唐俊松

（盛虹集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州 215168）

隨著石油、天然氣等不可再生能源危機(jī)以及對(duì)環(huán)保審查要求的不斷升級(jí)，資源和環(huán)境友好型材料成為企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)重點(diǎn)。利用可再生能源轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)材料，對(duì)當(dāng)下社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。生物基材料就是一類(lèi)使用可再生原料，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化法獲得生物高分子材料或者單體，再進(jìn)一步聚合形成通用的高分子材料［1-2］。由于先經(jīng)生物改性，生物基材料在生物相容性和生物降解性方面對(duì)環(huán)境更加友好。

為了克服聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）的剛性和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的柔性，可以采用具有優(yōu)異回彈性、易染色、耐磨性、抗污性，兼具滌綸、錦綸甚至氨綸優(yōu)點(diǎn)的聚酯化合物［3-4］，雖然杜邦公司在40年前就已開(kāi)發(fā)出聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下），但是限于原材料1,3-丙二醇（1,3-PDO）的昂貴價(jià)格，一直未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化［5］。近年來(lái)，隨著科技進(jìn)步，新工藝和基因工程等的突破，最終1,3-PDO 的成本大幅下降［6-7］。

目前，生物基PTT 纖維主要是以甘油、葡萄糖或淀粉等為原料，通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-PDO，經(jīng)精對(duì)苯二甲酸（PTA）直接酯化形成大分子切片，再經(jīng)熔融紡絲制備成PTT 長(zhǎng)絲或短纖。由上述分子式可以看出，PTT 高分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)中包含1 個(gè)苯環(huán)和3 個(gè)亞甲基，這種奇數(shù)個(gè)亞甲基單元會(huì)在大分子之間產(chǎn)生“奇碳效應(yīng)”，使苯環(huán)不能與亞甲基在同一個(gè)平面，臨近的兩個(gè)羰基斥力使其不能呈180°排列，只能以120°空間錯(cuò)開(kāi)，從而形成PTT 大分子空間螺旋結(jié)構(gòu)［8］。Dandurand 等［9］通過(guò) X-射線和電子衍射方法研究了PTT 晶體，結(jié)果表明：PTT 大分子鏈呈“Z”字型構(gòu)象，使其具有線圈式彈簧一樣的彈性。在受縱向外切應(yīng)力情況下，C—C 和C—O 鍵發(fā)生旋轉(zhuǎn)，分子鏈開(kāi)始伸長(zhǎng)，而在這種鍵旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，分子的構(gòu)型并未發(fā)生變化，所以構(gòu)象轉(zhuǎn)變是完全可逆的［8，10］。這在宏觀上賦予以PTT 為主體的面料柔軟的手感、形變記憶能力和良好的懸垂性。

T400 織物是杜邦旗下英威達(dá)公司研發(fā)的專(zhuān)利產(chǎn)品，由PTT 和PET 兩種聚酯纖維通過(guò)并列復(fù)合加工制得［11-13］。由于兩組分的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，經(jīng)濕熱處理后，纖維會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，使其在產(chǎn)生強(qiáng)烈縱向應(yīng)力的同時(shí)，又產(chǎn)生偏離縱軸的扭轉(zhuǎn)，從而使纖維呈現(xiàn)永久性的立體螺旋卷曲。這種三維卷曲結(jié)構(gòu)賦予了纖維極佳的彈性［14］。卷曲由分子結(jié)構(gòu)特性決定，使得T400 的彈性和回復(fù)性較普通彈性纖維更好、更耐久［15］。

生物基記憶T400 織物是由PTT 和T400 交織而成，由于含有較多的PTT 成分，使得面料本身具有較好的彈性以及形變記憶能力，被廣泛用于制作運(yùn)動(dòng)服、休閑服、內(nèi)衣、外套、家具裝飾布等。但在染整加工過(guò)程中，若工藝使用或者參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，面料易出現(xiàn)色差、染色不勻、擦傷擦亮、縐印以及手感偏硬等情況，因此需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)流程，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

本實(shí)驗(yàn)選取市場(chǎng)上常見(jiàn)的生物基記憶T400 面料，根據(jù)織物自身特性，通過(guò)制定合適的前處理、染色以及定型工藝，在保證染色質(zhì)量的前提下，賦予織物較好的彈性、記憶性和附加功能。

1 生產(chǎn)加工

1.1 材料

面料：生物基記憶T400織物（幅寬175 cm，88 g/m2）。

試劑：染料分散藍(lán)2BLN、分散翠蘭S-GL（浙江博澳染料工業(yè)有限公司），分散黃棕S-2RFL（浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司），助劑32-離子膜堿（江蘇蘇化集團(tuán)有限公司），50-冰醋酸（吳江索普化工有限公司），長(zhǎng)車(chē)快速退漿劑TF-127B、乳化精煉劑TF-188A、滌綸超細(xì)纖維高溫勻染劑TF-212K、防水劑TF-4109（浙江傳化股份有限公司），勻染修補(bǔ)劑HTP-2124（嘉興華晟助劑工業(yè)有限公司），三聚磷酸銨（工業(yè)級(jí)，95%，云南鼎新磷化工廠），特效堿性去油靈SB-101（吳江市曙光化工有限公司）。

設(shè)備：OS-9V1200 平幅退漿機(jī)（臺(tái)灣鴻榮染整機(jī)械股份有限公司），CSF18020 高溫高壓液流染色機(jī)（海寧亞?wèn)|機(jī)械有限公司），MEGATE 定型機(jī)（韓國(guó)美光機(jī)械株式有限公司），Datacolor 600 電腦測(cè)色儀（美國(guó)Datacolor 公司），RVMC-12 瑪諾光電整緯機(jī)（德國(guó)Mahlo 公司），Y571B 型干濕摩擦牢度儀（寧波紡織儀器廠），SW-12A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（無(wú)錫紡織儀器廠）。

1.2 加工流程

根據(jù)生物基記憶T400 織物的理化特性以及客戶來(lái)樣要求，主要的加工流程：配桶→白坯打卷→平幅退漿→冷軋堆→平幅退漿→染色→脫水開(kāi)幅→定型→成品打卷。

1.3 檢測(cè)

1.3.1 色牢度

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定；耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)定，變色按照GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》評(píng)定；沾色按照GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定沾色用灰色樣卡》評(píng)定。

1.3.2 色差

將客戶來(lái)樣設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)樣，車(chē)間生產(chǎn)樣設(shè)定為對(duì)比樣，在D65光源和10°視角下，用電腦測(cè)色儀測(cè)定樣品的L、a、b值，并計(jì)算色差值ΔE，測(cè)3次取平均值。

2 加工過(guò)程與分析

2.1 平幅退漿

生物基記憶T400 織物退漿工藝配方：32-離子膜堿5%，長(zhǎng)車(chē)快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，去油靈SB-101 0.5 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，98 ℃，55 m/min。

在織造加工過(guò)程中，T400 織物在經(jīng)向上受到較大張力和摩擦，易發(fā)生斷裂，為了減少斷裂，提高織造效率和坯布質(zhì)量，需要對(duì)經(jīng)紗上漿［16］。漿料有利于織造卻不利于染整，織物表面覆蓋的漿膜會(huì)阻礙染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散。本實(shí)驗(yàn)選取的氧化型退漿劑TF-127B 在98 ℃熱堿條件下具有較好的耐堿穩(wěn)定性，可以氧化降解化纖類(lèi)織物織造常用的聚丙烯酸酯類(lèi)漿料大分子中的酯鍵，形成水溶性較好的小分子鏈段，黏度迅速降低，進(jìn)而在重力以及槽內(nèi)溶液動(dòng)態(tài)條件下從織物上脫落。為了使?jié){料退盡且使水解后的漿料不繼續(xù)沾污在織物上，可以用乳化精煉劑TF-188A 使?jié){料在水中溶脹而被乳化成分散狀態(tài)，便于去除。三聚磷酸銨對(duì)金屬離子具有很好的螯合作用，不僅可以防止脫落漿料的反沾污，而且可以軟化前處理水質(zhì)。去油靈SB-101 產(chǎn)生的協(xié)同作用可增強(qiáng)對(duì)織物的退漿效果。

經(jīng)過(guò)平幅退漿處理，生物基記憶T400 織物表面的漿料、油跡、污漬等基本上被有效去除。由于濕熱作用，織物內(nèi)部應(yīng)力消除，門(mén)幅有一定程度的收縮。

2.2 冷軋堆

生物基記憶T400 織物冷軋堆工藝配方：32-離子膜堿8%，長(zhǎng)車(chē)快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，雙氧水0.5 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，室溫，24 h。

由于T400 織物較硬挺，手感僵硬粗糙，經(jīng)平幅退漿后雖然能得到一定改善，但是仍不能滿足來(lái)樣加工要求。為了使手感柔軟豐盈，可對(duì)經(jīng)平幅退漿后的織物浸軋上述配方的工作液，保證織物具有一定的帶液率，打卷，在外部套一層塑料薄膜扎緊密封，使其在常溫下充分反應(yīng)。由于無(wú)需特殊的溫度和壓力，因此沒(méi)有水或其他設(shè)備、能源的消耗，節(jié)能減排效果十分明顯。一般堆置24 h 已足夠，可視具體手感適當(dāng)延長(zhǎng)堆置時(shí)間，但要注意過(guò)度浸漬堿液會(huì)使織物強(qiáng)力有所損傷。

2.3 平幅退漿

對(duì)冷軋堆處理后的織物再次進(jìn)行平幅退漿處理，工藝配方：32-離子膜堿3%～4%，長(zhǎng)車(chē)快速退漿劑TF-127B 1 g/L，乳化精煉劑TF-188A 1 g/L，三聚磷酸銨1 g/L，65 ℃，65 m/min。

第二次平幅退漿的主要目的是去除冷軋堆處理過(guò)程中織物帶的大量堿液。由于經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的浸漬，堿液已經(jīng)在纖維內(nèi)外充分膨潤(rùn)，如不處理干凈，會(huì)使染色布面產(chǎn)生一定的黏滑，造成染色不勻以及色斑等疵病。

2.4 染色

由于T400 織物主要成分為PET、PTT，故選取聚酯類(lèi)織物常用的分散染料，利用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色加工。

客戶來(lái)樣的墨綠色配方：分散藍(lán)2BLN 0.8%(omf)，分散翠蘭S-GLFB 0.2%(omf)，分散黃棕S-2RFLE-GL 0.6%(omf)，50-冰醋酸0.8 g/L，滌綸超細(xì)纖維高溫勻染劑TF-212K 0.6 g/L，勻染修補(bǔ)劑HTP-2124 0.4 g/L，2 500 L溶液，浴比1∶6。

染色工藝曲線如下：

T400 織物利用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色，助劑和染料均在染缸內(nèi)溫度達(dá)到45 ℃時(shí)加入，助劑采用直抽方法注入；分散染料需采用比例注料方式注入，控制染料注入流速均勻注入（20 min），防止注料過(guò)快產(chǎn)生染色不勻等問(wèn)題。需要注意的是，染色前的布應(yīng)進(jìn)行縫邊，將正面縫在里面，反面縫在外面，防止染色過(guò)程中在缸內(nèi)擦傷。

PTT 纖維又稱彈性滌綸，但由于大分子鏈中重復(fù)單元含有的亞甲基數(shù)目不同，奇碳效應(yīng)使得T400 類(lèi)織物的染色方法較常規(guī)PET 有所不同。研究結(jié)果表明，由于PTT 纖維的加入，T400 織物的染色轉(zhuǎn)變溫度TD（上染速率顯著加快的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）為70～80 ℃，較PET低10 ℃左右［14，17］。因此，控制升溫速率和保溫時(shí)間可以使織物獲得較好的染色效果。隨著染缸內(nèi)溫度升高和加壓，織物分子鏈段運(yùn)動(dòng)開(kāi)始加劇，微觀結(jié)構(gòu)的變化可以形成較多的“空穴”，有利于染料的擴(kuò)散，且溫度越高擴(kuò)散效果越明顯。由于染料在PTT 組分上的上染速率對(duì)溫度變化較敏感，因此要適當(dāng)降低升溫速率，不僅可以有效保證染色均勻性，而且可以防止形成縐印。

染色后的織物可在80 ℃左右選擇對(duì)樣，如無(wú)太大問(wèn)題，接下來(lái)可進(jìn)行染色后的水洗操作。第一次水洗在70 ℃左右進(jìn)行，30 min 左右即可以洗去大部分浮色、泡沫等。之后織物再進(jìn)行一次5 min 左右的常溫水洗，以缸內(nèi)水清澈、無(wú)明顯泡沫即可。如第二次洗滌未達(dá)到要求，可視具體情況繼續(xù)清洗。

2.5 定型

對(duì)染色后的生物基記憶T400 織物進(jìn)行定型加工，工藝配方：防水劑TF-4109 20 g/L，150 ℃，車(chē)速45 m/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min，正超喂+1.2 個(gè)，門(mén)幅153 cm。

根據(jù)客戶來(lái)樣要求，染色后的成品布出廠前如無(wú)特殊要求，需要對(duì)其進(jìn)行一般性防水加工。浸軋防水劑后的織物，在定型機(jī)兩側(cè)針板的拉伸作用下，隨著溫度的升高，分子鏈段重組，結(jié)晶度和取向度提高。但由于PTT 組分對(duì)溫度較敏感，過(guò)高的分子規(guī)整會(huì)使面料手感較僵硬，因此需要控制溫度在150 ℃左右。TF-4109 為有機(jī)氟類(lèi)防水劑，作用到織物表面后，由于C—F 鍵化合物分子間凝聚力小，使化合物的表面自由能顯著降低。當(dāng)織物表面有水滴時(shí)，接觸角90°以上通常可以獲得較好的防水效果。

3 加工效果

3.1 染色效果

由圖1 和表1 可看出，經(jīng)過(guò)高溫高壓液流染色機(jī)加工的生產(chǎn)樣和客戶標(biāo)準(zhǔn)樣相比，無(wú)論是色相差ΔH，還是飽和度差Δc，差值都較??；標(biāo)準(zhǔn)樣和生產(chǎn)樣總色差值ΔE=0.17，視覺(jué)差別在合理范圍內(nèi)，可認(rèn)定為顏色吻合。且生產(chǎn)樣在常溫條件下具有形狀記憶功能，保型性好，彈力效果明顯，手感柔軟，滿足服用要求。

圖1 生物基記憶T400 織物生產(chǎn)樣

表1 生物基記憶T400生產(chǎn)樣與客戶標(biāo)準(zhǔn)樣色差

3.2 色牢度

加工處理后的織物耐干摩擦色牢度為4～5 級(jí)，耐濕摩擦色牢度為4 級(jí)，耐皂洗變色牢度為4～5 級(jí)，耐皂洗沾色牢度為4 級(jí)，均具有較高等級(jí)，滿足客戶來(lái)樣加工要求。

3.3 防水效果

經(jīng)過(guò)處理后的織物防水達(dá)3 級(jí)，具有抗沾濕性能，滿足紡織品客戶和出廠基本要求。

4 結(jié)論

（1）對(duì)生物基記憶T400 織物用高溫高壓液流染色機(jī)進(jìn)行染色加工，通過(guò)制定合適的染色工藝，可以使加工出來(lái)的織物與客戶來(lái)樣具有很好的色彩重現(xiàn)性，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）前處理、染色、后整理全流程工序的合理設(shè)計(jì)及配合，不僅可以使加工后的生物基記憶T400 織物無(wú)縐印、擦傷等疵病，而且彈力明顯，具備形變記憶功能。

（3）生物基記憶T400 織物經(jīng)過(guò)合理的加工處理，色牢度和防水效果均能滿足客戶要求。