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基于生物基材料的記憶T400織物染整加工

2020-04-21盛虹集團有限公司 錢琴芳 陳 威

?摘? 為了使染整加工后的生物基記憶T400織物染色效果均勻,無縐印、擦傷等病疵,本文選用高溫高液流染色機行染色加工,通過選取合適的前處理、染色、后整理定型等工序,保證染色后的織物滿足來樣定制需要。生產結果表明,加工后的織物色彩重現性好,手感柔軟,且形狀記憶功能和彈力效果明顯,滿足相關服用要求。

??? 關鍵詞? 生物基? T400? 記憶絲? 染整

?? ?0 引言

??? 隨著石油天然氣等不可再生能源危機以及對環保審查要求不斷升級,資源和環境友好型材料成為各國企業和研究機構的研發重點。利用可再生能源轉化為生產材料,對當下社會發展具有十分重要的意義。生物基材料就是一類使用可再生原料通過生物轉化方法獲得生物高分子材料或者單體,然后再通過進一步聚合形成通用的高分子材料。由于材料先經生物改性,因此在生物相容性和生物降解性方面對環境更加友好。

??? 作為克服PET剛性和PBT柔性,具有優異的回彈性、易染色、耐磨性、抗污性,兼具滌綸、錦綸甚至氨綸的優點的聚酯化合物。雖然杜邦公司在四十年前就開發出聚對苯二甲酸丙二醇酯,但限于原材料1,3丙二醇(1,3-PDO)價格昂貴,一直未能實現產業化。近年來隨著科技進步,新工藝和基因工程等技術的突破,最終使得1,3-PDO成本大幅降低。

??? 生物基PTT纖維目前主要是以甘油、葡萄糖或淀粉等為原料,通過微生物發酵法生產l,3-PDO聚合單體,然后經PTA直接酯化法形成大分子切片,再經熔融紡絲制備成PTT長絲或短纖。由圖1可看出,PTT高分子基本化學結構中包含一個苯環和三個亞甲基,這種奇數個亞甲基單元會在大分子之間產生“奇碳效應”,使得苯環不能與亞甲基在同一個平面,臨近的兩個羰基斥力使得其不能呈180度排列,只能形成120度空間錯開,這就導致了PTT大分子空間螺旋的結構。Dandurand通過X射線和電子衍射方法研究了PTT晶體,結果表明PTT大分子鏈呈“Z”字型構象,使得其具有線圈式彈簧一樣的彈性。在受縱向外切應力情況下,C-CC-O鍵旋轉,分子鏈開始伸長,而在這種鍵旋轉過程中分子的構型并未發生變,所以構象轉變完全是可逆的。在宏觀上這就賦予了以PTT為主體的面科柔軟的手感、形變記憶能力和良好的懸垂性。

??? T400織物是杜邦旗下威達公司研發的專利產品,由PTTPET兩種聚酯纖維通過并列復合加工制得。由于兩組分的微觀形態結構不同,經濕熱處理后,纖維會產生不同程度的收縮,使得其在產生強烈的縱向應力的同時,又產生偏離縱軸的扭轉,從而使纖維呈現永久性的立體螺旋卷曲。這種三維卷曲結,賦予了纖維極佳的彈性。由于卷曲由其自身分子結構特性所決定,因此T400的彈性和回復性較普通彈性纖維更好、更耐久。

生物基記憶T400織物是由PTTT400交織組成,由于含有較多的PTT成分,使得面料本身具有較好彈性以及形變記憶性,被廣泛應用于制作運動服、休閑服、內衣、外套、家具裝飾布等領域。但在染整加工過程中,由于工藝或者參數使用不當,面料易出現色差、染色不勻、擦傷擦亮、縐印、以及手感偏硬等情況,因此需要嚴格控制生產流程,保證生產質量。

本文選取市場上常見的生物基記憶T400面料,根據其織物自身特性,通過制定合適的染前處理、染色工藝以及定型工藝,使得在保證染色質量的前提下,賦予織物較好的彈性、記憶性和附加功能。

1 生產加工

1.1 面料規格

?? ?生物基記憶T400(幅寬175cm,密度l55g/m3)。

1.2 儀器與設備

??? OS-9V1200平幅退漿機(臺灣鴻榮染整機械股份有限公司)、CSF18020高溫高壓液流染色機(海寧亞東機械有限公司)、MEGATE定型機(韓國美光機械株式有限公司)、RVMC-12瑪諾光電整緯機(德國Mahlo公司)。

1.3 檢測方法

??? 對加工后的織物,摩擦牢度按照GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定;變色評按照GB/T 250-2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》測定;沾色評定按照GB/T 251-2008 《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》評定。

1.4 加工流程

? ??根據生物基記憶T400織物的理化特性以及客戶來樣要求,主要加工流程如下所示:配桶→白坯退卷→平幅退漿→冷堆→平幅退漿→(機缸煉布)→染色→脫水開幅→定型→成品打卷。

2 加工過程與分析

2.1 平幅退漿

??? 生物基記憶T400織物退漿工藝處方如下:

??? 液堿?? ???????????????????????5%

??? 長車快速退漿劑TF-127B?? ??????lg/L

??? 乳化精煉劑TF-188A?? ??????????lg/L

??? 去油靈SB-101?? ???????????????0.5g/L

??? 三聚磷酸銨?? ?????????????????lg/L

??? 溫度? ????????????????????????98

??? 車速??? ??????????????????????55m/min

??? 生物基記憶T400織物在織造加工過程中,經向受到較大張力和摩擦,易發生斷裂,為了減少斷裂,高織造效率和坯布質量,需要對經紗上漿。但漿料有利于織造卻不利于染整,表面覆蓋的漿膜會阻礙染色過程中染料向纖維內部擴散。本文選取的TF-127B氧化型退漿劑在98℃熱堿條件下,具有較好的耐堿穩定性,可以將化纖類織物織造常用的聚丙烯酸酯類漿料大分子中的酯鍵進行氧化分解,變成水溶性較好的小分子鏈段,黏度迅速降低,進而在物理重力以及槽內溶液動態條件下從織物上脫落下來。為了使漿料退盡且使水解后的漿料不繼續沾污在織物上,乳化精煉劑TF-188A使漿料在水中溶脹而被乳化成分散狀態,有利于除去。三聚磷酸銨對金屬離子具有很好的螯合作用,不僅可以防止脫落漿料反沾污,而且可以軟化前處理用水的水質。去油靈SB-101存在,也進一步協同作用增強對織物的退漿處理。

??? 經過平幅退漿處理,生物基記憶T400織物表面的漿料、油跡、污漬等基本上可以得到有效處理。由于濕熱作用,織物內部應力得到消除,門幅有一定程度的收縮。

2.2 冷軋堆

??? 生物基記憶T400冷軋堆工藝處方如下:

??? 液堿?? ???????????????????????8%

??? 長車快速退漿劑TF-127B??? ?????lg/L

??? 乳化精煉劑TF-188A??? ?????????lg/L

??? 雙氧水??? ????????????????????0.5g/L

??? 三聚磷酸銨? ??????????????????lg/L

??? 溫度?? ???????????????????????室溫

時間?? ???????????????????????24h

由于生物基記憶T400織物通常較硬挺,手感僵硬粗糙,經平幅退漿后雖然能得到一定改善,但仍不能滿足來樣加工要求。為了使手感柔軟豐盈,可對經平幅退漿后的織物浸軋上述配方的工作液,保證織物有足夠的帶液率,然后對帶液的織物打卷,外部套一層塑料薄膜扎緊密封,使其在常溫條件下充分反應。

? ??由于冷軋堆前處理整個過程中,織物無需特別的溫度,因此沒有水或其他設備能源消耗,節能減排效果十分明顯。堆置時間一般24h足夠,可視具體手感決定,如不夠可適當增加,但要注意過度浸漬燒堿會使織物強力有一定損傷。

2.3 平幅退漿

? ??對冷軋堆處理后的織物,再次經平幅退漿機處理,第二次平幅退漿工藝處方如下:

??? 液堿?? ???????????????????????34%

??? 長車快速退漿劑TF-127B?? ??????lg/L

??? 乳化精煉劑TF-188A?? ??????????lg/L

??? 三聚磷酸銨?? ?????????????????lg/L

??? 溫度? ????????????????????????65

??? 車速?? ???????????????????????65m/min

? ??第二次平幅退漿的主要目的為去除冷軋堆處理過程中織物帶的大量堿液,由于經過較長時間浸漬,堿已經在纖維內外達到充分的膨潤。如不處理干凈,會使接下來的染色工序布面有一定的黏滑,造成染色不勻以及色斑等病疵。

2.4 染色

? ??由于生物基記憶T400織物主要成分為PET、PTT,本文選取聚酯類常用的分散染料利用高溫高壓液流染色機進行染色加工。

本文客戶來樣為桔紅,配方如下:

分散藍2BL?? ?????????????????0.003%owf

??? 分散紅FB? ???????????????????0.72%owf

??? 分散黃E-GL? ?????????????????0.4%owf

??? 50%冰醋?? ???????????????????0.8g/L

??? 硫銨??? ?????????????????????0.4g/L

??? 滌綸超細纖維高溫勻染劑TF-212 0.6/L

??? 浴中柔軟劑YC-165?? ??????????lg/L

??? 勻染修補劑HTP-2124? ?????????0.2g/L

??? 溶液??? ?????????????????????2500L

??? 浴比?? ??????????????????????16

生物基記憶T400織物利用高溫高壓液流染色機進行染色,助劑和染料均在染缸內溫度達到45℃時加入。助劑首先加入時,可在料缸采用直抽方法注入;分散染料加入時,需采用比例注料方式,控制染料注入流速均勻注入,注料時間為20min,防止注料過快產生的染色不勻等問題。需要注意的是,染色前的布應進行縫邊,將正面縫在里面,反面在外面,防止染色過程中在缸內的擦傷。

??? PTT纖維又叫做彈性滌綸,但由于大分子鏈中重復單元含有的亞甲基數目不同,奇碳效應使得T400類織物其染色方法較常規PET有所不同。研究表明,T400的染色轉變溫度TD(上染速率顯著加快轉折點)由于PTT纖維的加入,為70-80,較PET10℃左右。因此控制溫度升溫速率和保溫時間,可以使織物獲得較好的染色效果。隨著染缸內溫度升高和開始加壓,織物分子鏈段運動開始加劇,微觀結構的變化可以形成較多的“空穴”,有利于染料的擴散,且溫度越高擴散效果越明顯。由于染料在PTT組分上的上染速率對溫度變化較敏感,因此要適當降低升溫速率,不僅可以保證染色均勻性,也可以防止形成縐印。

??? 染色后的織物,可在80℃左右選擇對樣,如無太大問題,接下來可進行染色后的水洗操作。第一次水洗在70左右進行中溫水洗,時間為30min左右,可以洗去大部分浮色,泡沫等。第一次溫度水洗后的織物,再進行一次5min右的常溫水洗,其洗滌效果以缸內水清澈,無明顯泡沫等即可。如第二次洗滌未達到要求,可視具體情況,繼續清洗。

2.5 定型

??? 對染色后的生物基記憶T400織物進行定型加工,其工藝及處方如下:

??? 防水劑TF-4109??? ?????????????20g/L

??? 整理劑FS-105?? ???????????????5g/L

??? 溫度??? ??????????????????????150

??? 車速?? ???????????????????????45m/min

??? 風機轉速 ?????????????????????1200r/min

??? 正超喂??? ????????????????????+3

??? 門幅??? ??????????????????????153cm

根據顧客戶來樣要求,染色后的成品布出廠,如無特殊要求需要對其進行一般性防水加工。浸軋防水劑后的織物,在定型機兩側針板拉伸作用下,隨著溫度提高,分子鏈段重組,結晶度和取向度提高。但由PTT組分對溫度較敏感,過高的分子規整性會使得面料手感較僵硬,因此需要控制溫度在140℃左右。防水劑TF-4109為有機氟類防水劑,作用到織物表面后,由于C-F鍵化合物分子間凝聚力小,使得化合物的表面自由能顯著降低。當織物表面滴有水滴時,根據楊氏方程,其接觸角通常會在90o以上,可獲得較好的防水效果。

3 加工效果

3.1 染色效果

??? 經過高溫高壓液流染色機加工出來的生產樣,和客戶來樣顏色吻合。且在常溫條件下具有形狀記憶功能,保型性好,彈力效果明顯,手感柔軟,滿足服用要求。? ?

3.2 色牢度

對加工后的織物按照1.3種對應國標方法評測其色牢度,具體結果如下表1所示。由表1可看出,加工處理后的織物,無論是耐干摩擦還是濕摩擦,耐變色以及沾色性能,均具有較高等級,滿足客戶來樣加工要求。

?????????????????? ??????1 生物基記憶T400色牢度

項目

摩擦牢度

耐洗牢度

干摩擦

濕摩擦

變色

沾色

級數

4-5

?

4

4-5

4

?

3.3 防水效果

??? 對加工后的生物基記憶T400織物,按照1.3種對應國標方法評測其防水效果。

??? 結果表明,經過處理后的織物,其防水等級為3,具有抗沾濕性能,滿足紡織品客戶和產品生物基記憶要求。

4 結論

(1) 對生物基記憶T400織物用高溫高壓液流染色機進行加工,通過制定合適的染色工藝,可以使加工出彩的織物與客戶來樣,具有很好的色彩重現性,可以實現大規模生產;

(2) 前處理、染色、后整理全流程工序的合理設計及配合,不僅可以使加工后的生物基記憶T400織物無縐印、擦傷等病疵,而且彈力明顯,具備形變記憶性;

(3) 生物基記憶T400織物經過合理的加工處理,色牢度和防水效果均滿足客戶要求:

參考文獻

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