文|劉永慶

印花涂料剖析方法簡(jiǎn)介

文|劉永慶

涂料（顏料）印花技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楹?jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)，正日益受重視，其印花技術(shù)發(fā)展很快，特別是隨著合成纖維及其混紡織物的發(fā)展，涂料印花的優(yōu)越性、重要性更加突出。

有色涂料對(duì)纖維沒(méi)有親和力，通過(guò)適當(dāng)?shù)木酆衔铮ㄕ澈蟿┍∧け还潭ǖ娇椢锉砻?，印花后將織物短時(shí)間加熱烘焙，促使粘合劑發(fā)生反應(yīng)，涂料印花不存在著色劑向纖維內(nèi)部滲透并與纖維發(fā)生反應(yīng)，而是依靠粘合劑對(duì)纖維的膠結(jié)作用使涂料固定于織物表面。其結(jié)果是易出現(xiàn)印花區(qū)域的織物僵硬，特別是大面積涂料印花，會(huì)嚴(yán)重影響織物的手感。

長(zhǎng)期以來(lái)，涂料印花的品質(zhì)難以媲美染料印花，一直被認(rèn)為是一種低檔次的紡織品印花加工方法。它的應(yīng)用情況直到20世紀(jì)40年代仍然微不足道。然而隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，涂料印花早已步入快速發(fā)展的時(shí)期。

由于涂料印花有如下一些特點(diǎn)：

1．工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉，通?？墒∪テ艋虮汉婧蟮乃垂ば颍?jié)水節(jié)能，減少污水排放，符合環(huán)保要求。

2．色譜齊全，色澤鮮艷，仿色打樣較為便捷，適宜采用自動(dòng)調(diào)配色系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)效率。

3．涂料印花適用于各種纖維，即使應(yīng)用于多種纖維混紡織物印花，也能獲得色彩均一的效果。

4．印花不但輪廓清晰、層次分明，還可用多種特殊顏料 (如熒光、夜光、金銀顏料、珠光顏料等) 產(chǎn)生特殊的視覺(jué)效果的印花產(chǎn)品。

所以涂料在印花領(lǐng)域有著無(wú)法取代的地位。阻礙涂料印花發(fā)展的主要原因是其產(chǎn)品手感粗硬和摩擦牢度較差。

由于高品質(zhì)的顏料、黏合劑和極低含固率的增稠劑逐步得到開發(fā)和應(yīng)用，涂料印花產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，到21世紀(jì)初，涂料印花在全球紡織品印花中應(yīng)用比率達(dá)到50%左右，而且近年來(lái)生態(tài)環(huán)保呼聲日益高漲以及特殊視覺(jué)效果的涂料印花技術(shù)的不斷問(wèn)世，使這一印花方法越來(lái)越多的受到關(guān)注，顯示了前所未有的發(fā)展前景。

黏 合劑是涂料印花色漿中的重要組分，它是一種高分子成膜物質(zhì)，由名種單體聚合而成，在色漿中呈溶液或分散狀，當(dāng)溶劑或其他液體蒸發(fā)后，在印花的地方而成一層很薄的膜，通過(guò)成膜而將顏料顆粒等物質(zhì)黏著在紡織品的表面，故成膜性能的好壞將直接影響印花織物的牢度（摩擦、水洗、干洗牢度等），而且和色漿的印制性能以及產(chǎn)品的手感和色澤有密切關(guān)系。

理想的黏合劑形成的膜無(wú)色透明，加熱后不會(huì)發(fā)黃；膜的性質(zhì)堅(jiān)固且彈性好、黏著力強(qiáng)、耐水洗及干洗、耐日曬及老化；織物處理后成膜柔軟、手感好，且不發(fā)黏；印花后織物的各項(xiàng)色牢度不低于染料印花標(biāo)準(zhǔn)。

但是在實(shí)際生產(chǎn)中使用的黏合劑不可能全部達(dá)到理想狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)情況選用幾種黏合劑混用，以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短，還要根據(jù)需要選用適當(dāng)?shù)闹鷦┗蝠ぜ觿└纳苹蛘{(diào)節(jié)印花漿性能，以獲得盡可能好的印花效果。那么，我們?nèi)绾潍@得一個(gè)理想的印花涂料呢？這就要從涂料配方設(shè)計(jì)如何根據(jù)涂料的使用功能，充分吸收前人的研究成果和現(xiàn)有的技術(shù)，設(shè)計(jì)出滿足印花要求的配方。

涂料開發(fā)研究有兩個(gè)方面的工作要做：一方面是從涂料的結(jié)構(gòu)、原理出發(fā)，自行研制開發(fā)出新型的涂料；另一方面是從先進(jìn)配方中獲得信息，在此基礎(chǔ)上開發(fā)研究，這就是本文要討論的涂料剖析。無(wú)疑，剖析先進(jìn)的涂料是吸收先進(jìn)技術(shù)的最佳途徑，但剖析涂料并不是一件容易的事情，涂料剖析是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，進(jìn)行剖析時(shí)需要有兩方面的知識(shí)：一是涂料知識(shí)，二是剖析知識(shí)。

有關(guān)涂料知識(shí)我們的一些生產(chǎn)廠和廣大印花用戶均已具備，這里重點(diǎn)研究剖析知識(shí)，能為廣大印花涂料生產(chǎn)者和印花使用者提供一點(diǎn)開發(fā)模式及其參考。

一、涂料剖析的基本概念

涂料剖析是獲取先進(jìn)技術(shù)的一種重要手段和捷徑，尤其是對(duì)國(guó)外一些先進(jìn)的印花涂料進(jìn)行消化、吸收以至創(chuàng)新都離不開對(duì)新技術(shù)組成的了解。怎樣獲得涂料組成的信息是整個(gè)涂料剖析的關(guān)鍵。

剖析工作首先要從兩個(gè)方面進(jìn)行：例如國(guó)外的一些先進(jìn)的印花涂料在性能方面都優(yōu)越國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品，要想趕上或達(dá)到國(guó)外涂料印花的水平。

1．要獲得一些什么信息：由于我們印花企業(yè)在常年采用進(jìn)口涂料印花生產(chǎn)過(guò)程中，已經(jīng)對(duì)該涂料的大致組成、印花工藝的施實(shí)方法、使用環(huán)境、貯藏方法都有了比較深刻的了解。因?yàn)檫@些信息可以通過(guò)使用過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)和通過(guò)產(chǎn)品說(shuō)明書獲得。

2．怎樣獲得信息：針對(duì)具體每一牌號(hào)的印花涂料體系所對(duì)應(yīng)采取的剖析程序和采用相應(yīng)的分析儀器。眾所周知，印花涂料是一種復(fù)雜的混合物，它包括了成膜物質(zhì)（有機(jī)樹脂或無(wú)機(jī)成膜物質(zhì)）、顏料（包括顏料和填料顆粒大小、顏體比等）、溶劑（由哪些溶劑成分組成）、以及少量的助劑等。如日本研發(fā)的一種先進(jìn)的涂料，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在涂料中加了上百種助劑。助劑的量雖小，但它卻關(guān)系著涂料的整體性能。

所以，涂料剖析中能否成功地分離涂料中每一種組分往往成為涂料剖析的核心和關(guān)鍵。無(wú)法分離，剖析也就成了一句空話。

二、涂料剖析的程序

涂料剖析就是通過(guò)一定的分離—分析過(guò)程和步驟，將復(fù)雜的混合物通過(guò)一定的分離手段純化到滿足各種分析儀器要求的純度，從而獲得涂料的組分和每種成分在涂料中的含量。由于涂料用途不同，組成上會(huì)有較大的差別，在剖析前需要對(duì)涂料的使用用途有一個(gè)基本的了解，根據(jù)這些信息來(lái)做一個(gè)基本判斷。

1．屬于哪類涂料體系，如水性的、粉末的、有機(jī)溶劑類等。

2．根據(jù)使用功能來(lái)判斷涂料中可能含有的物質(zhì)。

這些對(duì)于剖析具有重要的參考價(jià)值，因?yàn)橥苛鲜且粋€(gè)混合物的復(fù)雜體系，現(xiàn)在還沒(méi)有一種儀器能夠在如此復(fù)雜的體系中，獲得所需要的信息（成分含量、顆粒大小、顏體比等），所以，為了滿足分析要求的試樣和防止涂料中低含量組分的流失，就必須逐步分離出涂料中每種需要分析的物質(zhì)，再根據(jù)分離出的物質(zhì)，采用相應(yīng)的分析儀器設(shè)備進(jìn)行分析，稱這個(gè)過(guò)程為涂料剖析分析程序和步驟。涂料的剖析程序一般如下：

1．了解涂料樣品的有關(guān)內(nèi)容：判斷屬于哪類涂料及其使用的環(huán)境條件，并根據(jù)紅外反射光譜加以確認(rèn)成膜物質(zhì)中所含有的官能團(tuán)，這樣可以大致確定主要成膜物質(zhì)的材料。了解樣品是單組分還是雙組分的，一般單組分涂料是熱塑性樹脂，雙組分的是熱固性樹脂。

2．在涂料剖析研究中，樣品的預(yù)處理是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的樣品，不經(jīng)過(guò)任何預(yù)處理，任何一種現(xiàn)代化分析儀器都無(wú)法直接給出全部信息。樣品的不均勻和各種組分的相互干擾，會(huì)造成分析結(jié)果的復(fù)雜化，一般要采用過(guò)濾、蒸餾、萃取、沉淀等方法將混合物分離。大體上被分離為：無(wú)機(jī)混合物、低分子有機(jī)混合物（溶劑和助劑）、高分子混合物三大部分。無(wú)機(jī)部分經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理就可以直接進(jìn)行儀器分析，而低分子有機(jī)部分和高分子物等則需要進(jìn)行分離才能進(jìn)行分析。

3．分離和純化：對(duì)于組成簡(jiǎn)單的涂料混合物可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單的方法達(dá)到分離。而對(duì)成分復(fù)雜的涂料混合物即使采用了一些分離手段而得到的組分，分析儀器也未必檢測(cè)得到，還需要進(jìn)一步進(jìn)行純化和分離。如前面論及的日本的一種高級(jí)涂料中加入的助劑的組分高達(dá)幾十種或上百種，只有將這些物質(zhì)進(jìn)一步分開和純化后，才能用一些現(xiàn)代儀器進(jìn)行分析。色譜方法是分離和純化有機(jī)混合物最好的方法，包括色譜法、薄層色譜法、高效液相色譜法、凝膠色譜法、氣相色譜法。對(duì)于樣品中的常量元素可直接選用X射線熒光光譜、電子能譜就可比較準(zhǔn)確地定性出元素和含量多少等信息。對(duì)于微量元素通常采用原子吸收光譜或原子發(fā)射光譜，要進(jìn)一步確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，需采用X衍射技術(shù)分析。

涂料剖析工作的基本內(nèi)容就是要了解涂料配方的組成，如它是由什么樹脂，哪些顏料，哪些填料，哪些助劑等組成。在涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)要考慮選擇什么樹脂，什么顏料，顏料占樹脂中的多少，利用哪些助劑改善印花涂層的流平性以及提高涂層的附著力，涂層的光澤等。對(duì)試樣涂料的分析目的就是要得到相關(guān)的信息，實(shí)際上剖析涂料的目的就是要知道涂料配方是由哪些物質(zhì)組成的，這些物質(zhì)的含量是多少等。為了達(dá)到上述目的，就需要?jiǎng)佑矛F(xiàn)代分析儀器，如在有機(jī)物質(zhì)剖析過(guò)程中，經(jīng)常使用的分析手段有：紅外、核磁、色譜、質(zhì)譜等設(shè)備。

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，有實(shí)力的一些大型涂料生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始組建了自已的實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)置了相當(dāng)數(shù)量的分析檢驗(yàn)儀器，培養(yǎng)分析檢測(cè)技術(shù)人才，這是一個(gè)十分令人可喜的開拓。但應(yīng)當(dāng)看到不是所有的企業(yè)，都有這種實(shí)力，況且購(gòu)置這些設(shè)備需要一定的財(cái)力，還要有這方面的人才。

沒(méi)有這方面力量的企業(yè)，是不是就可以不作涂料剖析方面的工作了呢？要想進(jìn)步，要想發(fā)展還是做這方面工作的。最好是剖析工作過(guò)程的前半部分（如了解樣品、了解用途、樣品的預(yù)處理、分離和純化），后半部分是掌握分析檢測(cè)儀器的分析人員要做的工作。因?yàn)檫@些工作（前半部分）還是涂料生產(chǎn)、涂料設(shè)計(jì)人員了解的知識(shí)比較多，做起也比較方便有利，而對(duì)于掌握現(xiàn)代儀器分析的人員，他們了解這些的知識(shí)并不多，做起也不一定到位。涂料混合物的分離和分離后的成分怎么分析以及采用什么儀器分析，涂料剖析需要對(duì)涂料和儀器分析兩個(gè)背景知識(shí)都全部掌握的人才并不多。

所以，剖析工作的前半部分，應(yīng)由本企業(yè)的技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行，后半部分本企業(yè)不可能有那么完備現(xiàn)代分析檢驗(yàn)儀器和人才，完全可將分離純化的樣品委托給有檢測(cè)能力的企業(yè)和專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)完成，據(jù)筆者所知，有的企業(yè)將自已的研制涂料小樣，送致國(guó)外的著名的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析檢驗(yàn)。一些自己沒(méi)有自檢能力的企業(yè)，不妨也效仿一下人家的作法。

三、涂料配方的設(shè)計(jì)

在涂料配方設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是依據(jù)已有涂料配方的剖析結(jié)果，設(shè)計(jì)一個(gè)滿意配方，一般需要經(jīng)過(guò)配方設(shè)計(jì)、配制試驗(yàn)、配方性能檢測(cè)、反復(fù)調(diào)整配方的過(guò)程，一直到獲得滿意配方為止。

在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是根據(jù)已有涂料的剖析結(jié)果，同時(shí)兼顧涂層的使用環(huán)境，選擇使用的樹脂、填料、溶劑以及助劑。在確定了配方構(gòu)成以后，確定每種原料的用量范圍，根據(jù)試驗(yàn)因素和水平選擇設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)程序進(jìn)行調(diào)整，直到獲得滿意的配方。

在涂料的選材中，各組分的數(shù)量對(duì)涂料的性能影響很大，如一種組分選擇不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)涂料配方的失敗。所以，除了充分考慮每種成分的作用外，還要考慮各種成分之間的協(xié)同作用和配比性。

配方設(shè)計(jì)除了對(duì)原料有一定的了解外，還應(yīng)對(duì)涂料的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)條件有所了解。對(duì)于一種成功的涂料，其技術(shù)要求是很高的，因?yàn)楹穸葹閹讉€(gè)微米至幾十微米的涂膜，要滿足各種不同的指標(biāo)要求，從技術(shù)上來(lái)看，主要有兩方面技術(shù)：即涂料配方技術(shù)和涂料生產(chǎn)工藝與設(shè)備，可以這樣說(shuō)只要掌握了這兩方面的技術(shù)就可以生產(chǎn)涂料產(chǎn)品。但是要提高涂料性能和質(zhì)量，開發(fā)新品種，這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的。要想得到一個(gè)性能非常理想的配方，還得做大量的試驗(yàn)，在一定理論指導(dǎo)下進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。

涂料的組成是十分復(fù)雜的，要找出組成與性能之間的關(guān)系規(guī)律，還有很多的研究工作要做。由于配方制定的試驗(yàn)工作量很大，已發(fā)展為微機(jī)配方設(shè)計(jì)。因?yàn)橥磕さ男阅苤笜?biāo)很多，而且有些性能是相互制約的，如何綜合各方面性能，比較快的得到最佳配方，國(guó)外提出了“蛛網(wǎng)圖”（Spider graph）技術(shù)，根據(jù)蛛網(wǎng)的面積來(lái)評(píng)價(jià)涂料的綜合性能，此法比較方便和實(shí)用。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)可利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行配方設(shè)計(jì)和優(yōu)化，如正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、回歸分析等，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化處理，往往能少做試驗(yàn)，較快、較好地取得結(jié)果，達(dá)到事半功倍的效果。

目前，市場(chǎng)上已有該類計(jì)算機(jī)軟件出售，且包括原材料管理等多項(xiàng)內(nèi)容，使用十分方便。

本文最后以兩位著名涂料專家的話作為本文的結(jié)束語(yǔ)：美國(guó)化學(xué)會(huì)Roy Tess獎(jiǎng)獲得者M(jìn)arco Wismer說(shuō)道：如果你能注視一下當(dāng)今涂料技術(shù)中前沿性的科學(xué)研究工作，就會(huì)發(fā)現(xiàn)涂料是綜合了多門學(xué)科，包括聚合物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、電化學(xué)、表面與膠體化學(xué)、流變學(xué)、色彩物理學(xué)、化學(xué)工程、腐蝕、粘接、材料科學(xué)、微生物學(xué)、光化學(xué)和物理學(xué)。而且，有潛力要把涂料工業(yè)變成美國(guó)頂尖研究的最令人激動(dòng)和具有吸引力的產(chǎn)業(yè)之一。

美國(guó)Southen Mississippi大學(xué)，R.B.Seymour教授說(shuō)：“現(xiàn)在，生產(chǎn)的涂料已是無(wú)處不在并人皆知之，可是，顧客只是欣賞涂料賦予的保護(hù)和美麗，并沒(méi)有感覺(jué)到涂料本身的存在，只有當(dāng)涂料失敗時(shí)，才會(huì)注意到涂料的存在，有些化學(xué)家看不到涂料的復(fù)雜性和對(duì)化學(xué)學(xué)科的貢獻(xiàn)而輕視涂料，更有些人把涂料稱為無(wú)‘知的行為’?！?/p>