劉蘊(yùn)慧，張 強(qiáng)，逄錦龍，張宗亮，郇路恒

（青島明月海藻集團(tuán)有限公司，海藻活性物質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266400）

流動(dòng)性也稱(chēng)流變特性，是指黏度隨剪切速率的變化而發(fā)生變化的特性，在實(shí)際應(yīng)用中多用印花黏度指數(shù)PVI 值來(lái)表示。通常，PVI 值較大的糊料在剪切速率發(fā)生變化時(shí)，黏度變化較小。因而，含有這類(lèi)原糊的印花色漿，在印花車(chē)速變化時(shí)，黏度變化不大，可保持較一致的印制效果［1］。

印花糊料的印制效果和操作性能，在很大程度上取決于印花糊料的流動(dòng)性，例如表觀色澤和滲透效果，輪廓清晰度和勻染性，刮印時(shí)拖漿和壓糊等，這些都與糊料的流動(dòng)性有關(guān)［2］。研究顯示：糊料的流動(dòng)性可以定量地描述其流動(dòng)行為，對(duì)印制過(guò)程模型的建立很重要。這些模型可以進(jìn)行質(zhì)量最優(yōu)化控制，預(yù)測(cè)印花過(guò)程中出現(xiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象［3］。盡管影響印花質(zhì)量的因素是多方面的，但印花糊料的流動(dòng)性在很大程度上決定了印花織物的色光、表面得色量、花型輪廓清晰度、印制均勻性以及手感等，是影響印制效果的關(guān)鍵因素［4-6］。

在印花過(guò)程中，色漿在高剪切下透過(guò)網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到織物上。剪切去除后，色漿繼續(xù)向織物內(nèi)部滲透。糊料應(yīng)具有良好的流變性能，高剪切下黏度迅速降低以保證良好的透網(wǎng)性能，低剪切下黏度迅速回復(fù)到原來(lái)的水平以保證花型輪廓的清晰度。此外，整個(gè)印制過(guò)程受到糊料彈性的影響，彈性控制著糊料的流動(dòng)行為以及彈性回復(fù)［7］。

目前，海藻酸鈉是應(yīng)用最為廣泛的一種印花糊料［8］。作為一款優(yōu)質(zhì)印花糊料，海藻酸鈉具有良好的印花流動(dòng)性，能印制出花紋均勻、線條精細(xì)、輪廓光潔且符合原樣風(fēng)格的花型。雖然印花糊料的流動(dòng)性與印制性能之間的相互關(guān)系一直都很受重視，但對(duì)于印花色漿黏彈性影響因素的研究報(bào)道較少。本研究通過(guò)多個(gè)實(shí)驗(yàn)，從海藻酸鈉指標(biāo)控制、輔料添加兩個(gè)方面入手，討論了相對(duì)分子質(zhì)量、pH、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及尿素、無(wú)機(jī)鹽、CMC 的添加對(duì)流動(dòng)性的影響，為生產(chǎn)應(yīng)用提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：人棉14.8 tex/14.8 tex；不同規(guī)格的海藻酸鈉（青島明月海藻集團(tuán)有限公司），元明粉（19#），碳酸氫鈉、尿素、羧甲基纖維素鈉（CMC）、防染鹽S、小蘇打、活性黑WNN、活性藍(lán)P3R（工業(yè)品）。

儀器：DV-I+型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（美國(guó)Brookfield 公司），RC-MP2000 磁樣印花機(jī)、RC-CSD 氣蒸機(jī)（上海一派印染技術(shù)有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（常州第二紡織儀器廠有限公司），Datacolor 100測(cè)色配色儀（美國(guó)Datacolor 公司）。

1.2 印花工藝

配制海藻酸鈉原糊、混配糊料（海藻酸鈉、CMC質(zhì)量比為8∶2），分別使用活性黑和活性藍(lán)對(duì)人棉布料進(jìn)行平網(wǎng)印花［9］。

原糊的配制：將海藻酸鈉原糊、混配糊料（海藻酸鈉、CMC 質(zhì)量比為8∶2）分別使用純水配制不同質(zhì)量濃度的原糊，靜置膨化12 h，黏度為25 000±1 000（20 r/min，20 ℃，6號(hào)轉(zhuǎn)子）。

色漿的配制：活性染料4%，尿素10%，防染鹽S 1%，碳酸氫鈉2%，原糊70%，加去離子水至100%。

印花工藝流程：調(diào)漿→平網(wǎng)印花→烘干（80 ℃，5 min）→氣蒸（100～103 ℃，8 min）→冷水洗→熱水洗→皂洗→水洗→烘干。

1.3 測(cè)試

1.3.1 流動(dòng)性［10］

用純水配制不同質(zhì)量濃度的海藻酸鈉原糊，使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在20 ℃測(cè)黏度，轉(zhuǎn)速20 r/min。將不同質(zhì)量濃度的原糊黏度調(diào)整到6 000～7 000 mPa·s，采用6 號(hào)轉(zhuǎn)子，分別檢測(cè)60 r/min 和6 r/min 時(shí)的黏度。流動(dòng)性計(jì)算公式：PVI=μ60/μ6。其中，μ60為轉(zhuǎn)速60 r/min時(shí)的溶液黏度；μ6為轉(zhuǎn)速6 r/min 時(shí)的溶液黏度。

1.3.2 印花性能

印花均勻性：使用測(cè)色配色儀測(cè)定正面的得色偏差，比較印花的均勻性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響流動(dòng)性的因素

2.1.1 相對(duì)分子質(zhì)量

作為一種天然高分子材料，海藻酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)量不固定。相對(duì)分子質(zhì)量高的海藻酸鈉，其產(chǎn)品黏度高。pH 6.0～8.0、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3%的固相海藻酸鈉各20 個(gè)，黏度分別為：500～700、700～900、900～1 100、1 100～1 300、1 300 mPa·s 以上，比較PVI 值的差距。由圖1 可知，隨著黏度的增加，PVI 值呈降低趨勢(shì)。相較于低黏度的海藻酸鈉，高黏度海藻酸鈉隨著剪切應(yīng)力的變化，黏度變化較大。也就是說(shuō)，隨著海藻酸鈉相對(duì)分子質(zhì)量的增加，流動(dòng)性變差。

圖1 不同相對(duì)分子質(zhì)量海藻酸鈉的流動(dòng)性比較

2.1.2 pH

海藻酸鈉適宜的pH 為6.0～8.0，pH 過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)對(duì)其流動(dòng)性產(chǎn)生影響，尤其是在pH 過(guò)低的情況下，可能有海藻酸存在，對(duì)流動(dòng)性以及印花生產(chǎn)不良影響。取黏度為900～1 100 mPa·s、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%的固相海藻酸鈉各10 個(gè)，pH 分別為5.0～6.0、6.0～6.5、6.5～7.0、7.0～7.5、7.5～8.0、8.0～9.0，比較PVI值的差距。由表1 可以看出，PVI 值隨著pH 的降低而降低。隨著pH 的降低，海藻酸鈉部分與H+發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)不溶性的海藻酸凝膠，海藻酸鈉糊料的流動(dòng)性降低。

表1 pH 對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響

2.1.3 鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由于海藻酸鈉與鈣離子反應(yīng)生成海藻酸鈣凝膠，鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)海藻酸鈉糊料流動(dòng)性影響較大，在生產(chǎn)中要通過(guò)工藝控制鈣離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使其符合要求。作為印花糊料時(shí)，海藻酸鈉的鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求小于0.3%。取黏度為900～1 100 mPa·s，pH為6.0～8.0的固相海藻酸鈉各10 個(gè)，鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：＜0.20%、0.20%～0.25%、0.25%～0.30%、＞0.30%，比較PVI 值的差距。由表2 可知，PVI 值隨著鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。隨著鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，海藻酸鈉糊料的表觀黏度不斷提高，使糊料表現(xiàn)出越來(lái)越顯著的假塑性特征，海藻酸鈉的流動(dòng)性變差。因?yàn)楹Ｔ逅徕c帶有羧基，是一種陰離子聚電解質(zhì)，因其本身立體結(jié)構(gòu)的特殊性表現(xiàn)出特殊的理化性質(zhì)［11］。鈣離子嵌入海藻酸鈉分子間螯合形成配位體-金屬離子-配位體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使色漿的結(jié)構(gòu)黏度變大，在一定程度上可以提高色漿的表觀黏度。

表2 鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響

2.1.4 尿素用量

尿素用量對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響見(jiàn)表3。

表3 尿素用量對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響

在活性染料印花中，尿素是一種必不可少的助劑。在配制色漿時(shí)加入不同比例的尿素，對(duì)海藻酸鈉糊料的流動(dòng)性有一定影響。將海藻酸鈉糊料分成7份，分別加入0%、5%、10%、15%、17%、20%、25%的尿素，比較流動(dòng)性差異。由表3 可知，PVI 值隨著尿素用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)尿素用量低于15%時(shí)，海藻酸鈉的流動(dòng)性隨尿素用量的增加而增加；當(dāng)尿素用量高于15%時(shí)，海藻酸鈉的流動(dòng)性隨尿素用量的增加而降低。

2.1.5 元明粉用量

在活性染料印花中，元明粉作為促染劑可以調(diào)節(jié)染料對(duì)纖維的上染率。探討了不同元明粉（19#）用量對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響。將海藻酸鈉糊料分成7份，分別加入0%、10%、20%、30%、40%、45%、50%的元明粉，比較流動(dòng)性差異。由表4 可知，海藻酸鈉的流動(dòng)性隨著元明粉用量的增加呈下降趨勢(shì)。因?yàn)樵鞣燮茐牧撕Ｔ逅徕c的分子結(jié)構(gòu)，從而影響其流動(dòng)性。

表4 元明粉用量對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響

2.1.6 CMC 用量

其他糊料如CMC 的加入也會(huì)影響產(chǎn)品的流動(dòng)性。將海藻酸鈉糊料分成6份，分別加入0%、2%、4%、10%、15%、20%的CMC，比較流動(dòng)性差異。由表5 可知，在海藻酸鈉糊料中添加20%的CMC，可以使PVI值由0.721 降到0.556。這是由于CMC 本身黏度大、流動(dòng)性較差，加入到海藻酸鈉糊料后會(huì)對(duì)海藻酸鈉的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。

表5 CMC 用量對(duì)海藻酸鈉流動(dòng)性的影響

2.2 印花性能比較

海藻酸鈉的PVI 值為0.721，混配糊的PVI 值為0.556。由PVI 值可以看出海藻酸鈉的流動(dòng)性明顯好于混配糊。色漿的流動(dòng)性好，那么色漿在高車(chē)速的印花中能保持較為一致的印花效果。由表6 可知，海藻酸鈉的得色偏差明顯低于混配糊料，即海藻酸鈉的印花均勻性較好。

表6 海藻酸鈉與混配糊的印花均勻性比較

3 結(jié)論

海藻酸鈉糊料具有良好的流動(dòng)性，保證了均勻一致的印花效果；但其流動(dòng)性受相對(duì)分子質(zhì)量、pH、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)、尿素、無(wú)機(jī)鹽等因素的制約，因此在使用中需根據(jù)實(shí)際需要控制產(chǎn)品指標(biāo)及助劑添加。