浅谈涂料染色的发展与应用论文

浅谈涂料染色的发展与应用论文浅谈涂料染色的发展与应用论文 涂料染色拼色方便 重现性好 对被染物没有选择性 可广泛用于 各种纤维的染色 其染色工艺简单 节能 节水 排污少 染色成 本低 是印染行业清洁生产的重要发展方向 涂料的应用历史悠久 考古发现 在殷代晚期的建筑物上已经出现 了壁画 当时多是红色和黑色的无机颜料 涂料的应用领域广泛 在纺织 造纸 建筑 塑料和金属等多个领域得到普遍使用 涂料 在纺织品的大量应用始于20 世纪50 年代初 开始多是用于印花 80 年代以来 在染色中的应用得到重视 涂料中的着色成分为颜料 涂料染色实质为颜料着色 颜料本身不 溶于水 需要借助于分散剂 乳化剂等表面活性剂的作用均匀分散 于有机溶剂或水中 形成涂料色浆 在涂料染色时 在涂料色浆中 加入粘合剂 交联剂等制成涂料染液 对织物浸轧后 通过高温焙 烘作用 交联剂的交联成分与粘合剂分子中的活性基团 在纤维和 粘合剂之间 粘合剂高分子之间发生交联 形成具有三维空间结构 的网状皮膜 将颜料包嵌而牢固地附着在织物上 从而达到 上染 的目的 涂料染色的关键在于改善涂料染色的织物手感 摩擦牢度 轧染时 对轧辊的粘结 以及浸染的着色深度 匀染性 这些问题的解决取 决于涂料色浆 粘合剂等的发展技术 1 涂料染色的发展 1 1 涂料发展 1 1 1 涂料的性状与性能 商品涂料为浆状形式 一般称为涂料色浆 简称为涂料 其组成有 颜料 分散剂 乳化剂 润湿剂及少量水 颜料包括无机颜料 有 机颜料及荧光树脂颜料 作为染色用涂料 应满足以下基本要求 颗粒细度均匀 色泽浓艳 良好的着色力和遮盖力 耐光耐热 化学药剂稳定性好 相对密度适宜 涂料的质量取决于涂料色浆的制备技术 具体来说 即颜料晶型 颗粒大小 粒度分布及涂料色浆分散技术等 涂料的遮盖力取决于颜料粒径 在一定范围内时 颜料颗粒越小 光在颜料颗粒与空气界面的反射作用加强 遮盖力越好 过大或过小 当颗粒的线性尺寸小于光波波长时 遮盖力都会下降 涂料鲜艳度的影响因素较多 包括颜料的粒径 大小 颗粒形状 晶型及晶体的完整性 通常粒径大 粒度分布宽 晶体的完整性差 色光发暗 反之 色光鲜艳 日晒牢度主要取决于颜料的化学结构 也与颗粒大小有关 日晒褪 色速度与颗粒直径的平方成反比 颜料颗粒过小时 褪色速度加快 摩擦牢度与颜料的粒径不是简单的比例关系 试验表明 当粒径在100 300 nm 范围时 织物的干湿摩擦牢度差异不明显 当粒径小于100 nm 时 可以显著地改善织物的干湿摩擦牢度 但皂洗 刷洗牢度下降 颜料粒径还影响涂料色浆的稳定性 粒径过大 涂料色浆稳定性下 降 易出现分层现象 粒径分布在100 200 nm 时 色浆的稳定性在80 以上 不同颗粒大小的涂料适用于不同的染色方法 轧染的涂料颗粒最佳 细度在0 5 1 m 浸染的涂料颗粒最佳细度在0 1 0 3 m 筒纱染色的涂料颗粒在100 nm 以内 1 1 2 涂料研发技术发展 涂料超细化后 各项物理性能和化学性能都会显著改变 如着色强 度 颜色鲜艳度提高等 目前 水性超细涂料是国内外科研工作者 研究的热点 水性超细涂料是以水为分散介质 粒径在150nm 左右的涂料分散体 能够有效降低有机物的排放量 符合环保要求 水性超细涂料的制备是通过涂料色浆分散技术与颜料表面改性技术 具体分为分散剂直接研磨分散法和表面包覆分散法 分散剂直接 研磨分散法有低分子分散剂法和高分子分散剂法 表面包覆法有原 位聚合法 相分离法 微乳液聚合法和化学法 有关资料显示 国外仅少数跨国企业如美国的DuPont 杜邦 德国的巴斯夫 BASF 和DyStar 德司达 瑞士的原Ciba 汽巴 等企业掌握了涂料在水相中细化和分散稳定的方法 其技术处于垄 断地位 产品价格昂贵 国内仅有江南大学纺织服装学院对外宣称 已经掌握了涂料分散和细化技术 1 1 3 涂料新产品 涂料的着色成分 颜料为非离子性化合物 其电荷性质取决于涂料色浆制备时所用的 分散剂 目前 多数厂家采用阴离子型 非离子型分散剂 涂料色浆 为阴离子型 日本山阳色素株式会社研发的Emacol CT Color 为具有阳离子性的水性颜料分散体 和传统型产品相比较 用于纺 织品及成衣的浸染染色时 其染色方法简便 吸尽率高 并且废水 负荷也大幅度减轻 被列为中国印染行业节能减排先进技术推荐目 录 1 2 粘合剂发展 1 2 1 粘合剂结构与性能 粘合剂是合成高分子化合物 由单体聚合而成 一般制成水分散剂 乳液剂和溶剂型 涂料染色用的粘合剂要求具有可交联或自交联 的基团 与颜料配成染液轧染后 经适当的焙烘在织物上形成无色 透明 粘着力强 富有弹性和韧性的薄膜 涂料染色质量的优劣 很大程度上取决于粘合剂的性质 涂料染色 用粘合剂要满足以下基本要求 成膜稳定优异 粘着强力适宜 化学药剂稳定 成膜透明无色 膜质柔韧耐用 按照化学结构 粘合剂分为丁苯橡胶乳液类 聚丙烯酸酯类 聚醋 酸乙烯酯类 按组成单体的不同 分为反应型和非反应型 反应型又分为交联型 和自交联型 聚丙烯酸酯类粘合剂较适用于涂料染色 且大多数采用乳液聚合的 方法 其皮膜透明度高 耐磨性好 不易老化 但手感较差 质量不稳定 聚氨酯类粘合剂的粘着力强 皮膜弹性 好 手感柔软 耐低温和耐磨性优异 但易泛黄 1 2 2 粘合剂研发技术发展 目前 核壳型粘合剂是国内外研发的热点 核壳型粘合剂是从核心 到壳层共聚组成呈不均匀分布的一种乳液 为硬包软结构 是由性 质不同的两种或两种以上单体 通过多阶段共聚或连续变化聚合制 得 核壳型粘合剂可用于各种纤维的涂料印花及涂料染色 其外层 玻璃化温度较高 在室温下不易成膜 不堵网 不粘辊筒 染色后 的布面不发粘 刷洗牢度高 而其含有的玻璃化温度较低的组分焙烘成膜后 则可以提供给织物 足够的柔软性 粘附性等 1 2 3 粘合剂新品种 改性聚丙烯酸酯类 如美国Brook Line 布鲁克林 的Superprint 101 具有传统丙烯酸酯类粘合剂无法比拟的优势 使牢度和手感得 到了彻底改善 纳米粘合剂 是利用纳米技术 高分子合成技术及生态技术研制的纳米级涂料染 色粘合剂 几乎所有纤维表面都有300 nm 宽的沟纹 普通乳液粘合剂粒子不能进到沟纹中 而纳米级乳液粘 合剂粒子直径较小 例如70 nm 粒径 可以进入纤维中 生根 用于涂料染色时 纺织品色牢度 高 刷洗牢度尤为突出 给色量高 色泽艳丽 饱满 手感柔软 可与染料染色工艺的纺织产品相媲美 如NMD纳米级涂料 染色粘合剂 1 3 阳离子改性剂发展 对天然纤维进行阳离子接枝以改变其离子性的方法 一般称为阳离 子改性处理 这类助剂称为阳离子改性剂 或接枝剂 固色增深剂 等 通过阳离子改性剂对纤维进行处理 使纤维表面带正电荷 与 阴离子型的涂料产生静电吸附作用 涂料可以依靠直接性自动吸附 到纤维表面 从而拓宽了涂料染色工艺 轧染及浸染都可以使用 且提升了涂料染色的深度 阳离子改性剂分为低分子化合物和高分子化合物两类 主要代表结 构有胺化环氧衍生物 如缩水甘油基三甲基氯化铵 Glytahc A 聚酰胺表氯醇 PAE 型聚合物 氯代三嗪型季铵化合物 N 羟甲基丙烯酰胺 NMA 聚表氯醇 PECH 二甲基胺等 其中属于高分子的有聚酰胺表氯醇 PAE 型聚合物和聚表氯醇 PECH 二甲基胺 在涂料浸染工艺中 阳离子改性剂很重要 改性效果对 涂料的染深性 匀染性及色牢度有重要影响 目前市场上大部分的 阳离子改性剂在性能方面的差异并不是太大 例如 DyStar 公司的改性剂 上海长盛印染化工的涂料染色增深剂PT 和PNT 苏州联胜化学有限公司的改性剂RS 广州创越化工的阳离子 改性剂CY 210 纤维素纤维改性 和CY 220 蛋白质纤维改性 等 对涂料染色的各项染色牢度都有一定的帮助 阳离子改性技术的关键在于在改性反应过程中适当控制好反应条件 减少水解等副反应 以增进阳离子改性剂的利用率 江南大学纳米色素与喷墨印花研究开发中心还研发了适用于超细涂 料染色的含环氧氯丙烷侧基的水溶性聚酰胺多胺型阳离子改性剂 得色深 且容易避免发生染花现象 1 4 其他助剂 涂料染色的其他助剂还有交联剂 摩擦牢度增进剂 防泳移剂 柔 软剂等 视染色方法及要求选用 2 涂料染色的应用 2 1 传统涂料染色应用 传统涂料属于阴 非离子型 一般纤维在中性溶液中带负电荷 常用 纤维在中性水溶液中带负电荷 涂料对纤维没有亲和力 不能依靠 直接性吸附上染纤维 所以在涂料染色的早期 只能采用轧染染色 轧染时 涂料通过机械浸轧作用吸附到纤维上 轧染后进行烘干及 焙烘 粘合剂成膜将涂料固着于织物表面 这种工艺现在仍在使用 特别是在浅色及修色补色时应用普通 2 1 1 传统涂料轧染工艺 涂料染液处方 涂料10 g L 粘合剂20 g L 防泳移剂10 g L 工艺流程 浸轧涂料染液 二浸二轧 轧余率65 室温 预烘 80 红外线或热风烘干 焙烘 150 4 分钟 后 2 1 2 染色时注意问题 1 宜室温浸轧 以防止粘合剂过早反应粘结轧辊 2 预烘应采用红外线或热风烘燥 不能采用烘筒烘燥 3 焙烘温度应根据粘合剂性能及纤维材料确定 以免影响染色牢度 4 对于纤维素纤维和蛋白质纤维类制品 焙烘温度不宜太高 防止织 物泛黄以及对织物的损伤 2 1 3 染色特点及改进 轧染时 粘合剂容易粘结滚筒 需经常清洁生产设备 劳动强度大 浸轧涂料色浆后 需高温焙烘以使粘合剂固化 能源消耗大 且 大量粘合剂的使用 导致织物手感粗硬 涂料传统轧染染色工艺仅 适于布面平整的织物 且只能染浅色 不能染中深色 目前国外产品如前文提到的Superprint101 使牢度和手感得到了彻底改善 但价格昂贵 国内开发的阳离子型 丙烯酸酯类粘合剂 具有与普通粘合剂不同的特性 用量少 牢度 好 手感佳 具有低温快速固化的特点 有利于降低生产综合成本 2 2 阳离子改性涂料染色工艺 近年来 国内外研究者相继开发了一些涂料染色助剂 其中应用最 多的即是阳离子改性剂及湿摩擦牢度增进剂 通过阳离子改性剂对 纤维进行改性或接枝 使涂料能够依靠静电吸附作用直接上染纤维 阳离子改性剂的出现 使得涂料在轧染染色 浸染染色及成衣染 色中得到广泛应用 且实现了涂料中深色染色的要求 湿摩擦牢度 增进剂可以代替部分粘合剂 可以减少粘合剂的使用 改善了涂料 染色后织物的手感以及摩擦牢度等性能指标 湿摩擦牢度增进剂还 可与柔软剂同浴使用 减少了后处理工序 有利于降低生产成本 2 2 1 纯棉织物阳离子改性轧染工艺 涂料染色处方 阳离子改性剂 增深剂 PNT 4 6 g L 涂料5 20 g L 湿摩擦牢度提升剂PG 25 40 g L 练漂后织物 阳离子改性 二浸二轧 轧余率70 室温 烘干 涂料轧染 二浸二轧 轧余率70 室温 预烘 90 红外线或热风烘干 焙烘130 3 5 min 后 2 2 2 绞纱阳离子改性涂料浸染工艺 阳离子改性处方 阳离子改性剂PNT 3 6 o w f 纯碱调节pH 至10 11 涂料染色处方 涂料x o w f 螯合分散剂HSY 0 5 1 g L 浴比1 15 20 固色处方 湿摩擦牢度提升剂PG 2 5 o w f 浴比1 15 20 染色工艺流程 练漂后纱线 润湿 阳离子改性 60 20 min 冷水洗2 次 涂料染色 60 20 min 水洗 固色 95 25 min 脱水 烘干 2 2 3 成衣阳离子改性涂料染色工艺 阳离子改性处方 阳离子改性剂PNT 3 5 o w f 渗透剂1 g L 纯碱调节pH 至10 11 涂料染色处方 涂料x o w f 匀染剂O 1 g L 螯合分散剂HSY 0 5 1 g L 浴比1 25 30 固色处方 湿摩擦牢度提升剂1 5 3 o w f DM 2588 浴比1 25 30 染色工艺流程 成衣白坯 润湿 阳离子改性 60 20 min 冷水洗2 次 涂料染色 60 20 30 min 冷水洗 固色 95 15 25 min 后处理 如酵素洗等 脱水 烘干 服装熨烫 成品 2 2 4 染色注意问题 1 改性后需要充分水洗至中性 否则 染液中的阳离子改性剂会与涂 料结合 影响涂料上染率 影响力涂料染色的深度 2 浸染时 改性后染色要控制升温速度 避免染色不匀 2 2 5 染色特点 阳离子改性剂的出现 虽然实现了涂料的多种染色方法 但也存在 诸多问题 第一 纤维的改性是染前进行 改性后纤维对涂料的吸 附主要取决于纤维上引进电荷的多少 改性后涂料染色的得色深浅 不仅与涂料染液浓度有关 还取决于纤维改性程度 而目前还没有 在线检测纤维电荷的能力 导致涂料染色色深不易控制 第二 因 改性本身的均匀性及改性时副反应等因素影响 阳离子改性涂料染 色容易造成色泽不匀及色差 第三 改性处理易引起棉纤维泛黄 影响染色鲜艳度 第四 为避免染液中的改性剂对涂料的吸附 改 性后水洗必须充分 耗水量较大 第五 阳离子改性剂对污水的生 化处理有一定影响 2 3 阳离子涂料染色工艺 传统涂料染色工艺因大量粘合剂的使用 染色织物手感较差 阳离 子改性涂料染色工艺降低了粘合剂的使用量 但改性工艺流程长 匀染性差 由山阳色素开发的阳离子型水性分散涂料 EMACOLCT COLOR 简称为阳离子涂料 对纤维材料进行吸尽染色时 不需要对纤维进行改性处理 利用纤 维带有的阴离子性 可以实现吸尽染色 染色工序减少 适用性广 手感好 2 3 1 阳离子涂料纯棉机织物染色工艺 涂料染色处方 阳离子涂料x o w f 阳离子缓染剂1101 1 0 o w f 浴比1 20 液处方 湿摩擦牢度提升剂DM 5146 10 g L 硅油T689 0 20 g L 视手感需要 工艺流程 室温 预加缓染剂处理 涂料染色 80 2 min 冷水洗2 次 涂料牢度提升剂 40 20 min 脱水 烘干 100 4 min 一浸一轧硅油液 烘干 100 4 min 焙烘 160 2 min 2 3 2 阳离子涂料筒子纱染色工艺 涂料染色处方 阳离子涂料x o w f 涂料筒染增深匀染剂CT 3 5 o w f 固色处方 粘合剂2 o w f 工艺流程 30 增深匀染剂先稀释 10 min加完 阳离子涂料先稀释 10