崔豪杰, 艾 麗, 曹紅梅, 徐 明, 朱亞偉

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215021; 2.武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,武漢 430200;3.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織學(xué)院,江蘇 常州 213164; 4.常州喜萊維紡織科技有限公司,江蘇 常州 213125)

炭黑是一種價(jià)格便宜的無定形碳材料,其結(jié)構(gòu)類似于無序石墨,表面含有酚羥基、羧基、內(nèi)酯基、酸酐基和醌基等極性基團(tuán),賦予炭黑優(yōu)良的性能[1-2]。炭黑的導(dǎo)電性與分散性有關(guān),也與炭黑和添加劑的結(jié)合狀態(tài)有關(guān)[3]。表面活性劑對(duì)炭黑粉末有很高的親和力,因非離子表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)和體積特性,非離子表面活性劑比陰離子表面活性劑能更好地潤(rùn)濕和穩(wěn)定水介質(zhì)中的炭黑粉末[4]。炭黑的性能依賴于炭黑與助劑的相互作用及穩(wěn)定性,添加炭黑的熔融紡絲工藝能制備良好抗靜電性PET或PBT纖維[5-6]。碳納米管—炭黑/聚二甲基硅氧烷(CNTs-CB/PDMS)復(fù)合材料和炭黑/聚氨酯材料具有較寬的應(yīng)變感應(yīng)靈敏度,能滿足運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的要求,可用于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的可穿戴的壓力傳感器[7-8]。與涂料一樣,炭黑缺乏與纖維的親和力,除共混改性外,可借助黏合劑和交聯(lián)劑制備炭黑表面改性的功能紡織品[9-10]。香云紗是以野生植物薯莨的塊莖為染料,對(duì)織物進(jìn)行多次浸染和曝曬,之后再經(jīng)過富含鐵質(zhì)的塘泥涂覆而制成的一種雙面雙色的真絲綢產(chǎn)品。薯莨單寧氧化形成醌式結(jié)構(gòu)而顯棕色或棕紅色,鐵離子與薯莨生成黑色的鞣酸亞鐵,是一種生態(tài)的染色技術(shù)[11-13]。

為制備雙面雙色和多功能真絲素縐緞,本研究選擇自制液體炭黑和市售涂料大紅,首先采用浸軋和烘干法,制得黑色素縐緞織物;再用涂料大紅對(duì)織物正面進(jìn)行不滲色印花,經(jīng)烘干和焙烘,制備出一面為炭黑面、另一面為涂料大紅面的真絲素縐緞織物。因涂料大紅色的不滲色,形成顏色疊加效應(yīng),正反面色澤既相互獨(dú)立,又相互影響,織物表現(xiàn)出正面為暗紅色和反面為深黑色的雙色織物。又因炭黑的多功能性,如此制備出多功能真絲素縐緞。這為雙色多功能真絲面料的開發(fā)提供了一種新方法,有潛在的應(yīng)用前景。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材 料

織物:平方米質(zhì)量63.35 g/m2的真絲素縐緞(吳江和盛至美時(shí)裝面料有限公司)。

試劑:工業(yè)級(jí)粉狀炭黑2860F(安徽黑玨顏料新材料有限公司),工業(yè)級(jí)涂料大紅G-11(上海泗聯(lián)實(shí)業(yè)有限公司),工業(yè)級(jí)研磨劑AL50(陰離子和非離子表面活性劑復(fù)合物)和防沉劑AF(非離子聚合物)(蘇州常春藤進(jìn)出口公司),工業(yè)級(jí)勻染劑MP-1、黏合劑E101和合成增稠劑PFN(諸暨市悅洲新型材料有限公司),工業(yè)級(jí)水性交聯(lián)劑SJ-1805(上海水集新材料科技有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 水性炭黑分散液制備

在自制氧化鋯研磨裝置中,將25.0 g粉狀炭黑2860F、6.25 g研磨劑AL50、2.5 g防沉劑AF和63.25 g水混合,研磨1.5 h,過濾制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.0%的水性炭黑分散液(CB),CB分散液的粒徑為120 nm;經(jīng)自然放置1年,粒徑為125 nm,具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

1.2.2 雙面雙色織物制備

工藝流程:織物→浸軋CB分散液(二浸二軋)→烘干(90 ℃)→涂料色漿印花(織物正面)→烘干(90 ℃)→焙烘→雙面雙色織物。

CB分散液組成:由x% CB,y% E101,z% SJ-1805,1.5% MP-1和水組成。

涂料色漿:由2%大紅G-11、8% E101、2.0% PFN和水組成。

二浸二軋:在EL-400立式軋車(上海朗高紡織設(shè)備有限公司)上進(jìn)行,軋液率100%。

焙烘:在DHG-9146A電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)上進(jìn)行,焙烘溫度150 ℃,焙烘時(shí)間3 min。

1.3 性能測(cè)試

顏色特征值:在Ultra scan-XE電腦分光測(cè)色配色儀(美國(guó)Hunter Lab公司)上測(cè)試織物顏色特征值(L*、a*和b*值)和可見光透射率,條件為D65光源,10°視角,測(cè)4次取平均值。

織物透光率(TVS,%):在測(cè)色配色儀上測(cè)試透射率,計(jì)算350～750 nm波長(zhǎng)內(nèi)透射率的平均值,其值越小,織物越不容易透光。

抗靜電性:在S-5109靜電測(cè)試儀(日本Shishico公司)上參照GB/T 12703.1—2021《紡織品 靜電性能試驗(yàn)方法》測(cè)試織物的靜電電壓(EV,kV)和靜電壓半衰期(SHP,s),條件為溫度20℃,濕度35%,試樣平衡24 h,測(cè)3次取平均值。A級(jí)抗靜電織物的半衰期≤2.0 s。

織物電阻:在ST-2258C型多功能數(shù)字式四探針測(cè)試儀(蘇州晶格電子有限公司)上參照GB/T 1551—2009《硅單晶電阻率測(cè)定方法》測(cè)試織物電阻(Rs),測(cè)5次取平均值。

抗紫外線性能:在UV-1000F紡織品抗紫外因子測(cè)試儀(美國(guó)Labsphere公司)上,測(cè)試織物UVA(315～400 nm)、UVB(290～315 nm)透射率(TUVA、TUVB)和紫外輻射防護(hù)系數(shù)(UPF,388 nm),測(cè)3次取平均值。

透氣性:在YG461G全自動(dòng)透氣儀(寧波紡織儀器廠)上參照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》測(cè)定織物透氣性。測(cè)試條件為孔面積20 cm2,壓力100 Pa,測(cè)試3次取平均值。

透濕性:在FX350全自動(dòng)織物透濕量測(cè)試儀(瑞士TEXTEST公司)上參照GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法:蒸發(fā)法》測(cè)試透濕性。測(cè)試條件為織物半徑3.5 cm的圓,溫度38 ℃,相對(duì)濕度50%,測(cè)試3次取平均值。

織物風(fēng)格:在KES織物風(fēng)格儀(日本京都大學(xué))上參照FZ/T 01054.1—1999《織物風(fēng)格試驗(yàn)方法總則》測(cè)試。測(cè)試條件為溫度20 ℃,濕度65%,試樣平衡24 h,熱源臺(tái)溫度設(shè)定為20 ℃,貯熱板標(biāo)準(zhǔn)溫度為30 ℃。

導(dǎo)熱性:在KES-F7精密瞬間熱物測(cè)試儀(日本KES加多技術(shù)有限公司)上測(cè)試織物的導(dǎo)熱系數(shù),測(cè)3次取平均值。

拒水性:在OCA40全自動(dòng)微觀液滴潤(rùn)濕性測(cè)量?jī)x(德國(guó)Dataphysics公司)上參照GB/T 1872—2016《紡織品 表面潤(rùn)濕性能的測(cè)定 接觸角法》測(cè)試織物表面水接觸角,測(cè)試3次取平均值。

力學(xué)性能:在Instron 5967萬能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)INSTRON公司)上參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第一部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》測(cè)試織物強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率。

摩擦色牢度:在Y571B摩擦色牢度儀上參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

耐久性測(cè)試:在SW-24型水洗色牢度儀上進(jìn)行耐水洗性實(shí)驗(yàn),水洗溫度40 ℃,皂液5 g/L,時(shí)間30 min,浴比1︰50。

紅外光譜:在Nicolet 5700紅外光譜儀(美國(guó)Thermo Nicolet公司)上進(jìn)行織物的衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)測(cè)試,掃描范圍為4 000～400 cm-1。

表面形貌(SEM):在Regulus 8100掃描電鏡(日本日立公司)上拍攝織物的表面形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 水性炭黑乳液的工藝優(yōu)化

2.1.1 水性炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能的影響

固定黏合劑E101為10%,改變CB質(zhì)量分?jǐn)?shù),CB質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能影響如表1所示。

表1 炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能的影響Tab.1 Influence of carbon black mass fraction on fabric properties

當(dāng)CB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～9%時(shí),隨著CB質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,織物色深度(L*值)增加,透光率(TVS)明顯下降,TUVA和TUVB明顯下降,織物具有優(yōu)良的抗紫外線和低的透光性,且黑色織物有良好的耐摩擦色牢度(≥4)。這是因?yàn)檎娼z素縐緞的TVS、TUVA和TUVB分別為83.0%、26.7%和9.2%,是一種高透光率織物,不具有抗紫外線性能?？椢锝?jīng)9% CB染色,借助黏合劑作用,CB能在纖維表面形成一層覆蓋均勻的膜,CB對(duì)可見光和紫外光有極強(qiáng)的吸收作用,明顯提高了抗紫外線(TUVA和TUVB下降了90.7%和75.1%)和低的透光性(TVS下降了95.8%)。進(jìn)一步提高CB質(zhì)量分?jǐn)?shù),上述指標(biāo)不再明顯變化,這是織物上CB膜性能(類似涂料的涂層效果)決定的。

織物抗靜電性與織物表面的炭黑固著量和炭黑均勻分布有關(guān),當(dāng)CB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí),織物靜電電壓(EV)、靜電壓半衰期(SHP)和電阻(Rs)雖已明顯下降,但仍達(dá)不到抗靜電織物A級(jí)(SHP≤2 s)的要求。這是因?yàn)榭椢锏膶?dǎo)電性取決于CB聚集膜的三維連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)層的構(gòu)建,取決于纖維表面CB的質(zhì)量。為此,當(dāng)CB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí),織物的EV為0 kV(無感應(yīng)靜電產(chǎn)生),Rs為4.44 kΩ,具有優(yōu)良抗靜電性(達(dá)A級(jí));但因增加了CB質(zhì)量,導(dǎo)致耐摩擦色牢度下降(0.5級(jí)),為此,后續(xù)實(shí)驗(yàn)中優(yōu)化了黏合劑和交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),來提高耐摩擦色牢度。

2.1.2 黏合劑和交聯(lián)劑對(duì)織物性能的影響

固定CB為15%,改變黏合劑E101質(zhì)量分?jǐn)?shù),E101質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能影響如表2所示。

表2 黏合劑E101質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能的影響Tab.2 Influence of binder E101’s mass fraction on fabric properties

由表2可知,與E101為10%相比,增加E101質(zhì)量分?jǐn)?shù),L*和TVS變化率分別低于4.5%和8.0%,TUVA和TUVB變化率都低于10.5%;當(dāng)E101為10%～25%時(shí),織物的EV為0 kV,最高的Rs為61.28 kΩ,具有優(yōu)良的抗靜電性。當(dāng)E101質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(25%)時(shí)能提高耐摩擦色牢度(增加0.5級(jí)),但會(huì)影響到織物手感。優(yōu)選的黏合劑E101為15%,此時(shí),TUVA和TUVB都低于2.0%,抗靜電為A級(jí)。

在上述優(yōu)化的工藝條件下,添加水性交聯(lián)劑SJ-1805,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能影響如表3所示。

表3 水性交聯(lián)劑SJ-1805質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物性能的影響Tab.3 Influence of aqueous crosslinking agent SJ-1805’s mass fraction on fabric properties

2.2 雙面雙色素縐緞織物的性能

2.2.1 雙面雙色織物的顏色特征及色牢度

圖1為雙面雙色織物和對(duì)比織物K/S值光譜曲線,表4為雙面雙色顏色特征及色牢度。

由圖1和表4可知,織物(PR-P)在520～555 nm處有較大吸收峰,這是涂料紅的吸收峰,其a*值和b*值分別為57.54和30.73,是一種鮮艷紅色印花織物?？椢?CB-D)在400～750 nm處有均勻的吸收峰,這是炭黑的吸收峰,其a*值和b*值分別為0.08和1.48,是一種純正的黑色染色織物。在黑色染色織物(正面)上進(jìn)行涂料紅印花,織物反面(BS-CB)在400～750 nm處也呈均勻吸收,其K/S值光譜曲線與織物(CB-D)很接近,L*、a*和b*都沒有發(fā)生明顯變化,其a*值和b*值分別為0.77和1.73,L*值僅增加了0.31,仍是一種純正的黑色,即鮮艷的紅色未發(fā)生滲透,說明黑色未受到涂料紅的明顯影響。黑色染色織物正面(FS-PR)在400～545 nm處有均勻吸收,在570～750 nm處吸收峰較低,在600 nm處呈最低吸收。這是因?yàn)橥苛洗蠹t印花面受到炭黑染色面的影響,顏色由鮮艷紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘导t色,L*值、a*值和b*值分別下降了23.59、45.7、20.41,這是黑色和大紅色的疊加引起的。因此,制備的織物具有雙面雙色效果,且具有良好的耐干、濕摩擦色牢度和水洗色牢度,耐摩擦色和水洗色牢度達(dá)3～4級(jí)。

圖1 K/S光譜曲線Fig.1 K/S spectral curve注:CB-D為15%CB染色織物,PR-P為2%涂料紅印花織物,BS-CB為雙面雙色織物反面,FS-PR為雙面雙色織物正面。

表4 雙面雙色織物顏色特征及色牢度Tab.4 Color characteristics and color fastness of double-sided color fabrics

2.2.2 雙面雙色的功能性和耐久性

表5為雙面雙色素縐緞的功能性和耐久性。與未處理織物相比,TVS降低了94%,TUVA和TUVB降低了89%,UPF值高于50+,靜電電壓降低了93%,靜電半衰期小于2 s(達(dá)A級(jí)),這說明織物具有優(yōu)良的低透光率、抗靜電性和抗紫外線性能?？椢锖谏?反面)具有優(yōu)良的拒水性,水接觸角為127.3°;織物深紅色面(正面)具有良好的親水性,水接觸角為58.0°。

表5 雙面雙色織物的功能性和耐久性Tab.5 Functionality and durability of double-sided color fabrics

織物經(jīng)10次和15次水洗,抗靜電性、抗紫外性和水接觸角的變化都較小,說明雙面雙色功能素縐緞織物的多功能具有優(yōu)良的耐久性。

上述性能可從紅外光譜和織物表面形貌得到證實(shí),如圖2和圖3所示。

圖2 炭黑染色織物的衰減全反射紅外光譜Fig.2 ATR-FTIR spectrum of carbon black dyed fabrics

由圖2可知,炭黑染色真絲(CB-D)的紅外特征峰與未處理真絲纖維(Silk)相同,波數(shù)3 275 cm-1為羥基伸縮振動(dòng)峰,1 620 cm-1為β-折疊鏈結(jié)構(gòu),1 510 cm-1為酰胺鍵的C—H伸縮振動(dòng)峰,1 450 cm-1為C—H彎曲振動(dòng)峰,1 220 cm-1為酰胺鍵伸縮振動(dòng)峰,1 070 cm-1為絲肽骨架伸縮振動(dòng)。這是因?yàn)樘亢诒砻婧恤然?、酚羥基、醚基、醌基和內(nèi)酯基等極性基團(tuán),其特征吸收峰與絲蛋白質(zhì)纖維重合。由此可見,雙面雙色織物的炭黑染色面具有大量的極性基團(tuán),這與真絲纖維上的羧基和羥基等極性基團(tuán)類似,是織物具有優(yōu)良抗靜電性的主因。

炭黑能均勻地固著于纖維表面,可見清晰的紗線結(jié)構(gòu),如圖3(a)所示;在炭黑層未見常規(guī)無定形炭的球狀結(jié)構(gòu),炭黑形成粗糙的微納米表面,如圖3(b)所示;涂料和黏合劑成膜層均勻地覆蓋在炭黑層上,表面的平整度較好,如圖3(c)所示;炭黑聚集體具有微細(xì)的多孔結(jié)構(gòu),未見球狀炭黑結(jié)構(gòu),炭黑呈片層狀結(jié)構(gòu),如圖3(d)所示。均勻CB膜結(jié)構(gòu)的形成是提高織物抗紫外線能力,降低透光率和改善拒水性的主因。對(duì)比織物正面(FS-PR)和反面(BS-CB)的水接觸角可知,織物拒水性的提高是由CB膜形成的,但黏合劑和交聯(lián)劑也是有貢獻(xiàn)的。

現(xiàn)代心理學(xué)研究指出，一個(gè)正常完備的人格角色應(yīng)當(dāng)具備三個(gè)層次：“首先是生命層次，作為一個(gè)人要表現(xiàn)出自然的生命力，健康、蓬勃向上、昂揚(yáng)、充滿力量；其次即社會(huì)層次，作為一個(gè)社會(huì)個(gè)體，所處時(shí)代的觀念、風(fēng)尚，體現(xiàn)著特定時(shí)代的世界觀和價(jià)值觀，即應(yīng)受到社會(huì)的選擇；再者是異性審美層次，人類世界的兩性，都應(yīng)受到來自異性的選擇，選擇的標(biāo)準(zhǔn)不同，但應(yīng)當(dāng)是平等的，一個(gè)完整的人格應(yīng)受到這三個(gè)力的制約⑧?！比欢@種理想的人格在歷來傳統(tǒng)的女性中沒有并出現(xiàn)過。女性生命力的層次在男權(quán)社會(huì)中被普遍抑制和弱化，女性美是作為一種可供觀賞的價(jià)值性而存在的，這并非女性本身所固有的一種價(jià)值狀態(tài)。

圖3 雙面雙色織物的表面形貌Fig.3 SEM photos of fabrics with double colors on both sides

使用黏合劑和交聯(lián)劑,可能對(duì)織物風(fēng)格、透濕性、透氣性和力學(xué)性能產(chǎn)生影響,如表6和表7所示。

表6 雙面雙色織物的力學(xué)性能、透氣和透濕性Tab.6 Mechanical property, breathability, and moisture permeability of fabrics with double colors on both sides

由表6和表7可知,與未處理織物相比,制備的雙面雙色織物的透氣性增加了6.7%,導(dǎo)熱系數(shù)增加了12.2%,透濕性僅下降了7.2%,斷裂強(qiáng)度下降了19.8%,斷裂伸長(zhǎng)率增加了20.2%,這說明織物具有良好的透氣性、透濕性、導(dǎo)熱性和服用性,增加了織物服用的涼爽性。其中,雙面雙色織物透氣性的增加主要與炭黑的微多孔和片層狀結(jié)構(gòu)有關(guān),且涂料印花對(duì)織物透氣性的影響也較小,如織物經(jīng)炭黑染色,透氣性增加了58.3%;織物經(jīng)涂料印花,透氣性僅下降了11.5%。因織物上存在黏合劑和交聯(lián)劑膜結(jié)構(gòu),改變了素縐緞的風(fēng)格特征,明顯增加了折彎剛度(B),降低了織物反彈性(2HB),纖維剛性增加導(dǎo)致織物不易彎曲;但表面粗糙度(SMD)、動(dòng)摩擦平均系數(shù)(MIU)和摩擦系數(shù)平均偏差(MMD)的變化較小,織物仍具有真絲素縐緞的表面平整和光滑特性。與涂料紅印花面相比,炭黑染色面的MIU、MMD和SMD更大,說明炭黑染色面更容易被壓縮和有凹凸感。結(jié)合透氣性和透濕性測(cè)試結(jié)果,炭黑結(jié)構(gòu)由常規(guī)的無定形球狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钐亢诰奂w,即使在炭黑層上再施加涂料層,因涂料層很薄和均勻,不影響到片層狀炭黑微細(xì)的多孔結(jié)構(gòu),仍保持了優(yōu)異的透氣性和透濕性。在黏合劑和交聯(lián)劑作用下,具有豐富微孔和片層狀的炭黑能在織物表面產(chǎn)生微納米表面層,導(dǎo)致水滴能黏附在其表面,提高了水接觸角,具有優(yōu)良的拒水性;在炭黑的微納米表面層上再經(jīng)涂料色漿的覆蓋,因涂料色漿形成的膜有一定的親水性,且在纖維表面生成了粗糙的膜結(jié)構(gòu),導(dǎo)致織物印花面具有親水性。

表7 雙面雙色織物的風(fēng)格特征Tab.7 Style characteristics of fabrics with double colors on both sides

3 結(jié) 論

采用炭黑和涂料制備真絲功能面料是一種新的技術(shù),基于炭黑染色和涂料紅印花的配合應(yīng)用,能制備出雙面雙色的多功能真絲素縐緞,這為真絲多功能面料的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

1) 采用先炭黑染色后涂料紅印花的焙烘固色工藝,能制備織物一面為深黑色和另一面為暗紅色的雙面雙色真絲素縐緞。

2) 雙面雙色真絲素縐緞具有多功能性,具有優(yōu)良的低透光率、抗靜電性和抗紫外線性能,透光率降低了94%,靜電電壓降低了93%,抗靜電等級(jí)為A級(jí),TUVA和TUVB降低了89%(UPF達(dá)50+)。

3) 雙面雙色真絲素縐緞的一面具有親水性(水接觸角為58.0°),另一面具有優(yōu)異的拒水性(水接觸角為127.3°);而且具有優(yōu)良的透氣性、透濕性和導(dǎo)熱系數(shù);因黏合劑和水性交聯(lián)劑的存在,織物風(fēng)格具有表面平整、光滑和不易彎曲的風(fēng)格,耐摩擦和耐皂洗色牢度不低于3～4級(jí)。

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