王 琛

(上海喜赫精細(xì)化工有限公司，上海 201620)

羊毛纖維是一種天然纖維，在其生長過程中附著的油脂和蛋白質(zhì)皮屑逐漸被日曬氧化，特別是含有不飽和鍵油脂被氧化后會(huì)失去流動(dòng)性固化附著在纖維上[1]。另外，蛋白質(zhì)皮屑含有酰胺鍵，被氧化后顏色發(fā)黃并有很強(qiáng)的拒水性。這些固態(tài)的油脂和蛋白質(zhì)污垢會(huì)導(dǎo)致羊毛白度下降，手感干燥，毛條制得率低，染色出現(xiàn)色斑。洗毛的關(guān)鍵是在低溫、近中性條件下去除羊毛纖維上固化的羊脂、蛋白質(zhì)角質(zhì)層以及不溶性的脂肪酸金屬皂，使洗后的毛條潔白、毛尖不黃變、手感柔順不沾連。在脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)分子結(jié)構(gòu)中引入環(huán)氧丙烷基團(tuán)，得到PO基團(tuán)封端FMEE，分子鏈中同時(shí)具有酯基和甲基2種親油性基團(tuán)，可以與拒水的油脂和蛋白質(zhì)形成多點(diǎn)結(jié)合，在低溫條件下對(duì)油脂和蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的凈洗力[2]。為了進(jìn)一步提高PO封端FMEE清洗羊毛的能力，本文以PO基團(tuán)封端FMEE、溶劑乙二醇叔丁醚、調(diào)理劑6501、滲透劑伯烷基磺酸鈉4種原料復(fù)配適用于羊毛脫脂的洗毛劑，并分析洗毛工藝參數(shù)，以便對(duì)洗毛工藝優(yōu)化提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑材料與儀器

試劑材料：PO基團(tuán)封端FMEE(工業(yè)級(jí)，上海喜赫精細(xì)化工有限公司)，乙二醇叔丁醚(工業(yè)級(jí)，日本丸善油化株式會(huì)社)，調(diào)理劑6501(1∶2型)、伯烷基磺酸鈉(工業(yè)級(jí)，上海清奈實(shí)業(yè)有限公司)，明膠、石油醚、油酸鈉(分析純，上?；瘜W(xué)試劑有限公司)，膠原蛋白生化試劑(分析純，北京雅安達(dá)生物技術(shù)有限公司)，精煉羊油(工業(yè)級(jí)，四川航佳生物科技有限公司)，元明粉(工業(yè)級(jí)，四川省川眉芒硝有限責(zé)任公司)，新疆產(chǎn)細(xì)羊毛(品級(jí)支數(shù)66支，南宮市雅順絨毛有限公司)，標(biāo)準(zhǔn)圓帆布片(上海紡織集團(tuán)檢測標(biāo)準(zhǔn)有限公司)。

儀器：AB 104型電子天平(梅特勒-托利多)，立式小軋車(佛山市亞諾精密機(jī)械制造有限公司)，SOX-406索氏提取器(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，MYP19-2恒溫磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)，YG001B型單纖維電子強(qiáng)力儀(常州市雙固頓達(dá)機(jī)電科技有限公司)，HS-12小樣染色機(jī)(常州市第一紡織設(shè)備有限公司)，WSB-3A數(shù)字白度儀(武漢國量儀器有限公司)。

1.2 性能測試

1.2.1 滲透性測試

參照HG/T 2575—1994《表面活性劑潤濕力的測定 浸沒法》，無外力存在下標(biāo)準(zhǔn)帆布片輕放于待測溶液表面，記錄從樣布放入到開始沉降的時(shí)間。

1.2.2 乳化力測試

依據(jù)GB 11543—1989《表面活性劑 中、高粘度乳液的特性測試及其乳化能力的評(píng)定方法》，將羊油2 g和一定量的脫脂劑水浴加熱至60 ℃，充分?jǐn)嚢枞榛鶆蚝笈c500 g水加于燒杯中，開動(dòng)磁力攪拌器攪拌30 min，再將溶液倒入20 mL帶有刻度的具塞量筒中，秒表計(jì)時(shí)，記錄水相分離出10 mL的時(shí)間，數(shù)值越大，表明乳化力越好。

1.2.3 分散力測試

依據(jù)GB/T 7463—2008《表面活性劑鈣皂分散力的測定 酸量滴定法》，取一定數(shù)量的待測樣品和500 mL硬水于帶塞量筒中，加入一定用量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的油酸鈉至量筒內(nèi)液體開始出現(xiàn)絮凝物。油酸鈉的滴加量表征分散力，滴加量越大，分散性越好。

1.2.4 自制含油織物除油率

純滌綸織物徹底洗凈后，105 ℃烘干，室溫保持24 h，浸泡60 ℃的羊油，小軋車浸軋2次，室溫晾干，織物經(jīng)除油工藝后105 ℃烘干，室溫保持24 h，記錄質(zhì)量。

除油率=[1-(m2-m0/m1-m0)]×100%

式中：m0為滌綸織物自身質(zhì)量，m1為滌綸織物與油污的質(zhì)量，m2為除油后滌綸織物質(zhì)量，單位均為g。

1.2.5 自制蛋白質(zhì)污垢織物清洗率

將膠原蛋白粉與明膠以質(zhì)量比2∶1混合均勻制得蛋白質(zhì)污垢待用，純滌綸織物徹底洗凈后，105 ℃烘干，室溫保持24 h，浸泡60 ℃蛋白質(zhì)污垢，小軋車浸軋2次，室溫晾干，織物經(jīng)除蛋白質(zhì)污垢工藝后105 ℃烘干，室溫保持24 h，記錄質(zhì)量。

除蛋白質(zhì)率=[1-(m4-m0)/(m3-m0)]×100%

式中：m0為滌綸織物自身質(zhì)量，m3為滌綸織物與蛋白質(zhì)污垢的質(zhì)量，m4為除污垢后滌綸織物質(zhì)量，單位均為g。

1.2.6 白度測試

取一定量的羊毛壓成圓餅，按照GB/T 17644—1998《紡織纖維白度色度試驗(yàn)方法》，在白度儀上測量洗毛前后羊毛纖維的白度。

1.2.7 羊毛除油率

將羊毛在105 ℃條件下烘干30 min后，室溫保持24 h，用索氏油脂抽提器分別萃取清洗前后羊毛表面殘留的油脂。

除油率=[(m5-m6)/m5]×100%

式中：m5為羊毛清洗前萃取量，m6為羊毛清洗后萃取量，單位均為g。

1.3 清洗工藝

采用小樣染色機(jī)模擬多槽聯(lián)合洗毛機(jī)，第1道水洗：織物10 g，純凈水500 g，溫度45 ℃清洗5 min；第2道水洗：洗毛劑2 g，元明粉5 g，純凈水500 g，溫度50 ℃清洗5 min；第3道水洗：洗毛劑1 g，元明粉3 g，純凈水500 g，溫度50 ℃清洗5 min；第4道水洗：溫水洗3 min；第5道水洗：冷水洗3 min，80 ℃烘干干燥。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)因素水平的確定

PO基團(tuán)封端FMEE是有良好的去污力，易漂洗，脫脂力適中，并能在纖維表面形成潤滑保護(hù)層以減小纖維損傷，有顯著的懸浮污垢的作用，能將油脂更穩(wěn)定地分散于工作液中不再返沾羊毛。調(diào)理劑6501對(duì)纖維的吸附性較強(qiáng)，在清洗羊毛的同時(shí)也有良好的抗靜電和柔軟羊毛作用，能提高羊毛洗后的柔韌性和蓬松度[3]。乙二醇叔丁醚能降低羊毛纖維的表面張力，可加速油脂在纖維內(nèi)部卷曲脫離，有助于蛋白質(zhì)污垢的溶脹和分解為小分子的水溶物，提高脫脂的效率和洗滌持久力，從而減少表面活性劑的用量[4]。伯烷基磺酸鈉能大幅度提高體系的滲透力和穿透力，徹底潤濕羊毛，使洗液滲透到蛋白質(zhì)污垢與羊毛之間聯(lián)系較弱的部位，降低它們之間的結(jié)合力[5]。以PO基團(tuán)封端FMEE作為脫脂油清洗劑的主體成分，調(diào)理劑6501、乙二醇叔丁醚、伯烷基磺酸鈉為輔，用量為PO基團(tuán)封端FMEE的10%～30%設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平及測試結(jié)果見表1，極差分析見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平及結(jié)果Tab.1 Design of orthogonal test and the results

表2 正交試驗(yàn)極差分析Tab.2 Range analysi of orthogonal test

2.2 各因素對(duì)滲透力的影響

由表2極差分析可知，各因素對(duì)滲透力的影響排序?yàn)椋翰榛撬徕c> PO基團(tuán)封端FMEE >調(diào)理劑6501>乙二醇叔丁醚。伯烷基磺酸鈉對(duì)脫脂劑體系的滲透力影響最為明顯，伯烷基磺酸鈉是末端伯羥基磺化得到的單親水基表面活性劑，分子量小，具有較短的憎水碳鏈，能迅速鋪展物體的表面，降低表面張力，快速滲透入纖維毛細(xì)管內(nèi)部，因此具有極佳的滲透力。PO基團(tuán)封端FMEE在分子鏈中引入帶有甲基的環(huán)氧丙烷基團(tuán)，在親水基團(tuán)結(jié)構(gòu)引進(jìn)部分支鏈，改善了FMEE親水基的直鏈結(jié)構(gòu)，也具有很好的滲透力。調(diào)理劑6501具有類似于叔胺的三叉結(jié)構(gòu)的烷基醇酰胺，分子結(jié)構(gòu)立體化，產(chǎn)生較大空間阻位，相對(duì)于伯烷基磺酸鈉和PO基團(tuán)封端FMEE，滲透性能較差[6]。伯烷基磺酸鈉與PO基團(tuán)封端FMEE對(duì)體系滲透力的影響程度明顯大于調(diào)理劑6501和乙二醇叔丁醚。

2.3 各因素對(duì)羊脂乳化的影響

羊脂的熔點(diǎn)在37～44 ℃[7]，一般洗毛工藝溫度控制在50 ℃以上，表面活性劑在超過羊脂熔點(diǎn)溫度條件下，容易乳化羊脂。由表2可知，各因素對(duì)羊脂乳化的影響排序?yàn)椋篜O基團(tuán)封端FMEE>調(diào)理劑6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸鈉。PO基團(tuán)封端FMEE屬于親油性非離子表面活性劑，促進(jìn)水-油兩相的相互融合易與羊脂形成穩(wěn)定的O/W型微乳液，從而使憎水的脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水的油脂油粒。調(diào)理劑6501是由10～16個(gè)碳原子組成的混合脂肪酸與二乙醇胺反應(yīng)制得，調(diào)理劑6501與羊毛脂中的脂肪酸如異棕櫚酸、異花生酸、豆蔻酸有類似的結(jié)構(gòu)，根據(jù)相似相溶原理，調(diào)理劑6501對(duì)羊脂有很好的溶解作用。乙二醇叔丁醚對(duì)油脂有萃取作用，能改變油脂與水之間的表面張力，產(chǎn)生乳化、分散作用。伯烷基磺酸鈉屬于陰離子型表面活性劑，碳鏈短沒有支鏈結(jié)構(gòu)，對(duì)羊脂幾乎無乳化力。

2.4 各因素對(duì)鈣皂分散力的影響

由表2可見，各因素對(duì)鈣皂分散力的影響排序?yàn)椋篜O基團(tuán)封端FMEE>調(diào)理劑6501>乙二醇叔丁醚>伯烷基磺酸鈉。分散力與化合物的親油基碳鏈的復(fù)雜程度有明顯的關(guān)系響，親油分子鏈越長，支鏈越多，分散性越好。PO基團(tuán)封端FMEE為十六碳油酸結(jié)構(gòu)，具有較大的極性基團(tuán)，環(huán)氧乙烷作為親水基與親油基交替存在形成梳狀結(jié)構(gòu)，與被分散物形成立體網(wǎng)狀，結(jié)合越穩(wěn)定。1∶2型調(diào)理劑6501分子量大、分子結(jié)構(gòu)立體化，也有明顯的分散與攜污作用。乙二醇叔丁醚與伯烷基磺酸鈉的分子量較小，分散力明顯差于PO基團(tuán)封端FMEE。

2.5 各因素對(duì)羊脂清洗的影響

由表2可見，各因素對(duì)羊脂清洗的影響排序?yàn)椋篜O基團(tuán)封端FMEE>乙二醇叔丁醚>調(diào)理劑6501>伯烷基磺酸鈉。在50 ℃溫度條件下羊脂呈融化的液體狀態(tài)，在表面活性劑或機(jī)械力的作用下容易被乳化去除。在羊毛清洗工藝中，羊毛脂應(yīng)當(dāng)適量去除，羊毛脂清洗得過于干凈會(huì)導(dǎo)致羊毛手感變差，氈縮嚴(yán)重。PO基團(tuán)封端FMEE對(duì)羊脂清洗影響最大，F(xiàn)MEE結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧乙烷作為親水基，與水結(jié)合形成清洗工作液，另一端有多個(gè)親油基團(tuán)，可以與羊脂形成多點(diǎn)結(jié)合，親油基團(tuán)作為親水基的一個(gè)橋梁，將羊脂捕捉到清洗工作液中，使油脂不再相互聚集。陰離子伯烷基磺酸鈉能有效協(xié)助工作液滲透入羊脂與纖維結(jié)合層，具有很好的剝離效果。調(diào)理劑6501不帶電荷，不被羊毛吸附，對(duì)硬水穩(wěn)定，對(duì)脫落的油脂產(chǎn)生乳化作用，形成穩(wěn)定的水包油乳液。溶劑乙二醇叔丁醚對(duì)脫脂清洗影響程度較小，乙二醇叔丁醚可以潤濕纖維降低纖維表面的表面張力，降低或削弱污垢與羊毛二者之間的結(jié)合力，有助于油污更容易脫離纖維，可以明顯起到提高表面活性劑清洗的作用[8]。

2.6 各因素對(duì)蛋白質(zhì)污垢的影響

角蛋白質(zhì)由羊毛纖維皮脂腺分泌，多沉積于毛囊周邊并延伸至羊毛纖維，未洗凈殘存的蛋白質(zhì)污染物會(huì)使洗凈毛色澤黯沉，染色工藝出現(xiàn)拒染現(xiàn)象而形成黃斑[9]。蛋白質(zhì)污染物比較穩(wěn)定，當(dāng)溫度大于80 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的二硫鍵和氫鍵開始被破壞斷開，洗毛溫度一般控制在50 ℃，該溫度條件下蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，需要尿素或溶劑溶脹蛋白質(zhì)才能有效的去除蛋白質(zhì)污垢[10]。

各因素對(duì)蛋白質(zhì)污垢的影響排序?yàn)橐叶际宥∶?PO基團(tuán)封端FMEE>調(diào)理劑6501>伯烷基磺酸鈉。乙二醇叔丁醚有很強(qiáng)的溶解能力，能夠有效拆開氫鍵打開角蛋白分子間—S—S—，使蛋白質(zhì)溶脹[11]，進(jìn)而協(xié)助表面活性劑滲透入蛋白質(zhì)內(nèi)部，瓦解污垢。乙二醇叔丁醚對(duì)蛋白質(zhì)污垢去除影響最為明顯。PO基團(tuán)封端FMEE、調(diào)理劑6501、伯烷基磺酸鈉作為清洗劑對(duì)蛋白質(zhì)污垢清洗的影響相近。

2.7 復(fù)配洗毛劑的工廠應(yīng)用實(shí)踐

通過分析各個(gè)因素對(duì)滲透、分散、羊脂的乳化以及清洗的影響因素排序，并考慮原料的成本，將PO基團(tuán)封端FMEE、調(diào)理劑6501、伯烷基磺酸鈉、乙二醇叔丁醚4種原料按照質(zhì)量比3∶2∶1∶1復(fù)配制得洗毛劑，并應(yīng)用于洗毛廠的SF28型聯(lián)合洗毛機(jī)進(jìn)行原毛清洗試驗(yàn)。該廠的洗毛流程為5槽清洗，第1槽保持水溫50 ℃浸潤原毛，軋車將羊毛所含水分充分?jǐn)D壓后(軋余率40%)進(jìn)第2槽洗滌槽；保持水溫65 ℃，第1次加入8.0 kg洗毛劑與9.0 kg工業(yè)純堿，之后每2 h追加洗毛劑3.0 kg與工業(yè)純堿1.5kg，軋車擠壓(軋余率40%)后進(jìn)第3槽洗滌槽、溫度55 ℃，第1次加入5.0 kg洗毛劑與7.0 kg工業(yè)純堿，之后每2 h追加洗毛劑1.5 kg與工業(yè)純堿1.0 kg，軋車擠壓(軋余率40%)后進(jìn)第4槽漂洗、漂洗水來自第5槽用水，軋車扎壓后進(jìn)第5槽、漂洗用新鮮水保持水溫40 ℃，軋車擠壓后進(jìn)圓網(wǎng)滾筒烘干機(jī)，并取烘干后羊毛測試。自配洗毛劑處理后的羊毛白度47.8%，除油率52.17%，該生產(chǎn)線之前使用的洗毛劑白度為47.2%，除油45.35%，2種洗毛劑洗毛白度接近，自配洗毛劑的除油率比原洗毛劑提升近7個(gè)百分點(diǎn)，不僅提高了洗毛質(zhì)量，也增加羊毛脂的回收量。

3 結(jié) 論

PO基團(tuán)封端脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)有良好的脫脂力，并能在羊毛纖維表面形成潤滑保護(hù)層，烷基醇酰胺6501能中和羊毛纖維表面的陰離子電荷，具有抗靜電作用，乙二醇叔丁醚和滲透劑伯烷基磺酸鈉能有效的溶脹、軟化蛋白質(zhì)污垢。本文將4種原料復(fù)配后應(yīng)用于羊毛纖維的脫脂，通過正交試驗(yàn)對(duì)各因素的影響分析，得出如下結(jié)論：

①通過正交試驗(yàn)對(duì)各因素的影響分析，PO基團(tuán)封端FMEE對(duì)鈣皂分散力、羊脂的乳化以及清洗影響較大。乙二醇叔丁醚對(duì)蛋白質(zhì)污垢的清洗影響較大，伯烷基磺酸鈉對(duì)洗毛劑的滲透力影響較大。

②將PO基團(tuán)封端FMEE、調(diào)理劑6501、伯烷基磺酸鈉、乙二醇叔丁醚4種原料按照質(zhì)量比3∶2∶1∶1復(fù)配制得洗毛劑，并應(yīng)用于洗毛廠的原毛清洗生產(chǎn)線，加工后的成品羊毛白度47.8%，除油率52.17%，白度與除油率符合要求。