郭劍*,劉聘,邵忠財(cái)
(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110159)
黃銅拉鏈著紅古銅色工藝研究
郭劍*,劉聘,邵忠財(cái)
(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽110159)
采用過硫酸鹽體系著色液對(duì)銅鋅合金拉鏈進(jìn)行紅古銅化學(xué)著色。通過正交試驗(yàn)得到最優(yōu)著色液組成和工藝條件:氫氧化鈉50 g/L,過硫酸鉀15 g/L,溫度75 °C,時(shí)間5 m in。分別通過摩擦試驗(yàn),普通水和酵素水耐洗試驗(yàn),以及中性鹽霧試驗(yàn),表征了最優(yōu)工藝條件下所得著色膜的結(jié)合力、耐洗色牢度和耐蝕性。結(jié)果表明,在最優(yōu)工藝條件下得到的膜層各項(xiàng)性能合格,滿足工業(yè)和日常生活的需要。
黃銅拉鏈;化學(xué)著色;紅古銅色;過硫酸鹽;結(jié)合力;耐洗色牢度;耐蝕性
First-author address: School of Environmental and Chemical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China
銅拉鏈作為日常用品被人們所熟悉,為提高其使用壽命和增加美觀性[1-4],進(jìn)行必要的表面著色處理是行之有效的方法之一。銅及銅合金的常用著色配方主要有銅-氨鹽體系[5]、硫化物體系[6]等。目前黃銅拉鏈表面著紅古銅色工藝通常是分成兩步進(jìn)行的[7-8]:先在黃銅表面沉積一層純銅,再對(duì)純銅進(jìn)行氧化得到紅古銅色。其中沉積純銅的過程需要在煮沸的條件下來完成,能耗和成本較高,更為關(guān)鍵的是,所得氧化膜層顏色較淺,滿足不了工業(yè)及生活對(duì)色調(diào)的需要。因此,本文通過前期實(shí)驗(yàn),選擇了一種較簡單的著色工藝,即采用過硫酸鹽體系對(duì)銅鋅合金拉鏈進(jìn)行化學(xué)著色,對(duì)著色液組成和工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,并表征了著色后拉鏈表面膜層的性能。
1. 1主要試劑和基材
主要試劑:浮石,靈壽縣三宏石材廠提供;酵素,蘭州百禾生物科技有限公司提供,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的酵素液,并用乙酸調(diào)節(jié)pH至4.5 ~ 5.0;枧油,廣州銘勝化工有限公司提供。酵素液的有效使用時(shí)間為4 h,其他溶液的有效使用時(shí)間為8 h。為了接近工廠的生產(chǎn)環(huán)境,均采用自來水進(jìn)行試驗(yàn)。
采用H65銅拉鏈為基材,短拉鏈長4 cm,長拉鏈長1 m,其化學(xué)成分為:Cu 63.5% ~ 68.0%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)),F(xiàn)e 0.1%,Pb 0.03%,Ni 0.1%,Zn余量。
1. 2工藝流程
水洗→化學(xué)除油→熱水洗(60 ~ 70 °C,3 ~ 5 min)→化學(xué)拋光→水洗→活化→水洗→化學(xué)著色→水洗→風(fēng)干→涂清漆→干燥。
1. 2. 1化學(xué)除油
NaOH 40 ~ 50 g/L,Na3PO440 ~ 50 g/L,Na2CO315 ~ 20 g/L,Na2SiO3(無水) 5 ~ 8 g/L,溫度60 ~ 70 °C,時(shí)間3 ~ 5 min。
1. 2. 2化學(xué)拋光
H2O2600 ~ 700 m L/L,H2SO430 ~ 40 g/L,乙二醇120 ~ 160 g/L,OP-10少量,溫度25 °C,時(shí)間1 m in。
1. 2. 3活化
10%(體積分?jǐn)?shù))硫酸,溫度25 °C,時(shí)間20 s。
1. 2. 4化學(xué)著色
NaOH 50 g/L,K2S2O8(過硫酸鉀)15 g/L,溫度75 °C,時(shí)間3 ~ 5 min。
1. 2. 5涂清漆
風(fēng)干之后要在拉鏈表面涂布一層清漆(廣州真柔美涂料有限公司產(chǎn)品)。
1. 3著色膜外觀評(píng)分
對(duì)著色后的拉鏈外觀進(jìn)行評(píng)分,具體如表1所示。
表1 著色膜外觀評(píng)分Table 1 Appearance grad ing standard
1. 4長拉鏈膜層性能檢測
采用最優(yōu)配方和工藝對(duì)長拉鏈化學(xué)著色后進(jìn)行以下性能測試,每種測試取3個(gè)平行試樣。
1. 4. 1膜層結(jié)合力
采用H65銅Y2拉頭來回拉動(dòng)成品拉鏈,來回拉動(dòng)一周記為1次。拉動(dòng)500次后肉眼觀察膜層外觀。將不干膠帶粘到拉鏈的拉牙上,用力撫平使之粘緊,然后快速撕下不干膠帶,觀察不干膠帶上是否有氧化膜。若拉動(dòng)500次后牙頭和牙面處并無明顯磨損現(xiàn)象,只是鏈牙邊緣處輕微磨損,而且不干膠表面無成片氧化膜被帶下,則為合格。
1. 4. 2膜層耐洗色牢度
由于拉鏈的洗滌通常隨衣物洗滌條件改變(如普通水洗與汗?jié)n、血漬的洗滌有別)而有所不同,因此對(duì)本實(shí)驗(yàn)對(duì)拉鏈進(jìn)行不同條件的洗滌,以檢測拉鏈?zhǔn)欠駶M足日常生活需要。采用上海川島艾美機(jī)械設(shè)備有限公司的XGP-35A工業(yè)臥式水洗機(jī)進(jìn)行洗滌。
1. 4. 2. 1普通水洗
加水50 kg,浮石4 kg,長、短拉鏈各5條,升溫至40 °C后機(jī)洗30 min,如此重復(fù)清洗3次,取出拉鏈試樣并清洗水洗機(jī)。在130 °C下將拉鏈烘干后由3名專業(yè)人員觀察拉鏈表面膜層的色差度和磨損程度。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》檢查和評(píng)定色牢度等級(jí),等級(jí)越高越好。若拉鏈色牢度低于3級(jí),或表層牙色被均勻磨掉,或鏈牙邊緣處有膜層脫落,即為不合格。
1. 4. 2. 2酵素水洗
(1) 加水50 kg、浮石4 kg、5%酵素液200 g、枧油100 g、長拉鏈5條,升溫至40 °C,機(jī)洗30 m in,取出拉鏈并130 °C烘干,用普通水清洗水洗機(jī)。
(2) 加水50 kg、高錳酸鉀40 g、草酸55 g,常溫下機(jī)洗試樣15 m in,取出拉鏈并130 °C烘干,用普通水清洗水洗機(jī)。
(3) 加水50 kg、焦亞硫酸鈉60 g,機(jī)洗參數(shù)和步驟同(2),除去殘留的酵素。
(4) 觀察測試樣的變化情況,結(jié)果評(píng)價(jià)同1.4.2.1。
1. 4. 2. 3重酵素水洗檢測:
往1.4.2.2節(jié)(1)溶液中加100 g Na2CO3即得重酵素水,清洗步驟同1.4.2.2,結(jié)果評(píng)價(jià)同1.4.2.1。
1. 4. 3鹽霧試驗(yàn)
按GB/T 2423.17-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分:試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ka 鹽霧》,對(duì)拉鏈進(jìn)行鹽霧試驗(yàn),以檢測著色膜的抗腐蝕能力。將拉鏈放入5%的鹽霧箱中,連續(xù)噴霧96 h后取出,觀察著色膜外觀,若膜層表面沒有明顯的麻點(diǎn),則耐蝕性評(píng)定為合格。
2. 1正交試驗(yàn)
采用短拉鏈為基體,以NaOH用量、K2S2O8用量、實(shí)驗(yàn)溫度及著色時(shí)間作為試驗(yàn)因素,分別記作A、B、C和D,進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果和極差分析見表2。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test result
由表2可知,各因素對(duì)銅拉鏈化學(xué)著色影響的主次順序?yàn)锳 > D > C > B。由各因素的均值可知,較優(yōu)組合為A2B2C2D3,即氫氧化鈉50 g/L、過硫酸鉀15 g/L、著色液溫度75 °C和著色時(shí)間5 m in。分別采用該組合與正交試驗(yàn)中著色效果評(píng)分最高的試驗(yàn)4對(duì)黃銅拉鏈進(jìn)行著色,效果如圖1所示。
圖1 分別采用試驗(yàn)9(左)和較優(yōu)組合(右)對(duì)黃銅拉鏈著色的效果Figure 1 Coloring effectiveness of brass zipper under the conditions of test No.9 (left) and op timal conditions (right), respectively編者注:圖1原為彩色,請見C1頁。
從圖 1可知,采較優(yōu)組合進(jìn)行著色處理后,膜層表面顏色均勻致密且色澤光亮鮮明,沒有漏銅現(xiàn)象。而試驗(yàn)9的著色膜層色澤度欠缺些,美觀和裝飾效果稍差。因此黃銅拉鏈化學(xué)著色的最優(yōu)工藝條件為:氫氧化鈉50 g/L,過硫酸鉀15 g/L,著色液溫度75 °C,著色時(shí)間5 m in。
2. 2著色膜的性能
采用最佳工藝對(duì)長拉鏈進(jìn)行化學(xué)著色并檢測其性能,結(jié)果如表3所示。從中可知,著色膜各項(xiàng)性能均合格。
表3 長拉鏈試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test result of long zipper
黃銅拉鏈化學(xué)著色的最優(yōu)配方和工藝條件為:氫氧化鈉50 g/L,過硫酸鉀15 g/L,溫度75 °C,時(shí)間5 m in。采用最優(yōu)工藝時(shí),著色膜的各項(xiàng)性能均合格。
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[ 編輯:周新莉 ]
Study on process for red bronze coloring of brass zipper
GUO Jian*, LIU Pin, SHAO Zhong-cai
Chem ical red bronze coloring was carried out for copper-zinc alloy zipper using a persulfate coloring bath. The optimal coloring bath composition and process conditions obtained by orthogonal test are as follow s: sodium hydroxide 50 g/L,potassium persulfate 15 g/L, temperature 75 °C, and time 5 min. The adhesion strength, color fastness to washing and corrosion resistance of the colored film were characterized by friction test, washing resistance test w ith water and enzyme, and neutral salt spray test, respectively. The results showed that all of the properties of the colored film obtained under the optimal process conditions are qualified, meeting the needs of industry and daily life.
brass zipper; chemical coloring; red bronze; persulfate; adhesion strength; color fastness to washing; corrosion resistance
TG178
A
1004 - 227X (2016) 12 - 0629 - 04
2015-12-14
2016-04-25
郭劍(1989-),男,山西大同人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)楦g科學(xué)與防護(hù)技術(shù)。
作者聯(lián)系方式:(E-mail) 174269231@qq.com。