程倩倩，周向東

（1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021；2.蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215123）

在固色過程中，活性染料與纖維間會發(fā)生反應(yīng)，但同時(shí)自身也會發(fā)生水解，使染料失去反應(yīng)活性，以水溶性狀態(tài)附著在纖維表面和縫隙中形成浮色［1-3］。通常在固色后會對織物進(jìn)行皂洗處理，傳統(tǒng)皂洗劑成分中含有的一些表面活性劑存在生物可降解性差，有致毒性以及環(huán)境激素等一系列問題［4-5］。國家近年來大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)，所以急需開發(fā)一種環(huán)保無污染且適用于活性染料的皂洗劑。由葡萄糖及其衍生物合成的葡萄糖酰胺Gemini 表面活性劑具有良好的生物降解性和環(huán)境相容性，可用作防沾色皂洗劑［6-7］。本實(shí)驗(yàn)以葡萄糖酸內(nèi)酯、二乙烯三胺、烷基環(huán)氧聚醚和月桂酰氯等為原料，合成分子中含有葡萄糖酰胺鏈段的非離子型Gemini 表面活性劑GDAPC。將其運(yùn)用于棉織物的防沾色皂洗，有利于環(huán)境保護(hù)。同時(shí)該表面活性劑可以通過聚氧乙烯鏈與活性染料形成氫鍵結(jié)合，阻止染料沾染織物；還可以附著在纖維表面形成一層保護(hù)膜，達(dá)到防沾色效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：棉針織物（283 g/m2，市售）。

試劑：二乙烯三胺、葡萄糖酸內(nèi)酯（分析純，上海薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司），烷基環(huán)氧聚醚（工業(yè)級，常州纖染助劑有限公司），聚乙烯吡咯烷酮-K30、月桂酰氯（分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司），聚丙烯酸鈉（分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），氯化鈉，氫氧化鈉，碳酸鈉。

儀器：JJ200 精密電子天平（常熟雙杰測量儀器廠），S212-90BC 數(shù)顯恒溫?cái)嚢杵鳌-205 恒溫水浴鍋（上海申勝生物科技有限公司），Nicolet 5700型紅外光譜儀（美國尼高力公司），Hunter Lab UltraScan PRO彩色分光光度計(jì)（美國Hunter Lab公司），DHG-9146A電熱恒溫干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)（日本津島公司）。

1.2 GDAPC 的合成原理和方法

合成反應(yīng)路線如下：

合成方法：取一定量葡萄糖酸內(nèi)酯于150 mL 燒杯中，用適量N,N-二甲基甲酰胺（DMF）充分溶解后，加入裝有攪拌桿和冷凝回流裝置的四口燒瓶中。加入一定量二乙烯三胺，將搭好的裝置于90 ℃水浴鍋中恒溫反應(yīng)5 h；繼續(xù)加入一定量烷基環(huán)氧聚醚，90 ℃下恒溫反應(yīng)3 h；在中間體反應(yīng)完畢后，將水浴鍋溫度降至0 ℃左右，用刻度滴管緩慢滴入一定量月桂酰氯，同時(shí)加入適量縛酸劑三乙胺，并通入氮?dú)鈱⒎磻?yīng)生成的氯化氫氣體排入尾氣吸收裝置中，促進(jìn)反應(yīng)正向移動，有利于反應(yīng)更充分；反應(yīng)結(jié)束后通過減壓蒸餾得到粗產(chǎn)物，用正己烷和丙酮分別洗3 次，冷凍干燥得到GDAPC。

1.3 活性染料染色

工藝配方：活性紅3BF 2%（omf），NaCl 20 g/L，Na2CO315 g/L，浴比1∶50。工藝曲線如下：

其中染后水洗主要是為了洗除纖維上殘留的Na2CO3，防止在高溫皂洗條件下，已經(jīng)以共價(jià)鍵合固著的染料因?yàn)楦邷貕A性條件而發(fā)生水解斷鍵，從纖維上脫落下來。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

防沾色：配制不同質(zhì)量濃度的GDAPC 皂洗溶液［活性紅3BF 2%（omf）］，將溫度升高到98 ℃，把未染色的純棉針織物投入其中處理15 min（浴比1∶50），取出織物去除多余水分，40 ℃烘干，測量沾色色差dE。PAAS 及聚乙烯吡咯烷酮-K30（PVP-K30）的防沾色實(shí)驗(yàn)同GDAPC。

去浮色：配制不同質(zhì)量濃度的GDAPC 皂洗溶液，用常規(guī)皂洗工藝（98 ℃處理15 min）處理染色棉織物（浴比1∶50）。皂洗結(jié)束后取上層清液進(jìn)行定容，通過紫外-可見分光光度計(jì)測定皂洗殘液在染料最大吸收波長處的吸光度，吸光度越大，GDAPC 去浮色能力越強(qiáng)。PAAS 及PVP-K30的去浮色實(shí)驗(yàn)同GDAPC。

1.5 測試

1.5.1 傅里葉變換紅外光譜（AIR-FTIR）

取少量目標(biāo)產(chǎn)物涂抹在溴化鉀鹽片上，在紅外光譜儀上采用衰減全反射率（ATR）模式記錄，并用Origin8.5軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.5.2 防沾色性

采用彩色分光光度計(jì)測定色差dE 值（以白布為標(biāo)樣），每一染樣均勻取4處測定，取平均值。

1.5.3 耐皂洗色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》，采用耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)測試，分別評定皂洗褪色（GB/T 250—2008 褪色用灰色樣卡）和白布沾色（GB/T 251—2008沾色用灰色樣卡）級別。

1.5.4 耐摩擦色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》，使用摩擦牢度儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 AIR-FTIR

圖1a 中，3 453 cm-1處出現(xiàn)的峰由中間體Ⅰ的羥基伸縮振動產(chǎn)生；圖1b 中，3 415 cm-1處的峰是羥基的伸縮振動峰發(fā)生了偏移，同時(shí)在948 cm-1處出現(xiàn)的新峰由C—N 伸縮振動產(chǎn)生［8］，表明反應(yīng)成功進(jìn)行；圖1c 中，1 724 cm-1處出現(xiàn)羰基特征峰，1 182 cm-1處出現(xiàn)的新峰由酯基中的C—O 伸縮振動產(chǎn)生，表明酰氯成功反應(yīng)到中間體Ⅱ上［9］。

圖1 GDAPC 及其中間產(chǎn)物的AIR-FTIR 譜圖

2.2 不同表面活性劑對棉織物防沾色皂洗效果的影響

用硬水（自來水，硬度為380 mg/L，以CaCO3計(jì)）進(jìn)行防沾色實(shí)驗(yàn)。由圖2 可知，當(dāng)溶液為硬水且不添加GDAPC 時(shí)，白布沾色嚴(yán)重，當(dāng)添加少量GDAPC 后，白布沾色顯著下降，在質(zhì)量濃度為1 g/L 時(shí)，沾色色差為25.0，防沾色效果最佳。這是由于GDAPC 分子中的聚氧乙烯鏈可以和活性染料形成氫鍵結(jié)合，阻礙染料沾染織物。此外，GDAPC 大分子會在織物表面形成一層保護(hù)膜，減少活性染料及其水解產(chǎn)物與纖維接觸，達(dá)到防沾色效果［10］。PAAS 能夠與硬水中的Ca2+、Mg2+生成可溶性螯合物，實(shí)現(xiàn)對硬水的軟化，因而PAAS 的沾色色差最小低至23.0，而PVP-K30 則不具備這種螯合能力。

圖2 不同表面活性劑對棉織物的沾色色差

用硬水進(jìn)行去浮色實(shí)驗(yàn)。由圖3 可以看出，隨著GDAPC 質(zhì)量濃度增加，吸光度先逐漸增加；1 g/L 時(shí)GDAPC 的浮色洗除能力上升至最大值，吸光度達(dá)到0.141；GDAPC 質(zhì)量濃度繼續(xù)增加，吸光度趨于穩(wěn)定。而在硬水中，PAAS 同樣表現(xiàn)出優(yōu)于PVP-K30 的去浮色能力，主要是由于PAAS 對硬水有螯合作用，可以軟化硬水。

圖3 不同表面活性劑對棉織物的去浮色能力

2.3 GDAPC 與PAAS復(fù)配皂洗效果

PAAS 在硬水中展現(xiàn)出了比PVP-K30 更為理想的皂洗效果。因此選擇PAAS 與GDAPC 進(jìn)行復(fù)配。按照不同質(zhì)量比將GDAPC 與PAAS 復(fù)配成2 g/L 溶液，考察溶液的防沾色性能以及去浮色性能，結(jié)果如表1和表2所示。

由表1 可知，相較于單獨(dú)使用GDAPC，GDAPC 與PAAS 復(fù)配后的防沾色效果明顯變好。當(dāng)PAAS 與GDAPC 復(fù)配質(zhì)量比為1∶2 時(shí)，沾色色差最?。?9.5），復(fù)配效果較好。

表1 PAAS 與GDAPC 復(fù)配比對棉織物防沾色性能的影響

由表2可以看出，相較于單獨(dú)使用GDAPC，PAAS與GDAPC 復(fù)配后的去浮色能力明顯提高。同樣在復(fù)配質(zhì)量比為1∶2 時(shí)，吸光度為0.162，此時(shí)的浮色洗除效果最佳，表明以該比例復(fù)配的皂洗劑極大地發(fā)揮了非離子表面活性劑與高分子表面活性劑之間的協(xié)同作用。

表2 PAAS 與GDAPC 復(fù)配比對棉織物去浮色性能的影響

2.4 皂洗工藝條件優(yōu)化

以PAAS 與GDAPC 質(zhì)量比為1∶2 復(fù)配皂洗劑，選取洗滌性較差、色牢度相對較低的活性紅3BF 進(jìn)行皂洗實(shí)驗(yàn)，通過改變pH、皂洗溫度、皂洗時(shí)間以及皂洗劑質(zhì)量濃度，考察這些因素對皂洗效果的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 復(fù)配皂洗劑皂洗工藝條件正交實(shí)驗(yàn)

續(xù)表3

從表3 可以看出，不用因素對皂洗殘液吸光度以及標(biāo)樣白布與沾色白布的色差影響呈現(xiàn)相同的規(guī)律。溫度對皂洗效果的影響明顯高于皂洗液pH。皂洗液pH 升高有利于浮色的去除，隨著皂洗時(shí)間的延長更有利于洗除浮色。綜合考慮確定該皂洗劑的優(yōu)化應(yīng)用工藝條件為A2B3C3D4，即皂洗劑質(zhì)量濃度4 g/L，皂洗時(shí)間20 min，皂洗溫度90 ℃，pH 9。各種條件下處理的棉織物耐皂洗色牢度和耐干摩擦色牢度較好，等級均不低于4 級，部分條件下耐濕摩擦色牢度為3～4級。

2.5 不同皂洗劑的皂洗效果

活性染料皂洗劑的性能主要通過去浮色性能、防沾色性能、色牢度3 個(gè)方面進(jìn)行綜合評定。將皂洗劑XC-W（BASF 公司皂洗劑）、GDAPC 及其復(fù)配皂洗劑的皂洗效果進(jìn)行對照，所用染料為活性紅KE-7B，結(jié)果如表4所示。

表4 不同皂洗劑對棉織物的防沾色皂洗效果

由表4 可以看出，XC-W 的防沾色和去浮色性能優(yōu)于GDAPC，但相差較小，且二者耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度基本接近。當(dāng)GDAPC 與PAAS 復(fù)配后，吸光度值可達(dá)0.131，沾色色差低至6.3，可綜合提高防沾色及去浮色能力，且皂洗后染色織物的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度較XC-W 無明顯變化，皂洗效果接近XC-W。

3 結(jié)論

（1）以葡萄糖酸內(nèi)酯、二乙烯三胺、烷基環(huán)氧聚醚和月桂酰氯為原料合成了非離子型Gemini 表面活性劑GDAPC。對GDAPC 進(jìn)行紅外分析，結(jié)果表明親水性的烷基環(huán)氧聚醚和疏水性的月桂酰氯成功接入表面活性劑體系內(nèi)。

（2）在使用硬水的條件下，選擇活性紅3BF 染料進(jìn)行皂洗實(shí)驗(yàn)，當(dāng)GDAPC 質(zhì)量濃度為1 g/L 時(shí)，沾色色差最小為25.0，吸光度最大為0.141，具有較好的防沾色、去浮色效果。將GDAPC 和水溶性高分子PAAS進(jìn)行復(fù)配，當(dāng)PAAS 與GDAPC 質(zhì)量比為1∶2 時(shí)，沾色色差最?。?9.5），吸光度最大（0.162）。復(fù)配后皂洗的優(yōu)化工藝條件為：皂洗劑質(zhì)量濃度4 g/L，皂洗時(shí)間20 min，皂洗溫度90 ℃，pH 9。在此條件下，GDAPC 復(fù)配皂洗劑的吸光度可達(dá)0.131，沾色色差低至6.3，皂洗效果接近于XC-W。