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陰離子表面活性劑復(fù)配體系的勻染性能研究

羊毛富有彈性,質(zhì)地豐滿,保暖性好,可以制作出獨(dú)特風(fēng)格的織物,但要獲得理想的染色勻染效果往往很難,這主要是由于所用的染料和纖維之間存在著親和力的差異。造成同一纖維表面之間色差的另一個(gè)主要原因是羊毛外層各處性質(zhì)不同,另外,不同產(chǎn)地的羊毛進(jìn)行拼配,或者光照、損傷等也能引起染色不勻現(xiàn)象。因此,有針對(duì)性地選用表面活性劑和其他輔助物質(zhì),研究和利用其協(xié)同效應(yīng),制備和使用新型的有效的專用勻染劑是非常有意義的。

陰離子型表面活性劑分子具有特殊的結(jié)構(gòu),其陰性基團(tuán)與羊毛纖維上帶正電荷的氨基-ＮＨ+3產(chǎn)生離子鍵結(jié)合,兩者的非極性部分之間也存在著分子間引力,包括氫鍵和范德華力,這兩方面的原因使得表面活性劑和纖維之間有較大的親和力,易于締合。表面活性劑占領(lǐng)纖維上的染色席位,遲滯了染料的吸收速度,有利于勻染。關(guān)于勻染劑的研究和應(yīng)用方面,ＡＤａｔｙｎｅｒ做過助劑與染料在染浴內(nèi)的相互作用研究;ＰｒｅｄｇａｒＨｏｆｆｍａｎｎ研究過竭染加工的勻染性;ＭＭａｒｔｉ,ＡｄｅｌａＭａｚａ,ＪＬＰａｒｒａ,ＬＣｏｄｅｒｃａｎｄＳＳｅｒｒａ研究過羊毛低溫染色工藝;ＲｏｂｅｒｔｓＧｅｏｒｇｅＡＦ及Ｘ-ＰＬｅｉ,Ｌｅｗｉｓ等也從事過相關(guān)研究。

作者選用磷酸酯醚鹽和硫酸酯醚鹽等7種陰離子和非離子表面活性劑及輔助劑進(jìn)行復(fù)配的技術(shù)路線,運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)法,得到了一個(gè)最佳配比。用這個(gè)配方制作的產(chǎn)品,具有良好的潤(rùn)濕滲透能力和化學(xué)穩(wěn)定性,用于羊毛染色時(shí),染色成品的色差值小,表觀色深值高,可以起到勻染和提高染料利用率的作用。

1實(shí)驗(yàn)藥劑、器材和方法

1.1藥劑及器材

Ａ:烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鉀,自制;Ｂ:縮甲醛四烷基萘磺酸鈉,武漢第三化學(xué)助劑廠;Ｃ:十二烷基硫酸鈉,天津助劑廠;Ｄ:脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉,上海助劑廠;Ｅ:蓖麻油硫酸化鈉,廣州助劑化工廠;Ｆ:油酸丁酯磺酸鈉,天津助劑廠;Ｇ:八烷基磷酸酯鉀,自制;染料:ＳＡＮＤＯＬＡＮＭＰＧＬ,山德士公司;電腦全自動(dòng)測(cè)色配色儀;精紡純毛毛條,武漢毛紡廠;羊毛織物20.83ｔｅｘ×20.83ｔｅｘ,南通第三毛紡廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1染色實(shí)驗(yàn)

染色處方:織物1ｇ;酸性染料0.04ｇ;勻染劑0.01ｇ,浴比1/100;ｐＨ5±0.5。

染色工藝:配制染浴→升溫(60℃)→投羊毛→加熱(使染浴在30ｍｉｎ內(nèi)升到95℃)→染色(95℃,60ｍｉｎ)→冷水洗→晾干。

1.2.2勻染性和表觀色深

以表觀色深值(Ｋ/Ｓ值)的差值ΔＫ/Ｓ表示勻染性。用測(cè)色配色儀對(duì)染色羊毛進(jìn)行測(cè)試,每一試樣取3個(gè)不同點(diǎn)分別測(cè)定3次,記錄Ｋ/Ｓ值并求出平均值,算出最大值和最小值的差值ΔＫ/Ｓ,以其代表勻染度;ΔＫ/Ｓ值越小,表示織物染色越均勻,理想染色的織物ΔＫ/Ｓ=0。另外,從染料的利用率方面考慮,Ｋ/Ｓ值越大,表觀色深越高,說明染料的利用率越高。

1.2.3起泡消泡性

震蕩法測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%勻染劑溶液的瞬時(shí)泡高和5ｍｉｎ時(shí)泡高,分別表示其起泡性和消泡性。

2結(jié)果與討論

2.1Ｌ18(37)正交實(shí)驗(yàn)

選用上述7種表面活性劑為因子,每個(gè)因子取三水平,各因子的三個(gè)水平值均為0ｇ、4ｇ、8ｇ;以色差值為衡量標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)Ｌ18(37)正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表1。分析表1中各因子勻染性的極差值,因子Ｄ的極差值最大,說明Ｄ對(duì)色差值是最大的影響因素,Ｇ、Ｆ次之,隨后為Ｅ、Ａ和Ｂ、Ｃ。對(duì)Ｄ因子而言,其Ⅱ水平時(shí)數(shù)據(jù)小于Ⅰ和Ⅲ水平,說明Ｄ取Ⅱ水平時(shí),色差值最低,勻染性最佳。同樣,Ｇ和Ｆ因子的Ⅰ值、Ｅ因子的Ⅱ值、Ａ和Ｃ因子的Ⅲ值相對(duì)最小;Ｂ因子的3個(gè)水平值變化不明顯。綜上所述,Ｄ、Ｅ取Ⅱ水平,Ｆ、Ｇ取Ⅰ水平(即0ｇ)、Ａ、Ｃ取Ⅲ水平以上時(shí),將有利于勻染。由此安排下一步的實(shí)驗(yàn)。

8(27)正交實(shí)驗(yàn)

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為得到最佳協(xié)同效應(yīng)配比,以色差值和表觀色深值為衡量標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)Ｌ8(27)正交實(shí)驗(yàn)方案,同時(shí)還考慮到最大影響因子Ｄ、Ｅ的交互作用,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。各因子的二個(gè)水平值分別為(ｇ):Ａ8,12;Ｂ2,6;Ｃ8,12;Ｄ2,6;Ｅ2,6。

分析表2,考察色差值的結(jié)果,因子Ｄ的極差值最大,說明Ｄ是對(duì)勻染性影響最大的因素,其余依次為Ｅ、Ａ、Ｂ、Ｃ。當(dāng)Ｄ、Ｅ均取Ⅱ水平,Ａ、Ｂ、Ｃ各取Ⅱ、Ⅱ、Ⅰ水平值時(shí),勻染性最好。分析表3,考察表觀色深的結(jié)果,極差值最大的是因子Ｅ,說明Ｅ是對(duì)表觀色深值影響最大的因素,Ｃ、Ｄ次之,再次是Ｂ、Ａ。當(dāng)Ｅ、Ｂ取Ⅱ水平,Ｃ、Ｄ和Ａ取Ⅰ水平時(shí),染色物表觀色深值最大。綜上所述,以勻染性能為主要考慮因素,兼顧表觀色深值,得出配方為:烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽12ｇ、縮甲醛四烷基萘磺酸鈉6ｇ、十二烷基硫酸鈉8ｇ、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉6ｇ、蓖麻油硫酸化鈉鹽6ｇ;按比例可簡(jiǎn)化為2.0∶1.0∶1.3∶1.0∶1.0,產(chǎn)品有效物質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在38%。按此配方進(jìn)行6次重復(fù)實(shí)驗(yàn),測(cè)試和計(jì)算色差值,結(jié)果表明該勻染劑的重復(fù)性良好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

2.3表面活性劑及其協(xié)同作用對(duì)染色性能的影響

2.3.1表面活性劑與勻染

從理論上分析,表面活性劑分子的陰性基團(tuán)除了與羊毛纖維上帶正電荷的氨基產(chǎn)生離子鍵結(jié)合以外,其非極性部分間也存在著分子間引力,包括氫鍵和范德華力。兩種原因使得表面活性劑和纖維間有較大的親和力,兩者易于相互締合,表面活性劑占領(lǐng)纖維上的染色席位,遲滯了染料的吸收速度,有利于勻染。

從表面活性劑在溶液中的膠束行為看,由于表面活性劑分子具有兩親結(jié)構(gòu),臨界膠束濃度時(shí)在水溶液中將形成膠束,染料增溶于膠束之中,使得浴液中的染料游離分子實(shí)際總數(shù)目減少,“擁擠”染色局部染深現(xiàn)象可大為改觀。

從表面活性劑對(duì)羊毛本身的影響而言,羊毛由鱗片層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)層組成,鱗片包于纖維的最外層,對(duì)染料的擴(kuò)散有很大阻力。磷酸酯醚鹽和硫酸酯醚鹽分子中的酯基對(duì)羊毛鱗片層分有一定的增溶或溶漲作用,幫助羊毛鱗片的張開,有利于染料分子對(duì)纖維內(nèi)部的擴(kuò)散和滲透,使得染料分子不至于吸附和堆積在表面,而造成表面染花現(xiàn)象。

2.3.2表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)與勻染

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,具有最佳協(xié)同效應(yīng)的5種表面活性劑是磷酸酯醚鹽、芳族磺酸鹽類大分子、烷基硫酸鹽、硫酸酯醚鹽及油脂硫酸化鹽,其中磷酸酯醚鹽和硫酸酯醚鹽分子中都含有聚氧乙烯醚鏈,另外有4種均含硫酸或磺酸基團(tuán),分子結(jié)構(gòu)有相似之處;由于結(jié)構(gòu)的這種相似,彼此之間易于產(chǎn)生良好的協(xié)同效應(yīng)。這種協(xié)同效應(yīng)一方面能夠形成更大的膠束,這種膠束對(duì)于染料分子的增溶和吸收更為有效;另一方面,這種協(xié)同效應(yīng)對(duì)纖維的親和力也大有提高。如上所述,表面活性劑與羊毛之間是具有親和力的,當(dāng)體系中存在多種表面活性劑時(shí),除了離子鍵的結(jié)合之外,羊毛纖維與各種表面活性劑之間、表面活性劑分子相互之間將形成一種混合的復(fù)雜的多元化的結(jié)合,這種結(jié)合比起單一表面活性劑與纖維間的結(jié)合來說,具有廣泛性和多樣性,羊毛和表面活性劑間更有效地互相吸引締合,遲滯染料的吸收勢(shì)頭,減緩上染速度

;同時(shí),這種協(xié)同效應(yīng)對(duì)羊毛的溶漲作用也將更為有效,對(duì)染料在纖維內(nèi)部的滲透更為有利。換言之,對(duì)染色勻染性也更有利。

從理論上分析,可以認(rèn)為陰離子和非離子表面活性劑及其協(xié)同效應(yīng)有助于羊毛上染時(shí)達(dá)到勻染目的。合成纖維、紗線或織物在加工或使用過程中由于摩擦而易產(chǎn)生靜電。帶有靜電的纖維容易吸附塵埃造成沾污,在加工過程中,電荷的吸引或排斥會(huì)使加工困難。紡紗過程中靜電會(huì)造成纖維間抱合性差、易纏繞及斷頭,影響紡紗的順利進(jìn)行;染整加工中,織物烘干后帶靜電時(shí)易吸附在金屬體上,造成織物在滾筒上卷纏;衣服穿用過程中產(chǎn)生的靜電易沾灰塵、纏貼身體及穿著不舒適等。當(dāng)集聚的靜電高于500Ｖ時(shí),會(huì)因放電產(chǎn)生火花、引起火災(zāi),高于8000Ｖ時(shí),則會(huì)產(chǎn)生電擊現(xiàn)象。

抗靜電劑是施加到纖維或織物表面,增加其表面的親水吸濕性,以防止靜電在纖維上積聚的化學(xué)助劑。采用親水性物質(zhì)處理疏水性的合成纖維可以提高纖維表面的吸濕性,在纖維表面形成具有電導(dǎo)性的離子層使纖維表面比電阻大大降低,從而達(dá)到防靜電效果。