【集萃網(wǎng)觀察】摘要：為實現(xiàn)棉織物的熱轉(zhuǎn)移印花，提出架橋思想以及通過一種架橋劑實現(xiàn)架橋思想的基本思路。按架橋劑設計思想試制架橋劑FY-1，用C.I.分散紅60上染經(jīng)FY-1處理的棉織物，其結(jié)果證明了架橋思想的可行性。通過光學顯微鏡、透射電鏡分析架橋機制，由此得出棉織物熱轉(zhuǎn)移印花的機制：架橋劑通過自身對棉纖維的親合性和滲透性預先進入纖維微孔內(nèi)，同時接納分散染料的染座分布在微孔內(nèi)；架橋劑依賴其熱膨脹作用在熱轉(zhuǎn)印溫度下溶脹纖維；分散染料在熱轉(zhuǎn)印溫度下升華，以分子間作用力上染纖維。
棉織物的印花通常采用篩網(wǎng)工藝，大多用活性染料。這種工藝能夠印制出色彩鮮亮的產(chǎn)品，且色譜齊全，但存在高耗水、高耗能、高污染的問題。熱轉(zhuǎn)移印花（以下簡稱熱轉(zhuǎn)�。├梅稚⑷玖显诟邷叵碌纳A性實現(xiàn)滌綸織物的無水印花，解決了滌綸織物印花環(huán)節(jié)的環(huán)保問題，不僅工藝簡單，還能印制出網(wǎng)印難以實現(xiàn)的花紋，也可以像數(shù)碼印花一樣實現(xiàn)成衣印花。目前滌綸裝飾用布大多采用該工藝印制。但熱轉(zhuǎn)印工藝存在局限：一是印1m布要耗1m多紙，既影響生產(chǎn)成本又帶來間接耗水和污染；二是只能印滌綸，不能用于棉等天然纖維織物。針對這2個問題，提出了無紙熱轉(zhuǎn)移印染（以下簡稱無紙工藝）的設想。目前已從工藝和裝備上取得原理性突破。無紙工藝項目的研究內(nèi)容包括：熱轉(zhuǎn)印紙的替代材料；實現(xiàn)天然織物的熱轉(zhuǎn)印；無紙裝備的開發(fā)。
在棉織物上實現(xiàn)熱轉(zhuǎn)印曾一度成為國際上的研究熱點。國外的研究始于20世紀60年代，我國是從1980年前后開始的，研究思路大多是在纖維中引入一種物質(zhì)，然后像滌綸織物一樣進行熱轉(zhuǎn)印。不同的研究者引入物質(zhì)的思路不同，大致可以分為3類：第1類是引入能夠與棉纖維上的一0H發(fā)生化學反應的物質(zhì)，使其變?yōu)槭杷岳w維，從而實現(xiàn)疏水性分散染料的上染；第2類是引入對棉纖維具有溶脹作用的物質(zhì)，意欲通過溶漲擴大纖維微孔，便于分散染料向纖維內(nèi)部擴散滲透，達到上染的目的；第3類是在棉紗線上引入疏水性黏合劑，用以接納分散染料。除此以外，還有濕（冷）轉(zhuǎn)印工藝。以上方法的最大問題是：失去了棉織物的良好性能；達不到優(yōu)質(zhì)的印花效果；仍不能免除印花環(huán)節(jié)的環(huán)保問題。
本文通過對上述方法的利弊分析，提出了新的架橋思想。所謂架橋就是在棉纖維與分散染料之間架起一座“橋梁”，使原本相斥的2種分子通過這座“橋梁”的作用而結(jié)合，并利用分子間的作用力，達到一定的結(jié)合牢度。通過近十年的研究，已成功應用架橋思想實現(xiàn)了棉織物的熱轉(zhuǎn)印，目前已進入產(chǎn)業(yè)化實驗階段。本文擬對棉織物熱轉(zhuǎn)印架橋機制作初步的探索。
1實驗方法
1.1實驗材料與儀器
半漂平紋純棉織物（市售）；FY一1架橋劑（自制）；分散染料（市售）；SPI.CHEM冷凍包埋液（美國）；正置型光學顯微鏡（北京化工大學）；JEOL.JEM.2010透射電鏡（日本）；LACEI—PUK一1切片機（日本）；DHC2.1型熱轉(zhuǎn)印機（北京怡德精品有限公司）；GB250灰色樣卡（上海紡織標準計量研究所）。
1.2棉織物的架橋處理
將棉織物剪成5cm×5cm大小，放人架橋劑中（浴比1：50）浸泡10min，浸軋（帶液率約90%），
100℃烘干。
1.3熱轉(zhuǎn)印紙的制備
將分散染料用丙酮溶解，均勻涂于紙上，晾干。
1.4熱轉(zhuǎn)印
將用FY一1處理過的棉織物與轉(zhuǎn)移紙正面相貼，在230℃熱轉(zhuǎn)印，時間3Os。
1.5織物皂洗及評級
參照GB3921--1997測定織物皂洗牢度，將熱轉(zhuǎn)印布樣剪成兩半，其中一半放入皂液中，皂洗溫度60℃，皂液質(zhì)量分數(shù)0.5%，浸泡30rain，然后用清水洗至中性，晾干。對比皂洗前后的2塊布樣，用GB250一l995灰色樣卡分別評定變色和脫色牢度。
產(chǎn)業(yè)化應用實驗產(chǎn)品的性能檢測按照AATCC進行。
1.6染料在棉纖維中的狀態(tài)和分布狀況
將棉纖維包埋在冷凍液中，待固化后切片（有效厚度為50～100nm），制成試樣；用透射電鏡和光電子衍射儀觀察試樣，分析染料在纖維中的狀態(tài)和分布情況。
1.7纖維橫截面顯微照片
選擇直徑為2mm的電線絲，去芯留皮；把要查看的纖維穿人電線皮內(nèi)；用薄刀片切出很薄的切片（大約幾十微米）；利用光學顯微鏡觀察試樣，并在電腦上采集棉纖維橫截面的顯微圖。
2結(jié)果與討論
2.1架橋劑的設計思想
架橋就是在棉纖維與分散染料之間建立連接的“橋梁”，本文擬通過一種架橋劑來擔當這種橋梁的作用，所以實現(xiàn)架橋思想的關鍵就是開發(fā)這種架橋劑。
染料上染纖維需要2個基本條件：一是纖維對染料有親和性；二是纖維中具有染料向內(nèi)遷移的路徑�；钚匀玖仙先久奘且蕾囁肿訉γ蘩w維的溶脹為染料向內(nèi)遷移開辟路徑，以及活性染料與棉纖維上的一0H的親和性。分散染料通過熱轉(zhuǎn)印法上染滌綸是借助滌綸的高溫溶脹性以及其與分散染料的親和性。棉織物既無與分散染料的親和性，又無高溫溶脹性，所以不能直接應用分散染料的熱轉(zhuǎn)印工藝。
綜上分析，擬開發(fā)的架橋劑應該具備2種功能：一是具有較強的雙親功能，對棉纖維和染料都要有親和力；二是具有一定的溶脹和滲透功能，即架橋劑依賴其與纖維的親和性以及良好的滲透性預先進入纖維內(nèi)部，并通過溶脹作用開辟出染料向遷移的路徑，同時通過架橋劑的作用增強染料在纖維上的吸附效果。只有這樣，才能讓染料遷移到分子間能夠發(fā)生作用的距離范圍內(nèi)，并建立較強的連接。
2.2架橋的可行性驗證
依據(jù)上述架橋思想設計的FY-1中含有類似于聚醚類的雙親分子鏈，而且具有一定的溶脹性和滲透性。
用FY-1預處理棉織物，然后再通過熱轉(zhuǎn)印的方法上染分散染料（c.I.分散紅60），結(jié)果見表1。
皂洗牢度包括皂洗變色和皂洗沾色，其中皂洗變色是最為重要的，也比較便于在實驗室測定和評價，本文僅以此指標初步驗證架橋劑的功能。皂洗變色實際是3種情況的統(tǒng)稱：1）皂洗前后織物上染料的色相變化，但基本不脫落；2）皂洗前后織物上染料基本不變色，但有脫落；3）皂洗前后織物上染料既有色相變化又有脫落。為了便于后續(xù)染料結(jié)構(gòu)方面的研究，將變色和脫色分別評級。表1結(jié)果表明，經(jīng)過架橋處理的棉布，不僅上色量顯著提高，而且色牢度也能夠滿足要求。由此可見，架橋劑FY-1基本具備了設想中的架橋功能。
為了證明FY一1產(chǎn)業(yè)化應用的可行性，在江蘇龍達紡織品轉(zhuǎn)移印花有限公司進行了產(chǎn)業(yè)化應用實驗。表2列出了具有代表性的2個四分色花型的色牢度檢測結(jié)果。四分色是由紅、黃、藍、黑4種顏色通過花版疊色的制版技術，印制出色彩豐富、層次過度自然的、具有照片效果的精美花型。
表2結(jié)果說明，純棉織物經(jīng)FY一1處理后能夠良好地實現(xiàn)熱轉(zhuǎn)移印花。
2.3架橋劑與纖維之間的作用機制
2.3.1用光學顯微鏡推測架橋劑的作用過程
為驗證架橋劑的作用機制，用高倍光學顯微鏡拍攝了幾種棉纖維的照片，結(jié)果見圖1。圖中3張照片中的纖維選自同根紗線，可以看出：圖1（a）中纖維形狀規(guī)整，輪廓清晰；圖1（b）較圖1（a）的輪廓模糊，且有一定的溶脹；與前2張照片相比，圖1（C）中纖維的組織結(jié)構(gòu)似乎有些松散，輪廓不規(guī)整。這說明架橋劑進入到纖維微孔中了，而且使棉纖維發(fā)生了溶脹，且高溫加強了溶脹效果。由此推測，架橋劑是通過溶脹纖維、擴大微孔，為染料向纖維內(nèi)部的遷移創(chuàng)造條件的。
2.3.2架橋劑與棉纖維之間的結(jié)合方式推測
架橋處理在室溫下中性水溶液中進行，熱轉(zhuǎn)印過程雖然溫度高（最高230℃），但時間短（不足30s），而且是干態(tài)中性環(huán)境，根據(jù)化學反應原理及架橋劑的結(jié)構(gòu)（聚醚類）可以斷定，架橋劑和棉纖維之間不可能發(fā)生化學反應形成新的化學鍵，架橋劑與棉纖維之間只能靠分子間作用力結(jié)合。雖說分子間作用力比化學鍵弱得多（最強的分子間作用力也只有20kJ/mol左右），但分子間力存在于各種類型的分子之間，包括極性與極性分子之間的趨向力、誘導力、色散力，極性與非極性分子之間的色散力和誘導力，非極性與非極性分子之間的色散力，這些力沒有方向性和飽和性，只要分子之間距離在500pm之內(nèi)即可發(fā)生，除此以外還有氫鍵，所以分子之間一旦存在各種力的綜合，其合力會超過化學鍵。棉纖維中存在大量一OH且多孔，便于具有親水特性的架橋劑進到與之能夠發(fā)生分子間作用的距離之內(nèi)。架橋劑中既有極性基團，又有非極性基團，而且有大量能與一OH發(fā)生氫鍵作用的元素，因此，架橋劑與棉纖維之間很容易發(fā)生分子間力的綜合。
2.4架橋劑與染料之間的作用機制
2.4.1液態(tài)架橋劑與染料之間的結(jié)合力
為考察溫度、pH值、水和外力對染料與架橋劑之間結(jié)合力的影響，進行了相應的實驗。以染料在架橋劑中的溶解度來考察溫度的影響，結(jié)果見表3。
表3數(shù)據(jù)顯示，溫度升高，染料在架橋劑中的溶解度增大。由此可以推斷：熱轉(zhuǎn)印溫度越高，織物的顏色越深，但溫度不宜過高，否則會損傷纖維，一般在220℃左右比較適合。
將溶有紅R.60、黃Y.64、藍B.56染料（飽和濃度）的架橋劑分別滴入pH值為9、10、11的堿液中，邊攪拌邊觀察染料在堿液中的析出情況，發(fā)現(xiàn)無染料析出。同樣，將溶有紅R.60、黃Y.64、藍B一56染料（飽和濃度）的架橋劑逐滴滴入100g水中（2滴之間的時間間隔為15min），邊攪拌邊觀察染料在水中的析出情況，在滴入1O、20、30、40滴時也無染料析出這說明，pH值、水和外力（由攪拌給予）對架橋劑與染料之間的結(jié)合力幾乎無影響。由以上結(jié)果可以推斷，架橋劑與染料之間的結(jié)合力很強。
2.4.2纖維中架橋劑與染料之間的作用力
盡管染料在液態(tài)架橋劑中是溶解的，屬于熱力學穩(wěn)定體系，所以很穩(wěn)定，但在纖維中未必如此。因為，在纖維微孑L中架橋劑是無定型固體，其含量約為8%（O.W.f），而染料含量約為0.04%（O.W.f），由此估算纖維內(nèi)架橋劑中染料的質(zhì)量分數(shù)是0.5%，遠遠高于2.4.1中染料在溶液中的飽和濃度，故可以推測纖維中的染料應該是聚集態(tài)或晶體。為分析纖維中染料的狀態(tài)，做光電子衍射分析，結(jié)果見圖2。
圖2顯示棉纖維中的染料是晶體狀態(tài)，皂洗前晶粒較大且比較分散，衍射束斑只能涉及1顆晶粒，衍射圖呈現(xiàn)比較標準的四邊形單晶結(jié)構(gòu)；皂洗后晶粒較小或分布比較密集，衍射束斑能夠照射到多顆晶粒，衍射圖呈現(xiàn)多晶環(huán)。這說明皂洗使纖維中的染料發(fā)生了重排。
圖3為棉纖維中染料的透射電鏡圖。由圖可知：1）棉纖維中的染料分布不是很均勻，而且沒有規(guī)則。這可能是熱轉(zhuǎn)印時間短（約30s）和纖維微孔產(chǎn)生的阻力，染料來不及擴散到均勻分布的程度；2）染料能夠滲透到纖維微孔內(nèi)，皂洗前約150～200nm的深度，皂洗后可以到達200nm以上；3）皂洗改變了染料在纖維內(nèi)部的分布狀態(tài)，似乎有一定的規(guī)律性。
綜上所述，在纖維中染料與架橋劑之間沒有發(fā)生化學鍵的結(jié)合，否則染料不會以晶體狀態(tài)存在，也不會因皂洗而發(fā)生如此顯著的游動，由此可見，纖維中染料與架橋劑之間也是以分子間力結(jié)合的。
3結(jié)論
通過架橋方法能夠良好地實現(xiàn)棉織物的熱轉(zhuǎn)印，熱轉(zhuǎn)印布樣的色牢度（包括日曬、摩擦、皂洗等）都能達到國家標準。通過實驗分析得到棉織物熱轉(zhuǎn)印的架橋機制：1）架橋劑通過自身對天然纖維的親和性和滲透性預先進入纖維微孔內(nèi)，以分子間作用力與纖維結(jié)合，同時將接納分散染料的染座分布在微孔內(nèi)；2）依賴架橋劑的熱膨脹作用在熱轉(zhuǎn)印溫度下溶脹纖維，使纖維微孔擴大；3）分散染料在熱轉(zhuǎn)印的溫度下升華，并借助纖維微孔內(nèi)已經(jīng)鋪設好的染座對它的親和性，沿著已經(jīng)擴大的微孔進入內(nèi)部，以分子間作用力上染纖維。
來源 王紅鳳，陳玲玲
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