陰離子表面活性劑復配體系的勻染性能研究
羊毛富有彈性,質地豐滿,保暖性好,可以制作出獨特風格的織物,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主要原因是羊毛外層各處性質不同,另外,不同產地的羊毛進行拼配,或者光照、損傷等也能引起染色不勻現象。因此,有針對性地選用表面活性劑和其他輔助物質,研究和利用其協同效應,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構,其陰性基團與羊毛纖維上帶正電荷的氨基-ＮＨ+3產生離子鍵結合,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。表面活性劑占領纖維上的染色席位,遲滯了染料的吸收速度,有利于勻染。關于勻染劑的研究和應用方面,ＡＤａｔｙｎｅｒ做過助劑與染料在染浴內的相互作用研究;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行復配的技術路線,運用正交實驗法,得到了一個最佳配比。用這個配方制作的產品,具有良好的潤濕滲透能力和化學穩定性,用于羊毛染色時,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實驗藥劑、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;電腦全自動測色配色儀;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實驗方法
1.2.1染色實驗
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。用測色配色儀對染色羊毛進行測試,每一試樣取3個不同點分別測定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
震蕩法測質量分數為1%勻染劑溶液的瞬時泡高和5ｍｉｎ時泡高,分別表示其起泡性和消泡性。
2結果與討論
2.1Ｌ18(37)正交實驗
選用上述7種表面活性劑為因子,每個因子取三水平,各因子的三個水平值均為0ｇ、4ｇ、8ｇ;以色差值為衡量標準,設計Ｌ18(37)正交實驗表進行實驗,結果見表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對色差值是最大的影響因素,Ｇ、Ｆ次之,隨后為Ｅ、Ａ和Ｂ、Ｃ。對Ｄ因子而言,其Ⅱ水平時數據小于Ⅰ和Ⅲ水平,說明Ｄ取Ⅱ水平時,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值相對最小;Ｂ因子的3個水平值變化不明顯。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,將有利于勻染。由此安排下一步的實驗。
8(27)正交實驗
在上述實驗的基礎上,為得到最佳協同效應配比,以色差值和表觀色深值為衡量標準,設計Ｌ8(27)正交實驗方案,同時還考慮到最大影響因子Ｄ、Ｅ的交互作用,實驗結果見表2和表3。各因子的二個水平值分別為(ｇ):Ａ8,12;Ｂ2,6;Ｃ8,12;Ｄ2,6;Ｅ2,6。
分析表2,考察色差值的結果,因子Ｄ的極差值最大,說明Ｄ是對勻染性影響最大的因素,其余依次為Ｅ、Ａ、Ｂ、Ｃ。當Ｄ、Ｅ均取Ⅱ水平,Ａ、Ｂ、Ｃ各取Ⅱ、Ⅱ、Ⅰ水平值時,勻染性最好。分析表3,考察表觀色深的結果,極差值最大的是因子Ｅ,說明Ｅ是對表觀色深值影響最大的因素,Ｃ、Ｄ次之,再次是Ｂ、Ａ。當Ｅ、Ｂ取Ⅱ水平,Ｃ、Ｄ和Ａ取Ⅰ水平時,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;按比例可簡化為2.0∶1.0∶1.3∶1.0∶1.0,產品有效物質量分數控制在38%。按此配方進行6次重復實驗,測試和計算色差值,結果表明該勻染劑的重復性良好。實驗數據見表4。
2.3表面活性劑及其協同作用對染色性能的影響
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除了與羊毛纖維上帶正電荷的氨基產生離子鍵結合以外,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構,臨界膠束濃度時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際總數目減少,“擁擠”染色局部染深現象可大為改觀。
從表面活性劑對羊毛本身的影響而言,羊毛由鱗片層、皮質層和髓質層組成,鱗片包于纖維的最外層,對染料的擴散有很大阻力。磷酸酯醚鹽和硫酸酯醚鹽分子中的酯基對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,有利于染料分子對纖維內部的擴散和滲透,使得染料分子不至于吸附和堆積在表面,而造成表面染花現象。
2.3.2表面活性劑的協同效應與勻染
上述實驗結果表明,具有最佳協同效應的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,分子結構有相似之處;由于結構的這種相似,彼此之間易于產生良好的協同效應。這種協同效應一方面能夠形成更大的膠束,這種膠束對于染料分子的增溶和吸收更為有效;另一方面,這種協同效應對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,當體系中存在多種表面活性劑時,除了離子鍵的結合之外,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雜的多元化的結合,這種結合比起單一表面活性劑與纖維間的結合來說,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,遲滯染料的吸收勢頭,減緩上染速度
;同時,這種協同效應對羊毛的溶漲作用也將更為有效,對染料在纖維內部的滲透更為有利。換言之,對染色勻染性也更有利。
從理論上分析,可以認為陰離子和非離子表面活性劑及其協同效應有助于羊毛上染時達到勻染目的。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使加工困難。紡紗過程中靜電會造成纖維間抱合性差、易纏繞及斷頭,影響紡紗的順利進行;染整加工中,織物烘干后帶靜電時易吸附在金屬體上,造成織物在滾筒上卷纏;衣服穿用過程中產生的靜電易沾灰塵、纏貼身體及穿著不舒適等。當集聚的靜電高于500Ｖ時,會因放電產生火花、引起火災,高于8000Ｖ時,則會產生電擊現象。
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助劑。采用親水性物質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性的離子層使纖維表面比電阻大大降低,從而達到防靜電效果。
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