俞冬晴，賀江平

(西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048)

酸性染料染錦綸時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:勻染性差和濕牢度欠佳[1]，而活性染料染錦綸也存在勻染性差的問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，在染液中通常要加入勻染劑。此類助劑通常與纖維、染料或二者同時(shí)有一定的親和力，其作用機(jī)理為占據(jù)纖維上的染座或與染料結(jié)合延緩染料的上染或兩種作用同時(shí)進(jìn)行。國(guó)外使用的勻染劑通常為兩性型，對(duì)硬水、酸堿及金屬離子具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，與多種助劑具有良好的復(fù)配及協(xié)同效果[2]。目前此類產(chǎn)品需要進(jìn)口，增加了生產(chǎn)成本。本實(shí)驗(yàn)旨在研究一種兩性專用表面活性劑，對(duì)活性染料染錦綸有優(yōu)良的勻染效果，使活性染料染色的牢度及染色上染率都得到提高，具有優(yōu)良的性價(jià)比[3]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料的準(zhǔn)備

原料：錦綸為塔士隆320 D(消光)，由福建三榮印花織造有限公司提供。

藥品：牛脂胺聚氧乙烯(T15)醚(工業(yè)品)；磺酸胺、氫氧化鈉、氯化芐(均為分析純)。

儀器：500 mL 三口燒瓶；HHS-2S 型電子恒溫不銹鋼水浴鍋(上海光地儀器設(shè)備有限公司)；JM20001 型電子天平 (余姚市紀(jì)銘儀器設(shè)備有限公司)；CM-70型色度儀(溫州儀器儀表有限公司)；722型分光光度計(jì)(上海第三分析儀廠)。

1.2 勻染劑合成路線

勻染劑合成分為酯化反應(yīng)、季胺化反應(yīng)和中和反應(yīng)三步，各步反應(yīng)如下所示：

酯化反應(yīng)：

C18H37NH(CH2CH2O)nH+HOSO2NH2→

反應(yīng)機(jī)理：酯化反應(yīng)[4]是將磺酸基(—SO3H)引入有機(jī)物分子中的反應(yīng)，磺化反應(yīng)過(guò)程中，磺酸基的硫原子與有機(jī)物分子中的碳原子相連接，得到的產(chǎn)物為磺酸化合物[5]。

1.3 測(cè)試方法

陰離子活性物的測(cè)定：用溴酚藍(lán)作為指示劑，氯仿作為分相劑，用碘化四正丁胺標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至氯仿層出現(xiàn)藍(lán)色為止。計(jì)算陰離子活性物的含量。

表面張力的測(cè)定：采用滴體積測(cè)定法。

潤(rùn)濕力：采用帆布沉降法。

1.4 染色工藝

染色工藝處方見(jiàn)表1，染色工藝曲線見(jiàn)圖1。

表1 染色工藝處方

圖1 染色工藝曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 酯化反應(yīng)最佳條件的選擇

酯化反應(yīng)最佳條件的選擇見(jiàn)表2、表3。

表2 酯化反應(yīng)溫度對(duì)物化性能的影響

2.1.1 酯化反應(yīng)溫度的選擇

從表2可知，溫度對(duì)表面張力、潤(rùn)濕力和陰離子表面活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響很明顯。酯化溫度為90 ℃和100 ℃時(shí)陰離子活性物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，均高于70 ℃、80 ℃時(shí)的酯化產(chǎn)物的陰離子活性物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但90 ℃時(shí)酯化產(chǎn)物的表面活性好，且潤(rùn)濕性能好。

表3 酯化反應(yīng)時(shí)間對(duì)物化性能的影響

2.1.2 酯化反應(yīng)時(shí)間的選擇

由表3可知，酯化時(shí)間為3 h、4 h、5 h時(shí)酯化產(chǎn)物的陰離子活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，均高于2 h時(shí)酯化產(chǎn)物的陰離子活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，考慮到酯化產(chǎn)物的表面活性及潤(rùn)濕性，確定最終的酯化時(shí)間為3 h，在達(dá)到效果的同時(shí)又節(jié)約了成本。

2.2 季胺化反應(yīng)最佳工藝的選擇

要想得到牛酯胺聚氧乙烯酯的季銨鹽產(chǎn)物，就需要是牛酯胺聚氧乙烯酯在一定的溫度和時(shí)間條件下的季銨化產(chǎn)物。一般情況下整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，會(huì)影響牛酯胺聚氧乙烯酯的季銨鹽產(chǎn)物合成的外界主要因素有牛脂胺聚氧乙烯(T15)醚的酯化產(chǎn)物與氯化芐反應(yīng)物的摩爾比(A)、溫度(B)、時(shí)間(C)三個(gè)主要影響因子，每個(gè)因素取三個(gè)水平，應(yīng)用L9(34)正交表，選出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案后再進(jìn)行季胺化實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。

表4 正交因素水平表

根據(jù)正交表的選擇原則，可以選用L9，得9 個(gè)實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)值，正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，正交試驗(yàn)分析見(jiàn)表6、表7。

由表5、6、7 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析結(jié)果，正交實(shí)驗(yàn)得出幾個(gè)因素的影響力大小，本實(shí)驗(yàn)先從單因素對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響考慮，在其它因素不變的條件下對(duì)其研究，轉(zhuǎn)化率最高時(shí)某個(gè)因素的最佳值的確定。在由以上正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從極差R 可以直接分析得到三個(gè)因素對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響，其影響程度最大的是反應(yīng)的溫度，即反應(yīng)溫度的顯著性較之反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物配比的顯著性要高出許多。在表8的方差分析中，同樣也是證明各個(gè)因素的顯著性，結(jié)果都是因素C，即反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率的影響是非常顯著的。因此在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，三個(gè)因素對(duì)合成最有影響力的是反應(yīng)溫度，因此，在制備季銨化產(chǎn)物的過(guò)程中必須控制好溫度。

最終的實(shí)驗(yàn)方案確定：從單因素對(duì)轉(zhuǎn)化率的的最終結(jié)果和由正交實(shí)驗(yàn)得出幾個(gè)因素的影響力大小和研究了在其它因素不變的條件下，轉(zhuǎn)化率最高時(shí)某個(gè)因素的最佳值。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和綜合分析考慮，本實(shí)驗(yàn)的最佳實(shí)驗(yàn)方案定為：反應(yīng)物摩爾比為1 ∶1，反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h。

表5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表6 正交試驗(yàn)分析

表7 正交試驗(yàn)分析

表8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.3 中和反應(yīng)

季胺化產(chǎn)物用NaOH中和而最終轉(zhuǎn)化為其鈉鹽，得到最終產(chǎn)品。得到的產(chǎn)物較穩(wěn)定。

3 勻染劑在錦綸染色中的作用[5]

3.1 勻染性測(cè)試

固定染色工藝及染色處方，改變助劑的質(zhì)量濃度，助劑的勻染性能測(cè)試結(jié)果如表9所示。

表9 選點(diǎn)法測(cè)出的K/S差值

通過(guò)對(duì)表9選點(diǎn)法測(cè)出的K/S值所計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差的觀察，不用勻染劑和勻染劑質(zhì)量濃度0.1 % 和0.5 %時(shí)，其Δ(K/S)都比較大，而0.5 %時(shí)偏差最大，說(shuō)明此時(shí)勻染劑對(duì)織物染色具有剝色效果。結(jié)果選勻染劑質(zhì)量濃度為0.05%時(shí)，所得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差的值最小，此時(shí)的染色效果最穩(wěn)定，勻染性最好，由此也可以證明最佳的勻染劑用量為0.05%。其次勻染劑用量為零時(shí)，它的K/S相對(duì)低，染色深度達(dá)不到日常所需要的顏色，所以評(píng)價(jià)勻染劑的勻染性能不單只看其Δ(K/S)值，也要綜合考慮其他的指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。

3.2 對(duì)牢度的影響

按照?qǐng)D1所示的染色處方升溫工藝曲線，用活性藏青RGB染錦綸，不加勻染劑和加入勻染時(shí)的各項(xiàng)牢度指標(biāo)見(jiàn)表10。

表10 加勻染劑和不加勻染劑時(shí)各項(xiàng)牢度指標(biāo)

從表10可以看出，在染色牢度方面，活性染料染色時(shí)加質(zhì)量濃度0.05%勻染劑與不加勻染劑相比，加質(zhì)量濃度0.05%勻染劑時(shí)的濕摩擦牢度比無(wú)加勻染劑時(shí)的濕摩擦牢度好一級(jí)，能提高錦綸染色的牢度。

3.3 對(duì)染色性能的影響

按照?qǐng)D1所示的染色處方升溫工藝曲線，加入質(zhì)量濃度0.05%勻染劑和未加勻染劑時(shí)活性藏青RGB對(duì)錦綸的上染曲線見(jiàn)圖2。

圖2 活性藏青RGB染錦綸的上染曲線

從圖2可以看出，加入勻染劑與未加勻染劑的染液比較：在加入勻染劑后在染色初期(5 min)，染料的上染百分率有所降低，這是因?yàn)閯蛉緞┡c染料形成了結(jié)構(gòu)松散的聚集體，體積較大，無(wú)法擴(kuò)散到纖維的內(nèi)部，隨著溫度的升高和染色時(shí)間的延長(zhǎng)染料分子逐漸被釋放出來(lái)，開(kāi)始上染纖維。即勻染劑的加入降低了染料的遷移率和擴(kuò)散速度，延緩了染料與纖維迅速結(jié)合的時(shí)間，因而在開(kāi)始時(shí)的上染速度變小，具有良好的移染性，從而達(dá)到了勻染的目的。

4 結(jié)論

(1)錦綸染色用勻染劑的最佳制備工藝條件為:酯化反應(yīng):溫度90 ℃，時(shí)間3 h; 季胺化反應(yīng):牛脂胺聚氧化烯(T15)醚的酯化產(chǎn)物與氯化芐的摩爾比為1 ∶1，反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h。

(2)勻染劑是一種親染料型的勻染劑，與染料有一定的親和力。質(zhì)量濃度0.05%的勻染劑用量把染色時(shí)間延長(zhǎng)30 min，起到緩染作用，二者同時(shí)均起到了勻染作用。

(3)錦綸染色時(shí)使用該勻染劑后的濕摩擦牢度、皂洗牢度都為4級(jí)，尤其具有很好的濕牢度。

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