印花涂料剖析方法简介

文|刘永庆

印花涂料剖析方法简介

文|刘永庆

涂料（颜料）印花技术具有许多优点，因为简便且经济，正日益受重视，其印花技术发展很快，特别是随着合成纤维及其混纺织物的发展，涂料印花的优越性、重要性更加突出。

有色涂料对纤维没有亲和力，通过适当的聚合物（粘合剂）薄膜被固定到织物表面，印花后将织物短时间加热烘焙，促使粘合剂发生反应，涂料印花不存在着色剂向纤维内部渗透并与纤维发生反应，而是依靠粘合剂对纤维的胶结作用使涂料固定于织物表面。其结果是易出现印花区域的织物僵硬，特别是大面积涂料印花，会严重影响织物的手感。

长期以来，涂料印花的品质难以媲美染料印花，一直被认为是一种低档次的纺织品印花加工方法。它的应用情况直到20世纪40年代仍然微不足道。然而随着时代的发展，技术的进步，涂料印花早已步入快速发展的时期。

由于涂料印花有如下一些特点：

1．工艺简单、生产成本低廉，通常可省去汽蒸或焙烘后的水洗工序，节水节能，减少污水排放，符合环保要求。

2．色谱齐全，色泽鲜艳，仿色打样较为便捷，适宜采用自动调配色系统，以提高生产效率。

3．涂料印花适用于各种纤维，即使应用于多种纤维混纺织物印花，也能获得色彩均一的效果。

4．印花不但轮廓清晰、层次分明，还可用多种特殊颜料 (如荧光、夜光、金银颜料、珠光颜料等) 产生特殊的视觉效果的印花产品。

所以涂料在印花领域有着无法取代的地位。阻碍涂料印花发展的主要原因是其产品手感粗硬和摩擦牢度较差。

由于高品质的颜料、黏合剂和极低含固率的增稠剂逐步得到开发和应用，涂料印花产品质量不断提高，应用范围不断扩大，到21世纪初，涂料印花在全球纺织品印花中应用比率达到50%左右，而且近年来生态环保呼声日益高涨以及特殊视觉效果的涂料印花技术的不断问世，使这一印花方法越来越多的受到关注，显示了前所未有的发展前景。

黏 合剂是涂料印花色浆中的重要组分，它是一种高分子成膜物质，由名种单体聚合而成，在色浆中呈溶液或分散状，当溶剂或其他液体蒸发后，在印花的地方而成一层很薄的膜，通过成膜而将颜料颗粒等物质黏着在纺织品的表面，故成膜性能的好坏将直接影响印花织物的牢度（摩擦、水洗、干洗牢度等），而且和色浆的印制性能以及产品的手感和色泽有密切关系。

理想的黏合剂形成的膜无色透明，加热后不会发黄；膜的性质坚固且弹性好、黏着力强、耐水洗及干洗、耐日晒及老化；织物处理后成膜柔软、手感好，且不发黏；印花后织物的各项色牢度不低于染料印花标准。

但是在实际生产中使用的黏合剂不可能全部达到理想状态。在实际应用中根据情况选用几种黏合剂混用，以达到取长补短，还要根据需要选用适当的助剂或黏加剂改善或调节印花浆性能，以获得尽可能好的印花效果。那么，我们如何获得一个理想的印花涂料呢？这就要从涂料配方设计如何根据涂料的使用功能，充分吸收前人的研究成果和现有的技术，设计出满足印花要求的配方。

涂料开发研究有两个方面的工作要做：一方面是从涂料的结构、原理出发，自行研制开发出新型的涂料；另一方面是从先进配方中获得信息，在此基础上开发研究，这就是本文要讨论的涂料剖析。无疑，剖析先进的涂料是吸收先进技术的最佳途径，但剖析涂料并不是一件容易的事情，涂料剖析是一项复杂的工作，进行剖析时需要有两方面的知识：一是涂料知识，二是剖析知识。

有关涂料知识我们的一些生产厂和广大印花用户均已具备，这里重点研究剖析知识，能为广大印花涂料生产者和印花使用者提供一点开发模式及其参考。

一、涂料剖析的基本概念

涂料剖析是获取先进技术的一种重要手段和捷径，尤其是对国外一些先进的印花涂料进行消化、吸收以至创新都离不开对新技术组成的了解。怎样获得涂料组成的信息是整个涂料剖析的关键。

剖析工作首先要从两个方面进行：例如国外的一些先进的印花涂料在性能方面都优越国内的产品，要想赶上或达到国外涂料印花的水平。

1．要获得一些什么信息：由于我们印花企业在常年采用进口涂料印花生产过程中，已经对该涂料的大致组成、印花工艺的施实方法、使用环境、贮藏方法都有了比较深刻的了解。因为这些信息可以通过使用过程中积累的经验和通过产品说明书获得。

2．怎样获得信息：针对具体每一牌号的印花涂料体系所对应采取的剖析程序和采用相应的分析仪器。众所周知，印花涂料是一种复杂的混合物，它包括了成膜物质（有机树脂或无机成膜物质）、颜料（包括颜料和填料颗粒大小、颜体比等）、溶剂（由哪些溶剂成分组成）、以及少量的助剂等。如日本研发的一种先进的涂料，据有关资料报道，在涂料中加了上百种助剂。助剂的量虽小，但它却关系着涂料的整体性能。

所以，涂料剖析中能否成功地分离涂料中每一种组分往往成为涂料剖析的核心和关键。无法分离，剖析也就成了一句空话。

二、涂料剖析的程序

涂料剖析就是通过一定的分离—分析过程和步骤，将复杂的混合物通过一定的分离手段纯化到满足各种分析仪器要求的纯度，从而获得涂料的组分和每种成分在涂料中的含量。由于涂料用途不同，组成上会有较大的差别，在剖析前需要对涂料的使用用途有一个基本的了解，根据这些信息来做一个基本判断。

1．属于哪类涂料体系，如水性的、粉末的、有机溶剂类等。

2．根据使用功能来判断涂料中可能含有的物质。

这些对于剖析具有重要的参考价值，因为涂料是一个混合物的复杂体系，现在还没有一种仪器能够在如此复杂的体系中，获得所需要的信息（成分含量、颗粒大小、颜体比等），所以，为了满足分析要求的试样和防止涂料中低含量组分的流失，就必须逐步分离出涂料中每种需要分析的物质，再根据分离出的物质，采用相应的分析仪器设备进行分析，称这个过程为涂料剖析分析程序和步骤。涂料的剖析程序一般如下：

1．了解涂料样品的有关内容：判断属于哪类涂料及其使用的环境条件，并根据红外反射光谱加以确认成膜物质中所含有的官能团，这样可以大致确定主要成膜物质的材料。了解样品是单组分还是双组分的，一般单组分涂料是热塑性树脂，双组分的是热固性树脂。

2．在涂料剖析研究中，样品的预处理是一个重要的实验环节。对于一个复杂的样品，不经过任何预处理，任何一种现代化分析仪器都无法直接给出全部信息。样品的不均匀和各种组分的相互干扰，会造成分析结果的复杂化，一般要采用过滤、蒸馏、萃取、沉淀等方法将混合物分离。大体上被分离为：无机混合物、低分子有机混合物（溶剂和助剂）、高分子混合物三大部分。无机部分经过简单处理就可以直接进行仪器分析，而低分子有机部分和高分子物等则需要进行分离才能进行分析。

3．分离和纯化：对于组成简单的涂料混合物可以通过比较简单的方法达到分离。而对成分复杂的涂料混合物即使采用了一些分离手段而得到的组分，分析仪器也未必检测得到，还需要进一步进行纯化和分离。如前面论及的日本的一种高级涂料中加入的助剂的组分高达几十种或上百种，只有将这些物质进一步分开和纯化后，才能用一些现代仪器进行分析。色谱方法是分离和纯化有机混合物最好的方法，包括色谱法、薄层色谱法、高效液相色谱法、凝胶色谱法、气相色谱法。对于样品中的常量元素可直接选用X射线荧光光谱、电子能谱就可比较准确地定性出元素和含量多少等信息。对于微量元素通常采用原子吸收光谱或原子发射光谱，要进一步确定物质结构时，需采用X衍射技术分析。

涂料剖析工作的基本内容就是要了解涂料配方的组成，如它是由什么树脂，哪些颜料，哪些填料，哪些助剂等组成。在涂料配方设计时要考虑选择什么树脂，什么颜料，颜料占树脂中的多少，利用哪些助剂改善印花涂层的流平性以及提高涂层的附着力，涂层的光泽等。对试样涂料的分析目的就是要得到相关的信息，实际上剖析涂料的目的就是要知道涂料配方是由哪些物质组成的，这些物质的含量是多少等。为了达到上述目的，就需要动用现代分析仪器，如在有机物质剖析过程中，经常使用的分析手段有：红外、核磁、色谱、质谱等设备。

据有关资料报道，有实力的一些大型涂料生产企业已经开始组建了自已的实验室，购置了相当数量的分析检验仪器，培养分析检测技术人才，这是一个十分令人可喜的开拓。但应当看到不是所有的企业，都有这种实力，况且购置这些设备需要一定的财力，还要有这方面的人才。

没有这方面力量的企业，是不是就可以不作涂料剖析方面的工作了呢？要想进步，要想发展还是做这方面工作的。最好是剖析工作过程的前半部分（如了解样品、了解用途、样品的预处理、分离和纯化），后半部分是掌握分析检测仪器的分析人员要做的工作。因为这些工作（前半部分）还是涂料生产、涂料设计人员了解的知识比较多，做起也比较方便有利，而对于掌握现代仪器分析的人员，他们了解这些的知识并不多，做起也不一定到位。涂料混合物的分离和分离后的成分怎么分析以及采用什么仪器分析，涂料剖析需要对涂料和仪器分析两个背景知识都全部掌握的人才并不多。

所以，剖析工作的前半部分，应由本企业的技术人员来进行，后半部分本企业不可能有那么完备现代分析检验仪器和人才，完全可将分离纯化的样品委托给有检测能力的企业和专门的检测机构来完成，据笔者所知，有的企业将自已的研制涂料小样，送致国外的著名的检验机构进行分析检验。一些自己没有自检能力的企业，不妨也效仿一下人家的作法。

三、涂料配方的设计

在涂料配方设计过程中，主要是依据已有涂料配方的剖析结果，设计一个满意配方，一般需要经过配方设计、配制试验、配方性能检测、反复调整配方的过程，一直到获得满意配方为止。

在配方设计过程中，主要是根据已有涂料的剖析结果，同时兼顾涂层的使用环境，选择使用的树脂、填料、溶剂以及助剂。在确定了配方构成以后，确定每种原料的用量范围，根据试验因素和水平选择设计正交试验，根据试验程序进行调整，直到获得满意的配方。

在涂料的选材中，各组分的数量对涂料的性能影响很大，如一种组分选择不当可能会导致整个涂料配方的失败。所以，除了充分考虑每种成分的作用外，还要考虑各种成分之间的协同作用和配比性。

配方设计除了对原料有一定的了解外，还应对涂料的生产设备和生产条件有所了解。对于一种成功的涂料，其技术要求是很高的，因为厚度为几个微米至几十微米的涂膜，要满足各种不同的指标要求，从技术上来看，主要有两方面技术：即涂料配方技术和涂料生产工艺与设备，可以这样说只要掌握了这两方面的技术就可以生产涂料产品。但是要提高涂料性能和质量，开发新品种，这些是远远达不到的。要想得到一个性能非常理想的配方，还得做大量的试验，在一定理论指导下进行配方设计。

涂料的组成是十分复杂的，要找出组成与性能之间的关系规律，还有很多的研究工作要做。由于配方制定的试验工作量很大，已发展为微机配方设计。因为涂膜的性能指标很多，而且有些性能是相互制约的，如何综合各方面性能，比较快的得到最佳配方，国外提出了“蛛网图”（Spider graph）技术，根据蛛网的面积来评价涂料的综合性能，此法比较方便和实用。

当前，国内可利用数理统计和计算机技术进行配方设计和优化，如正交试验设计、回归分析等，结合计算机技术，进行试验设计和优化处理，往往能少做试验，较快、较好地取得结果，达到事半功倍的效果。

目前，市场上已有该类计算机软件出售，且包括原材料管理等多项内容，使用十分方便。

本文最后以两位著名涂料专家的话作为本文的结束语：美国化学会Roy Tess奖获得者Marco Wismer说道：如果你能注视一下当今涂料技术中前沿性的科学研究工作，就会发现涂料是综合了多门学科，包括聚合物化学、有机化学、无机化学、分析化学、电化学、表面与胶体化学、流变学、色彩物理学、化学工程、腐蚀、粘接、材料科学、微生物学、光化学和物理学。而且，有潜力要把涂料工业变成美国顶尖研究的最令人激动和具有吸引力的产业之一。

美国Southen Mississippi大学，R.B.Seymour教授说：“现在，生产的涂料已是无处不在并人皆知之，可是，顾客只是欣赏涂料赋予的保护和美丽，并没有感觉到涂料本身的存在，只有当涂料失败时，才会注意到涂料的存在，有些化学家看不到涂料的复杂性和对化学学科的贡献而轻视涂料，更有些人把涂料称为无‘知的行为’。”