棉织物湿摩擦牢度提升剂PA的应用及探讨

2018-11-12钟菊祥

中国纤检 2018年11期

文/钟菊祥

丙烯酸酯类共聚物作为织物整理剂和涂饰剂时，有很好的成膜性、透明性和结合强度，能赋予织物丰满柔软、防污、防霉等优异性能，是目前国内外经常使用的一类整理剂和涂饰剂。但丙烯酸酯乳液也存在着一些弊病，如耐水性、耐溶剂性差及低温变脆、高温发黏等。

1 引言

直接染料对纤维素纤维具有直接性，且价格便宜，色谱齐全，故被广泛用于棉织物的染色。但直接染料分子中含有磺酸基团，能破坏染料与纤维素纤维间的亲和力，且两者在水性染浴中都带负电荷，存在静电斥力，增大了染料与水的作用，减少染料与纤维的吸引力，所以直接染料的染色牢度，尤其是湿处理牢度较低。

丙烯酸酯类共聚物作为织物整理剂和涂饰剂时，有很好的成膜性、透明性和结合强度，能赋予织物丰满柔软、防污、防霉等优异性能，是目前国内外经常使用的一类整理剂和涂饰剂。但丙烯酸酯乳液也存在着一些弊病，如耐水性、耐溶剂性差及低温变脆、高温发黏等。为了克服这些缺点，人们开始使用改性物质对其进行改性。弱阳离子改性聚丙烯酸酯乳液，能与阴离子染料以离子键结合，形成不溶性组分，从而封闭染料。同时，阳离子型聚丙烯酸酯分子在一定的温度下焙烘一定的时间，能在纤维表面形成立体网状的保护膜，可将染料与纤维包裹在一起，以提升染色织物的干湿摩擦牢度。

本文采用自制阳离子型聚丙烯酸酯（PA）乳液作为湿摩擦牢度提升剂[1]，以浸渍法对直接染料深浓色染色棉织物进行处理。探讨了影响处理效果的各种因素，如用量、处理浴pH值、处理温度、焙烘温度以及焙烘时间。通过对处理后棉织物的干湿摩擦牢度、原样变色牢度、颜色以及柔软度的测定、整理及分析所获得的数据，从而确定了这种湿摩擦牢度提升剂处理染色织物的最佳工艺条件。

2 原理

2.1 阳离子型聚丙烯酸酯的合成原理

丙烯酸酯类单体种类很多，其含有的酯基、羧基、羟基等官能团具有很强的极性，在能产生游离基的过氧化物的存在下，很容易与其他单体如醋酸乙烯酯、苯乙烯、氯乙烯等进行乳液聚合反应，制成具有各种性能的乳液。

本试验以丙烯丁酯和二甲基二烯丙基氯化铵为反应单体，以过硫酸铵为引发剂，合成聚丙烯酸酯乳液。由于二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子型电解质，故最终制得的为阳离子型聚丙烯酸酯乳液。

2.2 阳离子型聚丙烯酸酯的提升原理

本试验中所使用的为改性的聚丙烯酸酯乳液，合成原料中加入了二甲基二烯丙基氯化铵，它是一种阳离子型电解质，这样就在聚丙烯酸酯乳液引入了阳离子基团。由于棉纤维在水相中带负电荷，能将带正电荷的聚丙烯酸酯乳液粒子吸附到纤维内部，依靠成膜来提高牢度。同时，直接染料呈阴离子性，阳离子型聚丙烯酸酯能与其以离子键结合，生成不溶性沉淀，一方面封闭了染料的亲水基团，另一方面增大染料的分子，从而降低了染料的水溶性，大大提高了染色织物的湿摩擦牢度。

另一方面，阳离子型聚丙烯酸酯[2]分子在一定的温度下焙烘一定的时间，其自身也可形成大分子网状不溶性薄膜而进一步封闭染料，增加了染料与纤维之间的结合，防止染料在“湿摩”过程中溶解、脱落，因而显著提高了湿摩擦牢度。

3 试验方法

3.1 棉织物的染色方法

本试验中利用直接蓝GL(C类)染料，采用浸染法对白棉布进行染色。

3.2 阳离子型聚丙烯酸酯的合成方法

反应在置于恒温水浴锅的三口烧瓶中进行，三口烧瓶上装有搅拌装置，恒压滴液漏斗及温度计。试验分两步进行，分别是乳化和聚合过程。首先加入乳化剂并用适量去离子水溶解，开始高速搅拌并维持温度在40℃，然后按配方分批称取单体丙烯丁酯和二甲基二烯丙基氯化铵投入到三口烧瓶中，乳化45min后出料待用。然后称取规定量的引发剂过硫酸铵APS并用适量的去离子水配成溶液，当温度升至75℃时滴加到三口烧瓶中，在85℃下反应2.5h。反应完毕，用氨水调节pH值至中性。

3.3 阳离子型聚丙烯酸酯的应用性能试验设计

以下试验中处理液浴比均为1:20，烘干温度为80℃～90℃，时间为8min，且每一组试验均要做空白样对比。处理后的试样和空白样均要测试干湿摩擦牢度、变色牢度、颜色及柔软度。

（1）助剂[3]用量的影响

用不同的用量对试样进行处理，通过对测试所得数据的分析，确定最佳用量。

染色织物→浸渍（用量分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L，40℃×10min）→脱水→烘干→焙烘（150℃×4min）。

（2）处理温度的影响

使用最佳用量，在不同的处理温度下对试样进行处理，通过对测试所得数据的分析，确定最佳的处理温度。处理工艺如下：

染色织物→浸渍（温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，10min）→脱水→烘干→焙烘（150℃×4min）。

（3）焙烘温度的影响

使用最佳用量和最佳处理温度，在不同的焙烘温度下对试样进行处理，通过对测试所得数据的分析，确定最佳的焙烘温度。处理工艺如下：

染色织物→浸渍（10min）→脱水→烘干→焙烘（110℃、130℃、150℃、170℃，4min）。

（4）正交试验的设计

根据以上试验所得出的结论设计正交试验，对所得的结果进行极差分析，从而确定最佳的工艺条件。因素水平表见表1，正交试验表见表2。

表1 因素水平表

表2 正交试验表

4 结果与讨论

4.1 助剂用量的影响

助剂用量对处理效果的影响情况见表3。

表3 助剂用量对织物的湿摩擦牢度的影响

由表3可知，当阳离子型PA用量为10g/L～40g/L时，处理后织物的湿摩擦牢度反而有所下降，这可能是由于处理后织物的艳度增加，使表面的浮色增多，但这并不能说明阳离子PA没有起到提升湿摩擦牢度的作用。当用量增加到80g/L时，湿摩擦牢度略有提高，继续增加用量，提升效果不明显。这说明当阳离子型PA用量达到80g/L时，已能在纤维表面生成连续、均匀的薄膜从而封闭染料，再增加用量，对阳离子型PA与纤维、染料的反应及膜的连续性提高不大。综合考虑各种因素，可以确定最佳助剂用量为80g/L。

4.2 处理温度的影响处理温度对处理效果的影响见表4。

表4 处理温度对织物的湿摩擦牢度的影响

由表4可知，当处理温度为30℃～50℃时，处理后织物的湿摩擦牢度为1级或2级，和空白样相比提升不明显，这是由于温度较低，阳离子型PA大分子扩散缓慢，影响其对纤维的吸附，故效果较差；在60℃～7O℃ 温度内，PA大分子扩散比较快，有足够的动能对纤维进行有效吸附，故效果较佳，湿摩擦牢度从原来的1级提高到3级；而当温度高于80℃ 时，大分子有足够的活化能克服纤维大分子对其的吸附和束缚，解吸而脱离纤维进入处理液中，使最终平衡吸附量有所降低，影响其交联成膜，故湿摩擦牢度与空白样对比提升不明显。同时可以看出，60℃处理时，织物的艳度也增加较多。因此，可以确定最佳的处理温度为60℃。

4.3 焙烘温度的影响

焙烘温度对处理效果的影响见表5。

表5 焙烘温度对湿摩擦牢度的影响

阳离子型PA必须在合适温度下焙烘一定的时间，能够生成完整致密的膜结构，将纤维表面的染料封闭，从而提高湿摩擦牢度。由表5可知，当焙烘温度为110℃～130℃时，湿摩擦牢度为1～2级或2级，没有很明显的提升作用，这说明阳离子型PA在此温度范围内还不能形成很完整的膜结构；当温度升高到150℃时，在织物艳度增加的基础上，湿摩擦牢度由2级提高到2～3级，即处理效果较佳。

综上所述，为了保证阳离子型PA能够充分交联成膜，达到较好的处理效果，确定最佳的焙烘温度为170℃。