液晶颜料与织物印花.pdf
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1、纺 织 染 整 液晶颜料与织物印花 R. Zimehl,D. Knittel,E. Schollmeyer 德国西北纺织研究中心 (德国) 摘 要: 评价了将液晶 (liquid crystalline,LC) 颜料体系和添加剂适当混合以开发新的 织物印花工艺概念上的尝试。分别考察了亚麻织物 (粘胶、 蚕丝、 棉、 羊毛、 聚 酯) , 不同的有色织物 (如粘胶、 聚酯、 聚酰胺) 及不同类型的聚酯织物 (轧光、 针织、 罗纹) , 以判断这种工艺的适用性。上述织物的印花测试由精心安排的 标准织物印花工艺应用液晶颜料薄层完成。考虑到机械负载 (使用、 弯曲、 褶 皱、 煮炼) 引起印花织物色变
2、, 对试验印花进行了评价。该样品的制成与面世, 显示了印花服装新的引人注目的光学效果, 以及在服装、 印花和后整理工业中 的显著的潜在色变优势。 关键词: 颜料, 液晶, 织物, 印花 1 引言 今天, 液晶 (LC) 材料在许多 日用品中成为独一无二的组分。 它既可用作功能元件, 如手机、 便 携式电脑和电视机上的液晶显示 屏, 也可作为液晶模板相生产高冲 击纤维 (即 Vectran) 。而关于液晶 在纺织品上的颜色效果及液晶颜 料通过织物印花制得装饰性或功 能性纺织品的应用只有偶尔很少 的信息提供。因此本项目的研究 目标是着手概念上的尝试, 将液晶 颜料体系和添加剂适当混合, 开发 新的
3、织物印花工艺。目标已从科 学上的怀疑是否能像利用其他纺 织助剂那样利用液晶, 在众多发色 团自由色变的基础上开发新的引 人注目的颜色效果, 很快改变为结 合商用液晶颜料对不同纺织品印 花及染色方法。如此不得不测试 各种印花浆类型与液晶颜料的相 容性以及评价颜料填充剂的影响。 此外还需描述改性印花浆的性能 和工艺特征。 2 基本原理 从物理学上似乎有些矛盾的 命名 “液晶” 以分子有序排列为特 征, 它介于整齐排列的固态晶体材 料和极度混乱状态的熔融材料之 间。Voegtle (1989)及 Stegemeyer (2004) 都曾仔细论述过 “液晶态” 在其他物质中的界定。液晶结构 区别于各向
4、同性熔体的更具体的 不同在于液晶态内分子的局部有 序。液晶内分子的取向可由一个 无量纲的向量来表示, 对于几种典 型的液晶型它有各自的特征值。 最突出的液晶型即: 向列型、 近晶 型和胆甾醇型, 其分子向量在空间 的排列略有不同。至于将液晶型 应用于纺织后整理, 据称胆甾醇型 液晶更可行。在这里分子向量在 空间上螺旋取向, 如果螺旋的扭矩 在可见光的波长范围内, 由于光的 干涉作用就可能出现非常吸引人 的光学效果。 简单的液晶结构来自带有极 大瞬间偶极的不等轴结晶有机物 或者是胆甾醇的衍生物。现在的 商品液晶颜料为大量液晶分子积 累聚合的液晶结构, 既可以为聚合 物液晶主链结构也可为液晶侧链
5、结构。对于后者, 聚合物主链常为 具有光学活性的天然产物。 2. 1 液晶系统的应用 在许多文献中已证明了液晶 相在纤维 (即芳族聚酰胺或萘甲酸 酯) 纺丝工艺技术中的应用, 主要 作用是增强纱线的牢度。液晶颜 料另一广泛的应用领域是汽车工 业中汽车车身设计与制造的上漆 过程, 为的是引进颜色的变换。如 果可能将这些液晶颜料应用到织 物上, 对于开发新颖、 流行并具有 相同功能的服装和其他纺织材料 是一个良机。 2. 2 液晶结构与颜色 颜色效果的产生归因于可见 光在无机或有机物中的层状结构, 84 国际纺织导报 2005 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO :
6、 Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 表 1 实验用织物的规格 织 物规 格 粘胶、 亚麻织物粗斜纹织物, 浆洗衬里, 纱线密度/ dm 经向: 470,纬向: 300,面密度 74. 24 71. 56 粘胶、 宝石蓝机织物, 衬里, 纱线密度/ dm 经向: 420,纬向: 330,面密度 51. 96 52. 08 真丝 棉、 亚麻织物平纹机织物, 漂白, 退浆, 纱线密度/ dm 经向: 333,纬向: 288,面密度 102 聚酯、 亚麻织物绉织物, 纱线密度/ dm 经向: 330,纬向:
7、390,面密度 74. 26 74. 38 聚酯针织物 聚酯、 黑针织物 聚酯、 黑针织物, 粗糙 聚酯不同机织花纹, 不同颜色, 轧光 聚酰胺蓝, 宝石蓝, 灰和黑色 表 2 颜料、 粘合剂和助剂的规格 颜料, 粘合剂特 性 Helicone (不同类型) 液晶效果颜料, 由高度交联网状有机高分子制成 Wacker Silicone Colorstream T10-02 Arctic Fire效果颜料 Merck, Darmstadt/ 德国 Iriodin 200 Silberperl,效果颜料 Merck, Darmstadt/ 德国 Iriodin 235 Rutil Perlgrn效
8、果颜料 Merck, Darmstadt/ 德国 Imperon 黑 K-GF Imperon 黄 K-2G Imperon 红 K-B 织物印花用颜料, DysStar Acramin 绿 FB织物印花用颜料 Heilzarin Bronzebinder MT 准备用作粘合剂制备, 用于古铜色和珍珠光泽颜 料印花, BASF Helizarin Binder ET用于丙烯酸类增稠剂的制备, BASF Perapret PU聚氨酯类粘合剂制备 Lutexal HP丙烯酸类合成增稠剂, BASF 如珍珠或云母光泽的根源, 或者是 层状结构有机材料上的干涉作用。 观察点不同的颜色效果和颜色变 化的
9、最终原因为可见光在层状结 构上的选择反射和干涉作用, 既取 决于光 (色光、 转换和虹彩) 入射的 角度, 又取决于波长。在带有螺旋 有机结构的胆甾醇多糖结构的天 然颜料中经常可观察到这些颜色 效果。 2. 3 液晶颜料织物印花技术的改 进 现在实验室合成了一些在技 术上适用的新型无机和有机液晶 颜料。其中一些在市场上已有商 品提供, 并成功应用于制造优质的 颜色变换清漆, 尤其是清漆, 比如 用于汽车工业。令人惊讶的是尽 管事实上纺织材料和基于不同液 晶或干涉结构的颜料的适当结合 能够为织物印花方法带来极大变 化, 但是在纺织后整理中应用液晶 颜料的报道还非常少。此外, 为了 展示科学技术,
10、 主要开发和优化了 一些有可能被外部电场激发的液 晶材料。通过热、 机械或者磁力可 实现固定在聚合物表面或纤维上 的液晶层的转换。因此, 利用织物 印花技术创造相互作用的表层的 更多选择开始引人注目。 3 实验 本文评价了液晶颜料应用于 织物印花中的两种尝试。将液晶 颜料与商用印花浆混合后, 然后利 用传统的筛网印花转移到织物上, 或者将液晶颜料直接沉积在织物 上, 然后固着并以层压的方式罩 定。 3. 1 适合液晶颜料织物印花的织 物选择 实验用织物的结构必须满足 性能的巧妙平衡。首先为了使均 匀而无孔的液晶层能覆盖整个印 花区域, 织物需有一个相对平整和 密实的表面结构。这个前提对于 获得
11、鲜亮且较深的颜色效果也是 必要的。长丝纱以及经纱和纬纱 必须有适合的尺寸, 以便在织物上 获得薄而柔性的均匀涂层。 3. 2 颜料及助剂的选择 将所选颜料、 粘合剂和助剂混 合, 考虑到加工性能我们对这一混 05 国际纺织导报 2005 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 合物进行了分析。颜料与商品粘 合剂体系的配伍性及由此而形成 的印花浆的稳定性是评判的标准。 3. 3 印花浆的准备 在烧杯中, 简单地将需要量的 颜料加入已知重量
12、的粘合剂中, 制 得以 Helizarin Bronzebinder MT 为 基础的印花浆。用搅棒搅拌直至 得到一个调匀、 均一的混合体。 基于其他粘合剂和增稠剂的 印花浆制备工序稍有不同。首先, 往烧杯中的增稠剂加入适量的水, 混合物在不断搅拌下变均匀, 然后 留出至少 2 h, 等待混合物完成湿 膨胀。只有完成膨胀之后, 其他的 印花浆组分才能加到该混合物中, 在强力搅拌下印花浆最终变均匀。 3. 4 印花试验 印花试验既可通过手工涂层 方法完成, 也可利用实验室涂层设 备 (德国 J. Zimmer 公司的 Mini MD F) 来完成。制样的配方以液晶颜 料 (Helicone) 和
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