柠檬酸-环糊精预处理涤纶织物颜料印花性能研究

柠檬酸--环糊精预处理涤纶织物颜料印花性能研究

与传统的打印相比，纺织品印花技术具有手续短、工作量低、环境小、打印精度高等优点。环糊精无毒,生物降解性能好,通过改性引入特定基团制备环糊精衍生物可改善其性能,包括醚类衍生物、酯类衍生物、环糊精交联聚合物、与高分子相连的环糊精等。水溶性环糊精衍生物对于不溶性香料、亲脂性农药有非常好的增溶效果;不溶性环糊精衍生物可应用于环境监测和废水处理等环保方面;环糊精交联聚合物能吸附水样中的微污染物。在织物染色时,环糊精通过与染料形成包合物,能提高染料的水溶性,降低染料的初始上染速率,提高匀染性本文探讨了β-环糊精衍生物柠檬酸-β-环糊精(CTR-β-CD)预处理对涤纶织物颜料墨水喷墨印花清晰度和颜色深度的影响,研究了处理后织物的润湿性和柔软度,为β-环糊精及其衍生物在纺织品喷墨印花中的应用奠定基础。1实验部分1.1化学试剂及试剂β-环糊精(β-CD),国药集团化学试剂有限公司;柠檬酸(CTR),中国医药集团上海化学试剂公司;次亚磷酸钠(SHP),上海凌峰化学试剂有限公司;无水乙醇、丙酮,国药集团化学试剂有限公司;涤纶纤维织物(62g/m1.2仪器和结构MimakiJV4-180型数码印花机,日本Mimaki有限公司;XRITE-8400型分光光度仪,美国爱色丽有限公司;DZ-3视频变焦显微镜,日本Union公司;FEIQuanta200型扫描电镜,荷兰FEI公司;KESFBAUTO-A型KES风格仪,日本加藤技研株式会社;DSA100视频光学接触角测量仪,德国KRüSS公司。1.3gp的合成称取17.0gβ-CD、6.3gCTR、1.6gSHP和10.2g水,于沸水中反应1h,冷却,抽滤,以无水乙醇索氏提取6h。溶于少量水中,丙酮沉淀,抽滤,再反复经过丙酮沉淀、抽滤后于60℃烘干1.4shp质量浓度CTR-β-CD质量浓度为50g/L,SHP质量浓度为30g/L,在沸水中浸渍10min,于70℃烘干,然后在130℃焙烘5min。1.5织物的制备在温度为22~28℃、相对湿度为60%~80%的条件下,对预处理和未经预处理的涤纶织物印制设置宽度分别为500、1000、1500μm线条和同样大小的色块,分辨率为360~1440dpi,印花后150℃焙烘3min。1.6测试测试1.6.1菲尔斯特谱图采用傅里叶拉曼光谱仪,利用KBr压片法,在4000~500cm1.6.2织物表面粗糙度测试采用DZ3视频显微镜,选择低倍放大镜,在75倍时拍摄印花后的线条和色块。采用线宽测量软件(Image-ProExpress)测量织物印花线条两侧渗化最严重处的宽度,按式(1)计算清晰度。清晰度数值越大,说明印花的线条宽度越接近于设置宽度,防渗化性能越好,印花的图案越清晰。1.6.3颜色越深，充填的测定采用K/S值表示织物印花色块的颜色深度,K/S值越大,颜色越深。采用XRITE-8400测色仪CIELab测色系统,D65光源,10°视场测试处理前后织物印花后的K/S值,测试3个点取其平均值。1.6.4织物润湿性测试采用DSA100视频光学接触角测量仪,平放并夹紧处理和未处理织物,滴1滴去离子水于其上,3s后测量水滴与织物之间的接触角,取5处测量,计算其平均值,并计时测量织物的润湿时间。1.6.5柔软度采用KES风格仪的织物风格评价系统自动化纯弯曲试验仪,测量处理前后织物的弯曲刚度、弯曲滞后矩,来评价其柔软度。1.6.6扫描电镜观察将CTR-β-CD处理前后的织物分别固定在试样盘上,放上导电膜,用扫描电镜对样品的表面形貌分别进行观察,扫描电镜工作电压为20kV,工作电流为40mA。2结果与讨论2.1菲尔斯特谱图的分析图1为β-CD和合成产物CTR-β-CD的FTIR谱图。可看出:合成产物和β-CD有许多相似的特征吸收峰,如3415cm2.2织物密度对织物清晰度的影响织物经纬向分别印制500、1000、1500μm的线条,对比CTR-β-CD处理前后织物的印花清晰度,其结果如表1所示。未处理织物的印花清晰度很低,无论是经向还是纬向,清晰度数值均在30%以下,说明未处理织物印花的渗化现象十分严重。其原因可能是由于未处理织物纤维表面极其光滑,没有其他活性基团,对墨滴的抱合力较小,墨滴会沿着纤维之间的毛细管孔道向周围扩散。但随着设置印花宽度的增加,实际印花的清晰度数值随之增加,如设置宽度从500μm增加到1500μm,其经向印花清晰度从12.5%增加至25.3%,纬向印花清晰度从12.8%升高至26.2%。纬向清晰度好于经向,说明纬向印花的线条渗化现象没有经向严重,其原因可能是织物经向密度大于纬向密度,纬纱之间毛细管效应较强,沿着经向印制的线条就更易沿着纬纱之间的毛细管向两边扩散,使得实际印花宽度增加,清晰度下降。CTR-β-CD处理后的织物印制线条经纬向清晰度均增加至60%以上,说明印花渗化现象都得到很明显的改善。可能是因为处理物质附着到织物的表面和纤维间的孔道处,使表面的粗糙程度增加,对墨滴的抱合能力增强,纤维之间的毛细管效应减弱,阻碍了墨滴向周围扩散,清晰度提高。图3示出处理前后织物印制同样大小色块的视频显微镜拍摄图案。可看出,与未处理织物相比,CTR-β-CD处理织物无论是经向还是纬向,墨滴的渗化现象明显减弱,即处理后织物的防渗化性能得到了提高。2.3表面类金刚石薄膜图4示出CTR-β-CD处理前后织物印花色块所测的K/S值。可看出,未处理织物印花颜色很浅,K/S值仅为3.5,而CTR-β-CD处理后的织物K/S值提高至5.9,提高了69%。这主要是由于未处理织物表面光滑,对喷射的墨滴抱合和阻滞作用较弱,墨滴易沿着纤维与纤维之间的缝隙向周围扩散,使印花区域的墨滴减少,颜色变浅。而处理后的织物,在纤维与纤维之间附着了处理物质,阻碍了墨滴的扩散,使得印花区域颜料粒子的数目增加,颜色加深。另一方面可能是未处理织物表面光滑,当光线照射到织物表面时,易发生镜面反射;而处理后,织物表面变得粗糙,镜面反射转化为漫反射,光线经过织物表面多次的吸收、反射,强度减弱,使得织物的K/S值增加。2.4未处理织物表面的接触角将水滴滴到织物表面,用3s后与织物形成的接触角和润湿织物所需要的时间来衡量织物的润湿性能。测试结果表明,液滴接触织物3s后均具有一定的接触角,未处理织物表面的接触角为75.98°,而CTR-β-CD处理织物表面的接触角为92.98°,大于未处理织物表面的接触角。且23.5s时液滴在未处理织物上已经完全铺展,而在CTR-β-CD预处理织物上未铺展,说明处理后织物的润湿性略有降低。其原因可能是所用纤维较细,表面光滑,对水分抱合力弱,比表面积大,织物中孔隙率高,有许多类似毛细管的孔道,与液滴接触的机会大,液滴易从纤维表面间缝隙向周围渗透,使得未处理织物润湿性能相对较好。而CTR-β-CD处理后的织物表面粗糙,对液滴的抱合能力增强,加上处理物质可能附着在纤维间的缝隙处,使得毛细管效应减弱。又由于纤维本身的化学性质不活泼和处理物质的亲水性能较差,使得液滴不易向纤维的内部扩散,所以会在织物表面保持一定的接触角,使织物的润湿性能下降。2.5硬挺度的变化表2示出CTR-β-CD处理前后织物的柔软度。可看出,CTR-β-CD处理织物相比未处理织物,其弯曲刚度、弯曲滞后矩均增加,仅CTR-β-CD处理纬向弯曲刚度稍有下降,说明处理后织物的硬挺度有所增加,柔软度下降,外力作用时不易变形。这可能是因为在烘干和焙烘过程中,由于纤维大分子链的运动,形成许多瞬间的微隙,聚合度较小的CTR-β-CD容易通过孔隙进入纤维内部,并停留在纤维内部的空隙中,当受到外力作用时,纤维大分子链没有足够的运动空间,使得织物的柔软度下降。还有可能是因为处理过程中聚合度较小的CTR-β-CD团聚、结晶,加之β-CD分子中未反应的2、3位上的羟基易形成分子内的氢键,使处理织物上的CTR-β-CD分子刚性增加2.6ctr--cd处理织物的表征对CTR-β-CD处理前后的织物进行电镜扫描,结果如图5所示。从图5(a)可看出,未处理纤维表面发出耀眼的光,说明其表面光滑。由于其没有活性基团,对墨滴没有抱合力,墨滴会沿着纤维之间的毛细管孔道向周围扩散,所以印花后渗化现象严重,但是同时水也较易在其上铺展,润湿性能较好。从图5(b)可看出,处理织物表面覆盖着CTR-β-CD薄膜,使得织物表面的粗糙度增加,对墨滴和水的抱合能力增强,阻碍了墨滴和水向周围扩散,使扩散现象减弱,防渗化性能提高,水向周围扩散的能力减弱,润湿性能降低。表面粗糙度增加也使光线照射时未处理织物的镜面反射转为漫反射,所以在图中看不到类似未处理织物表面的极光。光线在织物的表面