工装面料中低色变pH 值调节剂ST402B的开发与应用

梁 娟 ,吴晋川 ,樊武厚

(1.四川省纺织科学研究院有限公司,高技术有机纤维四川省重点实验室,四川 成都 610072;2.四川益欣科技有限责任公司,四川 广汉 618300)

涤/棉混纺面料是我国在20世纪60年代初期出现的一个新品种面料,主要是指涤纶成分在60%以上,棉成分在40%以下,也被称为T/C 面料。涤/棉面料既突出了涤纶的风格又有棉织物的优点,在干、湿情况下的弹性和耐磨性都比较好,织物尺寸稳定,缩水率小,具有挺拔、不易褶皱、易洗涤、快干的特点,是目前应用最为广泛的双组分混纺纺织品,经常用作工装面料。目前在国际面料市场形成了采购工装面料到四川的新格局。近几年,四川的工装面料发展较为迅速,形成了国内知名的工装面料研发制造产业集群,川内齐聚各种特种防护工装面料、军用防红外线迷彩隐身面料以及防水、防辐射、抗静电、抗紫外线、防火等功能性面料等,产品应用于航空航天、核工业、军事防卫、行政执法、石油化工、户外作业、医药电子等行业。传统的涤棉织物染整工艺水电气能耗和印染废水排放量大。2017年版的《印染行业规范条件》对染整厂提出了较以往更高的要求,如百米布综合能耗≤30 kg标煤,新鲜用水取水量≤1.6 t。因此,节能降耗、绿色环保的生产工艺成为目前印染企业主要的发展方向[1-3]。

由于人体皮肤的表面呈弱酸性,这样有利于防止病菌的侵入。pH 值是残留在纺织品中涉及影响人体安全、健康的有害物质的限量指标之一。我国从2005年1月1日起强制执行的GB 18401—2003《国家纺织产品基本安全技术规范》规定,婴幼儿及直接接触皮肤的纺织产品的pH 值应控制在4.0～7.5,非直接接触皮肤的纺织产品pH 值应控制在4.0～9.0。涤棉(T/C)工装面料一般使用分散/活性染料或者分散/还原染料染色,染色中由于活性染料染色、固色和还原染料染色浸轧还原液都会引入强碱,致使染色后的下机布pH值一般在9～10左右,需要充分水洗至pH 值接近中性才能使工装面料的后续各种功能整理顺利进行。但是大量水洗会造成大量的废水排放和印染加工成本的增加[4-5],为此,研制了一种无磷环保型pH 值调节剂ST402B,具有良好的碱中和能力和缓冲性能,染色后浸轧无磷环保型pH 调节剂,能有效控制下机布的布面pH 值,保证功能性工装面料的成品质量的同时,缩短水洗工艺流程,减少印染废水的排放和降低水电气能耗。该pH 调节剂不含磷,对色布特别是对敏感色如橙色、鲜艳色的色光影响较小,有利于生产工艺控制,是一种环境友好的印染助剂。

1 试验部分

1.1 原料与仪器

原料:自制环保型pH 调节剂ST402B,冰醋酸,柠檬酸,氢氧化钠(分析纯,成都科龙试剂厂),市售含磷pH 调节剂A,市售无磷pH 调节剂B,市售低色变pH 调节剂C(工业品),染色下机布(T/C 80/20,橙色),全棉白布。

仪器:Scout SE电子天平(奥豪斯仪器(常州)有限公司);雷磁PHS-3C pH 计(上海仪电科学仪器股份有限公司);SCT 纺织品测色系统(美国爱色丽公司)。

1.2 环保型pH调节剂的制备

无磷低色变pH 调节剂ST402B 是以自制高分子聚合型醇酸为主要成分,添加缓冲剂、增效剂、稳定剂等复配而成。其中自制高分子聚合型醇酸为马来酸-丙烯酸共聚化合物。ST402B 加入后能有效降低溶液体系的pH 值,不引入有毒有害的离子,同时在一定范围内具有良好的缓冲性能,有效控制浸轧织物的布面pH 值在5～7.5之间,与常规的醋酸、柠檬酸相比,对织物的强力损伤小,对色光影响小,不含磷,无异味,废液COD 小[6]。

1.3 应用工艺

浸轧工艺:3～10 g/L pH 值调节剂二浸二轧→烘干。

浸渍工艺:0.5%～1.0%对织物重,室温浸渍5～10 min→脱水→烘干。

1.4 性能测试

1.4.1 碱中和能力

将pH 值调节剂样品配制成1% 溶液100 g,用1 mol/L的NaOH 溶液滴定样品,记录样品溶液pH 值至中性时消耗1 mol/L的NaOH 的体积,测定样品的抗碱性。

1.4.2 缓冲能力

将pH 值调节剂样品配制成1%溶液100 g,用1 mol/L的NaOH 溶液滴定样品,记录样品溶液不同pH 值条件下中和1 mol/L 的NaOH 的体积,测试样品抗缓冲性。

1.4.3 色变

以D65为光源,采用X-Rite 8000测色配色仪测定面料表观得色量K/S值,每个样品在不同部位测试4次,取平均值。同时测得总色差值ΔE,色差容差为0.6。

1.4.4 撕破强力

参照GB/T 3917-2009《纺织品 织物撕破性能》测试。

1.4.5 布面pH值

参照GB/T 7573—2009《纺织品水萃取液pH 值的测定》测试。

2 结果与讨论

2.1 自制聚合型多元醇酸的性能

根据1.4.1和1.4.2方法,测试自制聚合型多元醇酸的碱中和能力和缓冲性能,并与柠檬酸和冰醋酸比较,具体结果如图1所示。

同等条件下,冰醋酸的碱中和能力是很强的,印染厂早期也是较多将冰醋酸用于色布酸洗环节,但是由于冰醋酸较浓烈的气味,处理后布匹会残留较大的气味,导致下游服装企业车间加工时充斥刺鼻的气味,无法推广。而柠檬酸是二元醇酸,无异味,具有良好的碱中和能力,使其一段时间内成为冰醋酸的替代品,但是实践结果得出,柠檬酸除了导致纯棉织物强力一定损伤外,处理白坯布后经过定型加工会使白色坯布泛黄。据分析柠檬酸高温定型烘干后泛黄的原因得出,高温条件下分子脱水形成带双键的羧酸。为此,从分子结构入手设计并合成了一种聚合型多元醇酸,通过工艺优化,有效控制分子量。由图1可知,自制聚合型多元醇酸分子链上含有大量的醇羟基和羧酸,提升缓冲性的同时保证了碱中和能力,其中和碱的能力比柠檬酸和冰醋酸强。

图1 自制聚合型多元醇酸的性能

2.2 pH值调节剂的碱中和能力

以自制的聚合型多元醇酸为主要原料,并辅以增效剂、缓冲剂、渗透剂等复配而成环保型pH 值调节剂ST402B,和市售各类pH 调节剂产品性能对比,按照1.4.1方法测试抗碱性(pH 值取7.0和7.5两个值作为终值考察),结果如图2所示。

由图2可看出,同样条件下,含磷pH 值调节剂的碱中和能力最高,但是会造成环境污染,现已逐渐被市场淘汰。替代的无磷pH 值调节剂中和碱的能力良好,但用于敏感色上色变较大。和市售低色变pH 值调节剂C比,自制的环保型pH 值调节剂兼具良好的碱中和能力和低色变,对市场而言是很有竞争力的,值得推广。

图2 不同pH 值调节剂的碱中和能力

2.3 pH值调节剂的缓冲性能

将4个pH 值调节剂样品配制成1% 溶液100 g,其初始pH 值见表1。4个样品的初始pH 值差异不大,初始pH 值不能太低,否则对处理织物的强力损伤较大。

表1 样品的初始pH 值

按照1.4.2方法测试样品抗缓冲性,测试结果如图3所示。

图3 不同pH 值调节剂的缓冲性能

由图3可知,4个样品溶液体系随着碱的滴入,体系pH 值缓慢升高,表现出良好的缓冲性能,自制环保型pH 值调节剂ST402B在pH 值为6～7.5之间缓冲性能良好,能有效控制布面pH 值。

2.4 pH值调节剂对织物色光的影响

涤棉工装面料中的鲜艳色、敏感色对pH 值调节剂的要求很高,除了要具有良好的碱中和能力和抗缓冲性能外,对色光的影响要控制很严格,特别是橙色、艳红、金黄色、荧光色等。试验根据工厂打样反馈,选取比较具有代表性的颜色橙色浸轧pH 值调节剂后测试织物的pH 值和色度值,见表2和表3。

表2 处理织物布面pH 值

表3 pH 值调节剂对织物色光的影响

由表3 可知,色变最小的是冰醋酸,市售低色变pH 值调节剂C和自制环保型pH 值调节剂的色变稍微大一些,但是基本符合工厂的容差范围。含磷pH值调节剂A 经过高温定型烘干后,里面的磷成分使得橙色织物布面色光萎暗,无法控制出厂织物的成品质量。而柠檬酸处理织物后,织物表面残留的柠檬酸高温条件下分子脱水形成带双键的羧酸,造成色光萎暗。自制环保型pH 值调节剂有效避免了高温条件下不饱和酸的形成,处理后织物色变变化小。

2.5 pH值调节剂对织物撕破强力的影响

用全棉布浸轧以下样品后,以浸轧纯水后织物的撕破强力为空白样,考察不同pH 值调节剂对织物撕破强力的影响,具体见表4。

表4 pH 值调节剂对织物撕破强力的影响

由表4可知,浸轧调节剂后纯棉织物的强力均有一定程度的损伤,自制环保型pH 值调节剂对织物强力损伤较小,可满足工厂要求。

3 结论

(1)从分子结构入手设计并合成了一种聚合型多元醇酸,通过工艺优化,有效控制分子量,分子链上含有大量的醇羟基和羧酸,提升缓冲性的同时保证了碱中和能力,其中和碱的能力比柠檬酸和冰醋酸强。

(2)以自制的聚合型多元醇酸为主要原料,并辅以增效剂、缓冲剂、渗透剂等复配而成环保型pH 值调节剂ST402B。和市售各类pH 调节剂产品性能相比,ST402B具有良好的碱中和能力和缓冲性能,能有效控制下机布的布面pH 值,保证功能性工装面料的成品质量的同时,缩短了水洗工艺流程,减少了印染废水的排放和降低了水电气能耗。同时对纯棉织物的强力损伤较小,对色布特别是对敏感色如橙色、鲜艳色的色光影响较小,有利于生产工艺控制,是一种环境友好的印染助剂,值得在工装面料印染方面进一步推广应用。