一种提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的方法

摘要

本发明涉及纺织品染整技术领域，特别涉及一种提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的方法。该方法包括以下步骤：用去离子水将硅烷偶联剂配制成0.3-3.0g/L的分散液，超声处理10-60min，把制备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中，在40-85℃条件下水浴振荡处理0.5-3.0h。与现有固色技术相比较，本发明具有如下优点：本发明利用硅烷偶联剂处理仿生结构生色纺织品，能有效提高静电自组装结构生色薄膜本身的结构稳定性及其与织物的结合牢度，进而提高结构色的耐久性，制备工艺简单，无需高温预烘、焙烘和后期的水洗过程，易于实施，易于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及纺织品染整技术领域，特别涉及一种提高静电自组装仿生结构生 色纺织品颜色耐久性的方法。

背景技术

目前使纺织品产生颜色的主要途径是通过在纺织品上施加有色物质(染料或 颜料)来实现，是有色物质对光产生选择性吸收作用的结果，被称之为色素色。 而自然界中的蓝天、彩虹、蝴蝶翅膀、孔雀羽毛、贝壳和各类光彩夺目的宝石等， 是以特定组织的物理结构对光的散射、色散、干涉或衍射等作用来产生颜色，被 称之为结构色。结构色通常具有高亮度、高饱和度、虹彩现象、永不褪色等优点， 只要材料的结构稳定，其颜色不会消减。模拟自然界中的微结构，将其应用于纺 织品的仿生结构生色，可制备出具有虹彩效应(颜色随观察角度的变化而变化的 效果)、灵动如生的新型生态纺织品，将会有非常广阔的市场前景。

关于仿生结构生色纺织品的制备，东华大学申请的中国发明专利CN 102991048A公开了一种利用静电自组装法制备织物结构色的方法。该专利提出 利用静电自组装技术在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)膜和织物上制备聚合物与无 机纳米胶体粒子构成的复合薄膜，实现了纺织品的仿生结构生色。该专利中提及 的复合薄膜虽具有较好的稳定性，但未对仿生结构生色织物的颜色耐久性有详细 描述和客观测试评价。

本课题组利用静电自组装法，通过交替浸渍带正电荷的聚乙烯亚胺(PEI) 的水溶液和带负电荷的SiO₂纳米粒子溶胶液，在涤纶织物上成功制备了色彩绚 丽多变的SiO₂/PEI结构色薄膜，通过分析薄膜的形态结构和光学特性，确定了 结构色薄膜的生色机理，并建立了薄膜的自组装过程模型，为开发纺织品的生态 着色技术提供一定的理论和实践基础，但这种结构生色纺织品的颜色耐久性还未 能达到工业应用的要求。

对于色素着色的纺织品，考察其颜色耐久性一般利用色牢度指标评价，包括 耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度、耐日晒色牢度、耐汗渍色牢度等，其中耐摩擦色 牢度和耐水洗色牢度是评定纺织品色牢度高低的重要指标。静电自组装仿生结构 生色纺织品主要利用纳米粒子和高分子之间的静电力作用在织物表面形成复合 薄膜而使纺织品呈现颜色，这种复合薄膜自身的结构稳定性和与织物的结合牢度 直接影响结构生色纺织品的耐摩擦和耐水洗色牢度。用于提高色素生色纺织品的 固色剂可分为阳离子聚合物型固色剂、树脂型固色剂和反应交联型固色剂三大 类，其作用机理主要是：1)阳离子固色剂封闭阴离子染料的水溶性基团；2)高 分子固色剂成膜包覆染料；3)带反应性的固色剂与染料进行反应。上述原理都 是针对染料性质而起作用的，因而适用于色素着色纺织品，不适用于结构生色纺 织品。目前鲜有关于提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的研究和报 道。

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合 物，既能与无机物发生反应，又能与有机物分子相互作用。利用硅烷偶联剂的这 种桥联作用可提高无机物和有机物之间的相容性，从而大大改善材料的应用性 能。SiO₂/PEI结构色薄膜是一种由带相反电荷的无机纳米粒子SiO₂和有机高分 子PEI构成的复合薄膜。当硅烷偶联剂作用于静电自组装而成的无机/有机复合 薄膜时，其分子的一端能与薄膜中的SiO₂纳米粒子反应形成硅氧键，另一端能 与PEI高分子相互作用，从而在复合薄膜内部形成结合更为牢固的无机/有机杂 化体系，此外偶联剂还可自身成膜。利用硅烷偶联剂处理静电自组装仿生结构生 色纺织品能有效提高复合薄膜的结构稳定性及其与织物的结合牢度，从而提高其 耐摩擦和耐水洗色牢度，最终可实现其颜色的耐久性。

发明内容

本发明提供一种提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的方法，该 方法操作简单，易于实施，通过该方法处理的仿生结构生色织物具有良好的耐摩 擦和耐水洗色牢度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的方法，包括以下步 骤：用去离子水将硅烷偶联剂配制成0.3-3.0g/L的分散液，超声处理10-60min， 把制备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中，在 40-85℃条件下水浴振荡处理0.5-3.0h。硅烷偶联剂是一类物质,其一端能与无机 物发生反应，另一端又能与有机物分子相互作用，本发明以硅烷偶联剂KH570 为例阐述提高静电自组装仿生结构生色纺织品颜色耐久性的方法，KH570是比 较典型的一只偶联剂,类似结构的也可用。

本发明中使用的硅烷偶联剂作用于SiO₂纳米粒子与高分子PEI构成的复合 薄膜，能与SiO₂纳米粒子表面的羟基作用生成Si-O键，同时能与高分子PEI发 生反应，形成SiO₂纳米粒子-硅烷偶联剂-PEI杂化材料，且多余的偶联剂之间脱 水缩合自相成膜，形成柔性有机立体网络结构，从而提高复合薄膜结构的稳定性 及薄膜与织物的结合牢度，进而提高仿生结构生色纺织品的耐摩擦和耐水洗色牢 度，最终实现其颜色的耐久性。该方法制备过程简单，易于实施。

作为优选，所述的硅烷偶联剂水分散液的浓度为0.5-2.0g/L。浓度过高，效 果提高不显著；浓度过低，偶联剂的桥连作用不够，对结构色牢度的提高不足。

作为优选，所述的硅烷偶联剂水分散液超声处理15-40min。超声处理的作 用是使硅烷偶联剂在水中分散均匀。

作为优选，所述的水浴振荡温度为45-80℃。温度过高会使自组装形成的结 构受损，温度过低偶联剂进入的区域受限制。

作为优选，所述的水浴振荡处理为0.5-1.5h。

作为优选，静电自组装仿生结构生色纺织品的制备方法如下：

以0.3-0.5wt.％PEI水溶液作为组装液1，以0.2-0.4wt.％SiO₂纳米粒子溶胶 液作为组装液2，将待组装的织物按以下程序处理，先在组装液1中充分浸渍后 取出，用去离子水清洗3-5次，再浸入组装液2中，充分浸渍后再用去离子水清 洗3-5次，如此完成一个周期SiO₂/PEI复合薄膜的组装，重复上述过程n次在涤 纶织物上完成n周期复合薄膜的组装，n为正整数。组装周期数(n)不同，结 构色不同。类似原理的组装液同样适合。

本发明利用硅烷偶联剂处理静电自组装仿生结构生色纺织品，可有效提高其 耐摩擦和耐水洗色牢度，并对织物的手感基本无影响，且处理前后纺织品的结构 色基本无变化。此外，硅烷偶联剂处理复合薄膜具有普适性，即对不同种类的无 机纳米粒子/高分子复合膜均有良好的反应性和固着作用。

与本发明中类似结构的硅烷偶联剂均属于本发明保护范围。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明利用硅烷偶联剂处理仿生结 构生色纺织品，能有效提高复合薄膜本身的结构稳定性及其与织物的结合牢度， 制备工艺简单，无需高温预烘、焙烘和后期的水洗过程，易于实施，易于工业化 生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解， 本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/ 或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和 原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明， 均为本领域的常规方法。

静电自组装仿生结构生色纺织品的制备和定义参见：

①Structuralcolorationofpolyesterfabricswithelectrostaticself-assemblyof (SiO2/PEI)n,Text.Res.J.2015,85(8):785-794；

②结构生色SiO2多层膜的静电自组装法构造,印染，2012,(17)：1-4。

实施例1

(1)静电自组装仿生结构生色纺织品的制备

以0.3-0.5wt.％PEI水溶液作为组装液1，以0.2-0.4wt.％SiO₂纳米粒子溶胶 液作为组装液2，将黑色涤纶织物按以下程序处理，先在组装液1中充分浸渍后 取出，用去离子水清洗3-5次，再浸入组装液2中，充分浸渍后再用去离子水清 洗3-5次，如此完成一个周期SiO₂/PEI复合薄膜的组装，重复上述过程8次在涤 纶织物上完成8周期复合薄膜的组装。

(2)仿生结构生色纺织品的颜色耐久性处理

用去离子水将硅烷偶联剂(KH570)配制成2.0g/L的分散液，超声处理40 min，把制备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中， 在55℃条件下水浴振荡处理1.0h。

(3)对仿生结构生色纺织品耐摩擦和耐水洗色牢度的测试，具体分述如下：

(a)耐摩擦色牢度的测试：

按ISO105×16标准利用旋转式摩擦色牢度测试仪测试。静电自组装仿生结 构生色纺织品不能用评价普通纺织品的耐干/湿摩擦色牢度指标评价，本发明通 过对比干/湿摩擦后未用硅烷偶联剂处理和已用硅烷偶联剂处理纺织品结构色的 变化和纺织品表面复合薄膜的破损情况来评定仿生结构生色纺织品的耐摩擦牢 度。本发明将耐摩擦色牢度设定为5级，1级：差，2级：较差，3：一般，4级： 较好，5级：好。

(b)耐水洗色牢度的测试：

根据GB3921-83纺织品耐水洗色牢度测试方法测试。静电自组装仿生结构 生色纺织品不能用评价普通纺织品的耐水洗色牢度指标评价，本发明通过对比水 洗后未用硅烷偶联剂处理和已用硅烷偶联剂处理纺织品结构色的变化和纺织品 表面复合薄膜的破损情况来评定仿生结构生色纺织品的耐水洗牢度。本发明将耐 水洗色牢度设定为5级，1级：差，2级：较差，3：一般，4级：较好，5级： 好。

实施例2

(1)静电自组装仿生结构生色纺织品的制备与实施例1中的相同。

(2)仿生结构生色纺织品的颜色耐久性处理

用去离子水将硅烷偶联剂配制成0.8g/L的分散液，超声处理15min，把制 备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中，在45℃ 条件下水浴振荡处理0.8h。

(3)对仿生结构生色纺织品耐摩擦和耐水洗色牢度的测试与实施例1中的相 同。

实施例3

(1)静电自组装仿生结构生色纺织品的制备与实施例1中的相同。

(2)仿生结构生色纺织品的颜色耐久性处理

用去离子水将硅烷偶联剂配制成1.5g/L的分散液，超声处理30min，把制 备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中，在80℃ 条件下水浴振荡处理1.5h。

(3)对仿生结构生色纺织品耐摩擦和耐水洗色牢度的测试与实施例1中的相 同。

实施例4

(1)静电自组装仿生结构生色纺织品的制备与实施例1中的相同。

(2)仿生结构生色纺织品的颜色耐久性处理

用去离子水将硅烷偶联剂配制成0.5g/L的分散液，超声处理20min，把制 备完成的静电自组装仿生结构生色纺织品置于硅烷偶联剂水分散液中，在70℃ 条件下水浴振荡处理0.5h。

(3)对仿生结构生色纺织品耐摩擦和耐水洗色牢度的测试与实施例1中的相 同。

将上述实施例1-4中的未处理试样编号为0，处理试样编号为1、2、3、4， 测试结果如下表所示，从表1中可以看出处理试样的干/湿摩擦色牢度和水洗色 牢度均明显高于未处理试样。

表1处理和未处理织物的干/湿摩擦色牢度和水洗色牢度

试样 干/湿摩擦色牢度 水洗色牢度 0 1-2 1-2 1 4 3-4 2 3-4 3-4 3 4 3-4 4 3 3

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式 上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改 型。