高压静电喷制分散染料微胶囊及其与承印织物作用的机理研究

自然纤维绿色环保印花方法一直以来受到广泛的重视。已有的实验观察表明微胶囊技术对印染节能减排发挥着重要作用。现有的微胶囊印染主要采用微胶囊合成、染浴或转移印花、整理的工艺路线，承印织物尚局限于合成纤维、废水处理等问题成为该技术进一步扩大应用的障碍。本课题提出了应用高压静电制备分散染料微胶囊并直接喷射于织物表面的方案，实现自然纤维的免水洗印花与整理。采用实验测试和理论分析相结合的方法，研究多场耦合下的喷嘴结构、墨水配比等对染料微胶囊成型、演化及与织物微结构作用和发展的影响。由于多场耦合下的流变及传质过程机理极其复杂，理论上重点研究染料微胶囊粒径分布、包封率以及囊壁解体铺展固化的影响因素，以便深入理解和认识胶囊成型、与织物微结构传质机制，为提高自然纤维织物非水系免水洗高压静电直接微胶囊喷射印花品质和合并印花整理工艺提供理论依据。

本项目以自然纤维的无水少水环保印花方法为研究背景，提出了基于分散染料微胶囊技术与自然纤维织物的微纳米层次的作用进行染色，同时利用这种微胶囊触变、升华特性，尝试了自然纤维的免水洗印花整理的合并工艺。本项目采用了理论分析和实验测试的方法，首先通过多相流建模方法仿真芯材微滴在多场耦合作用下的成型过程，得出液滴尺寸与流速、电场力、微喷对象物性参数的关系以及液滴直径的演变过程，结合高压静电场中液滴与微胶囊成形演变实验，验证模型的有效性，并对模型参数进行校核。其次研究微纳胶囊在承印织物表面触变铺展解体、扩散与吸附，在多组分体系中考虑一定温度范围内发生相变的情况，将流体视作多孔介质，全液相对应于孔隙率为1的状态。通过在NS方程中引入相变源项模拟相变过程，综合考虑不可压缩流动、对流扩散传质以及对流热传导传热过程耦合作用，完成液滴在织物表面的作用和固化过程的二维建模，讨论了织物孔隙率对扩散吸附的影响。在自行研制的电液耦合微胶囊喷印染整原型系统构建的基础上进行实验以修正数学模型，重复模拟直至结果较好地吻合环境控制，以便于理解和分析电液耦合微胶囊喷印机理。最后，在原型系统上对纯棉织物进行电液耦合染料微胶囊直接喷印染整。对所得试样进行了微观分析及性能测试，在放大10000倍下观察微纳胶囊在织物纤维表面形成凹凸不平地致密结构，所得试样进行各种色牢度达到4~5级，仅摩擦色牢度为4级，均高于合格级别（3级合格），实验结果表明，高压静电耦合方法可以获得分散染料的微纳级别的胶囊，其对染料进行了良好的固定，避免了染料聚集和泳移，使织物的强度、透气性、色牢度、匀染性、稳定性等方面均获得较大提升。本项目达成了目标，实现了分散染料对自然纤维的染色，染料微胶囊加工条件温和，整个过程无水、清洁、低耗，即喷即用无需储存，避免了传统染色整理工艺流程中酸碱环境对织物纤维的损害，在清洁印染领域有着广泛的应用前景。在喷制的速度和稳定性方面还有待于提高，改进之后，可以进一步扩大应用。