涂料染色是紡織印染行業(yè)節(jié)能和清潔生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向之一。
涂料中的顏料粒子不溶于水，以細(xì)顆粒狀態(tài)懸浮分散于水中，不能以單分子態(tài)滲入纖維內(nèi)部，因此對(duì)棉纖維等基質(zhì)缺乏直接性。目前，涂料染色主要采用黏合劑將涂料固著在織物上，但此工藝適應(yīng)面窄，僅適用于染中淺色，且色牢度不高。
溶膠成膜改性技術(shù)可以有效改善紡織品涂料染色牢度等性能。將色素或功能物質(zhì)摻雜到硅溶膠中，并在纖維表面成膜，可賦予紡織品特殊功能性。色素可
以被固定在硅氧烷母體中，提高織物水洗牢度和摩擦牢度等。但目前硅溶膠普遍存在自身的存儲(chǔ)穩(wěn)定性問題，在涂料中應(yīng)用更是受到酸堿、離子等因素干擾，容易出現(xiàn)不可逆凝膠等問題。冠旗的二氧化硅分散液有效地解決了染色應(yīng)用中的問題，可根據(jù)客戶的不同需求和顏色進(jìn)行不同SIO2分散液配比和定制。
本試驗(yàn)應(yīng)用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備涂料雜化硅溶膠，并研究其穩(wěn)定性。通過分析染色織物的牢度性能、顏色性能和手感等，為生產(chǎn)企業(yè)提高涂料染色深度和染色牢度提供參考。
1．1藥品與儀器
織物14．8tex×14．8tex，524根/10cm×283根/10cm純棉府綢織物（經(jīng)退漿和精練的半制品）藥品涂料嫩黃F7G（25g/L）、涂料大紅FFG（34g/L）、涂料艷藍(lán)FBL（35g/L）（江蘇五彩精細(xì)化工股份有限公司）；偶聯(lián)劑KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，湖北荊州市江漢精細(xì)化工有限公司）；非離子分散劑平平加O（上�？婆d生化試劑有限公司）；冠旗二氧化硅分散液。
儀器X-RitePremier8400電腦測(cè)色配色系統(tǒng)（美國X-Rite公司），Y571染色摩擦牢度儀（萊州市電子儀器有限公司），UV-2100分光光度計(jì)［尤尼柯（上海）儀器有限公司］，Instron1341萬能材料試驗(yàn)機(jī)（英國Instron公司），日立S-4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（日本日立株式會(huì)社）
1．2試驗(yàn)方法
1．2．1涂料雜化硅溶膠的制備
冠旗二氧化硅分散液加一定量偶聯(lián)劑KH-570和平平加O，不斷攪拌，在50℃水浴中反應(yīng)2h。
將0．6g涂料色漿以1滴/s的速度滴加到9．4g上述溶液中，然后超聲波分散30min。在溫度為40℃條件下攪拌1h，即配制出均勻穩(wěn)定的涂料雜化硅溶膠。
1．2．2涂料雜化硅溶膠染色
用上述制備的涂料雜化硅溶膠對(duì)織物進(jìn)行軋染染色，二浸二軋（軋余率80%），50℃預(yù)烘20min，150℃焙烘5min。涂料直接染色工藝用涂料液代替涂料雜化硅溶膠，涂料濃度等其它條件均相同。
1．2．3紫外-可見光吸收光譜
取0．1mL溶液，用水稀釋40倍，將其裝入到石英玻璃皿中。在25℃條件下，通過UV-2100分光光度計(jì)在最大吸收波長下測(cè)定其吸光度。
1．2．4染色K/S值
用K/S值表示織物染色的顏色深度，
K/S值越大，顏色越深。采用X-Rite8400測(cè)色儀CIELab測(cè)色系統(tǒng)在D65光源、10°視場(chǎng)下，測(cè)定織物3個(gè)點(diǎn)的K/S值，取其平均值。
1．2．5摩擦牢度
根據(jù)GB/T3920—1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍?/span>
擦色牢度》，采用Y571型染色摩擦牢度儀測(cè)試染色織物的干、濕摩擦牢度，然后用GB251—1995灰色樣卡進(jìn)行評(píng)級(jí)。
1．2．6拉伸斷裂強(qiáng)力
應(yīng)用Instron1341萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試織物的拉
伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率，織物尺寸為10cm×5cm，拉伸有效長度為5cm，拉伸速度為2cm/min。開啟試驗(yàn)儀，拉伸試樣至斷脫，記錄斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。
1．2．7增重率
織物樣品在60℃下烘燥24h，準(zhǔn)確稱取其質(zhì)量m0；織物染色處理后，在60℃下烘燥24h，準(zhǔn)確稱取其質(zhì)量m1，按式（1）計(jì)算織物增重率R為：
R=（m1－m0）/m0×100%（1）
1．2．8掃描電子顯微鏡表征將織物樣品脫水、干燥、真空鍍膜，然后在掃描電
子顯微鏡下觀察染色纖維的表面形貌，放大倍數(shù)650倍。
2、結(jié)果與討論
2．1涂料雜化硅溶膠的穩(wěn)定性
2．1．1硅烷偶聯(lián)劑添加量的影響
為了增強(qiáng)雜化硅溶膠涂層的穩(wěn)定性和力學(xué)性能，可以在二氧化硅分散液應(yīng)用前恰當(dāng)添加硅烷偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑KH-570添加量對(duì)涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠穩(wěn)定性的影響見圖1。
偶聯(lián)劑KH-570添加量的影響從圖1可以看出，偶聯(lián)劑的添加量會(huì)影響溶膠的穩(wěn)定性。當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量濃度從0增加到8g/L時(shí)，溶液吸光度的提高幅度趨緩，說明溶液穩(wěn)定性增加；當(dāng)偶聯(lián)劑濃度增加到12g/L時(shí)，溶液穩(wěn)定性增加已不明顯，放置80h后，其穩(wěn)定性甚至低于8g/L的溶液。
涂料中的顏料粒子不溶于水，而以細(xì)小顆粒狀態(tài)懸浮分散于溶液中。涂料的分散穩(wěn)定性主要通過添加化學(xué)分散劑并施以足夠的能量，破壞顏料粒子的聚集來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)涂料摻雜到膠體中時(shí)，偶聯(lián)劑改變了膠體中硅縮聚反應(yīng)的程度和速度，使顏料顆粒穩(wěn)定性增強(qiáng)。偶聯(lián)劑分子中含有三個(gè)硅氧烷鏈和一個(gè)γ-甲基丙烯酰氧基丙基鏈，其中硅氧烷鏈會(huì)和SIO2發(fā)生縮合反應(yīng)。雖然隨著時(shí)間的增加，溶液的吸光度會(huì)稍微下降，顏料顆粒會(huì)發(fā)生部分沉淀或聚沉，但是在織物染色前只需稍加攪拌，就可形成相對(duì)穩(wěn)定的溶液體系。
2．1．2非離子表面活性劑添加量的影響
偶聯(lián)劑在水溶液中容易發(fā)生反應(yīng)，穩(wěn)定性較差。
為便于應(yīng)用，添加非離子型表面活性劑平平加O以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。平平加O添加量對(duì)涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠穩(wěn)定性的影響見圖2。
從圖2可以看出，當(dāng)平平加O濃度為2g/L時(shí)，隨著時(shí)間的延長，溶液吸光度雖然會(huì)有所減少，但僅從0．67減少到0．57，整個(gè)體系仍相對(duì)穩(wěn)定。
平平加O分布在硅氧烷偶聯(lián)劑長鏈的周圍，減少長鏈周圍水的相對(duì)含量，從而減緩硅氧烷鏈的縮合反應(yīng)。另一方面，其還會(huì)環(huán)繞在顏料顆粒周圍，改變顏料顆粒的化學(xué)惰性，增強(qiáng)顏料顆粒在溶液中的懸浮性，從而提高溶膠穩(wěn)定性。
2．2涂料雜化硅溶膠的染色性能
棉織物采用涂料雜化硅溶膠染色，測(cè)定其K/S值，并與涂料直接染色比較，結(jié)果見圖3。
圖3中，涂料雜化硅溶膠染色織物的K/S值較涂料直接染色織物大幅提高。涂料嫩黃直接染色織物的K/S值為7．18，涂料嫩黃雜化硅溶膠染色織物的K/S值則提高到12．47。涂料大紅雜化硅溶膠染色織物的K/S值，比涂料大紅直接染色織物提高了45．36%。涂料艷藍(lán)直接染色織物的K/S值為7．14，涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠染色織物則提高到了11．36。
純的顏料顆粒呈電中性，為提高其分散穩(wěn)定性，應(yīng)用前均會(huì)加入大量的表面活性劑，一般采用陰離子型。這些表面活性劑分子的疏水部分靠氫鍵和范德華力與顏料顆粒表面發(fā)生吸附，而親水基團(tuán)則朝向外側(cè)，導(dǎo)致顏料顆粒表面呈負(fù)電性。棉纖維分子在水中帶負(fù)電荷，所以兩者之間存在靜電斥力。因此，直接用涂料對(duì)棉纖維進(jìn)行染色，染色深度較差。
而用涂料雜化硅溶膠染色，經(jīng)高溫焙烘，在織物表面形成的濕凝膠膜會(huì)失水形成帶有大量孔隙結(jié)構(gòu)的薄膜，將顏料顆粒包裹其中，并阻止顏料顆粒的脫落和擴(kuò)散，最終使得織物染色K/S值提高。
2．3涂料雜化硅溶膠染色織物的性能
2．3．1摩擦牢度
涂料雜化硅溶膠染色織物和涂料直接染色織物的摩擦牢度見表1。
從表1可以看出，涂料雜化硅溶膠染色織物的染色牢度相比涂料液直接染色織物有所提高，其中干摩擦牢度提高0～1級(jí)，濕摩擦牢度提高0．5～1．5級(jí)。涂料嫩黃F7G雜化硅溶膠染色織物的染色牢度提高最明顯，
干摩擦牢度從2級(jí)提高到3級(jí)，濕摩擦牢度從1～2級(jí)提高到3級(jí)。
摩擦牢度的提高是由于溶膠凝膠化后，形成的膠膜阻止外力對(duì)顏料顆粒的直接作用，減少顏料顆粒的脫落或向外擴(kuò)散。而濕摩擦牢度的大幅提高，主要是
因?yàn)楣枞苣z薄膜不溶于水，硅烷偶聯(lián)劑的加入能大幅度提高凝膠薄膜材料的濕態(tài)性能，減少薄膜表面的摩擦系數(shù)，從而減小了外界摩擦力對(duì)纖維表面顏料顆粒的影響。
2．3．2拉伸性能
圖4涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠染色織物的拉伸性能
從圖4可以看出，雜化硅溶膠薄膜可以提高織物的拉伸斷裂強(qiáng)力。涂料直接染色織物的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力分別為879N和360N，經(jīng)涂料雜化硅溶膠染色織物的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力分別提高到902N和383N。雜化硅溶膠呈弱酸性，會(huì)影響單根纖維的強(qiáng)力，但在織物表面形成的一層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜增強(qiáng)了織物的力學(xué)性能，彌補(bǔ)了對(duì)單根纖維的損傷。從圖4還可以看出，涂料雜化硅溶膠染色織物在最大拉伸斷裂強(qiáng)力下經(jīng)緯向伸長率減少到8．8%和11．7%。涂料雜化硅溶膠涂層增強(qiáng)了纖維之間的抱合力，其酸性則影響了棉纖維的天然彈性，從而減少了纖維分子鏈之間的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，最終導(dǎo)致織物的斷裂伸長率略微減小。
2．4染色織物薄膜表面形態(tài)和增重率
從圖5可以看出，涂料艷藍(lán)直接染色織物表面有細(xì)小的顆粒沉積物，這是涂料中顏料顆粒和各種添加劑固化后的產(chǎn)物。由于缺少大分子鏈的黏合劑，顏料顆粒經(jīng)外力摩擦后容易脫落，導(dǎo)致織物摩擦牢度降低。涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠染色織物的纖維表面有一層明顯的薄膜，對(duì)纖維上的顏料顆粒有很好的包埋作用，減少（a）涂料直接染色織物；（b）雜化硅溶膠染色織物
圖5
涂料艷藍(lán)染色織物SEM照片
了顏料顆粒的脫落或擴(kuò)散，提高了織物的K/S值和摩擦牢度。
纖維表面SiO2含量見表2。
從表2可以看出，涂料雜化硅溶膠染色織物的增重率比涂料直接染色織物高。其中涂料嫩黃、涂料大紅和涂料艷藍(lán)直接染色的增重率為1．50%左右，且差別很小；而雜化硅溶膠染色織物的SiO2增重率均達(dá)到6．30%以上，其中涂料艷藍(lán)的增重率最大。原因是涂料艷藍(lán)的原始顏料含量最大（35g/L），摻雜后硅溶膠中含有的顏料顆粒較厚。
3、結(jié)論
（1）涂料艷藍(lán)雜化硅溶膠中加入8g/L偶聯(lián)劑KH-570和2g/L平平加O非離子分散劑，可以增強(qiáng)雜化硅溶膠的穩(wěn)定性。
（2）涂料雜化硅溶膠染色織物的K/S值相對(duì)于涂料液直接染色織物有很大提高，這主要是由于纖維表面凝膠薄膜的包裹作用。
（3）涂料雜化硅溶膠染色織物的染色牢度相比涂料液直接染色織物有所提高，而濕摩擦牢度比干摩擦提高更明顯；涂料雜化硅溶膠染色織物的拉伸斷裂強(qiáng)力略微增強(qiáng)，但斷裂伸長率降低。
（4）涂料雜化硅溶膠染色織物表面存在有一層溶膠薄膜，這層薄膜是染色織物色深度和色牢度改善的主要原因。
