低折射率树脂增深性能的研究

低折射率树脂增深性能的研究

20世纪80年代中期，日本提出了一种分类方法，在染色织物的上染率保持不变时，染色织物的表面颜色增加。用低折射树脂对纺织物表面进行均匀的低折射树脂膜，相应地降低了纺织物的分辨率，最终将总表面的反射光分解为织物表面的反射光，然后使织物表面的反射光转化为深度。一般使用的低折射树脂包括有机氟树脂、有机硅树脂、聚胺类和氨基丙烯酸，其中有机硅树脂是最常见的。目前对增深剂的研究多见于日本专利,国内的研究多限于一般阐述或对已知树脂乳液进行应用和对比,而关于增深剂的结构特点、增深效果影响因素的探讨却鲜有报道.本文通过对不同结构和折射率的硅油进行乳化,探讨了有机硅油的折射率、结构、乳化剂和乳液pH对棉织物增深效果的影响.1实验1.1改性乳化油料、乳化剂和仪器织物:全棉黑色针织物(40s双面针织);试剂:氨基硅油8040、二甲基硅油、SILANOLSF9188、SILANOLSF9103(DowCorning公司),含氟硅油(杭州包尔德有机硅有限公司),聚醚改性硅油、长链烷基硅油(广州斯洛柯化学有限公司),乳化剂TO5、乳化剂xp50(BASF公司),冰醋酸、乙醇(分析纯).仪器:电脑测色配色仪Datacolor650(美国Datacolor公司),6010便携式酸度计(美国JENCO),高剪切分散乳化机(德国IKA),纳米粒度与电位分析仪NanoZS(英国马尔文仪器公司),阿贝折光仪L340119(西域机电系统有限公司).1.2乳液粒径测定将乳化剂和硅油按一定比例混合,加入所需水量的2/3,用高速剪切机搅拌15min,再加入剩余的水,搅拌5min,静置至泡沫消失后滴加冰醋酸,调节pH值至5~6,测定乳液粒径.1.3轧轧及浸渍工艺硅油折射率对增深效果的影响采用浸轧工艺,其余的采用浸渍工艺.浸轧工艺:二浸二轧(硅油1g,乙醇100mL,轧余率70%)→预烘(80℃,3min)→焙烘(140℃,3min).浸渍工艺:浸渍20min,浴比为1∶20,80℃烘干后测试.1.4测试折光率:用阿贝折光仪测硅油折射率,测试温度为25℃;采用测色配色仪测试织物的△E、K/S值,以表征整理后织物的增深效果.2结果与讨论2.1整理后织物的k/s值增深整理主要是利用整理剂低折射率的性质来减少织物表面的反光.因此,整理剂折射率越低,其增深效果就越好.目前染整用有机硅类产品的折射率一般在1.40~1.45,其中含氟有机硅类产品折射率较低,一般在1.38以下.本文选择了4种不同折射率的有机硅进行增深效果探讨,其折射率数值如表1所示.将有机硅溶于乙醇中,整理后测织物的K/S值.当织物表面覆盖一层有机硅薄膜后,在可见光谱范围内,K/S均有明显提升.由图1可见,折射率最低的含氟硅油增深效果最为突出,折射率最高的聚醚改性硅油其增深效果最差,烷基硅油与氨基硅油折射率相近,对织物的增深效果基本相同.在最大吸收波长590nm处,当不同有机硅油折射率从1.3868到1.4400逐渐增加,织物的K/S值分别为41.5、37.7、36.7、33.3(未整理织物的K/S为31.0),其K/S的变化率分别为33.9%、21.6%、18.5%、7.3%,可见折射率相差0.02就会对增深效果产生较大影响.由于含氟产品价格昂贵,故选择折射率在1.40左右的有机硅作为增深剂.另外,在可见光范围内,织物的最大吸收波长基本没有改变,整理后织物K/S值随波长的变化趋势也同原样基本一致,这说明织物表面覆盖低折射率有机硅后,虽然深度有所增加,但色光没有明显变化.2.2氨基硅油和烷基硅油整理织物k/s值的相互影响不同改性的有机硅,由于取代基不同,其特征和主要用途也各不相同,本文选择了折射率相近、结构不同的5种有机硅油,研究了有机硅结构对其增深效果的影响.选用乳化剂xp50进行乳化,整理剂用量分别为1.0%、5.0%(owf),硅油的折射率见表2,增深效果见图2.从图2可见,在折射率相近的情况下,氨基硅油的增深效果最好,烷基硅油和二甲基硅油增深效果比较差.在整理剂用量为1.0%时,经烷基硅油和二甲基硅油整理后,织物K/S值的变化仅为2左右,而经氨基硅油整理后,织物的K/S值变化为6左右.烷基硅油和二甲基硅油增深效果较差,原因可能是分子中缺少活性基团,对纤维的亲和力及成膜性差.对同样含有活性基团的氨基硅油而言,由亲水性基团和氨基等活性基团改性而成的SF9188及由氨基和其他活性基团改性而成的SF9103的增深效果也有一定差别,SF9188的增深效果稍差,SF9103同氨基硅油的整理效果相近.这可能与硅油结构中氨基的含量有关.另外,当整理剂用量提高时,增深效果较好的氨基硅油,其K/S值也有较大提升,而增深效果较差的烷基硅油,即使提高用量,增深效果也无明显变化.2.3乳化剂2.3.1乳化剂的用量对氨基硅乳液增深效果的影响乳化剂的性质会影响到乳液的稳定性,并引起加工性能的变化.选择两种非离子乳化剂TO5和xp50,分别对氨基硅油8040进行乳化,乳液透明略带蓝光,粒径均在30nm左右,按用量分别为1.0%、5.0%(owf)将其整理到织物上,增深效果见表3.由表3可见,经乳化剂xp50乳化后的氨基硅乳液,其增深效果明显优于TO5乳化的乳液.经xp50乳化的乳液增深效果随整理剂用量的提高有明显的提升,而经TO5乳化后,其乳液的增深效果随用量的提高无明显变化.具体原因还有待进一步研究.2.3.2整理剂用量不影响乳液稳定性的因素选择氨基硅油与乳化剂xp50的质量比分别为10∶5、10∶4、10∶3,乳化后对织物进行整理,整理剂用量为1.0%(owf),增深效果见表4.由表4可见,随乳化剂用量的降低,增深效果有所提升,可见乳化剂的加入在一定程度上降低了增深效果.因此,要获得较好的增深性,需选择合适的乳化剂,并适当减少乳化剂的用量,但用量过低也会对乳液的稳定性产生不良影响,需综合考虑.2.4ph值对增深效果的影响氨基硅油乳化后,乳液呈较强的碱性,白色不透明,稳定性差.随着酸的加入,氨基硅油分子中的氨基与酸反应,生成带正电荷的R—NH3+,此时乳液粒子表面呈现正电荷的双电层,增加了粒子之间的排斥力,得到稳定透明的微乳液.本文研究了乳液pH对增深效果的影响,用醋酸调节乳液的pH为:8.71、5.81、4.65、3.87、3.18、2.38、1.76,整理剂用量分别为0.5%、1.0%、3.0%、5.0%(owf),增深效果见图3.由图3可见,pH在5~6时增深效果最好,pH<4以后,随pH的降低K/S值的变化减小;乳液pH值对增深效果的影响还同整理剂用量有一定的关系,在整理剂用量较低,在pH1~9时,△K/S基本相同,即pH值对增深效果的影响不明显.当整理剂用量为0.5%,乳液pH>4时,△K/S为4.5左右,pH<4时,△K/S略有下降;而当整理剂用量提高后,pH为6时效果最佳,K/S的最大变化值为15.5.pH<4后,K/S值急剧下降,当pH<2.5时,K/S的最小变化值为1.7,较整理剂用量为0.5%时的△K/S低,因此,整理剂用量高时,pH对增深效果影响显著.3增深剂和乳化剂的选择(1)采用有机硅类对棉织物进行增深整理时,折射率相差0.02就会对增深效果产生较大影响,选择折射