海藻酸钠糊料流动性的影响因素及其对印花的影响

2021-03-30刘蕴慧逄锦龙张宗亮郇路恒

染整技术 2021年3期

刘蕴慧，张强，逄锦龙，张宗亮，郇路恒

（青岛明月海藻集团有限公司，海藻活性物质国家重点实验室，山东青岛 266400）

流动性也称流变特性，是指黏度随剪切速率的变化而发生变化的特性，在实际应用中多用印花黏度指数PVI 值来表示。通常，PVI 值较大的糊料在剪切速率发生变化时，黏度变化较小。因而，含有这类原糊的印花色浆，在印花车速变化时，黏度变化不大，可保持较一致的印制效果［1］。

印花糊料的印制效果和操作性能，在很大程度上取决于印花糊料的流动性，例如表观色泽和渗透效果，轮廓清晰度和匀染性，刮印时拖浆和压糊等，这些都与糊料的流动性有关［2］。研究显示：糊料的流动性可以定量地描述其流动行为，对印制过程模型的建立很重要。这些模型可以进行质量最优化控制，预测印花过程中出现的流动现象［3］。尽管影响印花质量的因素是多方面的，但印花糊料的流动性在很大程度上决定了印花织物的色光、表面得色量、花型轮廓清晰度、印制均匀性以及手感等，是影响印制效果的关键因素［4-6］。

在印花过程中，色浆在高剪切下透过网孔转移到织物上。剪切去除后，色浆继续向织物内部渗透。糊料应具有良好的流变性能，高剪切下黏度迅速降低以保证良好的透网性能，低剪切下黏度迅速回复到原来的水平以保证花型轮廓的清晰度。此外，整个印制过程受到糊料弹性的影响，弹性控制着糊料的流动行为以及弹性回复［7］。

目前，海藻酸钠是应用最为广泛的一种印花糊料［8］。作为一款优质印花糊料，海藻酸钠具有良好的印花流动性，能印制出花纹均匀、线条精细、轮廓光洁且符合原样风格的花型。虽然印花糊料的流动性与印制性能之间的相互关系一直都很受重视，但对于印花色浆黏弹性影响因素的研究报道较少。本研究通过多个实验，从海藻酸钠指标控制、辅料添加两个方面入手，讨论了相对分子质量、pH、钙质量分数以及尿素、无机盐、CMC 的添加对流动性的影响，为生产应用提供了依据。

1 实验

1.1 材料和仪器

材料：人棉14.8 tex/14.8 tex；不同规格的海藻酸钠（青岛明月海藻集团有限公司），元明粉（19#），碳酸氢钠、尿素、羧甲基纤维素钠（CMC）、防染盐S、小苏打、活性黑WNN、活性蓝P3R（工业品）。

仪器：DV-I+型旋转黏度计（美国Brookfield 公司），RC-MP2000 磁样印花机、RC-CSD 气蒸机（上海一派印染技术有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度试验机（常州第二纺织仪器厂有限公司），Datacolor 100测色配色仪（美国Datacolor 公司）。

1.2 印花工艺

配制海藻酸钠原糊、混配糊料（海藻酸钠、CMC质量比为8∶2），分别使用活性黑和活性蓝对人棉布料进行平网印花［9］。

原糊的配制：将海藻酸钠原糊、混配糊料（海藻酸钠、CMC 质量比为8∶2）分别使用纯水配制不同质量浓度的原糊，静置膨化12 h，黏度为25 000±1 000（20 r/min，20 ℃，6号转子）。

色浆的配制：活性染料4%，尿素10%，防染盐S 1%，碳酸氢钠2%，原糊70%，加去离子水至100%。

印花工艺流程：调浆→平网印花→烘干（80 ℃，5 min）→气蒸（100～103 ℃，8 min）→冷水洗→热水洗→皂洗→水洗→烘干。

1.3 测试

1.3.1 流动性［10］

用纯水配制不同质量浓度的海藻酸钠原糊，使用旋转黏度计在20 ℃测黏度，转速20 r/min。将不同质量浓度的原糊黏度调整到6 000～7 000 mPa·s，采用6 号转子，分别检测60 r/min 和6 r/min 时的黏度。流动性计算公式：PVI=μ60/μ6。其中，μ60为转速60 r/min时的溶液黏度；μ6为转速6 r/min 时的溶液黏度。

1.3.2 印花性能

印花均匀性：使用测色配色仪测定正面的得色偏差，比较印花的均匀性差异。

2 结果与讨论

2.1 影响流动性的因素

2.1.1 相对分子质量

作为一种天然高分子材料，海藻酸钠的相对分子质量不固定。相对分子质量高的海藻酸钠，其产品黏度高。pH 6.0～8.0、钙质量分数低于0.3%的固相海藻酸钠各20 个，黏度分别为：500～700、700～900、900～1 100、1 100～1 300、1 300 mPa·s 以上，比较PVI 值的差距。由图1 可知，随着黏度的增加，PVI 值呈降低趋势。相较于低黏度的海藻酸钠，高黏度海藻酸钠随着剪切应力的变化，黏度变化较大。也就是说，随着海藻酸钠相对分子质量的增加，流动性变差。

图1 不同相对分子质量海藻酸钠的流动性比较

2.1.2 pH

海藻酸钠适宜的pH 为6.0～8.0，pH 过大或者过小都会对其流动性产生影响，尤其是在pH 过低的情况下，可能有海藻酸存在，对流动性以及印花生产不良影响。取黏度为900～1 100 mPa·s、钙质量分数小于0.3%的固相海藻酸钠各10 个，pH 分别为5.0～6.0、6.0～6.5、6.5～7.0、7.0～7.5、7.5～8.0、8.0～9.0，比较PVI值的差距。由表1 可以看出，PVI 值随着pH 的降低而降低。随着pH 的降低，海藻酸钠部分与H+发生反应，生产不溶性的海藻酸凝胶，海藻酸钠糊料的流动性降低。

表1 pH 对海藻酸钠流动性的影响

2.1.3 钙质量分数

由于海藻酸钠与钙离子反应生成海藻酸钙凝胶，钙质量分数对海藻酸钠糊料流动性影响较大，在生产中要通过工艺控制钙离子质量分数，使其符合要求。作为印花糊料时，海藻酸钠的钙质量分数要求小于0.3%。取黏度为900～1 100 mPa·s，pH为6.0～8.0的固相海藻酸钠各10 个，钙质量分数分别为：＜0.20%、0.20%～0.25%、0.25%～0.30%、＞0.30%，比较PVI 值的差距。由表2 可知，PVI 值随着钙质量分数的增加而降低。随着钙质量分数的增加，海藻酸钠糊料的表观黏度不断提高，使糊料表现出越来越显著的假塑性特征，海藻酸钠的流动性变差。因为海藻酸钠带有羧基，是一种阴离子聚电解质，因其本身立体结构的特殊性表现出特殊的理化性质［11］。钙离子嵌入海藻酸钠分子间螯合形成配位体-金属离子-配位体交联结构，最终形成三维网络结构，使色浆的结构黏度变大，在一定程度上可以提高色浆的表观黏度。

表2 钙质量分数对海藻酸钠流动性的影响

2.1.4 尿素用量

尿素用量对海藻酸钠流动性的影响见表3。

表3 尿素用量对海藻酸钠流动性的影响

在活性染料印花中，尿素是一种必不可少的助剂。在配制色浆时加入不同比例的尿素，对海藻酸钠糊料的流动性有一定影响。将海藻酸钠糊料分成7份，分别加入0%、5%、10%、15%、17%、20%、25%的尿素，比较流动性差异。由表3 可知，PVI 值随着尿素用量的增加呈现先增加后降低的趋势。当尿素用量低于15%时，海藻酸钠的流动性随尿素用量的增加而增加；当尿素用量高于15%时，海藻酸钠的流动性随尿素用量的增加而降低。

2.1.5 元明粉用量

在活性染料印花中，元明粉作为促染剂可以调节染料对纤维的上染率。探讨了不同元明粉（19#）用量对海藻酸钠流动性的影响。将海藻酸钠糊料分成7份，分别加入0%、10%、20%、30%、40%、45%、50%的元明粉，比较流动性差异。由表4 可知，海藻酸钠的流动性随着元明粉用量的增加呈下降趋势。因为元明粉破坏了海藻酸钠的分子结构，从而影响其流动性。

表4 元明粉用量对海藻酸钠流动性的影响

2.1.6 CMC 用量

其他糊料如CMC 的加入也会影响产品的流动性。将海藻酸钠糊料分成6份，分别加入0%、2%、4%、10%、15%、20%的CMC，比较流动性差异。由表5 可知，在海藻酸钠糊料中添加20%的CMC，可以使PVI值由0.721 降到0.556。这是由于CMC 本身黏度大、流动性较差，加入到海藻酸钠糊料后会对海藻酸钠的流动性产生影响。