棉織物濕摩擦牢度提升劑PA的應(yīng)用及探討

文/鐘菊祥

丙烯酸酯類共聚物作為織物整理劑和涂飾劑時(shí)，有很好的成膜性、透明性和結(jié)合強(qiáng)度，能賦予織物豐滿柔軟、防污、防霉等優(yōu)異性能，是目前國內(nèi)外經(jīng)常使用的一類整理劑和涂飾劑。但丙烯酸酯乳液也存在著一些弊病，如耐水性、耐溶劑性差及低溫變脆、高溫發(fā)黏等。

1 引言

直接染料對纖維素纖維具有直接性，且價(jià)格便宜，色譜齊全，故被廣泛用于棉織物的染色。但直接染料分子中含有磺酸基團(tuán)，能破壞染料與纖維素纖維間的親和力，且兩者在水性染浴中都帶負(fù)電荷，存在靜電斥力，增大了染料與水的作用，減少染料與纖維的吸引力，所以直接染料的染色牢度，尤其是濕處理牢度較低。

丙烯酸酯類共聚物作為織物整理劑和涂飾劑時(shí)，有很好的成膜性、透明性和結(jié)合強(qiáng)度，能賦予織物豐滿柔軟、防污、防霉等優(yōu)異性能，是目前國內(nèi)外經(jīng)常使用的一類整理劑和涂飾劑。但丙烯酸酯乳液也存在著一些弊病，如耐水性、耐溶劑性差及低溫變脆、高溫發(fā)黏等。為了克服這些缺點(diǎn)，人們開始使用改性物質(zhì)對其進(jìn)行改性。弱陽離子改性聚丙烯酸酯乳液，能與陰離子染料以離子鍵結(jié)合，形成不溶性組分，從而封閉染料。同時(shí)，陽離子型聚丙烯酸酯分子在一定的溫度下焙烘一定的時(shí)間，能在纖維表面形成立體網(wǎng)狀的保護(hù)膜，可將染料與纖維包裹在一起，以提升染色織物的干濕摩擦牢度。

本文采用自制陽離子型聚丙烯酸酯（PA）乳液作為濕摩擦牢度提升劑[1]，以浸漬法對直接染料深濃色染色棉織物進(jìn)行處理。探討了影響處理效果的各種因素，如用量、處理浴pH值、處理溫度、焙烘溫度以及焙烘時(shí)間。通過對處理后棉織物的干濕摩擦牢度、原樣變色牢度、顏色以及柔軟度的測定、整理及分析所獲得的數(shù)據(jù)，從而確定了這種濕摩擦牢度提升劑處理染色織物的最佳工藝條件。

2 原理

2.1 陽離子型聚丙烯酸酯的合成原理

丙烯酸酯類單體種類很多，其含有的酯基、羧基、羥基等官能團(tuán)具有很強(qiáng)的極性，在能產(chǎn)生游離基的過氧化物的存在下，很容易與其他單體如醋酸乙烯酯、苯乙烯、氯乙烯等進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)，制成具有各種性能的乳液。

本試驗(yàn)以丙烯丁酯和二甲基二烯丙基氯化銨為反應(yīng)單體，以過硫酸銨為引發(fā)劑，合成聚丙烯酸酯乳液。由于二甲基二烯丙基氯化銨為陽離子型電解質(zhì)，故最終制得的為陽離子型聚丙烯酸酯乳液。

2.2 陽離子型聚丙烯酸酯的提升原理

本試驗(yàn)中所使用的為改性的聚丙烯酸酯乳液，合成原料中加入了二甲基二烯丙基氯化銨，它是一種陽離子型電解質(zhì)，這樣就在聚丙烯酸酯乳液引入了陽離子基團(tuán)。由于棉纖維在水相中帶負(fù)電荷，能將帶正電荷的聚丙烯酸酯乳液粒子吸附到纖維內(nèi)部，依靠成膜來提高牢度。同時(shí)，直接染料呈陰離子性，陽離子型聚丙烯酸酯能與其以離子鍵結(jié)合，生成不溶性沉淀，一方面封閉了染料的親水基團(tuán)，另一方面增大染料的分子，從而降低了染料的水溶性，大大提高了染色織物的濕摩擦牢度。

另一方面，陽離子型聚丙烯酸酯[2]分子在一定的溫度下焙烘一定的時(shí)間，其自身也可形成大分子網(wǎng)狀不溶性薄膜而進(jìn)一步封閉染料，增加了染料與纖維之間的結(jié)合，防止染料在“濕摩”過程中溶解、脫落，因而顯著提高了濕摩擦牢度。

3 試驗(yàn)方法

3.1 棉織物的染色方法

本試驗(yàn)中利用直接藍(lán)GL(C類)染料，采用浸染法對白棉布進(jìn)行染色。

3.2 陽離子型聚丙烯酸酯的合成方法

反應(yīng)在置于恒溫水浴鍋的三口燒瓶中進(jìn)行，三口燒瓶上裝有攪拌裝置，恒壓滴液漏斗及溫度計(jì)。試驗(yàn)分兩步進(jìn)行，分別是乳化和聚合過程。首先加入乳化劑并用適量去離子水溶解，開始高速攪拌并維持溫度在40℃，然后按配方分批稱取單體丙烯丁酯和二甲基二烯丙基氯化銨投入到三口燒瓶中，乳化45min后出料待用。然后稱取規(guī)定量的引發(fā)劑過硫酸銨APS并用適量的去離子水配成溶液，當(dāng)溫度升至75℃時(shí)滴加到三口燒瓶中，在85℃下反應(yīng)2.5h。反應(yīng)完畢，用氨水調(diào)節(jié)pH值至中性。

3.3 陽離子型聚丙烯酸酯的應(yīng)用性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以下試驗(yàn)中處理液浴比均為1:20，烘干溫度為80℃～90℃，時(shí)間為8min，且每一組試驗(yàn)均要做空白樣對比。處理后的試樣和空白樣均要測試干濕摩擦牢度、變色牢度、顏色及柔軟度。

（1）助劑[3]用量的影響

用不同的用量對試樣進(jìn)行處理，通過對測試所得數(shù)據(jù)的分析，確定最佳用量。

染色織物→浸漬（用量分別為10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L，40℃×10min）→脫水→烘干→焙烘（150℃×4min）。

（2）處理溫度的影響

使用最佳用量，在不同的處理溫度下對試樣進(jìn)行處理，通過對測試所得數(shù)據(jù)的分析，確定最佳的處理溫度。處理工藝如下：

染色織物→浸漬（溫度分別為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，10min）→脫水→烘干→焙烘（150℃×4min）。

（3）焙烘溫度的影響

使用最佳用量和最佳處理溫度，在不同的焙烘溫度下對試樣進(jìn)行處理，通過對測試所得數(shù)據(jù)的分析，確定最佳的焙烘溫度。處理工藝如下：

染色織物→浸漬（10min）→脫水→烘干→焙烘（110℃、130℃、150℃、170℃，4min）。

（4） 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上試驗(yàn)所得出的結(jié)論設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，對所得的結(jié)果進(jìn)行極差分析，從而確定最佳的工藝條件。因素水平表見表1，正交試驗(yàn)表見表2。

表1 因素水平表

表2 正交試驗(yàn)表

4 結(jié)果與討論

4.1 助劑用量的影響

助劑用量對處理效果的影響情況見表3。

表3 助劑用量對織物的濕摩擦牢度的影響

由表3可知，當(dāng)陽離子型PA用量為10g/L～40g/L時(shí)，處理后織物的濕摩擦牢度反而有所下降，這可能是由于處理后織物的艷度增加，使表面的浮色增多，但這并不能說明陽離子PA沒有起到提升濕摩擦牢度的作用。當(dāng)用量增加到80g/L時(shí)，濕摩擦牢度略有提高，繼續(xù)增加用量，提升效果不明顯。這說明當(dāng)陽離子型PA用量達(dá)到80g/L時(shí)，已能在纖維表面生成連續(xù)、均勻的薄膜從而封閉染料，再增加用量，對陽離子型PA與纖維、染料的反應(yīng)及膜的連續(xù)性提高不大。綜合考慮各種因素，可以確定最佳助劑用量為80g/L。

4.2 處理溫度的影響處理溫度對處理效果的影響見表4。

表4 處理溫度對織物的濕摩擦牢度的影響

由表4可知，當(dāng)處理溫度為30℃～50℃時(shí)，處理后織物的濕摩擦牢度為1級或2級，和空白樣相比提升不明顯，這是由于溫度較低，陽離子型PA大分子擴(kuò)散緩慢，影響其對纖維的吸附，故效果較差；在60℃～7O℃ 溫度內(nèi)，PA大分子擴(kuò)散比較快，有足夠的動(dòng)能對纖維進(jìn)行有效吸附，故效果較佳，濕摩擦牢度從原來的1級提高到3級；而當(dāng)溫度高于80℃ 時(shí)，大分子有足夠的活化能克服纖維大分子對其的吸附和束縛，解吸而脫離纖維進(jìn)入處理液中，使最終平衡吸附量有所降低，影響其交聯(lián)成膜，故濕摩擦牢度與空白樣對比提升不明顯。同時(shí)可以看出，60℃處理時(shí)，織物的艷度也增加較多。因此，可以確定最佳的處理溫度為60℃。

4.3 焙烘溫度的影響

焙烘溫度對處理效果的影響見表5。

表5 焙烘溫度對濕摩擦牢度的影響

陽離子型PA必須在合適溫度下焙烘一定的時(shí)間，能夠生成完整致密的膜結(jié)構(gòu)，將纖維表面的染料封閉，從而提高濕摩擦牢度。由表5可知，當(dāng)焙烘溫度為110℃～130℃時(shí)，濕摩擦牢度為1～2級或2級，沒有很明顯的提升作用，這說明陽離子型PA在此溫度范圍內(nèi)還不能形成很完整的膜結(jié)構(gòu)；當(dāng)溫度升高到150℃時(shí)，在織物艷度增加的基礎(chǔ)上，濕摩擦牢度由2級提高到2～3級，即處理效果較佳。

綜上所述，為了保證陽離子型PA能夠充分交聯(lián)成膜，達(dá)到較好的處理效果，確定最佳的焙烘溫度為170℃。

4.4 最佳工藝條件的確定

（1）各因素對干摩擦牢度的影響各因素對干摩擦牢度的影響見表6。

由表6可知，用量對干摩擦牢度的影響最大，處理溫度和焙烘時(shí)間次之，焙烘溫度的影響最小。為了達(dá)到最好的干摩擦牢度，我們確定最佳的工藝條件為：用量80g/L,處理溫度50℃，焙烘溫度160℃，焙烘時(shí)間4min。

（2）各因素對濕摩擦牢度的影響各因素對濕摩擦牢度的影響見表7。

由表7可知，用量、焙烘溫度和焙烘時(shí)間對濕摩擦牢度的影響程度一樣，處理溫度對其幾乎沒有影響。為了達(dá)到最好的濕摩擦牢度，我們確定最佳的工藝條件為：用量90g/L，處理溫度50℃，焙烘溫度160℃，焙烘時(shí)間3min。

（3）各因素對原樣變色牢度的影響各因素對原樣變色牢度的影響見表8。

由表8可知，用量和焙烘溫度對原樣變色牢度的影響較大，處理溫度次之，焙烘時(shí)間的影響最小。為了使原樣變色盡可能小，我們確定最佳的工藝條件為：用量70g/L，

處理溫度50℃，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間3min。

表6 各因素對干摩擦牢度的影響

表7 對濕摩擦牢度的影響

表8 各因素對原樣變色牢度的影響

(4) 各因素對柔軟度的影響

各因素對柔軟度的影響見表9。

由表9可知，焙烘時(shí)間對柔軟度的影響最大，用量和焙烘溫度次之，處理溫度的用量影響最小。為了保證處理后織物的手感，即柔軟度要好，我們確定最佳的工藝條件為：用量70g/L，處理溫度70℃，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間3min。

（5）確定最佳的工藝條件

將以上所得的8組最佳的工藝條件進(jìn)行綜合分析，以確定陽離子型PA作為濕摩擦牢度提升劑的最佳工藝條件。各組所確定的最佳工藝條件見表10。

分析表10中的數(shù)據(jù)，選取各個(gè)因素中使用次數(shù)較多的數(shù)據(jù)，確定陽離子型PA作為濕摩擦牢度提升劑的最佳工藝條件：用量70g/L，處理溫度50℃，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間3min。

5 結(jié)論

（1）陽離子型PA能在纖維表面交聯(lián)形成立體網(wǎng)狀薄膜，封閉染料，從而提高了織物的濕摩擦牢度。

表9 對柔軟度的影響

表10 各組所確定的最佳工藝條件

（2） 陽離子型PA作為濕摩擦牢度提升劑最佳的處理工藝：用量70g/L，處理溫度50℃，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間3min。

（3）處理后織物干、濕摩擦牢度均有提高，且織物不會(huì)產(chǎn)生明顯的色變。其他性能略有提高。