活性染料數(shù)碼噴墨印花用增稠劑研究

鐘露華，譚艷君，王繼業(yè)，劉 帆，李勇強

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048)

數(shù)碼噴墨印花的發(fā)展初期，增稠劑沿用了傳統(tǒng)印花用增稠劑—海藻酸鈉。海藻酸鈉糊性能優(yōu)異，但是也存在一些缺陷，如花型不夠精細(xì)、得色量相對較淺、儲存穩(wěn)定性差、成本高等。多年來，市場不斷開發(fā)適用于活性染料數(shù)碼噴墨印花的增稠劑，這些增稠劑一定程度上彌補了海藻酸鈉的不足，但同時也存在各自的缺點。

本實驗分析了海藻酸鈉(高粘)、CMC、GS-3、SD-YR-2 原糊的成糊率、流變性、抱水性、化學(xué)相容性、貯存穩(wěn)定性等；采用不同增稠劑配置的上漿劑對織物上漿，對比分析了印花后織物的表觀色深、手感以及色牢度。為研究增稠劑種類和性能對數(shù)碼噴墨印花效果的影響提供了依據(jù)，同時為復(fù)合增稠劑的制備奠定了基礎(chǔ)。

1 試驗部分

1.1 織物、試劑和儀器

織物:60s紗斜粘膠織物

試劑:海藻酸鈉(高粘)(海潤化工有限公司)；SD-YR-2(自制羧甲基淀粉，DS ＝1.0)；CMC(燕山化工助劑廠)；GS-3(羧甲基淀粉，DS ＝0.7，平安淀粉有限公司)；碳酸氫鈉(分析純，天力化學(xué)試劑有限公司)；尿素；防染鹽S；六偏磷酸鈉。

儀器:HJ-S1800 型Hong-Jet 導(dǎo)帶式數(shù)碼印花機(鴻盛數(shù)碼科技有限公司)；NDJ-1E 型旋轉(zhuǎn)粘度計(上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司)；RC-MP3000 型磁棒式小樣印花機；STM-S1600 數(shù)碼印花蒸化機(亞美紡織機電有限公司)；SF-300 型電腦測色配色儀(美國Datacolor 公司)等。

1.2 試驗方法

1.2.1 活性染料噴墨印花工藝流程

調(diào)漿→織物上漿(磁棒式小樣印花機)→烘干→數(shù)碼印花→烘干→汽蒸(102 ℃，15 min)→冷水洗→熱水洗(90～100 ℃)→冷水洗→烘干→密封

1.2.2 上漿劑處方

根據(jù)處方調(diào)制漿料，在一定量的增稠劑原糊中加入六偏磷酸鈉和防染鹽，充分?jǐn)嚢杈鶆?；然后在攪拌中加入尿素和碳酸氫鈉，混合均勻、充分溶解；各組分充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，測試漿料粘度并記錄。期間應(yīng)調(diào)整原糊與水的比例，使?jié){料達到適宜的粘度。

1.2.3 數(shù)碼噴印技術(shù)參數(shù)

通過photoshop 軟件設(shè)計紅、藍、黑三種5cm×15cm 的色塊，分辨率720 dpi×720 dpi。顏色數(shù)量:8 色，雙向8 pass。

1.3 測試方法

1.3.1 原糊理化性能測試

粘度:采用NDJ-1E 型旋轉(zhuǎn)粘度計測定原糊或漿料粘度，測試條件:25 ℃，4 ＃ 轉(zhuǎn)子，6/12/60r/min。

PVI 值:調(diào)制一定粘度的原糊，采用NDJ-1E型旋轉(zhuǎn)粘度計分別測定原糊在轉(zhuǎn)速為6r/min 和60r/min 下的粘度，按式(1)計算PVI 值:

式中，PVI 為印花粘度指數(shù)；η60為轉(zhuǎn)速60r/min 時的粘度，η6為轉(zhuǎn)速6r/min 時的粘度，單位mPa·s。

抱水性:取一定量的原糊放入燒杯內(nèi)，調(diào)節(jié)原糊粘度為10000 左右，然后將長10cm、寬1cm 的定性濾紙插入增稠劑內(nèi)1cm，使增稠劑上表面與標(biāo)記的插入線(1cm)一致，30min 后記錄水分沿濾紙上升的高度。重復(fù)上述操作，進行三次測試，結(jié)果取平均值。

滲透率:采用SF-300 型電腦測色配色儀測定印花織物正反面的K/S 值。按式(2)計算滲透率:

脫糊率:采用失重法測試增稠劑的脫糊率。將上漿前織物烘至恒重，用電子天平稱其重量，記為m0；上漿后，將織物烘干至恒重，稱重記為m1；織物經(jīng)水洗后處理烘干至恒重，稱重記為m2。按式(3)計算脫糊率:

化學(xué)相容性:取一定量的原糊放入燒杯中，將數(shù)碼印花上漿劑中加入的碳酸氫鈉、尿素、防染鹽S 及六偏磷酸鈉參考其常規(guī)用量，分別加入到增稠劑中，30min 后觀察加入前后增稠劑基本性狀，并測定其粘度。按(4)式計算其粘度變化的百分率:

式中，η1為加入藥品后的原糊粘度，η0加入藥品前的原糊粘度。

耐儲存穩(wěn)定性:取一定量的原糊放入燒杯中，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件(溫度20℃，濕度60%)下存放7天，每隔1 天測定一次原糊的粘度，按(4)式計算其粘度變化的百分率。

1.3.2 印花性能測試

耐摩擦色牢度:參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窐?biāo)準(zhǔn)測定干、濕摩擦牢度。

表觀色深K/S 值:采用SF-300 型電腦測色配色儀測定印花織物的K/S 值。

手感:采用主觀判斷，綜合5 人的判斷，評定印花后織物的手感的優(yōu)劣。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴墨印花用增稠劑的性能

2.1.1 增稠劑黏度指數(shù)(PVI 值)

根據(jù)增稠劑的應(yīng)用性能，將海藻酸鈉、CMC、GS-3、SD-YR-2 皆配制成4%的原糊，參照測試方法1.3.1，測試了其粘度(4＃轉(zhuǎn)，12r/min)和PVI值，結(jié)果如表1 所示。

表1 不同增稠劑在相同條件下的PVI 值

由表1 粘度數(shù)據(jù)分析可知，在原糊質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆為4%時，高粘海藻酸鈉成糊性最好，CMC 和SDYR-2 次之，GS-3 成糊性最差。

通過公式(1)計算得到四種增稠劑的PVI 值。由上頁表1 可知，海藻酸鈉的PVI 值最高，其結(jié)構(gòu)粘度??；其余三種增稠劑PVI 值稍低。從粘度上看，四種增稠劑皆可應(yīng)用于數(shù)碼印花。

環(huán)境是人類生存和發(fā)展的重要條件，隨著近幾年我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，促使環(huán)境污染問題越發(fā)嚴(yán)重。這種情況出現(xiàn)的主要原因就是社會環(huán)保意識的缺乏。特別是我們高中生，對環(huán)保方面沒有正確的認(rèn)識。

2.1.2 增稠劑抱水性

表2 不同增稠劑抱水性能

由表2 可知，高粘海藻酸鈉原糊的抱水性最好，增稠劑分子對水分子有很強的抱合能力，印花時不易滲化，但抱水性太強，經(jīng)蒸化處理后，會使得噴印的點變粗，導(dǎo)致圖案花紋不精細(xì)；GS-3 和SDYR-2 的抱水性次之，由于自制羧甲基淀粉類增稠劑SD-YR-2 的取代度要高于GS-3，羧甲基水合作用更強，因此SD-YR-2 的抱水性優(yōu)于GS-3；CMC 的抱水性最差，不適用于數(shù)碼噴墨印花。

2.1.3 化學(xué)試劑對增稠劑粘度的影響

(1)碳酸氫鈉用量對增稠劑性能的影響

當(dāng)碳酸氫鈉用量為1%、2%、3%時，通過公式(4)計算加入碳酸氫鈉30 分鐘后增稠劑的粘度保留率，結(jié)果如圖1 所示。圖1 顯示，隨著碳酸氫鈉用量的增加，粘度不斷下降，四種增稠后劑對碳酸氫鈉的耐受性為:海藻酸鈉＞GS-3 ＞SD-YR-2 ＞CMC，其中，海藻酸鈉粘度下降在10%以下，其余三種增稠劑下降率為20%～40%，CMC 粘度下降最高達90%以上。由此可知，CMC 對碳酸氫鈉的耐受性最差。

圖1 碳酸氫鈉用量對增稠劑粘度的影響

(2)尿素用量對增稠劑性能的影響

當(dāng)尿素用量為5%、10%、15%時，通過公式(4)計算加入尿素30 分鐘后四種增稠劑的粘度保留率，結(jié)果如圖2 所示。圖2 顯示，隨著尿素用量增加，增稠劑粘度下降，下降率在30%以內(nèi)；四種增稠劑對尿素的耐受性為:CMC＞SD-YR-2＞GS-3＞海藻酸鈉，其中CMC 和SD-YR-2 的耐受性相近，對尿素較穩(wěn)定；GS-3 和海藻酸鈉的耐受性相近，尿素用量大時，對粘度影響較大。

圖2 尿素用量對增稠劑粘度的影響

當(dāng)六偏磷酸鈉用量為0.2%、0.5%、1%、1.5%時，通過公式(4)計算加入六偏磷酸鈉30 分鐘后四種增稠劑的粘度保留率，結(jié)果如圖3 所示。圖3顯示，隨著六偏磷酸鈉增加，增稠劑粘度總體上是下降的，下降率在40%以內(nèi)；當(dāng)六偏磷酸鈉用量達到某一用量時，四種增稠劑的粘度皆呈現(xiàn)一定程度的上升，原因可能是六偏磷酸鈉與水中的金屬離子生成水溶性的絡(luò)合物導(dǎo)致的。

圖3 六偏磷酸鈉用量對增稠劑粘度的影響

(4)防染鹽用量對增稠劑粘度的影響

當(dāng)防染鹽S 用量為0.2%、0.5%、1%時，通過公式(4)計算加入防染鹽30 分鐘后四種增稠劑的粘度保留率，結(jié)果如圖4 所示。圖4 顯示，隨著防染鹽S 用量增加，粘度下降，下降率在40%以內(nèi)，其中，海藻酸鈉最穩(wěn)定，下降率在5%以下；四種增稠劑對防染鹽的耐受性為:海藻酸鈉＞GS-3＞SD-YR-2＞CMC，其中，CMC 粘度下降達90%。

圖4 防染鹽S 用量對增稠劑粘度的影響

2.1.4 儲存時間對增稠劑粘度的影響

實驗以增稠劑粘度的變化來表征增稠劑在儲存過程中的穩(wěn)定性，測試了7 天內(nèi)增稠劑粘度的變化，結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，隨著放置時間的增加，海藻酸鈉的粘度不斷下降，7 天后下降率達95%，耐儲存穩(wěn)定性較差，這是由于海藻酸鈉分子本身的缺陷—單體由糖苷鍵結(jié)合而成，容易降解導(dǎo)致粘度下降，建議配置好海藻酸鈉糊1～2 天內(nèi)用完；GS-3 和SD-YR-2 粘度先升后降，其原因可能是:根據(jù)增稠劑的流變性能，高速剪切成糊后會有一個粘度恢復(fù)的過程，并且成糊后增稠劑膨脹也需要時間，所以在放置過程中，存在粘度上升的現(xiàn)象；CMC 的粘度隨著時間的增加緩慢上升，其原因可能是:CMC 抱水性比較差，在放置過程中水分易揮發(fā)，增稠劑失水導(dǎo)致粘度上升。

圖5 儲存時間對增稠劑粘度的影響

2.2 增稠劑的印制性能分析

參照實驗方法1.2.2，分別采用四種增稠劑制備上漿劑，然后根據(jù)印花工藝1.2.3 處理織物，得到四種增稠劑的印花織物，參照測試方法1.3.2 測試其印制性能，對比分析織物表面得色量、手感和色牢度。

2.2.1 滲透性和得色量

由表3 數(shù)據(jù)可知，海藻酸鈉的滲透性最好，K/S 值最低，使用海藻酸鈉糊的織物得色量低；其余三種增稠劑滲透性較差但K/S 值更高，印花織物表觀顏色更深。

表3 不同增稠劑的滲透率及得色量

2.2.2 脫糊率和手感

由表4 數(shù)據(jù)可知，海藻酸鈉的脫糊率在90%以上，印花織物的手感十分柔軟，其原因是海藻酸鈉分子中含有大量羧基，其分子不與纖維發(fā)生氫鍵結(jié)合，脫糊性能優(yōu)良；由于醚化淀粉GS-3、醚化纖維素CMC 取代度低，因此脫糊較差，印花織物手感粗硬，不適宜噴墨印花；自制的高取代度羧基化淀粉(SD-YR-2)印花織物手感較好，脫糊率達85%。建議根據(jù)產(chǎn)品對手感的要求選用增稠劑。

表4 不同增稠劑的脫糊率及手感

2.2.3 色牢度

由表5 可知，四種增稠劑的干摩擦牢度都很高，濕摩擦牢度則低了1-2 級，其中，海藻酸鈉和色牢度最佳，其余增稠劑略差，這是因為海藻酸鈉糊的滲透性、脫糊率很好，且得色量低，織物表面的染料及增稠劑殘留較少，所以摩擦色牢度更優(yōu)。

表5 不同增稠劑的色牢度

3 結(jié)論

(1)海藻酸鈉糊耐儲存穩(wěn)定性差，抱水性強，化學(xué)相容性優(yōu)，易脫糊，印制的織物手感和色牢度優(yōu)，但給色量低；

(2)羧甲基纖維素CMC 的化學(xué)品相容性差，耐儲存穩(wěn)定性好，抱水性尚可，印制的織物得色量較高，色牢度較好，但手感硬；

(3)羧甲基淀粉GS-3 抱水性差，化學(xué)品相容性較好，耐儲存穩(wěn)定性佳，印制的織物得色量較高，色牢度較好，但手感硬；

(4)自制羧甲基淀粉SD-YR-2 抱水性、化學(xué)品相容性、耐儲存穩(wěn)定性皆較好，印制的織物得色量高、色牢度好，手感較柔軟。

(5)單一組分增稠劑都存在各自的缺陷，無法完全滿足數(shù)碼噴墨印花表面得色深、手感好、色牢度高的要求，建議結(jié)合不同增稠劑的性能進行復(fù)配，發(fā)揮單一組分增稠劑的優(yōu)勢，同時互相彌補缺陷。