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    高色牢度涤纶弹性针织物的开发

    2022-04-14张连根
    ?高色牢度涤纶弹性针织物的开发

    上海连晟纺织品有限公司 张连根

    摘要:使用氨纶(聚氨酯弹性纤维)来生产涤纶弹性混纺针织物时,通常会出现氨纶沾色、浮色难以清除,高温定形后上染率下降、分散染料迁移、色变等难题。采用最新分散染料可染高色牢度聚烯烃弹性纤维570X型号梦丝R替传统氨纶生产高色牢度涤纶弹性混纺针织物,再配合聚烯烃弹性材料固有的化学特性即低温定形后相互粘连成网、化学惰性、耐强酸强碱,既提升了涤纶弹性针织物的内在品质,又实现了绿色环保、低碳低成本、简单高效生产,解决了长期困扰相关印染生产企业及下游用户的难题。

    关键词:涤纶弹性针织物;聚烯烃弹性纤维;聚氨酯弹性纤维;氨纶;分散染料;可染色弹性纤维;还原清洗

    传统涤纶弹性针织物是通过添加氨纶弹性纤维来实现织物弹性功能的,氨纶的添加方式主要有2 种:在织造时直接添加氨纶裸丝,或者通过添加氨纶包覆,芯纱来实现;添加氨纶后涤纶弹性针织物的弹性、服用性及穿着舒适度等方面有明显提升,但是同时也给这类面料的生产以及下游用户的使用带来一系列的难题及困扰。

    1涤纶弱性针织物的难题

    1.1分散染料染色时氨纶沾色

    在分散染料染含氨纶的涤纶针织物过程中,通常分散染料更容易上染氨纶,之后叉易解吸[1],耐光和耐洗色牢度较涤纶差[2],导致含氨纶的涤纶弹性针织物在染色后需要进行反复还原清洗,以降低氯纶吸附的染料量。针对不同的染料品种或分子结构,要选择不同的还原清洗方式[3]。钱红飞等[4]探讨了不同分散染料品种对涤纶、氨纶两组分的上染率。结果表明,蓝色系分散染料对氨纶的沾染率普遍较低,而黄色及个别红色品种分散染料对氨纶有较高的沾染率;经过合适的还原清洗之后,虽然可以在一定范围内提升色牢度,但是对黄、红、蓝不同色系的清洗程度不同,还原清洗后的织物颜色易变化、色光易发生偏移,导致涤/氨弹性针织物颜色差异、色光偏离、色牢度不达标等问题,对于一些敏感色更是如此。

    提升涤/氨弹性针织物的色牢度一直是研究热点之一。柳金发[5]、王先才等[6]不同的研究团队通过选择特殊品种的分散染料,设计合理的还原清洗工艺, 可提高涤/氨弹性针织物部分色牢度性能,能够部分解决涤,氨弹性针织物耐水洗色牢度、耐皂洗沾色牢度、耐摩擦色牢度、浮色牢度和拼色牢度等方面的缺点。彭志忠[7]采用高坚牢度分散染料再配合特殊的染色助剂、还原清洗助剂及氨纶防染剂等措施,实现了高色牢度细旦涤纶,氨纶弹性针织物的染整加工。

    上述采用高成本的高耐水洗型特殊分散染料、 特殊染色助剂、氨纶防染助剂、复杂的染色工艺、酸性叠加碱性还原清洗等类似补丁式提升氨纶涤纶弹性织物色牢度的方法已经开发了很多,但是总体效果不理想,并且带来了一系列的问题,如增加工艺难度、提高成本、降低效率、浪费资源,又容易导致面料颜色变化、色光偏移等,此为难题一。

    1.2碱减量损伤氨纶

    涤纶织物在生产过程中,通常需要进行碱减量处理,并通过控制碱浓度、处理温度和处理时间使涤纶纤维表面部分水解,纤维直径变细,表面形成凹坑,消除涤纶纤维的极光,增加织物的间隙,从而使涤纶织物达到手感滑爽、光泽柔和、悬垂性好的效果[8]。但是氨纶(特别是聚酯类氨纶)不耐热、不耐氯漂和不耐热浓碱,漂白也不能用含氯的漂白剂,会导致氨纶纤维泛黄[9]。这就产生了一个相互矛盾的局面:不耐碱的氨纶需要面对涤,氨弹性针织物必须进行碱减量工艺的考验,这个碱减量步骤必然进一步损伤氨纶弹性纤维。林泳安等[10]通过优化碱减量温度、时间等工艺条件,减少对氨纶的损伤程度,虽然在特定织物中有一定的效果,但是牺牲了生产效率, 提高了生产成本及工艺控制难度,实在是不得已而为之,此为难题二。

    1.3经高温定形后涤纶上染率下降

    王江波等[11]研究分散染料上染涤纶的规律后发现,定形温度对分散染料上染涤纶有很大的影响,随着定形温度的升高,上染率不断减小,170左右时达到最小值,200℃时再度上升。而含有氨纶又需要在高温190℃左右定形,这必将导致含氨纶的涤纶弹性针织物上染率下降,此为难题三。

    1.4分散染料高温高压染色与氨纶不耐高温染色

    氨纶不耐高温或强碱作用,聚酯中的酯基易水解断裂,氨酯基也同样会水解[9]。从分子结构上来说, 当含有结构的材料遇到湿热条件就会发生水解反应,在酸性环境下生成醇(或酚)和酸,在碱性环境下生成醇(或酚)和羧酸盐,这些水解反应都会导致氨纶损伤,氨纶纤维可能发生皲裂、断裂,导致面料失弹、鼓包等问题,此为难题四。

    1.5高温定形后分散染料迁移加剧

    传统涤/氨弹性针织物染色后,氨纶表面的浮色经过强烈的还原清洗后可以基本清洗干净,但后续的后整理如三防整理、印花固色、烫金覆膜、抗静电整理以及成品定形可能又需要经历高温处理,这些后整理或成品定形可能使深入氨纶内部的部分分散染料迁移出来,从而导致面料整体色牢度下降、沾色、色移、色变等一系列问题,此为难题五。

    2梦丝解决方案

    2.1梦丝和氨纶的性能比较

    为了解决上述矛盾及难题,本实验采用上海连晟纺织品有限公司研发并生产的聚烯烃弹性纤维梦丝代替传统氨纶来生产涤纶弹性针织物,特别推荐分散染料可染且高色牢度的570X型号梦丝弹性纤维。570X型号梦丝是最新研发的特殊纳米微架构聚烯烃弹性纤维,突破了传统微分子结构聚烯烃弹性纤维不可染的瓶颈,是传统聚氨酯弹性纤维的升级替代产品。

    我国国家标准中对聚烯烃弹性纤维的定义为由至少95%(质量分数)的大分子部分交叉形成纤维,它由乙烯基和至少一个其他石蜡基组成,如拉伸纤维至初始长度的1.5倍时放松,能够快速回复到纤维的初始长度。英文名为“LASTOL”或者“ELASTOLEFIN”, 简写“EOL”[12]。新型聚烯烃弹性纤维570X型号梦丝主要的性能差异见表1

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    2.2梦丝的低温定形特征

    深入研究聚烯烃弹性材料的改性、交联及纳米微结构设计搭建技术,成功研发并生产了系列化的聚烯烃弹性纤维梦丝产品来满足下游用户个性化的需求,以不同型号的产品来精准对接不同纤维主材料、不同染整工艺特点、不同定形温度区间、不同下游应用诉求。最新量产的570X/570H系列聚烯烃弹性纤维梦丝是上海连晟又一里程碑式的升级迭代产品,570X系列产品在涤纶弹性针织物领域的应用有独到的性能、品质、成本优势,更具绿色减碳效果。

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    ? ? ? ? ? ? ? ? 表2列出了已经量产的主要型号及定形条件

    2.3定形效率

    不同系列梦丝产品与氨纶的定形曲线比较见图1。这里应力消除点的左移不仅表明定形需要的热量降低,绿色节能、成本降低,更是一次面料定形工艺的革命。传统意义上,含氨纶织物进行(预)定形的主要目的是消除氨纶弹性纤维的内应力,使含氨纶织物在后续染整过程中相对稳定,并保证最终成品尺寸及外观的稳定性。

    由图1可以看出,不同型号的梦丝在95130 0C 时即可消除90%左右的内应力,相当于传统氨纶在190℃左右的定形效果;而在此定形温度区间内,很多类型主纤维的内应力还没有有效消除,所以含梦丝弹性织物(预)定形的主要目的是消除主纤维的内应力(梦丝的内应力为次要内应力),而不是像氨纶织物那样,(预)定形的主要目的是有效消除氨纶的内应力(主纤维中的内应力为次要内应力),这个差异是颠覆性的。

    l梦丝与氨纶定形温度一应力消除曲线

    使用570X梦丝的涤纶弹性针织物在进行适当的(预)定形后,梦丝表面会发生部分纤维熔融的情况, 从而导致熔融部分会与梦丝发生相互粘连l13l,在针织物内部形成弹性骨架,让针织物结构更稳定、弹性更好、保型性更佳。选择最合适主纤维(涤纶)的定形温度可以最大限度地保护主纤维,提升涤纶弹性针织物的品质,节能、绿色、经济、高效。

    2.4梦丝的化学惰性简介

    交联的聚烯烃弹性纤维固有的基本特性包括可低温定形、可耐高温、化学惰性好、耐强酸强碱、耐氯、耐老化,对分散染料可染且色牢度高,对其他常温染料不沾色等,可以实现梦丝涤纶弹性针织物的高效染色、简单还原清洗、高色牢度、绿色生产,既可以实现高效绿色生产,又可以实现梦丝涤纶弹性针织物高品质的多重优势。

    3实验

    3.1材料

    试验1:涤纶DTY50Dx50D1×l平纹织物,45 g/m2坯布,做成100 mm×100 mm口袋;570X梦丝42D聚烯烃弹性纤维,取2.0 g放入口袋后缝合袋口,同样的试样袋子做12个,编号分别为黑-l#、黑-2#、黑-3#、 黄-1#、黄-2#、黄-3#、蓝-1#、蓝-2#、蓝-3#、红-1#、 红-2#、红-3#,待用。

    试验2:涤纶与570X梦丝纬编针织单面平纹汗布[涤纶( 16.7 tex/144f150D/144f)570X梦丝(3.7 tex.33D)交织,涤纶、梦丝交织质量比为93:7]

    涤纶用普通分散染料:安诺可隆分散染料红、黄、 蓝ERD系列、安诺可隆黑DRD(上海安诺其集团股份有限公司),每个试样都采用单一色分散染料染色。

    3.2梦丝上染色牢度实验1

    总流程:坯布(涤纶布袋+570X梦丝)精练除油、 水洗烘干染色清水清洗或者还原清洗65℃ 转筒烘干。

    3.2.1实验1方案

    ???梦丝上染色牢度实给1方案见表3

    3梦丝上染色牢度实验1方案明细表

    3.2.2测试

    上染深度:将试样袋子剪开,取出里面的梦丝弹性纤维;以涤纶(袋子)的上染颜色作为100%上染深度,每一组独立判定不交叉对比;将取出的梦丝弹性纤维和对应的涤纶(袋子)颜色进行对比,每一组只和对应参照物对比,不交叉对比。如果梦丝和对应的涤纶(袋子)颜色相同则上染深度记录为100%;如果梦丝深20%则记录为1200lo;如果梦丝浅30%则记录为70%,以此类推。

    浸水色牢度:预先配制质量浓度为15 g/L、温度为60℃的皂粉溶液;量取150 mL皂液放入各玻璃锥形瓶中,锥形瓶放人恒温振动器中待用;将试样袋子剪开,取出里面的梦丝弹性纤维,将染后待测试样(涤纶袋子和梦丝样)分别放人锥形瓶中浸泡并标注编号;将锥形瓶放置在60℃恒温振动器中振动20 mm;取出试样后观察锥形瓶中溶液的颜色深浅,判定溶液沾色级别。

    3.2.3实验结果

    由表3和表4可以看出,经过普通分散染料常规工艺染色后,梦丝弹性纤维有很好的上染率,并且色牢度高。


    4梦丝可染性实验结果

    仅通过简单的清水清洗,染色梦丝的浸水色牢度依然在45级以上;而经过正常的碱性还原清洗后,梦丝弹性纤维的浸水色牢度普遍在5级左右(上染后基本无染料解析出来)。这和传统氨纶弹性纤维易上染又易解析[1]的特性形成了巨大的反差,说明梦丝弹性纤维对分散染料上染率高、色牢度好。

    3.3梦丝涤纶针织物染色实验2

    采用570X梦丝(33D)与普通涤纶长丝(150D/144f)在纬编圆网机上交织织造纬编平纹汗布。含570X梦丝的涤纶弹性纬编坯布织造完成后进行开幅、松布、前处理除油精练后,准备进入后续工序。

    3.3.1预定形

    参考聚烯烃弹性纤维570X梦丝的定形特性,同时为了提升涤纶主纤维在染色过程中的上染率及匀染性,再兼顾印染企业的实际操作便利性,含梦丝的涤纶弹性纬编针织物推荐进行140160的低温预定形即可达成有效的定形效果,当然需要同时参考织物的厚度、主纤维种类、成品目标单位面积质量、 门幅等指标选择不同的预定形温度。

    根据坯布选用的预定形工艺条件为:织物带液60%80%,定形温度140150,上风风量60%下风风量70%,定形车速24 m/min,超喂量25%

    3.3.2染色工艺

    选用传统高温高压溢流染色机,按照普通涤纶针织物的传统染色工艺,分别染蓝色(安诺可隆分散ERD)和黑色面料(安诺可隆分散黑DRD 300%)。 主要工艺路线:坯布精练除油水洗一预定形130 染色还原清洗烘干(轧助剂)成品定形。

    3.3.3成品定形

    考虑到涤纶纤维内部上染的分散染料经过后续高温后可能又发生分散染料迁移(从涤纶纤维内部迁移到纤维表面),导致涤纶织物色牢度下降等问题,为了避免上述问题,同时从低碳节能、降低成本等角度出发,采用130140进行成品定形。

    成品定形设备:八节开幅定形机。成品定形工艺条件:织物后整理剂5.06.0 g/L,织物带液率60%— 100%.上风风量55%—65%,下风风量65%—75%,温130—140,车速24 m/min。按照上述工艺生产的梦丝涤纶弹性针织物的弹性好、面料单位面积质量可控,尺寸稳定,色牢度

    3.3.4测试

    耐水色牢度:参照GB/T 5713-2013《纺织品色牢度试验耐水色牢度》测试。

    耐汗渍色牢度:参照CB/T 3922-2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》测试。

    缩水率:参照GB/T 8630-2013《纺织品洗涤和干燥后尺寸变化的测定》测试。

    纬斜:参照GB/T 14801-2009《机织物与针织物纬斜和弓纬试验方法》测试。

    弹性伸长率及弹性回复率:参照FZ/T 70006- 2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》测试。

    浸水色牢度:参考3.2.2

    3.3.5实验结果

    试样性能测试结果见表5

    5试样性能测试结果

    4结束语

    采用分散染料可染且色牢度高的新型交联聚烯烃弹性纤维570X梦丝与传统涤纶交织生产涤纶弹性针织面料,采用传统分散染料、传统染色工艺、不添加特别的助剂,通过低温预定形提高涤纶纤维对传统分散染料的上染速率,低温成品定形降低分散染料的热迁移程度;再依靠聚烯烃弹性纤维在经过低温定形后在针织面料内部粘连成网,形成针织面料内部骨架,以提升梦丝涤纶弹性针织物的色牢度、尺寸稳定性及降低扭斜率等指标。

    570X梦丝替换氨纶弹性纤维解决了涤,氨弹性针织物的一系列难题,真正做到了简单高效、节能减排、低成本高品质,更符合双碳目标。新型聚烯烃弹性纤维570X梦丝具有广阔的市场前景,是值得推广的新型功能性纺织新材料。

    参考文献:

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    [12]GB/T 4146.1-2009,纺织品化学纤维第1部分:署名.

    [13]张连根,高金花采用细旦丙纶与梦丝@交织开发晨练服面料『J1针织工业.2017(10):9-11.

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