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户外运动尼龙面料超泼水抗紫外防风整理的研发
发布人:管理员  发布时间:2017-12-11  浏览次数:973

户外运动尼龙面料超泼水抗紫外防风整理的研发

江苏盛虹集团有限公司  张建国  钱琴芳  吴忠华  陈婷

                     

[摘  要]阐述了高密尼龙织物的独特性能,以及目前高密尼龙纤维织物系列产品的开发情况。分析了高密尼龙纤维织物的前处理,染色和后处理工艺,提出了相关的注意事项,以及选用色牢度坚牢的酸性染料;拉幅定形的温度控制;加工过程中助剂的选用等。经该工艺生产的高密尼龙纤维织物,手感柔软,光泽柔和,且通过功能整理,具有超强泼水耐洗性,抗紫外,抗钻绒等功能,提升了产品的附加值和档次。

[关键词]染整;高密尼龙;上染率;防水;抗紫外;透气性;防钻绒

 

0、前言

      随着社会的进步,人们追求舒适、健康、环保理念的深入,2l世纪的化纤应是高新技术与现代艺术相结合的产物:具有天然纤维如棉、毛、丝、麻的舒适透气性,同时具有防紫外线、抗菌、防臭、防静电等功能性。[1]而尼龙是大分子主链上含有特征结构酰胺键的一类高分子材料,它的染色性能类似于羊毛。具有优异的强力、耐磨性及手感柔软、质感轻盈等良好的服用性能,在合纤中占有重要的地位。同时锦纶织物的回潮率较高,达4.5%~7%。其穿着舒适,且锦纶织物较轻,以该纤维及其混纺的面料做登山服、户外运动服、泳衣等服装衣料有轻装、舒适感。尤其是近年来锦纶超细纤维的发展,使原料本身的档次大大的提高。

      八十年代以来,世界各国对人类赖以生存的地球上生态环境的恶化已引起严重关切。酸雨、农药污染、大气污染、森林被肆意砍伐等情况时有报导。二氧化碳、氟氯化合物引起的温室效应和臭氧层破坏,致使地面紫外线辐射剂量大增,影响人体健康,引发皮肤红斑、黑化和皮肤癌变,并且引起纺织品褪色和脆化。[2]

      人类对自然环境破坏的日益加重,使人们对太阳逐渐恐惧起来。由于认识到长波紫外线对人体可能产生的长期的严重损害,所以人们开始加强对长波紫外线的防护,以及运动休闲为主题的旅游和户外运动正成为一种生活时尚,开发具有明显抗紫外线辐射功能的纺织新产品具有迫切的市场需求和重要的现实意义。[3]

      在织物上施加防水、防油、防污整理剂,改变织物的表面性质(降低织物表面张力),从而获得水和油在织物表面上不易润湿,不易污以及沾污物质易去除等效果。适应了当今社会高节奏的生活旋律,减少了洗涤次数且易护理,保持服装面料的服用、穿着性能。又可以通过压光后处理提高面料的抗钻绒性,使得能更好的应用于羽绒服面料减少羽绒的钻出量。

      一般意义上讲,高支高密尼龙是指纤维细度小于50D,密度超过每平方英寸250根以上就是高支高密面料,高支高密尼龙在现阶段还是属于高档面料产品,通过技术改造和产品创新方面加大力度,融入功能型产品等概念,使之具有超强泼水,抗紫外,防风等特殊功能,成功的拓展了市场空间。

 

1、织物规格和工艺流程

1.1 织物原料、规格

      经纱采用全消光FDY 22.2 dtex/24 f锦纶长丝,上浆。

      纬纱采用全消光FDY 22.2 dtex/24 f锦纶长丝。

      经密,770根/10 Cm,纬密740根/10 cm,总经根数12474,幅宽162 cm,克重  55g/m,采用平纹组织在津田驹系列喷水织机上织造。

1.2染化料    

      液碱,冰醋 ,去油剂TF-115C、 四合一精炼剂TF-170、氧化退浆剂TF-127K  、螯合分散剂TF-133 A 、除油剂TF-126、酸性匀染剂 TF-217F (浙江传化股份) ,抗黄变剂 RUCOGEN NOX、RUCO-ACID  ABS (鲁道夫化工) ,抗紫外吸收剂 CEL、硅酮体柔软剂米加索特JET-LF(亨斯迈),防水剂CN-A-03 、渗透剂CN-A-02 、交联剂CN-A-01、阴离子助剂ECO-EVER(上海优益基),固色剂NBS(拓纳化学) ,酸性藏青M-R、 酸性黄M-2R、酸性酱红M-B(雅运)

1.3设备

      JumboFlow高温高压溢流染色机(立信公司),Babcock定型机,德国玛诺整纬机,Ramisch轧光机,PHBJ-260便携式PH计(上海雷磁仪器厂),W144型自动滴液配色试验染色机(意大利TECNORAMA公司),Startlet DL-1800型红外线染色打样机(韩国大林斯达乐公司)

1.4 工艺流程

      退卷、缝头→退浆前处理(冷堆→平幅退浆水洗)→预定型→染色(抗紫外整理+超防水纳米材料预处理)→固色→脱水→开幅→后整理(烘干→防水拉幅定形)→压光→检验、码布、包装

1.5测试方法

(1)拒水性    根据AATCC  22   2005《纺织品拒水性测试喷淋法》,采用YH286型织物沾水度仪测试。

(2)拒油性    根据AATCC  118  1997《拒油性:耐烃类化合物试验》,测试织物的拒油性。

(3)断裂强力  按GB/T3923.1-1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分断裂力和断裂伸长率的测定》

(4)撕破强力  按GB/T3917.2-2009《纺织品 织物撕破性能 第2部分:裤型试样(单缝撕破强力的测定》

(5)接缝滑移  按GB/T13772.2-2008 《纺织品 机织物接缝处纱线抗滑移的测定 第2部

分 定负荷法 》

(6) 耐洗性     按AATCC 135 -2010 《织物家庭洗涤尺寸变化.E》

(7)透气性     按GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测试》,在每块试样不同部位测10次,取平均值。

(8)摩擦牢度   按照GB/T3920-1997,用Y507L 型摩擦牢度仪测定固色前后的摩擦牢度。

(9)防紫外线性能   按GB/T 18830 《纺织品-防紫外线性能的评定》标准

(10)耐水洗色牢度  按ISO 105/C06:2010《纺织品 色牢度试验 第C06部分: 耐家庭和商业洗涤色牢度. A2S》

(11)耐汗渍色牢度  按ISO 105/ E04:2008《纺织品 色牢度试验 第E04部分: 耐汗渍色牢度》

 (12) 防钻绒    按GB/T 12705.1—2009《纺织品织物防钻绒性试验方法  第1部分:摩擦法》测定

 

2、染整工艺

2.1 退浆前处理

2.1.1冷堆

      坯布在织造过程中,为了保证织造的连续性,减少织造中的断头等现象,同时增加经纱表面的光滑度,一般都先对经纱进行上浆、上油处理,但是所上的浆料、油剂会对织物的染色及后整理产生影响,因此在染色之前要除去织物上的浆料和油剂,以保证染色加工的成功率。为节能减排,走清洁生产的道路,我厂采用冷堆工艺+高效平幅退浆水洗进行前处理。

      冷堆处理有以下优点:1.常温条件下处理,化学性能比较稳定,对纤维的作用力柔和均一,对纤维损伤小,可以避免产品批量间的质量差异。2.化学反应可控,可以有效控制化学助剂的分解,纤维的物理指标不下降,克服机缸炼布质量差异,提高染色重现性和一次成功率。3.全过程低张力,纤维可充分溶胀和释放内应力,较为彻底的解决织物在缸内张力不一,易产生的不均匀折皱问题,手感较好。4.处理完全,碱的使用率高。[4]

工艺处方和条件如下:

      液碱                    100g/L

      去油剂TF-115C           5g/L

      四合一精炼剂TF-170      5g/L

      带液率                  30%

      温度                    24℃

      时间                    36h

2.1.2高效水洗

      正常尼龙织物所上浆料中都含有硅润滑油剂,如果在胚定前不去除硅油,那么高温胚定时,硅油会发生交联,会吸附在锦纶丝上,在染色时会严重阻碍酸性料上染,从而形成染花。

      而利用平幅退浆机的前处理槽的退浆、乳化、防止浆料(油、蜡剂)反沾功能,及水洗槽的高频率超声波振荡功能对完成冷堆的坯布进行处理,使在冷堆中从织物上已降解的、皂化、乳化、碱水解的浆料、油剂和杂质洗除,加速氧化产物的化学降解及碱的水解,为后续染色做准备。

      处理工艺如下:

      氧化退浆剂TF-127K        5g/L

      螯合分散剂TF-133 A       2g/L

      除油剂TF-126             2g/L

      液碱                     20g/L

      温度                     98℃

      机速                     80m/min

2.2预定型

      锦纶纤维具有较高的结晶度,其纤维的结晶区和非结晶区紧密排列,通过预定型可以使结晶区和非结晶区的排列变的有序,降低或消除锦纶纤维在纺丝牵伸,以及织造加工中产生的张力不匀,可以有效提高染色的均匀度。同时,通过预定型还可以提高织物表面的平整度和抗皱能力,减少织物在染色中因运行产生的皱印及织物回缩皱,同时可以增加织物在后续加工中的尺寸稳定性,然而锦纶织物,在高温条件下,会损伤织物的弹力,末端氨基极容易被氧化(酸性料上色基团),破坏锦纶的上色性能,如果不加锦纶高温抗黄变保护剂,对后续染色的吸色性能有极大影响,并充分考虑热定型温度对织物物理性能的影响,选择适当的预定型温度,可以很好的克服此问题。

      处理工艺如下:

      抗黄变剂 RUCOGEN NOX               20g/L

      调节PH调节剂 RUCO-ACID  ABS        2g/L

      带液率                             30%

      温度                180℃

      机速                60m/min

2.3染色

      锦纶超薄织物较高的上浆率及超高密的特性,纤维的纤度细、表面积大,且织物由于单丝细密度,截面形态和收缩率的不同,容易造成染色不匀,产生色花,页差,染料团聚等诸多染色病疵问题。

尼龙产品通常在弱酸性染浴中进行染色,而我厂通过控制匀染条件:①匀染剂;②染色温度;③升温速率;④染液的PH值等主要工艺因素来达到匀染目的,取的良好的效果。

      为了提高了织物的拒水、拒油和防污的耐洗性性能。在染色过程中加入纳米材料阴离子助剂ECO-EVER(含分散剂) ,该助剂是高分子纳米材料,利用化学键的作用与纤维结合,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面和界面效应,纳米粒子表面的原子存在大量的表面缺陷和许多悬挂键,具有很高的化学活性,在染色中借助分散剂的作用纳米粒子能高度分散在纱线之间、纤维之间和纤维表面,在后整理防水加工中由于离子键作用它们能与有机氟树脂在纤维表面形成一层很薄而致密的膜,阻止了油污的进一步渗透,大大提高了拒水、拒油和防污性能及耐洗性。[5]

      锦纶织物的抗紫外线的能力一般都较差,通过染色中加入紫外线吸收剂CEL,该助剂对紫外线有强烈选择吸收,并能进行能量转换而减少它的透过量,即能制得抗紫外线的锦纶面料,提高面料品质和满足市场需求。

      工艺处方(深咖啡色)和条件如下:

      A)冰醋酸                1.5g/L(调节PH值4-4.5)

      抗紫外吸收剂 CEL        4 % (w.o.f)

      阴离子纳米助剂ECO-EVER  5 % (w.o.f)    

      酸性匀染剂 TF-217F      2g/L

 

      B)酸性藏青M-R           1.35%(w.o.f)

      酸性黄M-2R              3.35%(w.o.f)

      酸性酱红M-B             1.15%(w.o.f)

 

      C)阴离子固色剂NBS       2 g/L

      冰醋                    2 g/L

      pH值                    4-4.5

 

      染色及固色工艺曲线

2.4固色

弱酸性染料除了借助于离子键结合方式外,还可通过较强的范德华力和氢键上染锦纶。为提高酸性染料染色后锦纶织物的湿处理牢度,需对其进行固色处理。而固色处理前应先要除去织物上沾浮着的染料及布面上的阴离子助剂残留,以达到最佳的固色效果。

2.5后整理

      为使织物幅宽整齐均一,尺寸和形态稳定,并稳定赋予织物特殊性能需要对织物进行后整理工艺。使用防水整理剂CN-A-03,其可与纳米材料ECO-EVER结合在纤维表面形成一层很薄而致密的膜,提高防水的耐洗性。

工艺处方和条件如下:

      防水剂CN-A-03                60g/L

      渗透剂CN-A-02                2g/L

      交联剂CN-A-01                6g/L

      硅酮体柔软剂米加索特JET-LF    2g/L

      轧余率                        30%

      ①烘干条件

      温度                        100℃

      速度                        50m/min

      ②烘焙条件

      温度                        170℃

      速度                        60m/min

2.6压光整理

      由于织物的交织点间有一定的空隙,且织物表面具有凹凸的交织点,因此在后整理工序中利用锦纶长丝的热收缩性及热塑性,通过热轧加工,减小交织点间的空隙,可以达到理想的织物气密性和织物表面光洁程度。

      压光是指弹性软辊把织物压贴在金属热辊上,在压区中因软辊变形,直径变化使其角速度产生微小差异造成微滑动,通过表面剪切和压搓作用,使在压区中受热而达到玻璃化温度从而产生塑化并“流动”的纤维组分受到缓和搓动,从而使织物表面的紧度趋于一致,并使与金属辊接触的织物表面平滑,减小交织点间的空隙,达到理想的织物气密性和织物表面光洁程度。轧光的要求很高,我们对轧光工艺和效果进行反复试验,从中得出影响轧光效果的工艺参数分别为压区数(两辊或三辊)、生产车速、织物张力控制、线压力、热辊温度。轧光温度太低则光泽耐久性变差,轧光温度高则影响织物撕破强力等物理性能。所以轧光温度应根据布面实际情况和织物开发风格确定。轧光压力小则光泽亮度和均匀度不够,轧光压力太大则纤维之间压的太板,手感不易达到柔软要求.经过试样调整生产工艺,达到对织物物理性能、手感、布面外观、亮度的要求。因此轧光是保证最终成品柔软度和防绒、透气性能的关键工序之一。

      工艺条件:

      线压力      60KN/m

      生产车速    50m/min

      热辊温度    165℃

 

3、结果与讨论

3.1抗黄变剂RUCOGEN NOX及定型温度对抗黄变的效果

      在预定型时,采用20g/L抗黄变剂RUCOGEN NOX对白色锦纶织物进行浸轧整理,通过白度测试,观察其对整理织物抗高温黄变的影响,结果见表1。

表1 预定型时,RUCOGEN NOX抗高温黄变的效果

项目

结果

未定型

使用抗黄变剂 180℃定型60s

未使用抗黄变剂180℃定型60s

白度测试

82.03

79.3

40.23

 

      在预定型时,采用20g/L抗黄变剂RUCOGEN NOX对锦纶织物进行浸轧整理,通过不同的预定型温度对上色率、撕破强力的影响来确定最佳工艺,结果见图1和图2。

图1 添加抗黄变剂在不同定型温度对上色率的影响

 

图2:不同预定型温度对400T尼丝纺撕破强力的影响

 

      抗黄变整理剂RUCOGEN NOX是一种高分子化合物,分子链上含有各种不同类型的抗氧化活性基团,其在高温条件下分解生成的活性基,能够捕捉锦纶织物在高温条件下降解生成的自由基,切断自由基链反应,从而防止共轭有色化合物的生成,减少锦纶织物在高温条件下的黄变。从表1可以看出,未经过抗黄变整理剂RUCOGEN NOX整理,直接高温定型,布面白度大幅降低,而使用高温抗黄变剂RUCOGEN NOX布面泛黄现象明显减轻。从图1可以看出,经抗黄变整理剂RUCOGEN NOX整理后,可以明显改善高温预定型对织物上染率的影响,这说明抗黄变剂RUCOGEN NOX对纤维有较好的保护作用。

3.2阴离子固色剂NBS使用效果

      NBS固色剂为高分子化合物,内含磺酸根基团与尼龙纤维之末端氨基键结合,生成微溶或不溶于水的盐类,形成一网状之结构物,封闭染料的水溶性基团,包覆着染料,防止染料在水中电离和溶解而从织物上脱落,使织物色牢度提高。且该固色剂是分子量较大阴离子助剂(带负电荷),由于氢键、范德华引力固色剂附着于纤维表面,且酸性染料本身带负电荷,由于两者相斥的缘故,减少纤维内部染料迁移出来,达到增进牢度之目的。见表2、表3、表4、表5

image.png

      由表2、表3、表4、表5可知,固色剂NBS用量在2.0g/L(PH  4-5)时对织物水洗、汗渍、耐水牢度有明显的提升作用。

3.3抗紫外助剂对织物抗紫外效果的影响

      在400T尼丝纺织物咖啡色的溢流染色加工时加入抗紫外整理剂2%,4%(o.w.f),通过对抗紫外的测试,观察其对织物抗紫外性能的提升的效果。见表6

表6 使用和未使用抗紫外整理剂及压光后的效果

        用量

效果

未使用抗紫外整理剂

使用抗紫外整理 剂2%

使用抗紫外整理剂4%

使用抗紫外整理剂4%压光后

UPF值

9

22

34

44

T(UVA)透过率%

19.9%

9.3%

5.1%

3.5%

T(UVB)透过率%

4.5%

2.5%

1.8%

0.9%

UPF等级

<15

20

30

40

      从表6可以看出,在未使用抗紫外助剂时锦纶织物的抗紫外能力较差,在使用抗紫外整理剂3%时织物的抗紫外能力有了明显的提升,能够达到对人体非常优异的保护,压光后织物更佳紧密孔径密变小效果更佳,使该面料的服装适合炎炎夏日下,适应了人们穿着不易贴身,令人感到凉爽、舒适,并有紫外线防护功能,让喜欢享受阳光的年轻人免受紫外线的侵扰,对人体的皮肤进行精心防护,充分提高面料的附加值、实用性和外观效果。

3.4防水防油耐洗性

      将经不同用量防水整理剂整理后的织物对其进行耐洗性试验,结果见表7。

表7 常规防水+压光整理后锦纶织物的耐洗性

防水剂(g/l)

初始

洗10次后

洗30次后

拒水/分

拒油/级

拒水/分

拒油/级

拒水/分

拒油/级

40

90

3

80

1

0

0

60

100

5

90

2

50

0

压光后

90

4

80

1

0

0

      由表7可知,水洗次数增加,整理织物的拒水拒油效果下降。这是因为水洗后,部分交联程度较低的拒水整理剂被洗除,织物表面含氟量下降,表面膜变得不连续且凹凸不平,因而织物拒水拒油效果下降。

为了改善拒水拒油整理的耐洗性,染色时添加纳米材料并将交联剂与拒水整理剂联合使用,交联剂用量为拒水整理剂用量的10% ,结果见表8。

表8添加交联剂及染色同浴纳米材料+压光整理后锦纶织物的耐洗性

防水剂(g/l)

初始

洗10次

洗30次

拒水/分

拒油/级

拒水/分

拒油/级

拒水/分

拒油/级

40

90

4

90

3

80

2

60

100

5

100

4

90

4-

压光后

95

5-

90

4-

80

3

      由表8可知,添加交联剂及纳米材料对织物的初始拒水拒油效果基本无影响,但耐洗性得到明显改善。这是因为交联剂两端的反应性基团可分别与纤维和拒水整理剂反应,在纤维上形成三维网状结构,增加了纤维分子间滑移的摩擦阻力,而阴离子纳米材料的添加更加强了这一性能,减少了水洗过程中纤维表面整理剂的洗除。

 

3.5 拒水拒油+压光整理对织物物理机械性能的影响

      按优化工艺,以不同用量整理剂整理锦纶,整理织物的各项性能见表9。

表9 防水+压光整理后锦纶织物的机械物理性能

防水剂(g/l)

断裂强力/ cN

接缝滑移/mm

撕破强力/ cN

纬向

经向

纬向

经向

纬向

经向

0

435

420

2

2

3.9

4.3

40

415

402

2.6

3.1

7.6

7.9

60

395

375

3.1

3.6

9.3

9.1

压光后

367

345

2.5

2.8

8.9

8.7

      由表9可知,锦纶织物经拒水整理剂整理后,透气性无显著变化,但在压光后透气性影响较大,断裂强力有所下降,撕破强力提高。这是因为整理剂可在纤维表面形成一层光滑的膜,使纱线间的摩擦阻力降低,纱线间容易滑移,受力三角区变大而使织物撕破强力有所提高。

3.6 压光整理对织物透气性、防钻绒性的影响

      羽绒服面料是一种功能性织物,对它的性能要求比一般衣着用织物要高,必须是功能性和舒适性兼备的高支高密织物,良好的防毛绒外漏性能,即防钻绒性是羽绒服面料性能之一。一般认为防钻绒性差是由于其密度不够。导致某些厂家在生产中片面提高用纱支数,特地进口设备,制织高支高密织物,结果不但提高了成本,而且防钻绒性也未见明显改善。通过压光后,整理织物的透气性能有较大程度的减少,强力性能无明显改变,但其抗钻绒性有明显的提高,且减少了化学涂层助剂的使用,体现了现代人对低碳环保和亲近自然绿色生活的注重。见表10

表10   压光整理后锦纶织物防钻绒效果

防水剂(g/l)

透气性能

mm/s

钻绒性

0

5.1

35

60

4.2

26

压光后

2.1

6

涂层产品

1.1

3

4、结论

      1、选用冷堆+平幅退浆前处理工艺对高密高支尼龙纤维织物的薄如蝉翼、轻如柳絮、软如棉絮的品质起关键作用。

      2、预定型时使用抗黄变剂对锦纶织物的易氧化基团起保护作用,降低高温黄变现象和提升织物的上染率。

      3、随着消费观念的改变和科学技术的进步,对织物功能性的需求将不断提高,在染色加工时添加紫外线吸收剂,提高锦纶织物的抗紫外能力,提高面料品质和实用性能。

      4、在定型整理工作液中可添加适量的交联剂及撕裂牢度提升剂JET-LF,提升了织物的撕破强力,对防水耐久性基本无影响,提升了产品的品质。

      5、压光整理后对织物的物理性能(断裂强力、接缝滑移、撕破强力)、防水的初始及耐洗性产生一定的影响,但不影响织物产品的综合性能。且采用压光整理解决了高密尼龙面料无需化学助剂涂层就能达到优良的防钻绒性,即轻薄又防风防钻绒,是冬季羽绒服面料的首选。

      6、根据该面料的最终用途,可以对压光工艺作适当调整,即可满足夏天户外休闲服饰舒适、柔软、凉爽的要求,又适应冬天羽绒服饰的轻薄、防风、保暖性好的特性,顺应人们高生活质量的需求,轻松应对大自然气候的变化,证实了该面料有顽强的生命力和市场前景。

 

参考文献:

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[3]寇勇琦,段亚峰,党旭艳.防紫外线功能性纺织品的技术机理与应用[J],国外丝绸,2009年第1期

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