阴离子表面活性剂复配体系的匀染性能研究

羊毛富有弹性,质地丰满,保暖性好,可以制作出独特风格的织物,但要获得理想的染色匀染效果往往很难,这主要是由于所用的染料和纤维之间存在着亲和力的差异。造成同一纤维表面之间色差的另一个主要原因是羊毛外层各处性质不同,另外,不同产地的羊毛进行拼配,或者光照、损伤等也能引起染色不匀现象。因此,有针对性地选用表面活性剂和其他辅助物质,研究和利用其协同效应,制备和使用新型的有效的专用匀染剂是非常有意义的。

阴离子型表面活性剂分子具有特殊的结构,其阴性基团与羊毛纤维上带正电荷的氨基-ＮＨ+3产生离子键结合,两者的非极性部分之间也存在着分子间引力,包括氢键和范德华力,这两方面的原因使得表面活性剂和纤维之间有较大的亲和力,易于缔合。表面活性剂占领纤维上的染色席位,迟滞了染料的吸收速度,有利于匀染。关于匀染剂的研究和应用方面,ＡＤａｔｙｎｅｒ做过助剂与染料在染浴内的相互作用研究;ＰｒｅｄｇａｒＨｏｆｆｍａｎｎ研究过竭染加工的匀染性;ＭＭａｒｔｉ,ＡｄｅｌａＭａｚａ,ＪＬＰａｒｒａ,ＬＣｏｄｅｒｃａｎｄＳＳｅｒｒａ研究过羊毛低温染色工艺;ＲｏｂｅｒｔｓＧｅｏｒｇｅＡＦ及Ｘ-ＰＬｅｉ,Ｌｅｗｉｓ等也从事过相关研究。

作者选用磷酸酯醚盐和硫酸酯醚盐等7种阴离子和非离子表面活性剂及辅助剂进行复配的技术路线,运用正交实验法,得到了一个最佳配比。用这个配方制作的产品,具有良好的润湿渗透能力和化学稳定性,用于羊毛染色时,染色成品的色差值小,表观色深值高,可以起到匀染和提高染料利用率的作用。

1实验药剂、器材和方法

1.1药剂及器材

Ａ:烷基聚氧乙烯醚磷酸酯钾,自制;Ｂ:缩甲醛四烷基萘磺酸钠,武汉第三化学助剂厂;Ｃ:十二烷基硫酸钠,天津助剂厂;Ｄ:脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠,上海助剂厂;Ｅ:蓖麻油硫酸化钠,广州助剂化工厂;Ｆ:油酸丁酯磺酸钠,天津助剂厂;Ｇ:八烷基磷酸酯钾,自制;染料:ＳＡＮＤＯＬＡＮＭＰＧＬ,山德士公司;电脑全自动测色配色仪;精纺纯毛毛条,武汉毛纺厂;羊毛织物20.83ｔｅｘ×20.83ｔｅｘ,南通第三毛纺厂。

1.2实验方法

1.2.1染色实验

染色处方:织物1ｇ;酸性染料0.04ｇ;匀染剂0.01ｇ,浴比1/100;ｐＨ5±0.5。

染色工艺:配制染浴→升温(60℃)→投羊毛→加热(使染浴在30ｍｉｎ内升到95℃)→染色(95℃,60ｍｉｎ)→冷水洗→晾干。

1.2.2匀染性和表观色深

以表观色深值(Ｋ/Ｓ值)的差值ΔＫ/Ｓ表示匀染性。用测色配色仪对染色羊毛进行测试,每一试样取3个不同点分别测定3次,记录Ｋ/Ｓ值并求出平均值,算出最大值和最小值的差值ΔＫ/Ｓ,以其代表匀染度;ΔＫ/Ｓ值越小,表示织物染色越均匀,理想染色的织物ΔＫ/Ｓ=0。另外,从染料的利用率方面考虑,Ｋ/Ｓ值越大,表观色深越高,说明染料的利用率越高。

1.2.3起泡消泡性

震荡法测质量分数为1%匀染剂溶液的瞬时泡高和5ｍｉｎ时泡高,分别表示其起泡性和消泡性。

2结果与讨论

2.1Ｌ18(37)正交实验

选用上述7种表面活性剂为因子,每个因子取三水平,各因子的三个水平值均为0ｇ、4ｇ、8ｇ;以色差值为衡量标准,设计Ｌ18(37)正交实验表进行实验,结果见表1。分析表1中各因子匀染性的极差值,因子Ｄ的极差值最大,说明Ｄ对色差值是最大的影响因素,Ｇ、Ｆ次之,随后为Ｅ、Ａ和Ｂ、Ｃ。对Ｄ因子而言,其Ⅱ水平时数据小于Ⅰ和Ⅲ水平,说明Ｄ取Ⅱ水平时,色差值最低,匀染性最佳。同样,Ｇ和Ｆ因子的Ⅰ值、Ｅ因子的Ⅱ值、Ａ和Ｃ因子的Ⅲ值相对最小;Ｂ因子的3个水平值变化不明显。综上所述,Ｄ、Ｅ取Ⅱ水平,Ｆ、Ｇ取Ⅰ水平(即0ｇ)、Ａ、Ｃ取Ⅲ水平以上时,将有利于匀染。由此安排下一步的实验。

8(27)正交实验

在上述实验的基础上,为得到最佳协同效应配比,以色差值和表观色深值为衡量标准,设计Ｌ8(27)正交实验方案,同时还考虑到最大影响因子Ｄ、Ｅ的交互作用,实验结果见表2和表3。各因子的二个水平值分别为(ｇ):Ａ8,12;Ｂ2,6;Ｃ8,12;Ｄ2,6;Ｅ2,6。

分析表2,考察色差值的结果,因子Ｄ的极差值最大,说明Ｄ是对匀染性影响最大的因素,其余依次为Ｅ、Ａ、Ｂ、Ｃ。当Ｄ、Ｅ均取Ⅱ水平,Ａ、Ｂ、Ｃ各取Ⅱ、Ⅱ、Ⅰ水平值时,匀染性最好。分析表3,考察表观色深的结果,极差值最大的是因子Ｅ,说明Ｅ是对表观色深值影响最大的因素,Ｃ、Ｄ次之,再次是Ｂ、Ａ。当Ｅ、Ｂ取Ⅱ水平,Ｃ、Ｄ和Ａ取Ⅰ水平时,染色物表观色深值最大。综上所述,以匀染性能为主要考虑因素,兼顾表观色深值,得出配方为:烷基聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐12ｇ、缩甲醛四烷基萘磺酸钠6ｇ、十二烷基硫酸钠8ｇ、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠6ｇ、蓖麻油硫酸化钠盐6ｇ;按比例可简化为2.0∶1.0∶1.3∶1.0∶1.0,产品有效物质量分数控制在38%。按此配方进行6次重复实验,测试和计算色差值,结果表明该匀染剂的重复性良好。实验数据见表4。

2.3表面活性剂及其协同作用对染色性能的影响

2.3.1表面活性剂与匀染

从理论上分析,表面活性剂分子的阴性基团除了与羊毛纤维上带正电荷的氨基产生离子键结合以外,其非极性部分间也存在着分子间引力,包括氢键和范德华力。两种原因使得表面活性剂和纤维间有较大的亲和力,两者易于相互缔合,表面活性剂占领纤维上的染色席位,迟滞了染料的吸收速度,有利于匀染。

从表面活性剂在溶液中的胶束行为看,由于表面活性剂分子具有两亲结构,临界胶束浓度时在水溶液中将形成胶束,染料增溶于胶束之中,使得浴液中的染料游离分子实际总数目减少,“拥挤”染色局部染深现象可大为改观。

从表面活性剂对羊毛本身的影响而言,羊毛由鳞片层、皮质层和髓质层组成,鳞片包于纤维的最外层,对染料的扩散有很大阻力。磷酸酯醚盐和硫酸酯醚盐分子中的酯基对羊毛鳞片层分有一定的增溶或溶涨作用,帮助羊毛鳞片的张开,有利于染料分子对纤维内部的扩散和渗透,使得染料分子不至于吸附和堆积在表面,而造成表面染花现象。

2.3.2表面活性剂的协同效应与匀染

上述实验结果表明,具有最佳协同效应的5种表面活性剂是磷酸酯醚盐、芳族磺酸盐类大分子、烷基硫酸盐、硫酸酯醚盐及油脂硫酸化盐,其中磷酸酯醚盐和硫酸酯醚盐分子中都含有聚氧乙烯醚链,另外有4种均含硫酸或磺酸基团,分子结构有相似之处;由于结构的这种相似,彼此之间易于产生良好的协同效应。这种协同效应一方面能够形成更大的胶束,这种胶束对于染料分子的增溶和吸收更为有效;另一方面,这种协同效应对纤维的亲和力也大有提高。如上所述,表面活性剂与羊毛之间是具有亲和力的,当体系中存在多种表面活性剂时,除了离子键的结合之外,羊毛纤维与各种表面活性剂之间、表面活性剂分子相互之间将形成一种混合的复杂的多元化的结合,这种结合比起单一表面活性剂与纤维间的结合来说,具有广泛性和多样性,羊毛和表面活性剂间更有效地互相吸引缔合,迟滞染料的吸收势头,减缓上染速度

;同时,这种协同效应对羊毛的溶涨作用也将更为有效,对染料在纤维内部的渗透更为有利。换言之,对染色匀染性也更有利。

从理论上分析,可以认为阴离子和非离子表面活性剂及其协同效应有助于羊毛上染时达到匀染目的。合成纤维、纱线或织物在加工或使用过程中由于摩擦而易产生静电。带有静电的纤维容易吸附尘埃造成沾污,在加工过程中,电荷的吸引或排斥会使加工困难。纺纱过程中静电会造成纤维间抱合性差、易缠绕及断头,影响纺纱的顺利进行;染整加工中,织物烘干后带静电时易吸附在金属体上,造成织物在滚筒上卷缠;衣服穿用过程中产生的静电易沾灰尘、缠贴身体及穿着不舒适等。当集聚的静电高于500Ｖ时,会因放电产生火花、引起火灾,高于8000Ｖ时,则会产生电击现象。

抗静电剂是施加到纤维或织物表面,增加其表面的亲水吸湿性,以防止静电在纤维上积聚的化学助剂。采用亲水性物质处理疏水性的合成纤维可以提高纤维表面的吸湿性,在纤维表面形成具有电导性的离子层使纤维表面比电阻大大降低,从而达到防静电效果。