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聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在印染行业中的应用总结

聚乙烯吡咯烷酮Polyvinylpyrrolidone 简称PVP)又叫聚维酮(Povidone)是N-乙烯吡咯烷酮NVinylpyrrolidone,简称NVP)在特定条件下聚合而成的一种水溶性均聚物,具有吸附络合性、生理相容性和吸水和保水等性能。PVP的这些优良性能使聚乙烯基吡咯烷酮在化妆品、食品、医药,工业等领域有着广泛的应用前景。例如,药典名聚维酮(Polyvinylpyrrolidone 简称PVP)被收载于欧洲药典,英国药典、日本药典、美国药典、中国药典以及FCC(《食品化学典范》)中。聚乙烯吡咯烷酮在印染行业上不但是优良的匀染剂,还具有在印染过程增加附着力等功效,最近研究发现聚乙烯吡咯烷酮还能改善在高分子材料上印染的特性,因此在印染行业得到了广泛应用

由于聚乙烯吡咯烷酮( 以下简称PVP 分子中存在的内酰胺结构,与羟基、氨基、羧基之间有很强的结合力,而染料中往往就含有这些官能团,所以 PVP 与一般的有机染料都有很强的亲和力,有时这种亲和力甚至超过染料与纤维的结合力,故而 PVP 有“液体纤维”之称。利用 PVP 的这一性质可以增加一些疏水性纤维与染料间的亲和力,进而改善这类纤维的可染性,例如,在合成纤维过程中 将适量 PVP 掺入其中,使合成纤维可以均匀地染色,并提高着色力和提高染色深度,对染色比较困难的聚丙烯纤维,在其中掺入 7.5% 左右的 NVP/ 苯乙烯共聚物,可使纤维对酸性染料的染色深度增加 10 倍左右,对分散性染料可增加 5 倍左右。在掺合 PVP 的工艺中,使它均匀分布于纤维中,可大大减低染色后织物的色差,提高染料在织物上的附着力。得到色泽均匀,耐光耐热不易褪色的纺织染色品。
     PVP 除可改善某些纤维的可染性外,还可改进其吸湿性、防晒性等性能,大大提高合成纤维的质量和档次,例如合成纤维中的聚酰胺纤维、聚酯纤维等以高强度、高细度、耐摩擦性、热可塑性及良好的光泽和鲜明的染色而深受欢迎,但是吸湿性却比天然纤维差,导致其作为衣物使用时常在衣物的表面附着一层来自空气中的水蒸气而影响穿着的舒适感,尤其时在夏天高温潮湿的天气,吸湿性差的衣物很容易被体汗或高湿度的空气湿透而紧贴于皮肤上,甚至对皮肤产生刺激性。解决这一问题的方法之一就是在纺丝前溶融聚酰胺中加入 4%~8% 的 PVP ,然后在低氧环境中进行熔融纺丝,加入的 PVPK 值在 30~70 之间,其中残留单体含量需要小于 0.1% ,这样得到的聚酰胺纤维合聚酯纤维等合成纤维具有高吸湿性、耐洗涤性、热可塑性,而且如前所述, PVP 的加入也可以改善一些染色性能,控制纺丝速度可以得到不同细度的纤维。值得一提的是,如果加入的 PVPK 值低于 30 ,由于低分子量的 PVP 与聚酰胺络合能力较差,在水处理的工序中就会有部分的 PVP 溶解于水中而得不到高吸湿性得纤维。另一方面,如果所加 PVP 分子量大于 70 ,炼丝时熔融体系黏度增大,使纺丝时吐丝困难,影响生产效率,而且 PVP 分子量太大,所得纤维硬度太大,达不到合成纤维柔软舒适的要求。用 PVP-K60 改善的聚酯纤维吸湿率最高可达纤维本身重量的 20% 。 PVP 对合成纤维吸湿性及染色性能的影响如表所示: 

K 值

含量(%)

残单含量(%)

溶解率(%)

黄色度

吸湿率

生产 效率

17

5.5

0.02

4.6

2.5

9.4

30

5.5

0.02

2.8

4.8

8.6

一般

45

5.5

0.02

1.1

5.1

10.5

60

5.5

0.02

0.5

8.5

12.3

90

5.5

0.02

0.5

8.5

13.1

注:
( 1 )黄色度指加入 PVP 经纺丝后未经染料的纤维的黄色度,低于 10 为合格
( 2 )导致生产效率低的因素有两个:一是 PVP 溶解率增大,二是出丝速度慢。
( 3 )表中溶解率数据为合成纤维在沸腾的水中处理 30 分钟时 PVP 的溶解率
PVP 与不同染料的结合能力时有差异的,利用这一性质,对聚酰胺纤维、聚丙烯纤维进行防染法印花时,可用 PVP 作局部防染剂,得到图案鲜明、轮廓清晰的印花织物。在印花织物的生产过程中,织物经印花后,还要经过水洗退浆,以洗去未固着的染料合用毕的浆料及其他印染助剂,得到印花织物产品,为达到退浆的目的又不沾污图案,保证产品的质量,净洗剂的选择非常重要,研究表明,以 PVP 和硅酸铝酸钠为主要成分的印染工业用净洗剂具有明显高于不含 PVP 的净洗剂的净洗能力,而且可以防止净洗过程中颜色的转移或白地沾污。

由于PVP与许多种染料有很强的结合能力,故它在五十年代就被用作剥色剂、漂白剂、减色剂。最近,还有人提出用顺酐——苯乙烯共聚物掺入PVP漂白剂配方中,以降低漂白织物的成本。

    在某种特殊场合,PVP可作匀染剂。例如1%PVP可使尼龙6、尼龙66混纺纤维织物用酸性染料或金属络合染料染色后得到最佳的色差。2%PVP可以作改性聚酯纤维用阳离子染料染色的匀染剂,染色织物不但色泽均匀,且日晒牢度从原来的两级提高为八级,其抗静电性也大在增加(比阻抗从1.1×106Ω-cm增加为1012Ω-cm),聚丙烯与纤维素的混纺纤维,用PVP作匀染剂时,可用一浴法染色,色泽均匀,色牢度好。

    PVP与不同染料的结合能力是有差异的。利用这一性质,对动物纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯纤维进行防染法印花时,可用PVP作防染剂;在上色防染糊中加入3%PVP,可以有效地阻止地色上染(地色用金属络合染料或分散染料),得到图案鲜明、轮廓清晰的印花织物。

    增加PVP对金属络合染料的比例(至少1:2)时,就可制成标记色料——暂印染料。这种染料对羊毛、腈纶、尼龙、涤纶、粘胶纤维染色后,其颜色很容易用水洗掉,仍然留下白色的纤维。

    大部分水溶性高分子化合物具有胶体保护作用和增溶作用,但PVP在这方面性能尤为优异,故可作为分散染料高温染色用的结构型匀染剂,以提高分散染料的稳定性和染色速度。这种分散染料是将PVP与染料在溶剂中一起喷雾干燥加工而成,染料与PVP呈固溶态,粒度<0.1 μ。

    分散性染料在溶剂染色中因染料不溶于溶剂,通常需用大量的表面活性剂,溶剂回收量大,上染率、色牢度较低。如用PVP(常为其衍生物)作染料加工的分散剂,可得到一种贮藏稳定的分散染料。这种染料对聚酯纤维进行溶剂染色,可得到耐湿、耐磨、耐热、耐光的均匀染色织物。1%~3%的PVP可以防止还原染料、分散染料贮藏时的触变和降解作用,数周后仍然保持染料糊剂的流动性。在羟甲基类的防皱防缩整理剂中加入<3%的PVP(以固含量计),就可提高这类助剂的贮存稳定性。贮藏数月后,再制成的水溶液一周后仍不会沉淀。

    转移法染整工艺具有速度快,助剂用量少,加工质量好等优点。关键是需要一种对纤维有亲和力,溶剂相容性好,成膜性好,适宜涂布的糊料;还要求它对染料和整理助剂有分散、稳定的作用和一定的粘结性;配制容易;溶于水,染整后易用水洗去。由于PVP符合上述各种要求,故在转移法染色、漂白、净洗、整理(防皱、防水、抗静电、Antisnag等)中,PVP有较广泛的适应性和良好的效果。

通常在织物整理中,阳离子型的整理助剂与阴离子型的萤光增白剂互不相容,不能同浴对织物加工。如果在浴中添加0.1~2%的PVP,则可将柔软剂或抗静电剂,树脂整理剂与萤光增白剂同时在一浴中对织物进行加工整理。处理后织物的白度、荧光度、柔软性、静电带电量、强度等都达到或超过其性能指标。

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