基于生物质合成纤维PTT的T400织物染整加工

2019-10-17

纺织科学研究 2019年10期

海西纺织新材料工业技术晋江研究院福建晋江362200

1 引言

相关研究表明，中国可供开采的石油量已仅剩不过30年[1，2]。当今以石油基为主体的化学纤维占到了化学纤维总量的90%以上[3]，为了摆脱对不可再生能源的依赖，开发以原料为生物质或含有生物质来源单体的生物质化学纤维具有重要意义。

聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）早在1941年便由英国Calico Printers'Association的化学家Whinfield和助手Dickson[4，5]在实验室合成得到，但限于原材料1，3-PDO价格昂贵，一直未能实现规模化生产。随着科技进步，杜邦通过与Genensor公司合作，利用基因工程技术，以甘油、葡萄糖或淀粉等生物质原料，经微生物发酵，可规模化获得1，3-PDO。我国清华大学、大连理工等单位也在上世纪90年代同期开始了相关研究[6]。该法反应条件温和，生产过程中副产物少，原料天然可再生。成本的降低，缓解了合成生物质PTT的单体供给问题。

相较于PET的刚性，PTT由于“奇碳效应”，分子链呈“Z”字型构象[7]，加之C轴方向上结晶单元长度约占分子链完全展开的75%[8]。这种特殊结构使得PTT能发生键的旋转和改变，进而赋予PTT较优异的回弹性能。但陈克权[9]通过总结相关研究发现，上述关于PTT回弹性能的经典解释仅具有理论合理性，因为大分子链在非晶相中是无规分布的，不可能形成“Z”字形构；而在晶相中，“Z”字形构象的大分子链不可能受力首先发生构象变化，因此PTT的弹性产生机制有待进一步研究。

弹性机理虽暂时不得而知，但并不妨碍PTT作为性能优异的产品被广泛应用。作为杜邦旗下英威达公司研发的专利产品，T400织物由PTT和PET两种聚酯纤维通过并列复合纺丝、织造加工制得[10-12]。两种聚酯组分由于微观形态结构不同，经染整加工过程中湿热处理，纤维会产生不同程度的异收缩，使得其在产生强烈的纵向应力的同时，又产生偏离纵轴的扭转，从而使纤维呈现永久性的立体螺旋卷曲。这种三维卷曲结构，赋予了纤维极佳的弹性[13，14]。由于卷曲由其自身分子结构特性所决定，因此T400的弹性和回复性较普通弹性纤维更耐久[15，16]。

本文选取市场上常见的T400面料，其为基于生物质合成纤维PTT的弹性织物。通过制订合适的前处理、染色以及定型工艺，不仅能保证获得较好的染色质量，也能赋予织物优异的弹性和手感，提升其附加价值。

2 生产加工

2.1 面料规格

生物质T400（75D*75D，幅宽204cm，斜纹，经纬密度80根/cm*42根/cm，表面面密度101g/m2，织物克重208g/m）

2.2 试剂与设备

染料：分散大红GS、分散橙S-4RL、分散红玉SE-2GF（浙江龙盛集团股份有限公司）。

助剂：液碱（江苏苏化集团有限公司）、醋酸（吴江索普化工有限公司）、长车快速退浆剂TF-127B、乳化精炼剂TF-188A、涤纶超细纤维高温匀染剂TF-212K、防水剂TF-4109（浙江传化股份有限公司）、匀染修补剂HTP-2124（嘉兴华晟助剂工业有限公司）、三聚磷酸钠（工业级，95%，云南鼎新磷化工厂）。

设备：OS-9V1200平幅退浆机（台湾鸿荣染整机械股份有限公司）、CSF18020高温高压液流染色机（海宁亚东机械有限公司）、MEGATE定型机（韩国美光机械株式有限公司）、RVMC-12玛诺光电整纬机（德国Mahlo公司）、Datacolor 600电脑测色仪（美国Datacolor公司）、Y571B型干湿摩擦牢度仪（宁波纺织仪器厂）、SW-12A耐洗色牢度试验机（无锡纺织仪器厂）。

2.3 检测方法

2.3.1 色差

将客户来样在测配色系统设定为标样，车间生产样设定为对比样，用Datacolor 600电脑测色仪在D65光源和10°视角下，测定样品的L、a、b值，进而计算色差值ΔE，测试3次，取平均值。

2.3.2 色牢度

摩擦牢度按照GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定；变色评定按照GB/T 250-2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》测定；沾色评定按照GB/T 251-2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》评定。

2.3.3 防水效果

拒水性按照AATCC 22-2005《织物拒水性测试—喷淋法》测定。

2.4 加工流程

根据生物质T400织物的理化特性以及客户来样要求，制定加工流程如下所示：配桶→白坯退卷→平幅退浆→染色→脱水开幅→定型→成品打卷。

图1 染色升温工艺曲线

3 加工过程与分析

3.1 平幅退浆

对生物质T400织物进行平幅退浆机处理，其工艺处方如下：

液碱5.5%

长车快速退浆剂TF-127B 1.5g/L

乳化精炼剂TF-188A 1.2g/L

三聚磷酸铵 1g/L

温度95℃ 时间55m/min

生物质T400织物在织造的过程中，单位长度的经纱从织轴上退绕下来直至形成织物，要受到30005000次程度不同的反复拉伸、屈曲和磨损作用。为了抵御外部复杂机械力的作用，提高经纱的可织性，需对其进行浆纱处理[17]。但浆料的存在有利于织造却不利于染整，覆盖在纤维表面的浆膜会阻碍染料向纤维表面吸附和内部扩散。为了使织物获得较好的染色效果，本文选取TF-127B氧化型退浆剂对生物质T400织物在95℃热碱条件下对其进行退浆处理。该退浆剂具有较好的耐热碱稳定性，在乳化精炼剂TF-188A的配合下，可以将织物表面的合成浆料高分子链氧化分解，变成水溶性较好的小分子链段，从而织物上剥离脱落下来。三聚磷酸铵对金属离子具有很好的螯合作用，不仅可以防止脱落浆料反沾污，而且可以净化前处理用水的水质。

经过平幅退浆处理后的生物质T400，其表面的纺丝油剂、织造浆料以及运输储存过程中的污渍等能得到有效去除。由于碱液的剥蚀效果，织物单位长度克重有所降低，手感开始丰满柔软。

3.2 染色

生物质T400织物其主要成分为PET、PTT，本文选取聚酯类常用的分散染料，利用高温高压液流染色机进行一浴法染色加工。客户来样为红色，其生产配方如下：

分散大红GS 1.3%owf

分散橙S-4RL 0.84%owf

分散红玉SE-2GF 1.2%owf

醋酸1.0g/L

涤纶超细纤维高温匀染剂TF-212K 1.0g/L

匀染修补剂HTP-2124 0.8g/L

溶液2200L 浴比 1:7

生物质T400织物利用高温高压液流染色机进行染色，助剂和染料在染缸内温度达到40℃左右时分开加入。助剂在料桶采用泵直抽方式快速注入，染料采用比例注料方式均匀注入，注料时间定为35min，防止注料过快产生的局部色差等问题。

研究表明[18]，PTT纤维的玻璃化温度一般为70℃80℃，较常规PET低10℃左右。因此控制温度升温速率和保温时间，可以使织物获得较好的染色效果。随着染缸内温度和压力逐渐升高，生物质T400织物的分子链段热运动开始加剧，染料与纤维之间能得到更加充分的接触，高温有利于染料的吸附和扩散。但染色的温度也不宜过高，设置温度为125℃可使织物色泽均匀，牢度效果更好[19]。

表1 生物质T400生产样与客户标准样色差

表2 生物质T400生产样与客户标准样色差

3.3 定型

对染色后的生物质T400织物按照客户要求进行一般防水电整理和定型加工，其工艺及处方如下：

防水剂TF-4109 20g/L

温度165℃ 车速40m/min

风机转速1400r/min

超喂 +1-2个门幅 152cm

将染色后的织物浸轧防水整理剂，利用针板控制门幅进行拉伸定型，随着布面温度升高，防水剂在织物表面形成一层防水膜。且由于取向度提高，织物可以获得较为稳定均一的门幅。

4 加工效果

4.1 染色效果

加工后的生物质T400织物其染色如表1所示：

由表1可看出，经过高温高压液流染色机加工出来的生产样，其总色差为0.44，可认为和客户来样颜色高度重合，具有较好的色彩重现性。

4.2 色牢度

对加工后的生物质T400评测其色牢度，具体结果如表2所示：

由表2可看出，加工处理后的织物，无论是耐干摩擦还是湿摩擦，耐变色以及沾色性能，均具有较高等级，满足客户来样加工要求。

4.3 防水效果

对成品生物质T400织物面料取3块180cm×180cm大小的测试样，先在温度为21±1℃、相对湿度65±2%条件下，静置4h以上。然后套于金属环上，用250ml、温度为27±1℃的去离子水在25-30s喷淋到试样上2530s。结果表明，其防水效果为4-5级，防水效果优良，满足客户一般性成品出厂要求。