【集萃網(wǎng)觀察】摘要：為實現(xiàn)棉織物的熱轉移印花，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，同時接納分散染料的染座分布在微孔內；架橋劑依賴其熱膨脹作用在熱轉印溫度下溶脹纖維；分散染料在熱轉印溫度下升華，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。熱轉移印花（以下簡稱熱轉印）利用分散染料在高溫下的升華性實現(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容包括：熱轉印紙的替代材料；實現(xiàn)天然織物的熱轉印；無紙裝備的開發(fā)。
在棉織物上實現(xiàn)熱轉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，然后像滌綸織物一樣進行熱轉印。不同的研究者引入物質的思路不同，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，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，意欲通過溶漲擴大纖維微孔，便于分散染料向纖維內部擴散滲透，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”的作用而結合，并利用分子間的作用力，達到一定的結合牢度。通過近十年的研究，已成功應用架橋思想實現(xiàn)了棉織物的熱轉印，目前已進入產(chǎn)業(yè)化實驗階段。本文擬對棉織物熱轉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熱轉印
將用FY一1處理過的棉織物與轉移紙正面相貼，在230℃熱轉印，時間3Os。
1.5織物皂洗及評級
參照GB3921--1997測定織物皂洗牢度，將熱轉印布樣剪成兩半，其中一半放入皂液中，皂洗溫度60℃，皂液質量分數(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；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遷移的路徑。活性染料上染棉是依賴水分子對棉纖維的溶脹為染料向內遷移開辟路徑，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，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，然后再通過熱轉印的方法上染分散染料（c.I.分散紅60），結果見表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)染料結構方面的研究，將變色和脫色分別評級。表1結果表明，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）中纖維的組織結構似乎有些松散，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，為染料向纖維內部的遷移創(chuàng)造條件的。
2.3.2架橋劑與棉纖維之間的結合方式推測
架橋處理在室溫下中性水溶液中進行，熱轉印過程雖然溫度高（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構（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。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合力
為考察溫度、pH值、水和外力對染料與架橋劑之間結合力的影響，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合力幾乎無影響。由以上結果可以推斷，架橋劑與染料之間的結合力很強。
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），由此估算纖維內架橋劑中染料的質量分數(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構；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，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合的。
3結論
通過架橋方法能夠良好地實現(xiàn)棉織物的熱轉印，熱轉印布樣的色牢度（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，以分子間作用力與纖維結合，同時將接納分散染料的染座分布在微孔內；2）依賴架橋劑的熱膨脹作用在熱轉印溫度下溶脹纖維，使纖維微孔擴大；3）分散染料在熱轉印的溫度下升華，并借助纖維微孔內已經(jīng)鋪設好的染座對它的親和性，沿著已經(jīng)擴大的微孔進入內部，以分子間作用力上染纖維。
來源 王紅鳳，陳玲玲
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