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涂料杂化冠旗二氧化硅硅分散液的染色性能

浏览数:494   发布时间:2016-07-16
 

涂料染色是纺织印染行业节能和清洁生产的研究热点和发展方向之一。

涂料中的颜料粒子不溶于水,以细颗粒状态悬浮分散于水中,不能以单分子态渗入纤维内部,因此对棉纤维等基质缺乏直接性。目前,涂料染色主要采用黏合剂将涂料固着在织物上,但此工艺适应面窄,仅适用于染中浅色,且色牢度不高。

溶胶成膜改性技术可以有效改善纺织品涂料染色牢度等性能。将色素或功能物质掺杂到硅溶胶中,并在纤维表面成膜,可赋予纺织品特殊功能性。色素可

以被固定在硅氧烷母体中,提高织物水洗牢度和摩擦牢度等。但目前硅溶胶普遍存在自身的存储稳定性问题,在涂料中应用更是受到酸碱、离子等因素干扰,容易出现不可逆凝胶等问题。冠旗的二氧化硅分散液有效地解决了染色应用中的问题,可根据客户的不同需求和颜色进行不同SIO2分散液配比和定制。

    本试验应用溶胶-凝胶杂化技术制备涂料杂化硅溶胶,并研究其稳定性。通过分析染色织物的牢度性能、颜色性能和手感等,为生产企业提高涂料染色深度和染色牢度提供参考。

1.1药品与仪器

织物14.8tex×14.8tex,524根/10cm×283根/10cm纯棉府绸织物(经退浆和精练的半制品)药品涂料嫩黄F7G(25g/L)、涂料大红FFG(34g/L)、涂料艳蓝FBL(35g/L)(江苏五彩精细化工股份有限公司);偶联剂KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,湖北荆州市江汉精细化工有限公司);非离子分散剂平平加O(上海科兴生化试剂有限公司);冠旗二氧化硅分散液。

仪器X-RitePremier8400电脑测色配色系统(美国X-Rite公司),Y571染色摩擦牢度仪(莱州市电子仪器有限公司),UV-2100分光光度计[尤尼柯(上海)仪器有限公司],Instron1341万能材料试验机(英国Instron公司),日立S-4800冷场发射扫描电子显微镜(日本日立株式会社)

1.2试验方法

1.2.1涂料杂化硅溶胶的制备

冠旗二氧化硅分散液加一定量偶联剂KH-570和平平加O,不断搅拌,在50℃水浴中反应2h。

将0.6g涂料色浆以1滴/s的速度滴加到9.4g上述溶液中,然后超声波分散30min。在温度为40℃条件下搅拌1h,即配制出均匀稳定的涂料杂化硅溶胶。

1.2.2涂料杂化硅溶胶染色

用上述制备的涂料杂化硅溶胶对织物进行轧染染色,二浸二轧(轧余率80%),50℃预烘20min,150℃焙烘5min。涂料直接染色工艺用涂料液代替涂料杂化硅溶胶,涂料浓度等其它条件均相同。

1.2.3紫外-可见光吸收光谱

取0.1mL溶液,用水稀释40倍,将其装入到石英玻璃皿中。在25℃条件下,通过UV-2100分光光度计在最大吸收波长下测定其吸光度。

1.2.4染色K/S值

用K/S值表示织物染色的颜色深度,

K/S值越大,颜色越深。采用X-Rite8400测色仪CIELab测色系统在D65光源、10°视场下,测定织物3个点的K/S值,取其平均值。

1.2.5摩擦牢度

根据GB/T3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩

擦色牢度》,采用Y571型染色摩擦牢度仪测试染色织物的干、湿摩擦牢度,然后用GB251—1995灰色样卡进行评级。

1.2.6拉伸断裂强力

应用Instron1341万能材料试验机测试织物的拉

伸断裂强力和断裂伸长率,织物尺寸为10cm×5cm,拉伸有效长度为5cm,拉伸速度为2cm/min。开启试验仪,拉伸试样至断脱,记录断裂强力和断裂伸长率。

1.2.7增重率

织物样品在60℃下烘燥24h,准确称取其质量m0;织物染色处理后,在60℃下烘燥24h,准确称取其质量m1,按式(1)计算织物增重率R为:

R=(m1-m0)/m0×100%(1)

1.2.8扫描电子显微镜表征将织物样品脱水、干燥、真空镀膜,然后在扫描电

子显微镜下观察染色纤维的表面形貌,放大倍数650倍。

2、结果与讨论

2.1涂料杂化硅溶胶的稳定性

2.1.1硅烷偶联剂添加量的影响

为了增强杂化硅溶胶涂层的稳定性和力学性能,可以在二氧化硅分散液应用前恰当添加硅烷偶联剂。偶联剂KH-570添加量对涂料艳蓝杂化硅溶胶稳定性的影响见图1。

偶联剂KH-570添加量的影响从图1可以看出,偶联剂的添加量会影响溶胶的稳定性。当偶联剂质量浓度从0增加到8g/L时,溶液吸光度的提高幅度趋缓,说明溶液稳定性增加;当偶联剂浓度增加到12g/L时,溶液稳定性增加已不明显,放置80h后,其稳定性甚至低于8g/L的溶液。

涂料中的颜料粒子不溶于水,而以细小颗粒状态悬浮分散于溶液中。涂料的分散稳定性主要通过添加化学分散剂并施以足够的能量,破坏颜料粒子的聚集来实现的。当涂料掺杂到胶体中时,偶联剂改变了胶体中硅缩聚反应的程度和速度,使颜料颗粒稳定性增强。偶联剂分子中含有三个硅氧烷链和一个γ-甲基丙烯酰氧基丙基链,其中硅氧烷链会和SIO2发生缩合反应。虽然随着时间的增加,溶液的吸光度会稍微下降,颜料颗粒会发生部分沉淀或聚沉,但是在织物染色前只需稍加搅拌,就可形成相对稳定的溶液体系。

2.1.2非离子表面活性剂添加量的影响

偶联剂在水溶液中容易发生反应,稳定性较差。

为便于应用,添加非离子型表面活性剂平平加O以增强其稳定性。平平加O添加量对涂料艳蓝杂化硅溶胶稳定性的影响见图2。

从图2可以看出,当平平加O浓度为2g/L时,随着时间的延长,溶液吸光度虽然会有所减少,但仅从0.67减少到0.57,整个体系仍相对稳定。

平平加O分布在硅氧烷偶联剂长链的周围,减少长链周围水的相对含量,从而减缓硅氧烷链的缩合反应。另一方面,其还会环绕在颜料颗粒周围,改变颜料颗粒的化学惰性,增强颜料颗粒在溶液中的悬浮性,从而提高溶胶稳定性。

2.2涂料杂化硅溶胶的染色性能

棉织物采用涂料杂化硅溶胶染色,测定其K/S值,并与涂料直接染色比较,结果见图3。

图3中,涂料杂化硅溶胶染色织物的K/S值较涂料直接染色织物大幅提高。涂料嫩黄直接染色织物的K/S值为7.18,涂料嫩黄杂化硅溶胶染色织物的K/S值则提高到12.47。涂料大红杂化硅溶胶染色织物的K/S值,比涂料大红直接染色织物提高了45.36%。涂料艳蓝直接染色织物的K/S值为7.14,涂料艳蓝杂化硅溶胶染色织物则提高到了11.36。

纯的颜料颗粒呈电中性,为提高其分散稳定性,应用前均会加入大量的表面活性剂,一般采用阴离子型。这些表面活性剂分子的疏水部分靠氢键和范德华力与颜料颗粒表面发生吸附,而亲水基团则朝向外侧,导致颜料颗粒表面呈负电性。棉纤维分子在水中带负电荷,所以两者之间存在静电斥力。因此,直接用涂料对棉纤维进行染色,染色深度较差。

而用涂料杂化硅溶胶染色,经高温焙烘,在织物表面形成的湿凝胶膜会失水形成带有大量孔隙结构的薄膜,将颜料颗粒包裹其中,并阻止颜料颗粒的脱落和扩散,最终使得织物染色K/S值提高。

2.3涂料杂化硅溶胶染色织物的性能

2.3.1摩擦牢度

涂料杂化硅溶胶染色织物和涂料直接染色织物的摩擦牢度见表1。

从表1可以看出,涂料杂化硅溶胶染色织物的染色牢度相比涂料液直接染色织物有所提高,其中干摩擦牢度提高0~1级,湿摩擦牢度提高0.5~1.5级。涂料嫩黄F7G杂化硅溶胶染色织物的染色牢度提高最明显,

干摩擦牢度从2级提高到3级,湿摩擦牢度从1~2级提高到3级。

摩擦牢度的提高是由于溶胶凝胶化后,形成的胶膜阻止外力对颜料颗粒的直接作用,减少颜料颗粒的脱落或向外扩散。而湿摩擦牢度的大幅提高,主要是

因为硅溶胶薄膜不溶于水,硅烷偶联剂的加入能大幅度提高凝胶薄膜材料的湿态性能,减少薄膜表面的摩擦系数,从而减小了外界摩擦力对纤维表面颜料颗粒的影响。

2.3.2拉伸性能

图4涂料艳蓝杂化硅溶胶染色织物的拉伸性能

从图4可以看出,杂化硅溶胶薄膜可以提高织物的拉伸断裂强力。涂料直接染色织物的经纬向断裂强力分别为879N和360N,经涂料杂化硅溶胶染色织物的经纬向断裂强力分别提高到902N和383N。杂化硅溶胶呈弱酸性,会影响单根纤维的强力,但在织物表面形成的一层网状结构的薄膜增强了织物的力学性能,弥补了对单根纤维的损伤。从图4还可以看出,涂料杂化硅溶胶染色织物在最大拉伸断裂强力下经纬向伸长率减少到8.8%和11.7%。涂料杂化硅溶胶涂层增强了纤维之间的抱合力,其酸性则影响了棉纤维的天然弹性,从而减少了纤维分子链之间的相对滑动趋势,最终导致织物的断裂伸长率略微减小。

2.4染色织物薄膜表面形态和增重率

从图5可以看出,涂料艳蓝直接染色织物表面有细小的颗粒沉积物,这是涂料中颜料颗粒和各种添加剂固化后的产物。由于缺少大分子链的黏合剂,颜料颗粒经外力摩擦后容易脱落,导致织物摩擦牢度降低。涂料艳蓝杂化硅溶胶染色织物的纤维表面有一层明显的薄膜,对纤维上的颜料颗粒有很好的包埋作用,减少(a)涂料直接染色织物;(b)杂化硅溶胶染色织物

图5

涂料艳蓝染色织物SEM照片

了颜料颗粒的脱落或扩散,提高了织物的K/S值和摩擦牢度。

纤维表面SiO2含量见表2。

从表2可以看出,涂料杂化硅溶胶染色织物的增重率比涂料直接染色织物高。其中涂料嫩黄、涂料大红和涂料艳蓝直接染色的增重率为1.50%左右,且差别很小;而杂化硅溶胶染色织物的SiO2增重率均达到6.30%以上,其中涂料艳蓝的增重率最大。原因是涂料艳蓝的原始颜料含量最大(35g/L),掺杂后硅溶胶中含有的颜料颗粒较厚。

3、结论

(1)涂料艳蓝杂化硅溶胶中加入8g/L偶联剂KH-570和2g/L平平加O非离子分散剂,可以增强杂化硅溶胶的稳定性。

(2)涂料杂化硅溶胶染色织物的K/S值相对于涂料液直接染色织物有很大提高,这主要是由于纤维表面凝胶薄膜的包裹作用。

(3)涂料杂化硅溶胶染色织物的染色牢度相比涂料液直接染色织物有所提高,而湿摩擦牢度比干摩擦提高更明显;涂料杂化硅溶胶染色织物的拉伸断裂强力略微增强,但断裂伸长率降低。

(4)涂料杂化硅溶胶染色织物表面存在有一层溶胶薄膜,这层薄膜是染色织物色深度和色牢度改善的主要原因。


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