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  基于生物基材料的记忆T400织物染整加工
2020-04-22
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基于生物基材料的记忆T400织物染整加工

  作者:盛虹集团有限公司钱琴芳陈威

  摘 要为了使染整加工后的生物基记忆T400织物染色效果均匀,无绉印、擦伤等病疵,本文选用高温高液流染色机进行染色加工,通过选取合适的前处理、染色、后整理定型等工序,保证染色后的织物满足来样定制需要。生产结果表明,加工后的织物色彩重现性好,手感柔软,且形状记忆功能和弹力效果明显,满足相关服用要求。

  关键词 生物基 T400 记忆丝 染整

  引言

  随着石油天然气等不可再生能源危机以及对环保审查要求不断升级,资源和环境友好型材料成为各国企业和研究机构的研发重点。利用可再生能源转化为生产材料,对当下社会发展具有十分重要的意义。生物基材料就是一类使用可再生原料通过生物转化方法获得生物高分子材料或者单体,然后再通过进一步聚合形成通用的高分子材料。由于材料先经生物改性,因此在生物相容性和生物降解性方面对环境更加友好。

  作为克服PET刚性和PBT柔性,具有优异的回弹性、易染色、耐磨性、抗污性,兼具涤纶、锦纶甚至氨纶的优点的聚酯化合物。虽然杜邦公司在四十年前就开发出聚对苯二甲酸丙二醇酯,但限于原材料1,3.丙二醇(1,3-PDO)价格昂贵,一直未能实现产业化。近年来随着科技进步,新工艺和基因工程等技术的突破,最终使得1,3-PDO成本大幅降低。

  生物基PTT纤维目前主要是以甘油、葡萄糖或淀粉等为原料,通过微生物发酵法生产l,3-PDO聚合单体,然后经PTA直接酯化法形成大分子切片,再经熔融纺丝制备成PTT长丝或短纤。由图1可看出,PTT高分子基本化学结构中包含一个苯环和三个亚甲基,这种奇数个亚甲基单元会在大分子之间产生“奇碳效应”,使得苯环不能与亚甲基在同一个平面,临近的两个羰基斥力使得其不能呈180度排列,只能形成120度空间错开,这就导致了PTT大分子空间螺旋的结构。Dandurand通过X射线和电子衍射方法研究了PTT晶体,结果表明PTT大分子链呈“Z”字型构象,使得其具有线圈式弹簧一样的弹性。在受纵向外切应力情况下,C-C和C-O键旋转,分子链开始伸长,而在这种键旋转过程中分子的构型并未发生变化,所以构象转变完全是可逆的。在宏观上这就赋予了以PTT为主体的面科柔软的手感、形变记忆能力和良好的悬垂性。

  T400织物是杜邦旗下威达公司研发的专利产品,由PTT和PET两种聚酯纤维通过并列复合加工制得。由于两组分的微观形态结构不同,经湿热处理后,纤维会产生不同程度的收缩,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。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好、更耐久。

  生物基记忆T400织物是由PTT和T400交织组成,由于含有较多的PTT成分,使得面料本身具有较好弹性以及形变记忆性,被广泛应用于制作运动服、休闲服、内衣、外套、家具装饰布等领域。但在染整加工过程中,由于工艺或者参数使用不当,面料易出现色差、染色不匀、擦伤擦亮、绉印、以及手感偏硬等情况,因此需要严格控制生产流程,保证生产质量。

  本文选取市场上常见的生物基记忆T400面料,根据其织物自身特性,通过制定合适的染前处理、染色工艺以及定型工艺,使得在保证染色质量的前提下,赋予织物较好的弹性、记忆性和附加功能。

  1生产加工

  1.1面料规格

  生物基记忆T400(幅宽175cm,密度l55g/m3)。

  1.2仪器与设备

  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)。

  1.3检测方法

  对加工后的织物,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。

  1.4加工流程

  根据生物基记忆T400织物的理化特性以及客户来样要求,主要加工流程如下所示:配桶→白坯退卷→平幅退浆→冷堆→平幅退浆→(机缸炼布)→染色→脱水开幅→定型→成品打卷。

  2加工过程与分析

  2.1平幅退浆

  生物基记忆T400织物退浆工艺处方如下:

  液碱 5%

  长车快速退浆剂TF-127B lg/L

  乳化精炼剂TF-188A lg/L

  去油灵SB-101 0.5g/L

  三聚磷酸铵 lg/L

  温度 98℃

  车速 55m/min

  生物基记忆T400织物在织造加工过程中,经向受到较大张力和摩擦,易发生断裂,为了减少断裂,提高织造效率和坯布质量,需要对经纱上浆。但浆料有利于织造却不利于染整,表面覆盖的浆膜会阻碍染色过程中染料向纤维内部扩散。本文选取的TF-127B氧化型退浆剂在98℃热碱条件下,具有较好的耐碱稳定性,可以将化纤类织物织造常用的聚丙烯酸酯类浆料大分子中的酯键进行氧化分解,变成水溶性较好的小分子链段,黏度迅速降低,进而在物理重力以及槽内溶液动态条件下从织物上脱落下来。为了使浆料退尽且使水解后的浆料不继续沾污在织物上,乳化精炼剂TF-188A可使浆料在水中溶胀而被乳化成分散状态,有利于除去。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,而且可以软化前处理用水的水质。去油灵SB-101存在,也进一步协同作用增强对织物的退浆处理。

  经过平幅退浆处理,生物基记忆T400织物表面的浆料、油迹、污渍等基本上可以得到有效处理。由于湿热作用,织物内部应力得到消除,门幅有一定程度的收缩。

  2.2冷轧堆

  生物基记忆T400冷轧堆工艺处方如下:

  液碱 8%

  长车快速退浆剂TF-127B lg/L

  乳化精炼剂TF-188A lg/L

  双氧水 0.5g/L

  三聚磷酸铵 lg/L

  温度 室温

  时间 24h

  由于生物基记忆T400织物通常较硬挺,手感僵硬粗糙,经平幅退浆后虽然能得到一定改善,但仍不能满足来样加工要求。为了使手感柔软丰盈,可对经平幅退浆后的织物浸轧上述配方的工作液,保证织物有足够的带液率,然后对带液的织物打卷,外部套一层塑料薄膜扎紧密封,使其在常温条件下充分反应。

  由于冷轧堆前处理整个过程中,织物无需特别的温度,因此没有水或其他设备能源消耗,节能减排效果十分明显。堆置时间一般24h足够,可视具体手感决定,如不够可适当增加,但要注意过度浸渍烧碱会使织物强力有一定损伤。

  2.3平幅退浆

  对冷轧堆处理后的织物,再次经平幅退浆机处理,第二次平幅退浆工艺处方如下:

  液碱 3~4%

  长车快速退浆剂TF-127B lg/L

  乳化精炼剂TF-188A lg/L

  三聚磷酸铵 lg/L

  温度 65℃

  车速 65m/min

  第二次平幅退浆的主要目的为去除冷轧堆处理过程中织物带的大量碱液,由于经过较长时间浸渍,碱已经在纤维内外达到充分的膨润。如不处理干净,会使接下来的染色工序布面有一定的黏滑,造成染色不匀以及色斑等病疵。

  2.4染色

  由于生物基记忆T400织物主要成分为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染色加工。

  本文客户来样为桔红,配方如下:

  分散蓝2BL 0.003%owf

  分散红FB 0.72%owf

  分散黄E-GL 0.4%owf

  50%冰醋 0.8g/L

  硫铵 0.4g/L

  涤纶超细纤维高温匀染剂TF-212 0.6/L

  浴中柔软剂YC-165 lg/L

  匀染修补剂HTP-2124 0.2g/L

  溶液 2500L

  浴比 1:6

  生物基记忆T400织物利用高温高压液流染色机进行染色,助剂和染料均在染缸内温度达到45℃时加入。助剂首先加入时,可在料缸采用直抽方法注入;分散染料加入时,需采用比例注料方式,控制染料注入流速均匀注入,注料时间为20min,防止注料过快产生的染色不匀等问题。需要注意的是,染色前的布应进行缝边,将正面缝在里面,反面在外面,防止染色过程中在缸内的擦伤。

  PTT纤维又叫做弹性涤纶,但由于大分子链中重复单元含有的亚甲基数目不同,奇碳效应使得T400类织物其染色方法较常规PET有所不同。研究表明,T400的染色转变温度TD(上染速率显著加快转折点)由于PTT纤维的加入,为70-80℃,较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。随着染缸内温度升高和开始加压,织物分子链段运动开始加剧,微观结构的变化可以形成较多的“空穴”,有利于染料的扩散,且温度越高扩散效果越明显。由于染料在PTT组分上的上染速率对温度变化较敏感,因此要适当降低升温速率,不仅可以保证染色均匀性,也可以防止形成绉印。

  染色后的织物,可在80℃左右选择对样,如无太大问题,接下来可进行染色后的水洗操作。第一次水洗在70℃左右进行中温水洗,时间为30min左右,可以洗去大部分浮色,泡沫等。第一次温度水洗后的织物,再进行一次5min左右的常温水洗,其洗涤效果以缸内水清澈,无明显泡沫等即可。如第二次洗涤未达到要求,可视具体情况,继续清洗。

  2.5定型

  对染色后的生物基记忆T400织物进行定型加工,其工艺及处方如下:

  防水剂TF-4109 20g/L

  整理剂FS-105 5g/L

  温度 150℃

  车速 45m/min

  风机转速 1200r/min

  正超喂 +3%

  门幅 153cm

  根据顾客户来样要求,染色后的成品布出厂,如无特殊要求需要对其进行一般性防水加工。浸轧防水剂后的织物,在定型机两侧针板拉伸作用下,随着温度提高,分子链段重组,结晶度和取向度提高。但由于PTT组分对温度较敏感,过高的分子规整性会使得面料手感较僵硬,因此需要控制温度在140℃左右。防水剂TF-4109为有机氟类防水剂,作用到织物表面后,由于C-F键化合物分子间凝聚力小,使得化合物的表面自由能显著降低。当织物表面滴有水滴时,根据杨氏方程,其接触角通常会在90º以上,可获得较好的防水效果。

  3加工效果

  3.1染色效果

  经过高温高压液流染色机加工出来的生产样,和客户来样颜色吻合。且在常温条件下具有形状记忆功能,保型性好,弹力效果明显,手感柔软,满足服用要求。

  3.2色牢度

  对加工后的织物按照1.3种对应国标方法评测其色牢度,具体结果如下表1所示。由表1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。

  

    3.3防水效果

  对加工后的生物基记忆T400织物,按照1.3种对应国标方法评测其防水效果。

  结果表明,经过处理后的织物,其防水等级为3级,具有抗沾湿性能,满足纺织品客户和产品生物基记忆要求。

  4结论

  (1)对生物基记忆T400织物用高温高压液流染色机进行加工,通过制定合适的染色工艺,可以使加工出彩的织物与客户来样,具有很好的色彩重现性,可以实现大规模生产;

  (2)前处理、染色、后整理全流程工序的合理设计及配合,不仅可以使加工后的生物基记忆T400织物无绉印、擦伤等病疵,而且弹力明显,具备形变记忆性;

  (3)生物基记忆T400织物经过合理的加工处理,色牢度和防水效果均满足客户要求。

  (来源:浙江省印染行业协会)

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