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【集萃网观察】摘要：为实现棉织物的热转移印花，提出架桥思想以及通过一种架桥剂实现架桥思想的基本思路。按架桥剂设计思想试制架桥剂FY-1，用C.I.分散红60上染经FY-1处理的棉织物，其结果证明了架桥思想的可行性。通过光学显微镜、透射电镜分析架桥机制，由此得出棉织物热转移印花的机制：架桥剂通过自身对棉纤维的亲合性和渗透性预先进入纤维微孔内，同时接纳分散染料的染座分布在微孔内；架桥剂依赖其热膨胀作用在热转印温度下溶胀纤维；分散染料在热转印温度下升华，以分子间作用力上染纤维。
棉织物的印花通常采用筛网工艺，大多用活性染料。这种工艺能够印制出色彩鲜亮的产品，且色谱齐全，但存在高耗水、高耗能、高污染的问题。热转移印花（以下简称热转印）利用分散染料在高温下的升华性实现涤纶织物的无水印花，解决了涤纶织物印花环节的环保问题，不仅工艺简单，还能印制出网印难以实现的花纹，也可以像数码印花一样实现成衣印花。目前涤纶装饰用布大多采用该工艺印制。但热转印工艺存在局限：一是印1m布要耗1m多纸，既影响生产成本又带来间接耗水和污染；二是只能印涤纶，不能用于棉等天然纤维织物。针对这2个问题，提出了无纸热转移印染（以下简称无纸工艺）的设想。目前已从工艺和装备上取得原理性突破。无纸工艺项目的研究内容包括：热转印纸的替代材料；实现天然织物的热转印；无纸装备的开发。
在棉织物上实现热转印曾一度成为国际上的研究热点。国外的研究始于20世纪60年代，我国是从1980年前后开始的，研究思路大多是在纤维中引入一种物质，然后像涤纶织物一样进行热转印。不同的研究者引入物质的思路不同，大致可以分为3类：第1类是引入能够与棉纤维上的一0H发生化学反应的物质，使其变为疏水性纤维，从而实现疏水性分散染料的上染；第2类是引入对棉纤维具有溶胀作用的物质，意欲通过溶涨扩大纤维微孔，便于分散染料向纤维内部扩散渗透，达到上染的目的；第3类是在棉纱线上引入疏水性黏合剂，用以接纳分散染料。除此以外，还有湿（冷）转印工艺。以上方法的最大问题是：失去了棉织物的良好性能；达不到优质的印花效果；仍不能免除印花环节的环保问题。
本文通过对上述方法的利弊分析，提出了新的架桥思想。所谓架桥就是在棉纤维与分散染料之间架起一座“桥梁”，使原本相斥的2种分子通过这座“桥梁”的作用而结合，并利用分子间的作用力，达到一定的结合牢度。通过近十年的研究，已成功应用架桥思想实现了棉织物的热转印，目前已进入产业化实验阶段。本文拟对棉织物热转印架桥机制作初步的探索。
1实验方法
1.1实验材料与仪器
半漂平纹纯棉织物（市售）；FY一1架桥剂（自制）；分散染料（市售）；SPI.CHEM冷冻包埋液（美国）；正置型光学显微镜（北京化工大学）；JEOL.JEM.2010透射电镜（日本）；LACEI—PUK一1切片机（日本）；DHC2.1型热转印机（北京怡德精品有限公司）；GB250灰色样卡（上海纺织标准计量研究所）。
1.2棉织物的架桥处理
将棉织物剪成5cm×5cm大小，放人架桥剂中（浴比1：50）浸泡10min，浸轧（带液率约90%），
100℃烘干。
1.3热转印纸的制备
将分散染料用丙酮溶解，均匀涂于纸上，晾干。
1.4热转印
将用FY一1处理过的棉织物与转移纸正面相贴，在230℃热转印，时间3Os。
1.5织物皂洗及评级
参照GB3921--1997测定织物皂洗牢度，将热转印布样剪成两半，其中一半放入皂液中，皂洗温度60℃，皂液质量分数0.5%，浸泡30rain，然后用清水洗至中性，晾干。对比皂洗前后的2块布样，用GB250一l995灰色样卡分别评定变色和脱色牢度。
产业化应用实验产品的性能检测按照AATCC进行。
1.6染料在棉纤维中的状态和分布状况
将棉纤维包埋在冷冻液中，待固化后切片（有效厚度为50～100nm），制成试样；用透射电镜和光电子衍射仪观察试样，分析染料在纤维中的状态和分布情况。
1.7纤维横截面显微照片
选择直径为2mm的电线丝，去芯留皮；把要查看的纤维穿人电线皮内；用薄刀片切出很薄的切片（大约几十微米）；利用光学显微镜观察试样，并在电脑上采集棉纤维横截面的显微图。
2结果与讨论
2.1架桥剂的设计思想
架桥就是在棉纤维与分散染料之间建立连接的“桥梁”，本文拟通过一种架桥剂来担当这种桥梁的作用，所以实现架桥思想的关键就是开发这种架桥剂。
染料上染纤维需要2个基本条件：一是纤维对染料有亲和性；二是纤维中具有染料向内迁移的路径。活性染料上染棉是依赖水分子对棉纤维的溶胀为染料向内迁移开辟路径，以及活性染料与棉纤维上的一0H的亲和性。分散染料通过热转印法上染涤纶是借助涤纶的高温溶胀性以及其与分散染料的亲和性。棉织物既无与分散染料的亲和性，又无高温溶胀性，所以不能直接应用分散染料的热转印工艺。
综上分析，拟开发的架桥剂应该具备2种功能：一是具有较强的双亲功能，对棉纤维和染料都要有亲和力；二是具有一定的溶胀和渗透功能，即架桥剂依赖其与纤维的亲和性以及良好的渗透性预先进入纤维内部，并通过溶胀作用开辟出染料向迁移的路径，同时通过架桥剂的作用增强染料在纤维上的吸附效果。只有这样，才能让染料迁移到分子间能够发生作用的距离范围内，并建立较强的连接。
2.2架桥的可行性验证
依据上述架桥思想设计的FY-1中含有类似于聚醚类的双亲分子链，而且具有一定的溶胀性和渗透性。
用FY-1预处理棉织物，然后再通过热转印的方法上染分散染料（c.I.分散红60），结果见表1。
皂洗牢度包括皂洗变色和皂洗沾色，其中皂洗变色是最为重要的，也比较便于在实验室测定和评价，本文仅以此指标初步验证架桥剂的功能。皂洗变色实际是3种情况的统称：1）皂洗前后织物上染料的色相变化，但基本不脱落；2）皂洗前后织物上染料基本不变色，但有脱落；3）皂洗前后织物上染料既有色相变化又有脱落。为了便于后续染料结构方面的研究，将变色和脱色分别评级。表1结果表明，经过架桥处理的棉布，不仅上色量显著提高，而且色牢度也能够满足要求。由此可见，架桥剂FY-1基本具备了设想中的架桥功能。
为了证明FY一1产业化应用的可行性，在江苏龙达纺织品转移印花有限公司进行了产业化应用实验。表2列出了具有代表性的2个四分色花型的色牢度检测结果。四分色是由红、黄、蓝、黑4种颜色通过花版叠色的制版技术，印制出色彩丰富、层次过度自然的、具有照片效果的精美花型。
表2结果说明，纯棉织物经FY一1处理后能够良好地实现热转移印花。
2.3架桥剂与纤维之间的作用机制
2.3.1用光学显微镜推测架桥剂的作用过程
为验证架桥剂的作用机制，用高倍光学显微镜拍摄了几种棉纤维的照片，结果见图1。图中3张照片中的纤维选自同根纱线，可以看出：图1（a）中纤维形状规整，轮廓清晰；图1（b）较图1（a）的轮廓模糊，且有一定的溶胀；与前2张照片相比，图1（C）中纤维的组织结构似乎有些松散，轮廓不规整。这说明架桥剂进入到纤维微孔中了，而且使棉纤维发生了溶胀，且高温加强了溶胀效果。由此推测，架桥剂是通过溶胀纤维、扩大微孔，为染料向纤维内部的迁移创造条件的。
2.3.2架桥剂与棉纤维之间的结合方式推测
架桥处理在室温下中性水溶液中进行，热转印过程虽然温度高（最高230℃），但时间短（不足30s），而且是干态中性环境，根据化学反应原理及架桥剂的结构（聚醚类）可以断定，架桥剂和棉纤维之间不可能发生化学反应形成新的化学键，架桥剂与棉纤维之间只能靠分子间作用力结合。虽说分子间作用力比化学键弱得多（最强的分子间作用力也只有20kJ/mol左右），但分子间力存在于各种类型的分子之间，包括极性与极性分子之间的趋向力、诱导力、色散力，极性与非极性分子之间的色散力和诱导力，非极性与非极性分子之间的色散力，这些力没有方向性和饱和性，只要分子之间距离在500pm之内即可发生，除此以外还有氢键，所以分子之间一旦存在各种力的综合，其合力会超过化学键。棉纤维中存在大量一OH且多孔，便于具有亲水特性的架桥剂进到与之能够发生分子间作用的距离之内。架桥剂中既有极性基团，又有非极性基团，而且有大量能与一OH发生氢键作用的元素，因此，架桥剂与棉纤维之间很容易发生分子间力的综合。
2.4架桥剂与染料之间的作用机制
2.4.1液态架桥剂与染料之间的结合力
为考察温度、pH值、水和外力对染料与架桥剂之间结合力的影响，进行了相应的实验。以染料在架桥剂中的溶解度来考察温度的影响，结果见表3。
表3数据显示，温度升高，染料在架桥剂中的溶解度增大。由此可以推断：热转印温度越高，织物的颜色越深，但温度不宜过高，否则会损伤纤维，一般在220℃左右比较适合。
将溶有红R.60、黄Y.64、蓝B.56染料（饱和浓度）的架桥剂分别滴入pH值为9、10、11的碱液中，边搅拌边观察染料在碱液中的析出情况，发现无染料析出。同样，将溶有红R.60、黄Y.64、蓝B一56染料（饱和浓度）的架桥剂逐滴滴入100g水中（2滴之间的时间间隔为15min），边搅拌边观察染料在水中的析出情况，在滴入1O、20、30、40滴时也无染料析出这说明，pH值、水和外力（由搅拌给予）对架桥剂与染料之间的结合力几乎无影响。由以上结果可以推断，架桥剂与染料之间的结合力很强。
2.4.2纤维中架桥剂与染料之间的作用力
尽管染料在液态架桥剂中是溶解的，属于热力学稳定体系，所以很稳定，但在纤维中未必如此。因为，在纤维微孑L中架桥剂是无定型固体，其含量约为8%（O.W.f），而染料含量约为0.04%（O.W.f），由此估算纤维内架桥剂中染料的质量分数是0.5%，远远高于2.4.1中染料在溶液中的饱和浓度，故可以推测纤维中的染料应该是聚集态或晶体。为分析纤维中染料的状态，做光电子衍射分析，结果见图2。
图2显示棉纤维中的染料是晶体状态，皂洗前晶粒较大且比较分散，衍射束斑只能涉及1颗晶粒，衍射图呈现比较标准的四边形单晶结构；皂洗后晶粒较小或分布比较密集，衍射束斑能够照射到多颗晶粒，衍射图呈现多晶环。这说明皂洗使纤维中的染料发生了重排。
图3为棉纤维中染料的透射电镜图。由图可知：1）棉纤维中的染料分布不是很均匀，而且没有规则。这可能是热转印时间短（约30s）和纤维微孔产生的阻力，染料来不及扩散到均匀分布的程度；2）染料能够渗透到纤维微孔内，皂洗前约150～200nm的深度，皂洗后可以到达200nm以上；3）皂洗改变了染料在纤维内部的分布状态，似乎有一定的规律性。
综上所述，在纤维中染料与架桥剂之间没有发生化学键的结合，否则染料不会以晶体状态存在，也不会因皂洗而发生如此显著的游动，由此可见，纤维中染料与架桥剂之间也是以分子间力结合的。
3结论
通过架桥方法能够良好地实现棉织物的热转印，热转印布样的色牢度（包括日晒、摩擦、皂洗等）都能达到国家标准。通过实验分析得到棉织物热转印的架桥机制：1）架桥剂通过自身对天然纤维的亲和性和渗透性预先进入纤维微孔内，以分子间作用力与纤维结合，同时将接纳分散染料的染座分布在微孔内；2）依赖架桥剂的热膨胀作用在热转印温度下溶胀纤维，使纤维微孔扩大；3）分散染料在热转印的温度下升华，并借助纤维微孔内已经铺设好的染座对它的亲和性，沿着已经扩大的微孔进入内部，以分子间作用力上染纤维。
来源 王红凤，陈玲玲
