涂料印花色浆粒径对颜色性能的影响

0　前言
印花涂料色浆的颜色性能由颜料本身的分子结构决定,其与颜料的晶体结构、粒径和粒度分布等因素也密切相关。研究发现,涂料的粒径越小,粒度分布越窄,涂料的着色力越强,饱和度越高,颜色越鲜艳[ 1 ] 。近年来,随着超细涂料制备技术的日趋成熟,对其颜色性能的研究也逐步深入。Samantha L. Pugh研究发现,超细涂料具有优异的耐光牢度和较高的着色力,且涂料的粒径越小颜色越鲜艳[ 2 ] ; Alexandra D. 对比粒径为100 nm和50 nm的涂料颜色性能发现,用粒径为50 nm涂料打印的图像更加清晰,颜色更加鲜艳[ 3 ] 。在涂料染色和印花方面,超细涂料也显示出其独特的优势。笔者所在的课题组对粒径为350 nm和90 nm的超细涂料印花效果进行研究,发现粒径为90 nm的涂料印花效果明显优于粒径为350 nm 的超细涂料[ 4 ] ;用粒径为200 nm的阳离子超细涂料对棉织物染色,能大大提高超细涂料的上染率[ 5 ] 。涂料印花试验表明,着色剂用量相同的条件下,超细颜料印花的K/S值、色度值、干湿摩擦牢度和刷洗牢度等颜色效果均优于普通涂料,说明超细涂料具有更加优良的遮盖性、着色性和颜色性能[ 6 ] 。
本试验以颜料蓝15 ∶3为例,采用自制的聚羧酸盐为改性剂,通过相分离法制备了粒径分别为72. 0 nm、120. 9 nm和187. 5 nm的超细涂料分散体系,着重研究超细涂料粒径对其颜色性能的影响。

1　试验
1. 1　药品和材料
聚羧酸盐改性剂(自制,羧基含量0. 52, GPC测定共聚物的数均分子量为48 000 ) ; 颜料蓝15 ∶3 粉体(纯度99. 3% ,无锡新光化工) ; NaOH, OP210 (均为分析纯,国药集团化学试剂公司) ;纯棉织物。

1. 2　仪器
高速乳化机IKA T18 (德国, IKA 公司) ; 2100 型&UV22100型分光光度计(UN IC上海仪器有限公司) ;TRA型X2射线衍射仪(美国, ARL2X公司) ; EHP 350型轧车,M IN I THERMO 烘箱(英国, Roaches公司) ;X2rite28400测色配色仪(美国, X2rite公司) ; Y571L 型摩擦牢度试验仪(莱州市电子仪器有限公司) 。

1. 3　涂料印花色浆的制备
相分离法制备涂料印花色浆的方法参见文献[ 7 ] 。其基本做法是,将聚羧酸盐改性剂溶解在适当溶剂中,以一定比例与颜料蓝15 ∶3在高速乳化机上分散处理不同时间;加入沉淀剂,使改性剂充分吸附在颜料表面;过滤、干燥制得颜料粉体。取颜料粉体25 g,加入定量的去离子水和0. 1 mol/L的NaOH溶液,于45 ℃搅拌处理30 min,再用0. 01 mol/L的NaOH溶液调节分散体系pH值为8～9,制备的涂料印花色浆粒径分别为72. 0 nm、120. 9 nm和187. 5 nm,颜料质量含量为25%。

1. 4 　涂料印花色浆的透光率
取涂料印花色浆0. 1～0. 2 g,稀释2 000倍,测定不同波长下稀释液的透光率。

1. 5　涂料的X2衍射曲线
取少量涂料色浆滴加到乙醇中,使涂料颗粒发生絮凝;过滤,将固体物质于- 15 ℃下冷冻干燥,研磨成粉末。测定超细颜料不同粒径粉末的X2衍射曲线[CuKa射线(1. 54 nm) ,管电压45 kV、管电流40 mA、扫描速度2 °/min ] ,记录2θ = 5°～40°的衍射强度曲线。

1. 6　轧染染色
取涂料色浆各2 g,分别加入90 g去离子水,搅拌均匀后对棉织物进行轧染染色。
工艺流程　二浸二轧(轧余率70%) →烘干(60 ℃) →焙烘(120 ℃ ×3 min)
测定轧染棉织物的L、a、b、C、H 和K/S 值。测试轧染棉织物的干、湿摩擦牢度,按GB 250—1995《评定变色用灰色样卡》评级。剪取8 cm ×25 cm试样,按浴比1 ∶50 量取皂液(中性皂片5 g/L,无水Na2 CO3 2 g/L) ,倒入500 mL烧杯中,升温至(60 ±2) ℃,然后将试样投入,充分润湿,浸渍1 min后取出;用玻璃棒挤出试样多余溶液,将其固定在刷洗牢度试验仪上,用标准小刷来回刷洗50次,烘干,用灰色样卡评定试样的褪色级别。

2　结果与讨论
2. 1　涂料色浆的粒径及其分布
由图1知,相分离法制备的涂料印花色浆中,颗粒粒径服从正态分布,体系中没有较大颗粒和极小颗粒,且涂料平均粒径越大,分布越均匀。

2. 2　涂料色浆的透光率
图2是涂料粒径与涂料色浆透光率的关系。

图2　粒径变化对涂料色浆透光率的影响
图2中,在蓝光区域,涂料透光率随其粒径减小而急剧增加,且最大透光率的波长向短波方向偏移。说明颜料蓝15 ∶3涂料粒径越小,涂料色浆色光越纯正。

2. 3　涂料色浆中颜料的X2衍射曲线
晶体可以定义为内部具有三维空间、原子有序排列的固体。不同晶体其晶胞类型、晶面间距和晶胞参数等不完全相同,因而产生衍射的方向也就不同[ 8, 9 ] 。

图3 是粒径分别为72. 0 nm、120. 9 nm 和187. 5 nm的颜料蓝15 ∶3涂料粉体的X2衍射曲线。对比有机颜料索引卡标准X2衍射图谱可知,本试验方法制备的涂料色浆中,颜料蓝15 ∶3的晶体结构为β型晶体,且涂料粒径对其的晶体结构影响不大。

2. 4　粒径变化对棉织物轧染染色效果的影响
2. 4. 1　涂料粒径对染色棉织物色度值的影响
采用不同粒径的涂料色浆对棉织物进行轧染,测定织物的色度值,见表1。
表1　涂料粒径对轧染染色棉织物色度值的影响

　注:涂料色浆质量含量为0. 5%。
由表1知,涂料的粒径越小,染色棉织物的b值和a值越小,涂料的蓝光加重,且偏向绿光;同时C值绝对值增大,说明涂料粒径小,彩度增加,颜色更加饱和;H值基本保持不变,说明涂料蓝15 ∶3的色调没有发生变化。此外,涂料粒径对轧染染色织物的K /S 值也有影响。着色剂用量相同的条件下,涂料颗粒越小,轧染棉织物的K/S 值越高。这说明相同条件下,涂料颗粒越小,其着色力和遮盖力越强。产生这种现象的原因:一方面是由于涂料粒径越小,其表面能越高,涂料越易附着在棉织物上;另一方面,涂料粒径越小,单位质量涂料含有的颜料颗粒越多,表面积也就越大,从而增加了涂料的遮盖力。

2. 4. 2　涂料粒径对染色棉织物染色牢度的影响
涂料粒径对染色棉织物的干、湿摩擦牢度和刷洗牢度也有影响(表2) 。
表2　涂料粒径对轧染染色棉织物色牢度的影响

　注:涂料色浆质量含量为0. 5%。
表2中,粒径较小的涂料染色棉织物的干、湿摩擦牢度和耐刷洗牢度,明显高于粒径较大的涂料色浆染色织物,且涂料粒径越小,色牢度越高。
产生这种现象的原因是:一方面,涂料粒径越小,其比表面积越大,在纤维表面的附着力越强; 另一方面,涂料粒径越小,涂料颗粒在纤维表面随液体的流动性和渗透性越好,小颗粒很容易随水分子进入棉织物内部而使纤维着色。当然,涂料颗粒小,在棉纤维表面的分布均匀,形成的遮盖层也比较平滑,故在摩擦条件下涂料颗粒不容易从棉纤维表面上脱落,棉织物的色牢度较高。