（纺织工程专业论文）硅溶胶及其色素杂化体系应用性能研究.pdf

摘要 摘要 论文题日：硅溶胶及其色素杂化体系应用性能研究 硕士研究生姓名：殷允杰 导师姓名：王潮霞 专业名称：纺织工程 利用溶胶凝胶技术可以在各种纺织品上形成粘附性强的金属或非金属氧化物薄膜 的原理，将硅溶胶用于织物的预处理或后处理上，可以对染料或涂料颗粒具有良好的“锚 固”作用，提高织物的染色牢度。另外将染料掺杂到硅溶胶中，制备染料杂化硅溶胶体 系，用于染色后既可以提高织物的染色深度和染色牢度，又可以缩短织物的工艺流程。 以正硅酸乙酯( t e o s ) 为前驱体制备硅溶胶，并测试胶体的陈化稳定性能。结果 表明硅溶胶随着陈化时间的延长，胶体的粘度、粒径、z e t a 电位等均会慢慢发生变化， 其中胶体的粘度和粒径会缓慢增加，而z e t a 电位的绝对值会减小。硅溶胶预处理织物染 色后，染色织物k s 值与未预处理的织物染色k s 值相比提高了1 1 2 ，摩擦和水洗牢 度均提高了半级。采用直接染料掺杂硅溶胶的方法制备直接染料杂化硅溶胶，并讨论硅 溶胶含量、染色温度、电解质用量、焙烘温度、焙烘时间等对硅溶胶染色性能的影响。 在直接染料浓度4 ，氯化钠1 0 9 l ，染色温度9 0 ( 2 ，1 5 0 。c 焙烘5 m i n ，e t o h ：t e o s ：h 2 0 = 8 ：l ：5 ( 摩尔) 条件下制备杂化硅溶胶，当织物用含量为4 0 硅溶胶染色时，织物的k s 值和染色牢度都有所提高。相对于直接翠兰g l 染色后m m f 1 固色工艺，杂化硅溶胶 染色的k s 值提高了2 3 7 ，湿摩擦牢度和原样变色牢度各提高了半级。视频显微镜测 试表明杂化溶胶染色后，纤维的表面会形成一层连续的硅溶胶薄膜，这层膜的存在，对 纤维内部或表面的直接染料有很好的“包裹”作用。 采用硅溶胶对涂料墨水喷墨印花织物或活性染料染色织物固色处理，研究印染织物 的染色深度、摩擦牢度、水洗牢度、日晒牢度等性能。结果表明，硅溶胶固色处理对印 花织物的色光影响很小，并有一些增深作用。经过硅溶胶处理后，喷墨印花织物的干摩 擦牢度和湿摩擦牢度至少提高了半级；溶胶处理后印花织物6 0 c 的水洗变色牢度提高了 l 级。而处理后织物的弯曲刚度和弯曲滞后矩都有所增加，但增加量很小，对手感影响 较小。经硅溶胶处理后，活性染料染色织物的干湿摩擦牢度和水洗牢度提高了至少半级， 而日晒牢度提高了l 级。称重法和扫描电子显微镜图片进一步的证明硅溶胶在纤维上的 存在。 为了更进一步研究硅溶胶对织物染色深度和牢度的影响，分别采用直接染料杂化硅 溶胶染色、硅溶胶预处理染色、织物染色硅溶胶后处理和直接染料常规染色四种工艺， 结果表明，直接染料杂化硅溶胶染色和硅溶胶预处理染色均会提高织物的染色深度，而 硅溶胶后处理的工艺对染色深度的影响不大。与直接染料常规染色工艺相比，其他三种 染色工艺都可以不同程度的提高了织物的染色牢度。 关键词：硅溶胶；杂化；色素：牢度；k s 值 a b s t r a c t a b s t r a c t t i t l e ：s t u d yo np r o p e r t i e so fs i l i c as o la n di t sc o l o r a n th y b r i ds y s t e m n a m e ：y i ny u n j i e p r o f e s s o r ：w a n gc h a o x i a m a o r ：t e x t i l ee n g i n e e r i n g b a s e do nt h et h e o r yt h a tat r a n s p a r e n ta n ds t r o n g - a d h e s i o no x i d ef i l mo fm e t a lo r n o n - m e t a lc a r lb ef o r m e do nf a b r i cw i t hs o l - g e lt e c h n o l o g y , s i l i c as o li sp r e p a r e d w h e n f a b r i c sa r ep r e t r e a t e do ra f t e r t r e a t e dw i t hs i l i c as o l ，t h ec o l o rf a s t n e s si se n h a n c e d ，w h i c h d e m o n s t r a t e sg r e a tf i x i n ge f f e c tt od y e so rp i g m e n t f u r t h e r , s i l i c as o lh y b r i d i z e dw i t h c o l o r a n ti sp r e p a r e db yd o p i n gd y e si n t os i l i c as 0 1 a f t e rd y e i n gi nt h ec o l o rs i l i c as o l ，c o l o r s t r e n g t ha n dt h ef a s t n e s so ff a b r i ca r ei m p r o v e df u r t h e r s i l i c as o lw a sp r e p a r e db yt e t r a e t h o x y s i l a n e ( t e o s ) ，a n di t sa g e ds t a b i l i t yw a s i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ev i s c o s i t ya n dt h ep a r t i c l es i z eo ft h es i l i c as o l a u g m e n t e dg r a d u a l l y , a n dt h ea b s o l u t ev a l u eo fz e t ap o t e n t i a ld e c l i n e ds l o w l y c o m p a r e dt o t h ef a b r i cw i t h o u ts i l i c as 0 1 t h ek sv a l u eo ff a b r i cp r e t r e a t e dw i t hs i l i c as o lw a si m p r o v e db y 1 1 2 ，a n da l lt h ef a s t n e s s e sw e r ei m p r o v e db yh a l fag r a d e t h es i l i c as o lh y b r i d i z e dw i t h c o l o r a n tw a sp r e p a r e db yd o p i n gd y e si n t os i l i c as 0 1 t h ee f f e c t so fs i l i c as o ld o s a g e d y e i n g t e m p e r a t u r e ，e l e c t r o l y t ed o s a g e ，g e l a t i n gt e m p e r a t u r ea n dg e l a t i n gt i m e o nt h e d y e i n g p e r f o r m a n c eo fs il i c a s o l h y b r i d i z e dw i t hc o l o r a n tw e r ed i s c u s s e d a tt h ep r o c e s so f e t o h ：t e o s ：h 2 0 = 8 ：l ：5 ( m 0 1 ) ，d y ec o n c e n t r a t i o n4 ，n a c il o g l ，d y e i n gt e m p e r a t u r e9 0 ( 2 ， b a k e dl5 0 f o r5 m i na n dt h es i l i c as o ic o n t e n t4 0 t h ek sv a l u ea n dt h ef a s t n e s sw e r e i m p r o v e de v i d e n t l y t h ev i d e om i c r o s c o p ei m a g e ss h o w e dt h a tt h es u r f a c eo ft h ef a b r i cd y e d w i t hs i l i c as o lh y b r i d i z e dw i t hd i r e c td y ew a ss m o o t h e r , a n dau n i f o r mc o n t i n u o u sl a y e rw a s f o r m e d ，w h i c hh a dg o o dp r o t e c t i v ea c t i o n f a b r i c sp r i n t e dw i t hp i g m e n ti n ko rd y e dw i t hr e a c t i v ed y ew e r ef i x e dw i t hs i l i c as o l ，a n d t h ec o l o rs t r e n g t h ，r u b b i n gf a s t n e s s ，w a s h i n gf a s t n e s sa n dl i g h t i n gf a s t n e s sw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh u ev a l u e so ft h ef a b r i c sw e r ec h a n g e dl i t t l e w i t ht h es i l i c as o l t r e a t e d ，t h er u b b i n ga n dw a s h i n gf a s t n e s s e si m p r o v e dm o r et h a nh a l fag r a d e ，a n dt h el i g h t i n g f a s t n e s so fr e a c t i v ed y ew a se n h a n c e do n eg r a d e a l t h o u g ht h eb e n d i n gr i g i d i t ya n db e n d i n g h y s t e r e s i sm o m e n ti n c r e a s e d ，b u tt h ec h a n g e so fb e n d i n gp r o p e r t i e sw a sv e r ys m a l l ，a n dt h e h a n d l ew a sn o te f f e c tt h ew e a rb e h a v i o ro ff a b r i c s b yt e s t i n gt h ew e i g h tg a i na n ds e m , t h e r e s u l t sp r o v e dt h es i l i c as o lf i l mi se x i s t e n to nf i b r e i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so fs i l i c as o lo nd y e i n gp r o p e r t i e sf u r t h e r , p r o c e s s e s ， i n c l u d i n gb e f o r eo ra f t e rs i l i c as o lt r e a t m e n tt of a b r i ca n dd y e i n gi ns i l i c as o lh y b r i d i z e dw i t h d i r e c td y ew e r ed i s c u s s e d n er e s u l t si n d i c a t e dt h a tr e l a t i v et or o u t i n ed y e i n gp r o c e s s ，t h e h y b r i d i z e dd y e i n ga n df a b r i cp r e t r e a t e dw i t hs i l i c as o lb o t hc o u l di m p r o v et h ec o l o rs t r e n g t h ， w h i l et h ed y e df a b r i ca f t e r t r e a t e dw i t hs i l i c as o lh a dl i t t l ee f f e c to nt h ec o l o rs t r e n g t h b u ta l l o fs i l i c as o lp r o c e s sc o u l de n h a n c et h ed y e i n gf a s t n e s s k e y w o r d s ：s i l i c as o l ；h y b r i d ；c o l o r a n t ；f a s t n e s s ；k sv a l u e u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 邀囱叁 日 期： 幽：笸2 三 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：继垒 导师签名： 五凼壑 日 期： z 幻o q b - 21 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 纺织品印染行业的发展现状及发展趋势 1 1 1 纺织品印染行业的发展现状 纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业，也是国际竞争优势比较明显的重要产业 之- - 1 1 ，对扩大就业、增加农民收入、积累资金、出口创汇、繁荣市场、提高城镇化水 平、带动相关产业和促进区域经济发展发挥了重要的作用【2 1 。而印染作为纺织工业的重 要环节，在我国纺织工业在取得快速发展的同时，在节能降耗和环境保护等方面长期积 累的矛盾也日益突出，印染行业装备的质量稳定性差、耗水量和废水排放量较大的问题 依然突出f 3 _ 5 】。 印染纺织物经受外界的作用而保持原来色泽的能力，也称色牢度 6 1 。纺织物经过染 色、印花以后，有时还要经过其他工序，如毛织物的缩绒、合成纤维纺织物的热定形等； 在服用过程中要接触大气、汗渍，经受洗涤、摩擦和熨烫等外界作用。这些都能使印染 纺织品发生不同程度的褪色、变色。影响印染纺织物染色牢度的工艺主要是缩绒、炭化、 氯漂、升华等【7 1 。染料或颜料在纺织物上的染色牢度，与它们的化学结构、在纤维上的 浓度和所处状态以及纤维的性质有关。各项染色牢度的测试方法，是模拟各种服用或工 艺条件制订的 8 , 9 j 。国际标准化组织0 s o ) 参照英国和美国的染化学会( s d c 和a a t c c ) 以及欧洲大陆牢度协会( e c e ) 等组织( 见纺织标准) 所定的标准，陆续制订了各项染色牢度 的国际标准和测试、评定方法【1 0 1 。 目前，出口纺织品面料和服装对牢度的要求越来越高，但许多水溶性染料仍然存在 着摩擦、皂洗、日晒等牢度偏低的现象【l 。另外，很多染料应用中还存在着利用率低的 问题，如一些活性染料，固色率不到6 0 【1 2 】。目前常通过圃色剂处理降低纤维上染料的 水解性，以提高染料利用率和染色牢度。用固色剂对织物进行固色处理有很多局限性， 如引起染料的色光改变、染色鲜艳度降低、引入了c u 2 + 、c ，等离子增加了废水处理的 难度以及甲醛释放等问题【1 3 】。此外，一些固色剂适应范围比较窄，如以二烷基烯丙基 胺衍生物为主的耐氯型聚阳离子固色剂，可以防止色变和耐氯耐晒牢度的降低，但固色 织物的耐洗牢度不是很高【1 4 1 。 涂料染色是国际上纺织印染企业广泛采用的染色技术【1 5 ，1 6 1 。其基本原理是用高分子 粘合剂将颜料机械地粘附在纤维上。不论是棉纤维还是合成纤维均能染着。主要特点是 适应性强，色谱广泛，色泽鲜艳，色光稳定，重现性好，涂料染色打样、复色方便，生 产工艺流程短，节省大量的水、电、煤、人工和设备【1 7 1 。纵观国际发达国家的实践，涂 料染色应用是既能从根本上、从源头上杜绝水污染物产生，节约能源和原材料，实现清 洁生产，又能保证产品质量和性能的新技术。欧洲涂料染色工艺应用已超过5 0 ，美国 涂料染色产品也已占其国内染色产品的9 0 1 i s 。涂料染色的出现解决了以一种着色剂同 江南人学硕士学位论文 时上染多种纤维得到均匀色相的问题【1 9 1 。然而，目前涂料染色技术还存在许多问题， 如：湿摩擦牢度和刷洗牢度差，涂料泳移，工作液不稳定，织物外观质量差、得色浅、 染色不匀，以及由于色浆中含有粘合剂、交联剂，造成织物的手感硬，粘合剂粘搭轧辊 等。这些生产实际问题极大地限制了涂料染色技术的发展【2 0 ，2 1 1 。 1 1 2 纺织品印染行业的发展趋势 印染足高耗水、高污染行业，染整行业对环境的污染十分严重，并已严重影响到人 们的生活健康和生命的安全【2 2 1 。当前节能减排已成为印染行业最大的压力，国家和纺织 工业协会已明确指出染整行业的发展方向：采用清洁生产工艺、废水治理和污染防治措 施；规定所有印染废水要实现达标排放；取缔和淘汰技术设备落后、污染严重及无法实 现稳定达标排放的小型印染企业；对印染企业集中的地区，鼓励实行专业化集中治理。 并指出印染产业的发展必须重视保护环境，提高水资源利用效率，大力推广清洁生产， 以生态环保理念开发并推广各类减少污染、节约能源、利于健康的新技术和新产品【2 3 1 。 1 2 溶胶一凝胶技术国内外研究进展 1 2 1 溶胶一凝胶技术国外发展现状 溶胶凝胶法( s 0 1 g e lm e t h o d ) 是制备无机膜的一种重要方法。初始研究可以追溯到 1 8 4 6 年，e b e l m e nj j 发现s i c l 4 从与乙醇混合后在湿空气中能发生水解并形成凝胶，但 这个发现当时并未引起化学界的注意，直到2 0 世纪3 0 年代，g e f f e k e nw 证实用同样的 方法可得到硅氧化物薄膜【2 4 】。1 9 7 1 年德国d i s l i c hh 报道了通过金属醇盐水解得到溶胶， 经胶凝化、再于9 2 3 9 7 3 k 的温度和1 0 0 n 的压力下处理，制备了s i 0 2 b 2 0 3 - a 1 2 0 3 n a 2 0 k 2 0 多组分玻璃，受到了材料科学界的极大重视。溶胶凝胶法早期曾采用传统胶 体型成功地制备出核燃料，其过程在制备粉末方面表现出一定特长。8 0 年代前后，科学 家对溶胶凝胶法的科学和技术研究主要集中在无机聚合物型上，是因为该型溶胶凝胶 过程易控制，多组分体系凝胶及后续产品从理论上说相当均匀，并且易从溶胶或凝胶出 发制备成各种形状的材料1 2 卯。该型在以s i 0 2 为基本材料方面的应用已相当成功，但其 过程一般需要可溶于醇的金属醇化物作为前驱物，而许多低价( 昌 v 趔 脚 矗 苗 n 陈化时间0 1 ) 图3 - 3 硅溶胶陈化时间对z e t a 电位的影响 f i g 3 - 3e f f e c t so f s i l i c as o la g e i n gt i m eo nz e t ap o t e n t i a l 注：实验制备的硅溶胶z e t a 电位是负值，图中的数值只是z e t a 电位的大小。 从图3 3 可以看出，随着陈化时间的增加，硅溶胶的z e t a 电位绝对值逐渐减小，说 1 4 0 o o o o o 5 4 3 2 l o 第3 章结果与讨论 明胶粒问的电荷排斥力减弱。但随着陈化时间的增长，硅溶胶的z e t a 电位的绝对值的减 小速率减缓。 斯特恩双电层模型 固3 - 4 硅溶胶赋屯层结构 f i g3 - 4s t m c t u r eo f s i l i c as o td o u b l ee l e c t r o d e l a y e r z e t a 电位是胶体粒子分散在体系中自然形成的种表面电位，它可以表征粒子之间 相互排斥能力的太小。硅溶胶在弱酸性环境中带负电，凶此z e t a 电位为负。刚反应后 的硅溶胶，胶粒分布较均匀，胶粒的双电层结构较完整( 图3 - 4 ) j “，因此胶粒之间的 电荷排斥力较大，也较稳定。t e o s 在水解过程中会有大量的s i o h 生成，而s i _ d h 易 水解成s i 仃和h + ，s i o 和 r 的存在是构成双电层的基础。s i 盯之间或与s i - o r 之间 会发生失水或失醇缩聚反应，生成s i o s i ，而s i 上的其他键也会发生类似的反应。随 着缩聚反应的进行，s i o 越来越少，所以胶核表面的负电荷减少，最终造成了z e 协电 位的绝对值的降低，所以溶胶的稳定性也下降口”。当缩聚反应进行到一定阶段，随着体 系中产物醇的增多和s i 一0 s i 键的伸长，缩聚反应减慢，z e t a 电位变化减慢。 3 1 4 硅溶胶预处理织物的涂料染色 s 值 制各好的硅溶胶陈化4 8 h 后对织物浸轧预处理，烘干后用涂料黄染色，并测试织物 的染色深度( 圈3 - 5 ) 。 6o 5 0 4o 裂3 0 立20 10 0 0尊王 3 6 03 8 0 4 0 0 4 2 04 4 04 6 04 8 05 0 05 2 05 4 0 波长( r i m ) 圉3 - 5 硅溶腔预处理织物囊色k b 值 f i g3 - 5 k s v a l u e so f f a b r i cd r d m w i t hs i l i c as o i “d y e d w i t hp i g m t y e l l o w 1 5 江南大学硕：仁学位论文 从图3 5 可以看出，织物经硅溶胶预处理后用涂料黄染色，织物的染色刚s 值要比 不用溶胶预处理的染色织物k s 值大。在4 2 0 n m 处硅溶胶预处理后织物染色k s 值为 5 2 7 ，而未预处理的织物染色k s 值为4 5 4 ，硅溶胶预处理后织物染色深度提高了1 1 2 。 织物经硅溶胶预处理后，纤维表面会形成一层湿凝胶膜，薄膜具有大量的孔隙结构， 一方面孔隙结构的存在为涂料颗粒的上染提供了更多的载体【8 4 】，另一方血孔隙结构对涂 料颗粒有一定的吸附作用，使得涂料的卜染率提高。染色后涂料颗粒进入到薄膜孔隙结 构中，干燥焙烘后，薄膜失水后结构变得紧凑，中间孔隙减小，涂料颗粒逸出的通道被 堵塞【8 5 】，所以造成了最终的科s 值的增大。 3 1 5 硅溶胶预处理织物的涂料染色牢度性能 制备好的硅溶胶陈化4 8 h 后对织物浸轧预处理，烘干后用涂料黄染色，并测试织物 的摩擦和水洗牢度( 表3 1 ) 。 表3 1 硅溶胶预处理织物的涂料染色牢度性能 t a b 3 - 1f a s t n e s s e so ff a b r i cp r e t r e a t e dw i t hs i l i c as o la n dd y e dw i t hp i g m e n ty e l l o w 从表3 1 可以看出，与未用溶胶预处理的织物相比，硅溶胶预处理过的织物染色后 的摩擦牢度和水洗牢度都得到了提高，其中干湿摩擦牢度提高半级，水洗变色牢度和水 洗沾色牢度也提高了半级。 织物用硅溶胶预处理后，织物表面附着一层硅溶胶薄膜，薄膜含有大量的孔隙结构， 涂料颗粒通过自由扩散和孔隙的吸附作用穿过孔隙结构靠近纤维完成e 染。织物经过预 烘后，溶胶失水缩合，凝胶化，形成三维网状结构【s 6 】，织物染色后经高温焙烘处理，织 物纤维表面的凝胶薄膜失水紧缩，薄膜致密性增大，涂料颗粒的向外扩散的通道被“堵 塞”，又因为，凝胶薄膜不溶于水，因此水洗时织物的水洗牢度得到提高。同时由于织 物纤维表面的凝胶薄膜具有一定的强度和韧性，所以对织物上的涂料颗粒具有很好的保 护作用，因此摩擦牢度也得到提高。 1 6 第3 章结果与讨论 3 2 硅溶胶对涂料墨水喷墨印花的固色性能 3 2 1 硅溶胶固色处理对喷墨印花织物色度学性能的影响 用硅溶胶分别对涂料红、涂料青、涂料黑三种颜色的涂料喷墨打印棉织物固色处理， 来提高织物的牢度性能，首先测试织物的色度学性能，结果见表3 2 。 表3 - 2 硅溶胶处理对喷墨印花织物色度学性能的影响 t a b 3 2c h r o m a t i cv a l u e so ff a b r i c s t r e a t e dw i t hs i l i c as o l 从表3 2 可以看出，就织物色泽变化而言，经溶胶处理后后，三种颜色喷墨印花织 物：红色、青色、黑色，印花深度k s 值稍微增大，说明溶胶整理后织物的颜色变深； 处理织物比未处理织物的明度l 值均稍有下降，颜色变暗，饱和度c 值均有所降低， 但变化量均较小，说明溶胶处理对印花织物的色光影响较小。织物颜色变深的原因可能 是因为织物表面形成一层硅溶胶薄膜，增加了对光的吸收率。但由于薄膜是透明的，所 以对色光的选择吸收性较小，印花织物本身的色光并没有被改变，只是稍有偏移。 3 2 2 硅溶胶固色处理对喷墨印花织物摩擦牢度的影响 表3 3 硅溶胶处理对印花织物摩擦牢度的影响 t a b 3 - 3r u b b i n gf a s t n e s s e so ff a b r i c st r e a t e dw i t hs i li c as o l 用硅溶胶分别对涂料红、涂料青、涂料黑三种颜色的涂料喷墨打印棉织物同色处理， 来提高织物的印花牢度，考察硅溶胶处理对印花织物摩擦牢度的影响，结果见表3 3 。 由表3 3 可以看出，红、青、黑三种颜色的喷墨印花织物经硅溶胶固色处理后，织 1 7 江南大学硕一 ：学位论文 物的干摩擦牢度和湿摩擦牢度均有所提高，其中涂料红织物的干湿摩擦牢度提高了l 级， 涂料青和涂料黑的干湿摩擦牢度各提高了半级。从色差方面看，与未处理织物相比，处 理后印花织物的e 值大大降低，降低了1 0 个百分点左右。这是由于溶胶处理后在织 物表面形成一层十凝胶膜，而且薄膜自身就有一定的强度【8 7 1 ，减弱了织物表面颜料粒子 的所受到的摩擦力，所以溶胶处理后织物的摩擦牢度提高。由于薄膜彳i 溶于水，所以织 物的湿摩擦牢度也得到提高。 3 2 3 硅溶胶浓度对喷墨印花织物水洗褪色率的影响 将硅溶胶加水稀释配制成不同硅溶胶含量的溶胶液，考察溶胶处理前后印花织物在 6 0 时的水洗褪色率与硅溶胶浓度之间的关系，结果见图3 - 6 。 零 槲 坦 裂 端 * 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 o2 04 06 08 01 0 0 硅溶胶含量( ) 图3 6 溶胶浓度与印花织物水洗褪色率的关系 f i g 3 - 6e f f e c t so f c o n c e n t r a t i o no f s i l i c as o lo nt h ef a d er a t eo f w a s h i n g 由图3 - 6 可见，在硅溶胶浓度小于6 0 时，经硅溶胶处理织物的水洗褪色率随硅溶 胶浓度的增人显著降低，当所用硅溶胶浓度大于6 0 时，织物水洗褪色率的变化趋于稳 定。可见，硅溶胶处理能有效提高印花织物的水洗性能，改善程度与所用溶胶浓度有关。 原因可能是由于硅溶胶浓度的变化使其成膜性能发生改变。硅溶胶浓度过低时，成膜不 连续，均匀性差。在硅溶胶浓度较高时，溶胶体系的成膜性好，薄膜的厚度较大，所以 同色效果明显。 3 2 4 硅溶胶处理前后织物水洗褪色率和水洗温度的关系 为了进一步研究硅溶胶处理对喷墨印花织物水洗性能的改善作用，考察了4 0 和 6 0 水洗温度下溶胶处理前后织物水洗褪色率的变化，结果如表3 - 4 所示。 1 8 第3 章结果与讨论 表3 - 4 不同水洗温度下溶胶处理对织物水洗褪色率的影响 t a b 3 - 4e f f e c t so f s i l i c as o lo nt h ef a d er a t eo f w a s h i n ga td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 一般而言，随着水洗温度的增加，织物的褪色程度降增大，6 0 条件下织物的水洗 褪色程度将更清楚的反映溶胶处理对织物水洗牢度的改善效果。由表3 4 可以看出溶胶 处理后涂料红、涂料青、涂料黑三种印花织物的原样变色牢度提高了至少半级。4 0 条 件下未经溶胶处理试样的水洗褪色率均大于5 0 ，且随着水洗温度的增高未处理试样的 水洗褪色率增加明显。而对于溶胶处理后的印花织物，水洗褪色率仅在2 0 左右，6 0 条件下试样的水洗褪色率只是稍高于4 0 c 条件下的试样，增加最多的是涂料红试样，仅 增加了3 左右。由此可见，溶胶处理叮以提高织物的水洗性能，改善作用随水洗温度 的增高有所下降。这主要是因为喷墨印花墨水对棉织物没有亲和力，织物表面的颜料分 子容易脱去。对于溶胶处理的试样褪色程度得到改善，这可能是由于溶胶改性后会在织 物表面形成一层透明的氧化物干凝胶膜，将颜料分子有效的包埋在薄膜层内，对颜料分 子的脱落起到一定的阻碍作用【8 8 】。另一方面，织物表而的干凝胶膜含有孔隙结构，所以 不能完全阻止颜料粒子的脱落，故存在一定的褪色现象。 3 2 5 硅溶胶处理对织物手感的影响 利用织物风格仪测试了硅溶胶处理前后品红印花织物的弯曲性能，通过弯曲刚度和 弯曲滞后矩两项参数的变化来考察硅溶胶处理对织物手感的影响。其测量结果如表3 5 所示。 表3 5 硅溶胶处理前后织物手感的变化 t a b 3 - 5c h a n g e so f t h eh a n d l ew i t ho rw i t h o u ts i l i c as o lt r e a t m e n t 由表3 - 5 可见，与未经硅溶胶处理的织物相比，处理后织物的弯曲刚度和弯曲滞后 矩都有所增加，经向的弯曲刚度和弯曲滞后矩变化较其纬向明显。弯曲刚度和弯曲滞后 矩增加的原因可能是溶胶处理后将在织物表面形成一层薄膜，该薄膜在一定程度上影响 1 9 z t l 南人学顺 学位论史 了织物的弯曲和棉纤维天然的弹性，使得织物的柔软度和活络感f 降【9 9 i 。经向的弯曲刚 度和弯曲滞后矩变化明显的町能原足织物在织造过程中，径向所受张力较_ 大，纤维之 f l l j 较紧密，经溶胶处理后，很多纤维抱合成一个整体，所以弯曲刚度和弯曲滞后矩增加 较多。但由于弯曲刚度和弯曲滞后矩增加量很小，弯曲刚度的增加量小于00 4 ，而弯曲 滞后矩增加量仅o0 2 左右，织物手感变化较小。 32 6 扫描电子显微镜 涂料墨水喷墨印花织物用硅溶胶固色处理后，拍摄扫描电子显微镜图片，并与未用 硅溶胶处理的纵物作比较( 图3 7 ) 。 ( 砷( b ) 图3 7 硅溶胶处理前后织物纤维扫描电子显微镜图 f i g3 - 7s e m i m a g e so f f a b r i c w i t ho r w i t h o u t s i l i c as o l 注：图阳) 为未经溶胶处理的印花织物；图( b ) 为经溶胶固色处理后的印花织物 从图3 7 可以看出，未经溶胶处理的织物纤维表面有棉纤维天然的细小淘槽，而经 溶胶处理后的印花织物纤维表面有明显的一层薄膜，薄膜的存在掩盖了棉纤维表面的天 然沟槽，也对织物纤维上的涂料颗粒有很好的包埋作用。另外，从图( b ) 可以看出溶 胶处理后纤维表面出现了一些凸点，而未经溶胶处理的图f 劬上的 点却很少。原冈一方 而可能是硅溶胶凝胶化成膜过程中形成了少量的气泡，另一方面可能是涂料上染到纤维 以后，附着在纤维表面，部分涂料在纤维表面发生聚集，但由丁整个表面的颜色一致， 所以这些涂料聚集体不容易显现出来，因此凸点较少。而当溶胶处理后，涂料的表面被 一层硅溶胶覆盖，虽然溶胶对光线的吸收和反射= l d ，但由于涂料聚集体表面跗着的硅 溶胶薄膜对光线的反射角度与其他非突出部分不同【州，因此原来隐蔽的凸点就容易显现 出来了。 第3 章结果与讨论 3 3 硅溶胶对活性染料染色织物的固色性能 3 3 1 硅溶胶对染色织物色度学性能的影响 活性染料在染色过程中会出现水解而失去活性的现象。这部分染料常会以物理吸附 的方式附着在纤维上，影响织物的摩擦和水洗牢度。另外活性染料的日晒牢度不是太高， 日晒后容易出现褪色现象【9 1 l 。所以有必要对提高活性染料的牢度进行研究。 织物用活性染料染色后，用硅溶胶对染色织物同色处理，织物色度学性能变化见表 3 6 。 表3 - 6 溶胶表面改性对活性染料染色织物色度学性能的影响 t a b 3 - 6c h r o m a t i cv a l u e so ff a b r i c sd y e dw i t hr e a c t i v ed y e s 从表3 6 可以看出，用硅溶胶对活性染料染色织物固色处理，织物的色光有微小的 变化。其中k s 值稍微增加，明度l 木稍微减小，而a 宰，b 幸值都稍微减小。从a 、b 具体 数值看，溶胶整理后两种颜色都出现了少红和少黄的现象，而且彩度c 幸也稍微降低。这 可能是因为溶胶薄膜的存在，光线存在选择性吸收的现象。但总体来说，这种影响很小， 染色织物的色光没有显著变化。这主要是因为制得的硅溶胶是透明的，而凝胶后在织物 表面形成的薄膜也是透明的，薄膜对光线的吸收很小，。所以织物颜色的变化较小。 3 3 2 硅溶胶对染色织物摩擦牢度的影响 织物用活性染料染色后，用硅溶胶对染色织物固色处理，摩擦牢度和日晒牢度的变 化见表3 7 。 表3 7 硅溶胶处理对活性染料摩擦牢度和日晒牢度的影响 t a b 3 - 7e f f e c t so f s i l i c as o lt r e a t m e n to nr u b b i n ga n dl i g h t i n gf a s t n e s s e so f r e a c t i v ed y e 从表3 7 可以看出经硅溶胶处理后，两种染料染色织物的干湿摩擦牢度提高了至少 半级。两种染料染色织物的日晒牢度也各提高了l 级。在氙灯下照射1 2 0 h 后活性红染色 织物的日晒褪色率由原来的1 7 6 下降n 7 4 ，活性黄染色织物日晒褪色率由原来的 8 3 下降到4 2 ，下降率都超过了5 0 。活性染料染色后一般可与棉纤维上的o h 形成 2 1 江南大学硕士学位论文 共价键，共价键有很好的稳定性，牢度较好，但活性染料染色后仍有一部分染料没有和 纤维问形成共价键，而是以氢键、范德华力等物理作用相结合，虽然经过多次清洗，这 部分染料分子依然很难完伞洗掉，另外由于太阳光线的直接照射会使活性染料部分的发 生降解褪色，这是引起活性染料牢度下降的重要原因。硅溶胶处理后，染色织物的摩擦 牢度提高，这可能是由于溶胶在织物表面凝胶化成膜后形成的网状结构对活性染料分子 有很好的保护作用，尤其是那些没有与纤维间形成共价键的染料分子。另外还可能是因 为染料分子与织物表面形成的薄膜的摩擦系数小于纤维表面的摩擦系数，所以处理后染 料分子所受的摩擦力减小，因此摩擦牢度增大。从表3 7 还可以看出湿摩擦牢度的改善 效果要好于干摩擦牢度，活性黄的的湿摩擦牢度经硅溶胶处理后提高了l 级。原因一方 面可能是硅溶胶薄膜不溶于水，所以遇水后薄膜仍然有保护染料分子的作用，另外还可 能是薄膜潮湿状态下的摩擦系数小于干燥条件下薄膜的摩擦系数，湿薄膜状态时所受外 部的摩擦力较小，所以湿摩擦牢度提高较明显。日晒牢度的提高一方而可能是薄膜层的 存在避免了光线的直接照射【9 2 1 ，硅溶胶薄膜吸收了光线中的紫外部分，而对可见光部分 吸收较小，所以既保护了染料分子免于紫外光的照射，使得日晒牢度提高，又减小了对 织物的颜色影响。 3 3 3 硅溶胶对染色织物水洗牢度的影响 织物用活性染料染色后，用硅溶胶对染色织物固色处理，水洗牢度变化见表3 8 。 表3 - 8 硅溶胶处理对活性染料水洗牢度的影响 t a b 3 - 8e f f e c t so fs i l i c as o lt r e a t m e n to nw a s h i n gf a s t n e s s e so ft h er e a c t i v ed y e 从表3 8 可以看出，溶胶处理后染色织物的水洗牢度至少提高了半级。未经溶胶处 理时织物的水洗褪色率都超过5 0 ，而经溶胶处理后水洗褪色率都减d , n 了3 0 以下。 织物水洗牢度牢度改善的原因一方面可能是因为溶胶薄膜层的存在，减小了外力对染料 分子，特别是未形成共价键染料分子的破坏作用，另外还可能是溶胶薄膜表面的摩擦系 数小于纤维表面的摩擦系数，因此溶胶整理后纤维表面附近的染料分子所受到的摩擦力 减小，因此水洗牢度增大。另外从表3 8 还可以看出染色织物在6 0 ( 2 下的水洗褪色率要 大于在4 0 ( 2 下的水洗褪色率，这一方面可能是凶为上染后的活性染料在较高温度下容易 水解，另一方面未形成共价键的染料分子在较高温度下的扩散性能也增强，因此染色织 物在4 0 下水洗牢度要好于6 0 下的水洗牢度。 3 3 4 二氧化硅增重率 为了证明溶胶处理后织物表面硅的存在，用称重法测试二氧化硅增重率，增重情况 第3 章结果与讨论 如图3 - 8 所示。 8 0 7 o 6 0 集5 0 槲4 0 1 噩| ： 饕3 0 2 o 1 0 o o 水溶胶 图3 - 8 增重率测试 f i g 3 - 8w e i g h tg a i n 图3 - 8 中，用硅溶胶处理过的织物干燥后的增重率w 溶胶为6 9 ，用水浸轧过的对照 样干燥后的增重率w 水为1 5 ，所以二氧化硅净增重率w s m ： w s i 0 2 = w 溶腔一w 水= 5 4 s i 0 25 4 的增重率进一步证明了硅溶胶在织物纤维上的存在。 江南大学硕十学位论文 3 4 直接染料杂化硅溶胶染色性能 3 4 1 硅溶胶用量对染色性能的影响 直接染料杂化硅溶胶加染料浓度相同的直接染料染液稀释硅溶胶，配成不同浓度的 杂化硅溶胶染液。织物在不同浓度硅溶胶染液中染色，染色完成后测试k s 值，结果见 图3 9 所示。 3 0 o 2 5 0 j 四2 0 0 壹1 5 0 1 0 0 5 0 o2 04 06 08 0 硅溶胶含量( ) 图3 - 9 硅溶胶含量对直接染料染色k s 值的影响 f i g 3 - 9e f f e c t so f t h ea m o u n to f s i l i c as o lo nt h ek sv a l u eo f d i r e c td y e 注：染料浓度4 ，n a c i 含量1 0 9 l ，染色时间4 0 m i n ，染色温度9 0 ，在1 5 0 温度下焙烘5 m i n 。 从图3 - 9 可以看出，随着硅溶胶含量的提高，织物的染色k s 值提高。相比直接耐 晒翠蓝g l 和直接大红4 b s 不含硅溶胶时的k s 值，在硅溶胶含量为4 0 时的染色织物 的k s 值分别提高了1 2 8 和1 6 8 。这可能是因为溶胶液凝胶化，在织物表面形成一 层带有大量孔隙的薄膜，在范德华力、氢键等物理吸附的作用下，染料分子进入到孔隙 中【9 3 l 。硅溶胶的含量越多，在织物表面形成的薄膜越厚，而较厚的薄膜对阻止染料分子 重新溶解到溶液中越有力，这最终导致了织物染色k s 值的提高。但是当硅溶胶含量超 过4 0 时，织物染色会出现染色不均匀的现象。这可能的原因是过量的硅含量使得溶胶 液的粘度增加，阻止了染料分子的自由扩散和匀染性。 表3 - 9 硅溶胶含量对直接翠蓝g l 染色牢度的影响 t a b 3 - 9e f f e c t so f t h ea m o u n to f s i l i c as o lo nt h ed y e i n gf a s t n e s s e so f d i r e c tb l u ed y eg l 第3 章结果与讨论 注：直接翠蓝g l 染料浓度4 ，n a c l 含量1 0 9 l ，染色时间4 0 m i n ，染色温度9 0 ， 在