糊料流变性及其对印花性能的影响

（一）原糊的流变性质

印花效果和色浆的流变性密切相关。流变性是流体在切应力作用下的流动变形特性。对印花原糊的流变性研究较多的是原糊在不同切应力（τ）作用下黏度与切变速率（dv／dx）的变化关系，即原糊在不同切应力作用下的黏度变化情况。印花色浆中除了原糊外，还含有染料或颜料以及各种化学药剂，一般来说，色浆的流变性主要决定于原糊的流变性。

流体受到外力或因自身重力的作用会发生流动。流动速率随流体内部分子间的阻力（或称内摩擦力）大小而变化，阻力大，流动速率低，反之就高。流体流动的内部阻力大小表现为流体的黏度。设一液层对距离为x 的另一平行液层相对流动的速度为v，为克服阻力需施加的单位面积切应力（shearing stress）为τ。即τ＝F／A （F 为切面积A 受到的切向应力）。流体层间的速度变化用速度梯度（velocity gradient）（γ）表示，称为剪切速率，γ ＝dv／dx。

流体层流特征如图4－8 所示。切应力和剪切速率的关系为：

式中：η——流体黏度（viscosity）。

图4－8　流体层流示意情况

F—切向应力　A—切面积　x—距离

将切应力τ 对剪切速率γ 的关系作图，可得到流体的流变曲线。

对低分子物流体或一些高分子稀溶液来说，黏度不随切应力而变化，在给定温度和压强下黏度是常数，将τ 对dv／dx 作图为一直线关系，这种流体称为牛顿型流体，其黏度称为牛顿黏度。对印花原糊来说，切应力和剪切速率不成直线关系，即黏度随切应力而变化，这样的流体称为非牛顿型流体，其黏度称为非牛顿黏度。

典型的几种流变曲线如图4－9 所示，图中曲线1 为典型的牛顿型流体的流变曲线，曲线2 和曲线3 在低于一定的切应力（τ0，τ′0）时，流体不发生流动，高于切应力（τ0，τ′0）后才开始流动，此切应力称为屈服值。τ 和γ 可呈线性或非线性关系，呈线性关系的称为塑流型流体，一些油墨、油漆属这种类型的流体。呈非线性关系的称为黏塑型流体，小麦淀粉原糊就有这种性质。曲线3 流体在受到切应力大于τ″以后，流体由黏塑型流体变为塑流型流体。曲线4 表示在受到切应力时就开始流动，但流变曲线的斜率随切应力增加而增大，即黏度随切应力或剪切速率增大而不断减小，剪切速率降低后，黏度随之而增高，这种流体称为假塑流型流体，大多数中等浓度的高分子溶液，以及大部分印花色浆属这种类型的流体。曲线5 和曲线4 正好相反，曲线斜率随切应力增加而增大，即黏度随切应力或剪切速率增大而不断减小，这种流体称为触稠型流体，一些高浓度的颜料浆、膨润土浆的流动有触稠现象。

图4－9　流体的流变曲线

上述各类非牛顿型流体的流变曲线可分别用公式表示。

塑流型：

假塑流型：

黏塑流型：

触稠流型：

式中：τ′0——切应力屈服值；

ηa——在测定条件下的表观黏度；

n——结构黏度指数。

在实际工作中所遇到的分散体系，如印花原糊和色浆的表观黏度，绝大多数是随着切向应力的增加而降低的，并非是一个常数。其主要原因在于原糊中的高分子物具有链状结构，有些还有支链结构，这些链和链之间的网状结构包藏了大量的溶剂，构成了溶剂化胶体，同时在糊料大分子链之间存在范德瓦尔斯力或氢键作用，从而在黏稠的胶体中增大了流体层和层之间的内摩擦力，形成了结构黏度。所以，胶体溶液经过测量得到的表观黏度应该是牛顿黏度和结构黏度之和，即ηa ＝ηn＋ηc。其中ηn 是流体的牛顿黏度，为常数，而ηc 是流体的结构黏度，在受到切变应力的作用后，糊料大分子链的溶剂化作用被破坏产生自由水分，同时高分子链和链之间的网状结构受机械作用，开始向某一特定的方向运动，使分子链间范德瓦尔斯力或氢键作用被破坏，流体层和层之间黏滞阻力（内摩擦力）降低。从而使ηc 值下降甚至消失，因此ηc 不是一个常数。

图4－10　触变性流体的流变曲线

有些原糊的表观黏度不但随切应力增加而降低，而且还与施加切应力时间长短有关。在恒温条件下，加以一定的切应力，它们的剪切速率在开始时比较小，随着时间延续，剪切速率会渐渐增加。去除切应力以后，会逐渐回复成原来的状态。这种黏度在等温条件下与时间有依赖关系的可逆变化称为触变性。触变性流体的流变曲线如图4－10 所示。

在图4－10 的流变曲线图中，流变曲线的滞后（超前）曲线的形状，决定于曲线上行和下行时，切向应力施加或递减的速率，当速率极慢时，流体可不呈现触变现象，得到的是图中以虚线标出的平衡曲线。流体触变性的大小，是以上行曲线和下行曲线所包围的面积来表示的，面积越大，则流体的触变性越大。

流体的触变性，主要是由其结构黏度引起的。结构黏度可因机械影响（如搅拌、印花刮浆、花筒挤压）或温度变化（如加热）而减小或消失，也可因施加的影响消除（如色浆静置一段时间、冷却）而回复。回复过程中，流体的流变曲线并不一定循原来曲线的轨迹，但最终仍可以回复成原来流体的表观黏度，这种现象常可重复地演变。(www.xing528.com)

影响流体触变性大小的因素有：

（1）分散体系的本性。牛顿型流体无触变性，其他类型的分散体系，由于结构黏度的存在或多或少地都存在触变现象，结构黏度大的分散体系其触变性大。

（2）分散体系中分散质的含量。分散体系中分散质的含量，对印花原糊来说即是原糊的浓度，浓度低的其触变性小。例如4%以下的皂荚胶，其触变性极小，到6%以上时，则该原糊的触变性变大。

图4－11　切应力的作用幅度与流体触变性的变化

（3）切应力的作用幅度。切应力的作用幅度增大，同一分散体系的触变性变大。如图4－11 所示。

印花原糊、色浆的流变性能，对其印花性能有很大的影响，根据印花原糊、色浆的流变曲线或黏度曲线，可以预测该原糊在实际印花过程中的印花性能。在实际生产中常用印花黏度指数来表示流变性。印花黏度指数简称PVI值，也称PVID。测定方法是，采用回转式黏度计测取同一原糊在相同转子转速分别为100r／min 与10r／min 时的黏度比值，即PVI值＝η100／η10；若选用同一种转子在60r／min 及6r／min 两种转速下，分别测取原糊的黏度，则PVI 值＝η60／η6。必须说明的是，这两种不同条件下测得的PVI 值是不同的，因此在做比较时必须注明实验的转速。印花原糊和色浆的PVI 值在0.1 ～1.0 之间，PVI 值为1 时，是牛顿型流体。PVI 值越小，则原糊的结构黏度越大，结构黏度指数也越大。PVI 值与结构黏度指数的关系近似符合下式：

小麦淀粉、龙胶、结晶树胶、甲基纤维素、羧甲基淀粉钠和羧甲基纤维素糊的结构黏度指数都很高（即PVI 值很低），而印染胶糊的结构黏度则较低（PVI 值较高）。阿拉伯树胶糊的PVI 值很高，接近1，近似牛顿型流体。海藻酸钠糊的PVI 值也较高，特别是低黏度的海藻酸钠，通常认为属于牛顿型流体。

在实际应用中，有时为了获得较为满意的结果，常选用两种原糊，取长补短进行拼混使用。例如，小麦淀粉的渗透性和印花均匀性差，为了改善印花均匀性，可以与印花均匀性良好的印染胶糊或海藻酸钠糊混合使用。油／水型乳化糊和海藻酸钠糊混合使用，不但可以增加乳化糊的胶体稳定性，而且可增进乳化糊的渗透性。即使同类的糊料，也可采用几种来源的原料混用，例如国外有些海藻酸钠商品是取不同产地的海藻加工制得的，所制成糊料的印花性能比单一产地的海藻钠糊要好。混合糊的黏度不是它们原来黏度的简单平均值，与它们的混合比不呈线性关系，大多数是低于原来任何一种糊的黏度，少数也可能比原来的高，这决定于原糊的性质和相容性。图4－12 为小麦淀粉糊和黄糊精、龙胶、阿拉伯树胶糊拼混糊黏度与混合比的关系。

图4－12　小麦淀粉糊和黄糊精、龙胶、阿拉伯树胶糊拼混糊黏度与混合比的关系

混合糊的黏度不等于原来两种糊黏度的平均值，这表明混合后两种糊料之间发生相互作用。一般来说，水合能力强的糊料分子可夺去水合能力弱的糊料中的水分子，使它溶胀程度下降，黏度随之降低。两种都带负电荷的糊料分子，例如海藻酸钠和羧甲基纤维素钠，由于分子之间存在静电斥力，相互作用较小，所以拼混后黏度变化不大。

混合糊的黏度虽然与混合比不呈直线关系，但大多数混合糊的PVI 值与混合比呈直线关系，而且混合组分越多，这种关系越为明显。因此，混合糊的PVI 值可以从每种糊的PVI 值和它们的含量近似地求得：

式中：（PVI）a——a 糊的PVI 值；

（PVI）b——b 糊的PVI 值；

ma——a 糊的质量；

mb——b 糊的质量。

小麦淀粉糊和羧甲基纤维素钠糊的混合比与PVI 值的关系如图4－13 所示。

图4－13　小麦淀粉糊和羧甲基纤维素钠糊的混合比与PVI 值的关系

（二）印花糊料的印花适应性

如前所述，各种印花糊的流变性差异很大，什么糊料的流变性最适合，或者说不同的印花方式、图案以及印不同纤维的纺织品应选用怎样流变性的印花原糊，这是印花工作者最为关心的事情。

印花方法主要有滚筒、平网、圆网以及纸版印花等。在手工筛网印花过程中，要求色浆在刮前静止在筛网上（不能产生“淌浆” 现象），色浆在刮浆时受切应力作用后，黏度应迅速下降，透过网孔并进入织物的毛细管中，切应力去除后色浆应立刻回复原来的黏度，因此应选用假塑型色浆为宜，这种印花方法最常用的原糊是淀粉、海藻酸钠以及变性种子胶等。滚筒印花机印花时，色浆受到强烈的刮动和挤压的机械力作用，切应力和剪切速率都很高，一般宜选用黏度相对较低的糊料，常用的印花糊有海藻酸钠、印染胶以及变性种子胶制得的糊。自动平网和圆网印花的刮浆速度介于上述两种之间，刮浆时色浆受到的切应力和剪切速率也在上述两种之间，所以需要选用流变性介于上述两种之间的糊。常用印花糊有海藻酸钠、变性种子、羧甲基纤维素钠以及其他天然糊料的变性产物。

上述四种印花方法的色浆具有的黏度和PVI 值要求大致有以下关系：

花型或图案特征不同，色浆的流变性也应不同。一般来说，色浆的黏度高，PVI 值低，容易印得清晰的花纹，反之较差。所以印制线条、小花等精致花纹时，应选用PVI 值较小，触变性较强和黏度较高的色浆。而印制大块面、满地花的花纹，或者要求印透性和印花均匀性好的产品，则应选用PVI 值较高，触变性较弱和黏度较低的色浆。

图4－14　图案特征、纤维性质和织物组织结构与色浆黏度和PVI 值的关系

此外，纤维性质和织物组织结构不同，色浆的流变性也应不一样。例如，印亲水性强的天然纤维纺织品或印浆易渗透的蓬松纺织品，以选用含固量低，PVI 值较低和黏度较低的色浆为宜，以利于色浆对纺织物润湿、渗透。相反印制疏水性纤维纺织品或色浆较难渗透的紧密织物，则以选用含固量高，PVI 值较高和黏度较高的色浆为宜，通常选用糊精、低黏度海藻酸钠及某些变性淀粉糊作糊料。上述关系可粗略地由图4－14 表示。这种关系不是绝对的，有些因素也是相互制约的，实际应用时应根据具体情况加以平衡来选用糊料。