB 3921的印花色牢度要求。

表7 大樣印花牢度對(duì)比

3 結(jié)論

（1）選取PTF-D作為增稠劑時(shí)，需要控制堿劑用量，以確保不會(huì)對(duì)織物得色量產(chǎn)生影響。

（2）與海藻酸鈉相比，合成增稠劑PTF-D調(diào)漿更為簡(jiǎn)便，在15 min內(nèi)就能攪拌成白色漿狀，但對(duì)電解質(zhì)比較敏感。因此，控制增稠糊料用量極為重要。

（3）合成增稠劑PTF-D為假塑性流體，具有較高的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)與較小的印花黏度指數(shù)。在水與小蘇打作用下，易制成稠厚的色漿，應(yīng)用于活性染料平網(wǎng)、圓網(wǎng)印花時(shí)，在刮刀的剪切力作用下能迅速變薄，透網(wǎng)性變好。剪切應(yīng)力決定了印花糊料的黏度與花紋輪廓，在應(yīng)力消除時(shí)能得到精細(xì)的線條與理想的印花效果。當(dāng)印花機(jī)停機(jī)后糊料不會(huì)流出網(wǎng)眼。因而，與海藻酸鈉相比更適用于高目數(shù)網(wǎng)印。

（4）與海藻酸鈉相比，PTF-D的表觀得色量高出20%～30%，但是勻染性較差，為了獲得最佳的印花效果，可以混合使用兩種增稠劑。當(dāng)PTF-D質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%～5.5%時(shí)，PTF-D印花織物具有較高的色牢度。