（纺织化学与染整工程专业论文）匀染剂在毛织物染色中的应用研究.pdf

摘要 本论文通过对原有匀染剂的对比和分析，指出了其各自的优点和缺 点，旨在将一种新型匀染剂s o 应用于羊毛染色中。 本论文主要测试了匀染剂s 0 的主要物化性能一润湿性能、表面张力 及临界胶束浓度等。在用酸性染料染羊毛织物的实验中，详细讨论了该 匀染剂对染料的缓染作用、与染料之间的相互作用及其对羊毛纤维表面 性能的影响以及初染性、移染性、匀染性等方面，分析和讨论了该两性 表面活性剂的匀染作用及匀染机理，研究了该助剂在不同浓度、温度、 p h 值等条件下对羊毛染色性能的影响，并将该匀染剂与国内外常用匀染 剂的匀染效果加以比较。通过以上的研究和分析，表明该产品是一种表 面活性较好、匀染效果较好的匀染剂。 关键词：匀染剂，染色工艺，酸性染料，羊毛织物 a b s t t a c t a b s t r a c t b yc o m p a r i n gw i t ha n da n a l y z i n gt h eo l dl e v e l i n ga g e n t ，i n d i c a t i n gt h e i r a d v a n t a g ea n ds h o r t c o m i n g s ，t h i sa r t i c l em a i n l yr e p o r t st h ea p p l i c a t i o no f l e v e l i n ga g e n ts oi nw o o ld y e i n g ，a i m i n ga tf i n d i n gt h eb e s ta p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s as e r i e so fp h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e so fl e v e l i n ga g e n ts o ，s u c ha s w e t t i n gp r o p e r t y ，s u r f a c et e n s i o n ，c m ca n ds oo n ，w e r et e s t e d d u r i n gt h e a p p l i c a t i o ne x p e r i m e n ti nw o o ld y e i n gw i t hw e a ka c i dd y e s ，t h el e v e l i n g p r i n c i p l ea n de f f e c to fl e v e l i n ga g e n ts ow a si n v e s t i g a t e di nr e t a r dt od y e i n g e f f e c t ，d y em i g r a t i o na n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nd y e sa n dl e v e l i n ga g e n t s ， a n di t se f f e c to nt h ep r o p e r t i e so fw o o ls u r f a c e t h ew o o ld y e i n gp r o p e r t i e so f l e v e l i n ga g e n ts ow e r ea n a l y z e di nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，s u c ha st e m p e r a t u r e p ha n dt h eu s a g e so fs u r f a e t a n t t h el e v e l i n gr e s u l tw a sc o n t r a s t e db e t w e e n t h i ss u r f a c t a n ta n dt h er e l e v a n tp r o d u c t sw h i c he x i s t e da th o m ea n da b r o a d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e v e l i n ga g e n ts oi sas u r f a c t a n tw i t hl o ws u r f a c e t e n s i o na n dg o o dl e v e l i n ge f f e c t k e yw o r d s ：l e v e l i n ga g e n t ；d y e i n gc o n d i t i o n ；a c i dd y e ；w o o lf a b r i c s 2 、前击 1 前言 对纤维和织物染色，必须使染料分子均匀地分布在纤维表面上，并 使分枯于纤维表面的染料向纤维内部扩散。当织物整个表面的颜色深度、 色光和鲜艳度都很一致时，该染色可称为均匀染色。 实际上染色中常出现不均匀现象，如条化和染斑。一方面原因是由 于纤维的物理、化学结构不均匀，另一方面是由于染色前处理和染色条 件不当所致。为使染色中染色速度快、易起斑的染料达到均匀染色的目 的。可采取以下措施：一方面控制染色速度，这可通过控制温度、控制 染料的瞬染性、使用匀染剂、缓染剂、使拼色的染料保持染色速度一致 和控制促染剂；另一方面使染浴的浓度和温度均匀，可加大染液流量、 使用匀染能力大的染色机械和提高溶液的稳定性【2 】。 虽然凭借高超的染色技术，严格的细心操作，有时可以获得均匀的 染色效果，但并不十分稳妥，简便易行的方法是加入匀染剂。 作为匀染剂的条件是：能使染料缓慢的被纤维吸附( 具有缓染作用) ： 如果染色不均匀，可使染料从深色部分向浅色部分移动( 具有移染作用) ； 不降低染色坚牢度。所以，匀染剂应同时具有缓染性和移染性1 3 】。 近年来，随着人们生活水平的同益提高和市场的不断交化，纺织品 逐渐向高档型发展，尤其是毛纺类产品深受人们的喜爱。羊毛富有弹性 和吸湿性，质地丰满，光泽自然，保暖性好，可以织成多种具有独特风 格的织物。羊毛纤维作为高档天然纤维之一，具有优良的弹性和保暖性， 深受消费者的青睐，历来受到人们的重视。但由于羊毛纤维疏水性的外 表皮层和致密的鳞片层的存在，使染料的上染和向纤维内部扩散受到阻 碍，再加上羊毛纤维本身的差异性，例如：羊毛纤维的根部，它靠近羊 的皮肤并且埋藏在临近的纤维中间，可以避免阳光和雨水的侵蚀：然而 羊毛的尖端暴露在环境中，受到光化学和水解的损害。因此，羊毛尖端 一、前官 的染色性能与根部不同1 4 , 5 l 。由于上述原因，羊毛染色后常显示出纤维尖 端与其余部分色泽不同，取自同一只羊身上不同部位的羊毛，染色性能 也有差异，极易造成染色不匀的现象。尽管羊毛染整中应用的助剂很多， 但其应用与需求方面仍然存在着一定的距离，为避免和改善羊毛染色不 匀的情况，开发高档毛纺织产品，有必要开发和研制新型的毛用匀染剂。 在染色过程中加入匀染剂有助于减少羊毛染色中的亲和力差异，帮助染 色。 各类染料用于纤维染色时，往往会产生染色不均的现象，造成色花。 解决染色不均问题最常用的方法是染色加工时添加匀染剂。匀染剂就是 在染色过程中，能够增强移染或延缓染色速度而获得均匀染色效果的助 剂。匀染的概念是染料在染色产品表面及纤维内部均匀染色。通常说的 匀染是染料在染色产品表面均匀染色；染料在染色织物内部的均匀分柿 称为透染。匀染剂有助于染料从浓度高的部位，通过染液转移到染料浓 度低的部位，从而使织物表面得色均匀一致。 由于匀染剂实际上也就是表面活性剂的一种，我们有必要首先了解 一下表面活性剂 2 , 6 1 。 1 1 表面活性剂的基本作用 1 1 1 乳化分散作用 互不相溶的两液相中的一相以微滴状分散于另一相中，所形成的乳 状物称为乳状液，这种作用称为乳化作用。若一相以微粒状固体均匀地 分散于液相中，所形成的悬浮物称为悬浮液，这种作用称为分散作用。 为了获得稳定的乳状液和悬浮液，所加入的表面活性剂分别称为乳化剂 和分散剂“。 1 1 2 润湿作用和渗透作用 4 一、前言 润湿和渗透是普通的现象，在生产、生活过程中广泛应用。对纺织 品而言，由于纺织品是一种多孔物质，有巨大的表面积，溶液可沿着纤 维迅速展开，透入纤维的空隙取代空气，将空气一纤维界面( 固一气界 面) 代之以液体一纤维( 固一液) 界面，此过程称为润湿。用来增进润 湿现象的助剂叫润湿剂。如果液体润湿了毛细管壁，则液体能够在毛细 管内上升至一定高度，从而使高出的液柱产生静压强，促使溶液渗透到 织物内部，即为渗透。在织物染整加工过程中，凡是能够促使液体表面 润湿的物质，也就能使溶液在织物内部渗透，因此在大多数情况下润湿 荆也就是渗透剂。 1 1 3 净洗作用 净洗是从固体表面上除去异物的操作，它在生产和生活过程中经常 用到，织物在染整加工过程中，净洗是一个重要的环节。净洗作用的基 本过程为净洗剂对污物及纤维表面的吸附、污垢的润湿和渗透、污垢的 脱落、污垢的乳化分散。 1 1 4 发泡与消泡作用 泡沫被用于纺织染整加工是2 0 世纪8 0 年代初的一种新工艺，即所 谓泡沫整理。就是将浓的化学品水溶液或分散液制成泡沫，然后，将泡 沫用泵输送到施加器，用泡沫施加器将泡沫均匀的施加到织物表面。然 后用轧辊使织物表面上的泡沫层破裂，以便使整理剂分布在织物中。 起泡性即起泡能力的大小，是在一定条件下，摇动或搅拌时产生泡 沫的多少来评定的。起泡力好的物质称为起泡剂。 相反，纺织品在加工过程中，要接触各种染料和助剂。这些助剂， 特别是洗涤剂、渗透剂、乳化剂和匀染剂等表面活性剂，在受到机械震 动后，容易产生泡沫。泡沫是空气在水中或某些液体中的分散体，在织 物加工时，会使液体与织物的接触面降低，产生加工不匀现象，严重影 响生产和产品质量。因此，在印染各工序中，要迅速消除泡沫或避免泡 一、前苦 沫产生，此时，就应该添加消泡剂。 理想的消泡剂。要求同时具有抑泡和消泡的作用，在水中的溶解度 要小，也不易被工作液乳化和增溶。消泡剂品种较多，但根据类型，一 般可分为含硅和不含硅两大类。 1 2 表面活性剂的分类 表面活性剂的分类方法有很多，常见的有如下几种： ( 1 ) 按溶解性分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂： ( 2 ) 按分子量分为低分子表面活性剂、中分子表面活性剂和高分子表面活 性剂： ( 3 ) 按用途分为精练剂、乳化剂、渗透剂、分散剂、起光剂、消泡剂、匀 染剂、缓染剂、杀菌剂、阻燃荆、净洗剂、固色剂等： ( 4 ) 按离子型分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型。 1 。3 两性表面活性剂发展概述 两性表面活性剂是具有表面活性的分子中同时包含正负电荷中心的 一类表面活性剂，它在整个表面活性剂中开发较晚的。直到1 9 3 7 年美国 专利才开始有这类化合物的报道，1 9 4 0 年美国杜邦公司发展了这类化合 物，并首次报道了甜菜碱系( b e t a i n e ) 两性表面活性剂。1 9 4 8 年德国 a d o l fs c h m i z 发表了对电解质稳定的氨基羧酸系两性表面活性剂，并应 用于外科消毒杀菌等方面。自1 9 5 0 年以后，各国才对两性表面活性剂的 开发工作逐渐认识，有关的研究报道也逐渐增多，品种闩益增多。掘报 道，到1 9 7 7 年，美国已有大约2 0 多种表面活性剂列入商品生产和投放 市场，并有上亿美元的产值，。 6 一、前者 国内自7 0 年代前后，开始对两性表面活性剂开展研究，目前有少量 品种已逐步投入市场，例如，甜菜碱系、氨基羧酸系甚至还有不少空白 点。因此就总体而言，在两性表面活性剂的研究和应用方面，我国还仍 然处于起步阶段。 两性表面活性剂的研究和应用虽然在我国还仍然处于起步阶段。但 是，它是近年来发展较快的品种，不仅在数量上比重增加，而且在品种 上也迅速增加，现在越来越受到人们的注意。两性表面活性剂之所以会 有这种发展，这是由于它们在使用过程中除了具有一般表面活性剂的共 性外，还具有以下一些特点。| ： 低毒性和对皮肤、眼睛的低刺激性； 极好的耐硬水性和耐高浓度电解质性，甚至在海水中也能使用 良好的生物降解性； 对织物有优异的柔软平滑性； 有一定的杀菌性和抑菌性； 有良好的乳化性和分散性； 可以和几乎所有其他类型的表面活性剂配伍，在一般情况下会有增 效的协同效应； ( 8 ) 可以吸附在带负电荷或带正电荷的物质表面上，而不生成憎水薄 因此，有很好的润湿性和发泡性。 两性表面活性剂目前价格还略高一些，但由于它们在使 中所显示出的独特优点， 在纺织工业、同用化工、 方面其应用面日益扩大。 在某些场合足以补偿它们的价格因素。 染料颜料、食品、医药、机械、冶金、 用过程 因此， 就涤等 近年来国际上很重视研究一类称为平衡的两性表面活性剂，它们的 分予结构中，阴离子基团和阳离子基团性质完全等值。它们的等电点大 都在p h = 7 左右因此它们在碱性介质中几乎是一个阴离子表面活性剂， ) ) ) ) ) ) ) l 2 3 4 5 6 7 l l( 一、前奇 在酸性介质中几乎是一个阳离子表面活性剂。因此与任何类型的表面活 性剂复配都有很好的协同效应，能大大提高各种使用效果。它对皮肤和 眼睛也无刺激，再加上其低毒性，因此最适合作为皮肤清洁剂，例如： 含磷的、含硅的、含氟的高分子类型的两性表面活性剂。 总之，两性表面活性剂的发展是迅速的，国外的发展动向有以下几个 劈面：首先是不断的改造原有的两性表面活性剂分子结构，使其各种性 能更加优异，更加实用：其次是继续设计和合成出新型结构的两性表面 活性剂。最值得注意的是，充分利用两性表面活性剂能和所有类型的表 面活性剂配伍产生各种增效作用，从而达到最佳配方的效果。最后是有 关两性表面活性剂的结构和性能关系方面的理论研究，近年来这仍然为 各研究单位所重视“。 1 3 1 两性表面活性剂的分类“1 在表面活性剂中，两性表厩活性剂的开发较迟，国外近几年来发展 较迅速，生产的品种很多，按产物的化学结构来分类，可分为羧酸型、 硫酸酯型、磺酸型、磷酸酯型以及咪唑啉型两性表面活性剂。 羧酸型两性表面剂中最为典型的是甜菜碱系及氨基羧酸系。甜菜碱 系两性表面活性剂的基本分子结构一般是由季铵盐型阳离子和羧酸阴离 子所组成，其结构式如下： 一卜。- 一卜c h 3 耐 r 、r ：、r ，、r 分别指c 旷c 。烃基。 氨基羧酸系两性表面活性剂的结构式如下： r 1 n h r 2c 0 0 硫酸酯型两性表面活性剂主要是指硫酸酯甜菜碱系，是由季铵盐阳 离子和硫酸酯阴离子所组成，其结构式如下： 8 一、前言 氨基磺酸系两性表面活性剂是由伯胺和溴乙基磺酸钠反应而得，其 r 1 n h r 2 s o ； r 1 r ：一4 i 艮s 。i r 2 一i i i 一艮8 0 i r _ s o i 除了上述几种类型的两性表面活性剂以外，还有一些其他类裂的两 性表面活性剂，如含氟两性表面活性剂、水溶性高分予两性表面活性剂、 新的改良型两性表面活性剂、氨基酰亚胺表面活性剂等。这种特殊类型 ， 或新型的改良型的两性表面活性剂，它们不仅具有较好的表面活性性质， 而且适用于多方面的领域，其毒性也很低。虽然从目前来看，用量很小， 价格昂贵，但从发展前途来看，它们的使用价值还是很大的。 一3 osr ，+ | 。 rinlir r i 心 、前言 1 4 匀染剂的类型及其概述 染色分为三个阶段：染料从染液中被吸附到纤维表面上：染料分子 从纤维表面向内部扩散；染料固着在纤维上。染色的目的除获得所需的 颜色和牢度外，染料分子也需均匀的固着在纤维分子上，没有深浅不均 、的条纹或色斑。按照匀染剂的作用方式可以分为亲纤维型匀染剂和亲染 料型匀染剂。个别的匀染剂对纤维和染料都具有匀染性。 1 4 1 亲纤维型匀染剂 在染浴中加入匀染剂后，匀染剂、纤维、染料三者之间相互作用， 当匀染剂对纤维的吸附亲和性大于染料对纤维的吸附亲和性时，染料只 能跟在匀染剂的后面，匀染剂与染料对纤维发生竟染作用。匀染荆和染 料分子互相争夺纤维上的染座，匀染剂分子结构简单，先于染料分子与 纤维结合，占据了纤维上的染座，阻碍了染料与纤维结合，延缓了染料 的上染。在染色过程中，匀染剂分子与纤维结合得快，但结合力没有染 料分子强，随着染浴温度的升高，染料又逐渐从纤维上将匀染剂置换下 来，而最终使染料占据了纤维的染座，从而达到匀染的目的。这类匀染 剂多数是阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，匀染剂分子的大小对 上染百分率稍有影响。这类匀染剂多用在定位吸附的染料染色中作匀染 剂。其作用机理如图1 1 所示h 2 - t4 ： ： 勾 蔡 剂 图1 1 亲纤维型匀染剂的作用 f i g 1 1e f f e c to fl e v e l i n ga g e n to ff i b e rt y p e 1 0 一、前苦 以酸性染料染羊毛为例，由于染色是在酸性条件下进行，羊毛的作 用如同碱一样，首先吸附了氢离子，使之带有正电荷，而酸的阴离子扩 散能力很强。优先接近于纤维的阳离子，并且占据了本来应由阴离子占 据的染色染座。在不加匀染剂的情况下，染料的阴离子虽然达到纤维较 迟，但由于染料对纤维的亲和力较大，能迅速的从纤维上置换出酸的阴 离子，使染料阴离子与蛋白质生成溶解度较小的盐。如果在染浴中加有 阴离子型匀染剂，匀染剂阴离子的迁移率和对纤维的亲和力介于酸的阴 离子和染料的阴离子之间。当染料阴离子和匀染剂阴离子置换纤维上酸 的阴离子时，匀染剂阴离子对纤维的亲和力大与染料阴离子对纤维的亲 和力，匀染荆优先附着于纤维上，从而延缓了染料的上染。 在酸性染料的染浴中，般都要加入元明粉，它与阴离子表面活性 剂对上染速度的影响作用相同，有助于匀染，但用量必须核实，若量过 多，则会产生染料盐析的弊病，染深浓色时更容易发生 i o - t 2 。 在对纤维具有亲和力的匀染剂中，用于天然纤维、锦纶纤维的是含 有酸性基团的阴离子表面活性剂，他们主要是磺化油和高级醇硫酸酯钠 盐，由于腈纶的阳离子表面活性剂主要是季铵盐类。 1 4 2 亲染料型匀染剂 在染浴中加入匀染剂后，当匀染剂对染料的吸附亲和性大于染料对 纤维的吸附亲和性时，在染料被纤维吸附之前，匀染剂先拉住染料，并 与之结合生成某种稳定的聚集体，染料必须脱离匀染剂才能与纤维结合 从而降低了染料迁移率和扩散速度，延缓了染料染色时问。在高温时， 这种稳定的聚集体与纤维接触，产生分解作用，然后又释放出染剖，再 使染料和纤维结合，从而达到匀染的目的。 这种亲染料的匀染荆，对已经上染于纤维的染料还保持有拉力，故 对于不匀染织物，可将深浓色泽上的部分染料拉回到染浴中，再转移到 浅淡色泽上，达到匀染。所以这种匀染剂具有匀染作用。如果这种匀染 一、前育 剂对染料的亲和力过大，也就是说对上染于纤维的染料拉力过大，那么 就可以当作剥色剂来使用。作用机理如图1 2 所示【12 。1 4 】： 剂 图1 2 亲染料型匀染剂的作用 f i g 1 2e f f e c to fl e v e l i n ga g e n t o fd y et y p e 亲染料型匀染剂主要是聚乙二醇醚型非离子表面活性剂，这种匀染 剂的亲染料性是由于聚乙二醇的醚键易于同染料上的羟基和氨基的氮原 子相结合所致。 以酸性染料染羊毛为例，采用聚氧乙烯化合物缩合型非离子性表面 活性剂( 如匀染剂0 ) ，匀染剂中的醚键首先与水形成氢键结合，然后再 与染料分子反应，生成活性比较小的氢键，或匀染剂与染料以聚氧盐形 式相结合，其作用机理如图1 3 所示： 譬，鼬鼬，删瑚卜_ 型生巳r - o c 嘲守h m ，p ；，h o h 一高旨l 一删警一 匀染剂与染料以氢键结合 匀染剂与染料的聚氧盐形式结台 1 2 牛圆 一、前苦 图1 3 匀染剂的作用机理 f i g 1 3t h em e c h a n i s mo fl e v e l i n ga g e n t 按照以上反应机理，酸性染料阴离子( 磺酸基) 可借助于一个或多 个氢键与聚乙二醇相结合，或匀染剂与染料以聚氧盐形式相结合。但无 、论以那种方式进行解释，都是匀染剂束缚了对纤维具有亲和力的染料阴 离子，氢键加成物或聚氧盐在高温下分解再放出染料。 对染料具有亲和力的非离子型匀染剂主要用于还原染料，匀染的原 因是聚乙二醇醚与还原染料隐色酸的阴离子借助于氢键生成加成物，或 借助于与聚氧化合物的阳离子生成盐。我们以靛蓝为例，其匀染机理如 图1 4 所示： r 吨 b 翻r _ 9 1 蹦蠲r o 一 矗 oo h 一h n h 匀染j i 哇与絷辩l ：t 氧镬相结食 匀染翊萼染料柏聚蛘鼓形式鼯音 图1 4 非离子型匀染剂的匀染机理 f i g 1 4t h em e c h a n i s mo fn o n i o n i cl e v e l i n ga g e n t 1 4 3 其他类型匀染剂 除了上述类型的匀染剂外，还有对染料和纤维都有亲和力的匀染剂。 脂肪酸与蛋白质的缩合物( 如雷米邦) 及聚氧乙烯脂肪醇与蛋白质分解 产物的拼合物等都属于这种类型。 另外所有使纤维发生溶胀的溶胀剂都是良好的匀染剂。涤纶染色时， 一般要使用溶胀剂作为载体，涤纶能为载体所溶胀，有增塑的作用，从 而提高染料的扩散速率和移染性能。 因为每种纤维所用的避料类型不同。所以不同纤维，不同染料使用 的匀染荆在结构、性能上差异很大【15 】。 、前言 1 5 两性表面活性剂作用原理分析”4 0 3 主要讲述两性表面活性剂作为匀染剂在弱酸性条件下羊毛染色中的 应用。 1 5 1 羊毛的结构与组成1 一 羊毛纤维大分子是由1 9 种氨基酸缩聚成的蛋白质大分子组成的。毛 干由鳞片层、皮质层和髓质层所组成。鳞片层由鳞片细胞组成，边缘指 向毛尖，鳞片细胞分三层，外层为拒水薄膜，中层又可分为两层，含硫 较多，其胱氨酸占羊毛总量的1 6 ，交联程度高，有保护羊毛的作用 但也阻止染料向内部扩散。鳞片层细胞的内层，亲水性强。鳞片层的内 部为皮质层，是羊毛的主要成份，由皮质细胞构成，正皮质细胞处于羊 毛卷曲外侧，较内侧的副皮质细胞含量低，化学性质活泼，易吸湿，易 着色。 1 。5 2 羊毛的染色性能o ”1 羊毛蛋白质分子含有氮基和羧基，因此具有吸收质子和释放质子的 碱性和酸性。这种既能与酸作用又能与碱作用的特性，对于其染色过程 具有重要的作用。但是由于支链上含有不同类型的羧基、巯基等可离解 的基团，因此电离常数办不完全相同。羊毛酸性溶液中，羧基基本上不 发生离解，而氨基与质子结合成铵离子；在碱性介质中，氨基以游离氨 基存在，羧基则离解为羧基负离予，当在角朊分子中所有的酸性基团及 碱性基团数目相等时，即在平衡状态下的p h 值称为等电点( i s o e l e c t r i c p o i n t ) 。当过量的质子存在时，羊毛分子中羧基负离子将是正电荷之后 使整个羊毛分子显j 下电性。大约在p h = 4 5 5 0 的范围内羊毛既不吸收 质予也不放出质子，电荷当量为零，即为电中性平衡状态。可见羊毛的 等电点并非p h = 7 ，它的大小是与分子中所含有的酸性基团数目及其电离 特性有关，当含的酸性基团愈多愈强时，等电点的p h 值愈低。以n h t w 4 、前击 矿3 带尹带r 、 k 肿k 一珂乜。一 一、前甜 出毛尖向根部进行再分配。另一方面，它还可以以其阴离子 毛纤维接触，使羊毛纤维的吸附性质均匀化，再将染料输入 历 则再每器剂结合。由于其亲水的非离子基团存在，又可以作 维内部渗透的诱导剂，促进了染料和羊毛纤维的键合反应， 料在纤维上的上染率，从而达到极佳的匀染效果。 1 6 匀染剂的国内外发展现状n l 2 “冽 和羊毛纤维 相接，使染 用形成不稳 这些络合物 合的染料在 不稳定絮状 吸附差异， 程中，染料 性基团与羊 纤维，本身 为染料向纤 借以提高染 综上所述，亲纤维、亲染料型匀染剂都是通过缓染作用来达到匀染 目的的。缓染作用不外乎就是与染料争夺纤维上的有效染座或者是与染 料形成复合物而限制染料向纤维上染，从而使纤维吸附染料的速度降低。 虽然都起到了匀染作用，但延长了染色时间，并使平衡吸附量降低，增 加了染色成本。 为了解决染色效果与成本之间的矛 适用的毛用匀染剂，均为两性型匀染剂 盾，目前国外使用先进的和较为 ，这类表面活性剂与其他表面活 性剂相比较，有独特的优点：如：耐硬水稳定性良好、耐酸碱和各种金 1 6 料料作 ，结种的过染染合高毛这端色 子与螯提羊 ，尖染 扎 离端过断与期和的 荆肌湖 一 随环晚渤梆愠跗黼执黼觥从樾一姚黼鼢削帆性相与温可在纤其 m活维它色样 。在 。 虱副面纤 ，染这花料用 剡十j表与段着 ，染染作维剂性端阶随合成了导 纤性两 一 始 。结造低主 对活 ， ，初中毛而降了剂面时基色浴羊染而起性表毛键染r叠i与上从差 活和羊桥在一苞而中 ，色 面料染似 。莅料集端的表染下类来存染内尖根和中件它开物出域维毛染染性力隔络释度在尖 ，酸和维状 ，温附毛“在亲纤絮坏的吸少有和的破定可减 一、前高 属离子、与其它表面活性剂复配有良好的协同效应“1 ，与很多助剂可以 同浴处理、匀染性好、对羊毛纤维具有优异的染色效果。有关资料表明， 两性一聚醚类表面活性剂代表了羊毛染色用匀染剂发展的一种新趋势。 国外已经研制出此类型表面活性剂，它不仅起到了极佳的匀染效果，而 且不延长染色时间。它不是通过缓染来达到匀染，不降低上染速率和平 、 衡上染率，相反可以获得提高，它既是“促染剂”又是“匀染剂”。 1 7 本课题的目的及意义 在2 1 世纪扔，我国已经加入世界经贸组织，纺织业作为我国出口的 支柱产业，必然也会面临更大的机遇和挑战。羊毛纤维作为高档的天然 纤维，历来受到人们的重视，特别是近年来纺织助剂的发展，为羊毛产 品的生产提供了更为广阔的领域。羊毛染色不匀及存在毛尖、毛根的色 差问题一直受到人们的重视。我国的表面活性剂工业较发达国家落后， 起步又晚，产品比较单一，高效匀染剂均依赖进口，为了推动国内表面 活性剂工业的发展，加强技术、提高加工浓度、提高产品附加值，作为 纺织化学工作者，本人在市场调研和查阅大量有关文献资料后，对匀染 剂s o 的匀染机理进行积极探讨”1 “1 ，为新型匀染剂的发展探讨一些线 索。 本课题主要是将一种两性型的毛用匀染剂应用于毛织物染色中。同 时，利用现代化学和先进仪器的分析手段对整理织物的匀染机理进行探 讨。这种匀染剂不同于其它匀染剂，这种匀染剂是具有阳离子、阴离子、 非离子三种官能团的表面活性剂，其匀染机理也与众不同，把这种匀染 剂应用于羊毛弱酸性染料染色中，降低成本，保证这类匀染剂在国内的 及时供应。这无疑是为纺织工业和表面活性剂工业丌拓了新的一面。欧 洲纺织印染厂所用助剂中耗费金额最多的就是匀染剂，约占使用助剂 1 7 一、前害 的总盒额的3 0 。我国每年进口的助剂中，匀染剂品种位居第一位，因 此研究筛选性能优异的匀染荆品种，并推广使用，是一件非常有意义的 事情。 二实验部分 2 实验部分 2 1 实验材料和染化料 本实验采用的实验材料和染化料如下： 织物：纯毛华达呢青岛毛纺织股份有限公司 毛条：青岛毛纺织股份有限公司 染料：弱酸深蓝5 r 杭州百汇化工有限公司 酸性大红g r 天津市正汇染料化工有限公司 其分子结构如下： 弱酸深蓝5 r o h 酸性大红g r 助荆：匀染剂s 0广东任赞化工有限公司 匀染剂a s上海助剂厂有限公司 匀染剂u l 广东任赞化工有限公司 2 2 实验仪器及设备 9 二实验部分 采用的实验仪器及设备见表2 1 。 表2 1 实验仪器及设备 t a b l e2 1e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s e sa n de q u i p m e n t s 2 3 最大吸收波长九m a x 及吸光度 的测定 采用7 2 2 型光栅分光光度计，蒸馏水做参比液，测定的波长范围为 4 0 0 8 0 0 h m 一1 。 2 4 润湿力测定 用帆布沉降法测定匀染剂s o 的润湿时间。 将帆柿剪成直径3 0 m m 、重0 2 9 的圆片，用熨斗烫平，放入干燥器中 2 4 小时后供测试使用。 在2 5 0 m 1 烧杯中，加入2 0 0 m l 含0 2 活性物的被测表面活性剂溶液， 用镊子将帆布片轻放于液面上，开启秒表计时，至帆布沉至杯底时，即 二实验部分 关闭秒表，计下沉降时间。每只试液做三次，取其平均值。必要时烧杯 放在恒温槽中2 _ ”3 。 2 5 表面得色量及不匀性测定 匀染的关键取决于染料在纤维上的上染速率和移染率，通常采用以 下方法对匀染性、上染速率和移染率进行测定。 采用u l t r a s c a nx e 测色仪，( 光源观察者：d 。1 0 ) 。在织物上 任取8 个点，测定最大吸收波长处的表面得色量k s 值，然后求出平均 值k s ，计算各点k s 对平均值k s 的标准偏差s r ( ) ，s r ( 九) 即表示 织物的不均性，偏差越小，匀染性越好。计算式如下： i 鬲= 言墨m 研， ，冀盼一t 。 鲫卜 i 率越小，则表示匀染性越好“。 2 6 上染速率曲线的测定池”2 9 1 纤维上染料的量占投入染料总量的百分率称为上染百分率，简称上 染率。按染色处方染色，取染色后5 、l o 、1 5 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0 分 钟的残液适量，稀释一定的倍数。然后在7 2 2 型分光光度计上于最大吸 收波长处分别测定染色残液和空白染液的吸光度a l 和a 。，用下面公式计 算上染百分率： 二实验部分 上染率= ( 一刳枷。 计算出上染百分率，然后以上染百分率为纵坐标，以时间t 为横坐 标，即可得到上染百分率曲线。 a 染色处方 酸性大红g r ：1 匀染剂s o ：0 3 、0 5 、0 8 、1 、1 2 、1 5 、2 o 醋酸一醋酸钠缓冲液：p i t = 5 浴比：4 0 ：l 注：以上各数据均为对织物重。 b 升温染色工艺路线 匀染剂s o 一调节p h 值一加入染料( 升温) 一加入毛织物( 升温) 一染色( 8 0 ，6 0 分钟) 一水洗。 以时问和温度为横坐标，以上染百分率为纵坐标画出上染速率曲 线，进行匀染性能分析。 c 。恒温染色工艺路线 匀染剂s o 一调节p h 值一加入染料一加入毛织物一染色一水沈 选用染色温度在6 0 、7 0 、8 0 、9 0 的条件下，对加有匀染剂和不加 匀染剂的染液分别进行恒温染色6 0 m i l 3 ，测其上染速率曲线，比较其匀 染性能。 2 7 染料匀染性的测试方法 称取1 0 9 洗净的羊毛织物，并将其均分为4 等份，使用1 染料( 对 织物重) 及相应的染化料及助剂，加水至2 0 0 m l 。将染浴升温至沸腾， 在到达沸点时投入第一块织物，以后在4 、8 、1 6 分钟分别投入第二至第 四块织物，在织物全部投入后继续沸染l h ，染色完成后将其水洗，晾干， 2 2 二实验部分 比较第一块与第四块色泽差异程度，以此来确定匀染性的好坏。 另外，b a s f 公司还提出一种匀染性的测定方法。它是沿着已染过的 织物的一边，除去约2 c m 的经纱，使纬纱形成须端，然后将该织物进行 复染实验。染色终了经皂沈后除去另一边约2 a m 宽的经纱，织物两边的 色泽差异即表示其匀染性，织物两边的色差用灰色标准样卡进行评定， 其中5 级为最好，1 级为最差。 匀染性的优劣还可以用色差来表示。“”1 2 8 染料移染性的测试方法 配制两份染液，其中一份加入1 染料及助剂。另一份只加匀染剂 s o 而不加染料，分别加水使染液至2 0 0 m l 。分别投入洗净的羊毛织物， 染色完毕后取出羊毛织物，将染浴合并，继续加水到4 0 0 m 1 。搅拌均匀 后倒入到4 只染怀中，分别加入染色织物和处理过的羊毛织物各1 小块， 加热至沸腾。每隔3 0 分钟取出1 只染杯的织物，水洗晾干后，分别比 较染色织物和沾色织物的色泽差异与狄色变色样卡评级，以此来判别所 用染料移染性的好坏。 灰色样卡：l 级：移染性为1 级 2 级：移染性为2 级 3 级：移染性为3 级 4 级：移染性为4 级 5 级：移染性为5 级 2 9 初染实验 在同一染浴中，将两块样品间隔一段时间投入染浴染色，经过一定 二实验部分 时间上染后，同时取出两块样品，它们的颜色浓度表现出一定的差异。 据此可判断此染浴中染料对纤维的初染率高低，差异大的称初染率高， 差异小的称初染率低。在本实验中我们准备好2 块羊毛试样，每块重1 克，将1 块试样投入已配制好的染液中，均匀搅拌2 分钟；再将第2 块 试样投入同一染浴中，继续进行染色。经3 分钟后将两块试样同时取出， 进行染色后处理，然后用灰色标准样卡进行评级。 2 10 剥色实验1 匀染剂的作用一方面可以通过缓染来解决，另一方面可以通过移染 或改变纤维表面的性能来达到匀染。移染就是从纤维上脱落到溶液中或 从纤维上染色深的地方向染色浅的地方迁移。剥色的过程是染料从纤维 上脱落到溶液中的过程，也就是移染过程。 a 染色处方 酸性大红g r ：1 元明粉：5 醋酸一醋酸钠缓冲液：p h = 5 注：以上各数据均为对羊毛织物重 b 工艺曲线 匀染剂s o 一调节p h 值一加入染料一加入毛织物( 升温1 5 m i n ) 一染色( 8 0 ，6 0 分钟) 一水洗 c 上染百分率的测试方法 上染百分率= ( 1 - 罢 - 。 按染色处方将羊毛织物染毕后，将清洗残液与染色残液合并，用7 2 2 型分光光度计测试残液吸光度和空白染浴的吸光度，进而求得染料的上 染百分率，以求得单位重量染色物上含有的染料重量。 二实验部分 d 剥色处方及工艺 剥色剂：5 醋酸一醋酸钠的缓冲溶液：p h = 5 浴比：l ：2 5温度为9 0 时间为3 0 m i n 注：以上各数据均为对织物重。 e 剥色率的计算 用选定的剥色工艺对染色毛织物进行剥色处理，用7 2 2 型分光光度 计测定剥色液中的染料量，按下式计算剥色率： 剥色率= 剥色液中染料量纤维上染料量 具体做法是：画出所用染料的吸光度一浓度曲线，然后从此曲线上 找出对应吸光度的剥色液中的染料的浓度。从而求出剥色液中染料的质 量。 o 4 一o 3 。o 2 箩0 1 督0 - 0 10 51 01 5 黻c ( m g l ) 图2 1 酸性大红g r 的c - 曲线 f i g2 1t h ec ac u r v eo fa c i dr e dg r 2 1 1 染色牢度的测定 摩擦牢度、皂沈牢度和日晒牢度的测定按照g b t 3 9 2 0 1 9 9 7 、 g b t 3 9 2 l 一1 9 9 7 及g b t 3 9 2 r - 1 9 9 7 标准测试方法进行。 兰实验结果o j 讨论 3 实验结果与讨论 3 1 匀染剂s 0 的物化性能 3 1 1 常见匀染剂a s 与匀染剂s 0 性能比较 表3 1 两种匀染剂性能比较 t a b l e 3 1c o m p a r eo fp r o p e r t i e so ft w ok i n d so fl e v e l i n ga g e n t s 3 1 2 匀染剂s 0 的临界胶束浓度”1 当很少量的表面活性剂加入水中时，形成分子分散状态的真溶液。 继续加入表面活性剂，溶液的表面张力迅速降低。当表面活性剂浓度达 到某一临界值后溶液的表面吸附即达到饱和，若浓度再增加；表面张 力的降低甚为缓慢，这时表面活性剂在水中不完全是呈分子或离子分散 状态，其中一部分表面活性剂分子聚集形成胶束，此时的浓度成为临界 胶束浓度，它是表面活性剂的主要性能参数之一。也就是说临界胶束浓 度是指表面活性剂形成胶束的最低浓度( c r i t i c a lm i c e l l e c o n c e n t r a t jo n ，c m c ) ，它衡量了胶束形成的程度，直接与表面活性剂的 活性有关，c m c 值越小，表示形成胶束所需浓度越低，达到界面饱和吸 三实验结果与讨论 附的浓度就越低，因而改变表面性质，起到润湿、乳化、加溶、起泡等 作用所需的浓度也越低。因此c m c 可以作为表面活性剂表面活性的一种 量度。在实际应用中，体系中影响临界胶束浓度的因素很多，如：表i 莳 活性剂的结构、电解质、温度等。 本实验采用j z h y 一1 8 0 型界面张力仪，环法( g b 5 5 4 9 8 5 ) 测定了不同 浓度时水溶液的表面张力，测定温度为2 4 。 本实验采用表面张力法来测定表面活性剂的临界胶束浓度。测定了 不同浓度时水溶液的表面张力，作y 一1 9 c 曲线，见图3 1 。由曲线求出 c m c 值。 3 8 3 6 3 4 3 2 3 0 2 8 图3 1y l g c 关系曲线 f i g 3 1t h ec u r v eo fy l g c 由图3 1 可以求出匀染剂s o 的临界胶束浓度为1 2 6 x 1 0 - m 。 3 1 3 匀染剂s o 的润湿力测定 我们采用帆布沉降法测定匀染剂s 0 的润湿时间为3 7 秒。 3 2 匀染剂s 0 的染色性能 3 2 1 匀染剂s 0 与染料之间的作用力 兰实验结果j 讨论 由图3 1 可以看出，在染浴中加入匀染剂s o 后，在室温条件下最大 吸收波长发生了移动，当加热时，最大吸收波长又恢复到原值。这是因 为匀染剂s 0 在室温条件下与染料发生了一定结合，染料分子与匀染剂分 子之间形成了一定程度的缔合，因此出现了最大吸收波长的红移现象。 而在加热时这种结合遭到破坏，形成的络合物发生分解，染料在水溶液 中又以离子状态形成存在，从而使最大吸收波长又恢复到原值。”。 0 8 0 t 0 6 0 5 裂仉4 督o 3 0 2 0 1 0 弱酸深蓝陬在含助剂溶液中的吸光度曲线 5 7 05 9 06 1 06 3 06 5 06 7 0 、渡长( n ) 图3 2 弱酸深蓝5 r 在含助和溶液中的吸光度曲线 f i g 3 2a b s o r p t i o no fc u r v e so fw e a ka c i dd e e p b l u e5 ri ns o l u t i o no fa u x i l i a r i e s 3 2 2 匀染剂s 0 对羊毛表面性能的影响 图3 2 是用不同浓度的匀染剂s o 溶液在5 5 处理羊毛4 0 分钟( 浴 比1 ：4 0 ) ，水洗后。晾干后在p h = 5 ，8 0 下用酸性大红g r 染羊毛的升 温上染速率曲线。 胁 聃 舍 舍 样 样 样 白 温，溢，空低荆高荆 一 一 一 三实验结果1 讨论 由图3 2 可见，经匀染剂s o 处理后的羊毛织物，酸性染料的上染速 率增加，并且随助剂浓度的增加而增大，这说明匀染剂s o 确实与毛纤维 发生了作用，并且这种作用随匀染剂浓度的增加而更加明显。 术 v 褂 媒 一 02 04 06 08 01 0 0 1 2 01 4 0 时间( m i n ) 图3 3 不同浓度的匀染剂对酸性大红g r 上染率的影响 f i g 3 3e f f e c to fl e v e l i n ga g e n to fd i f f e r e n te o n c e n t r a t i o n o nt h er a t eo fd y eu p t a k e 3 2 3 匀染性能 不同浓度的匀染剂对剥色效果的影响见表3 2 加 0 兰实验结果j 讨论 表3 2 不同浓度匀染剂对剥色浓度的影响 t a b l e3 2e f f e c to fl e v e l i n ga g e n to fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no n d e c o l o u r i z a t i o n 由表3 2 可以看出，匀染剂s o 能明显地改善羊毛用酸性染料的均匀 上染羊毛织物的性能，并且匀染剂s 0 的浓度越高，其匀染性也越好，由 于受到其他因素的影响，羊毛表面亲水性和疏水性存在着差异，这是羊 毛不容易获得匀染性的一个重要原因。匀染剂s o 还具有一定的润湿剂的 功能，它可以改善羊毛的润湿性能，为染料的均匀上染创造了条件，使 它较容易上染羊毛的疏水性部分，因而匀染性提高。 3 2 4 移染性 匀染剂对移染性的影响效果见表3 3 表3 3 移染性实验结果 t a b l e 3 3e x p e r i m e n t a lr e s u l to fm i g r a t i o nd y e i n g 二三实验结果讨论 从表3 ，3 中可以看出，染浴中加入匀染剂s 0 对染料移染性的影响效 果不是很明显，另外，我们从染色升湿曲线上也可以看出，随着匀染剂 s o 用量的增加，匀染剂对染料的移染作用大大增加“”1 。 3 2 5 初染性 匀染剂对初染性的影响效果见表3 4 表3 4 初染性实验结果 t a b l e 3 4e x p e r i m e n t a lr e s u l to fi n i t i a ld y e i n g 从表3 4 中可以看出，染液中加入匀染剂s o 使得染料的初染率较低， 这有利于染料的匀染。 3 2 6 助剂种类及用量对剥色效果的影响 采用不同用量的匀染剂s 0 按剥色处方对羊毛织物进行剥色处理，结 果见表3 5 。 三实验结果i 讨论 表3 5 匀染剂用量对剥色效果的影响 t a b l e 3 5e f f e c to fa m o u n to fl e v e l i n ga g e n t0 1 1d e c o l o u r i z a t i o n 采用不同类别的匀染剂，按剥色处方对羊毛织物进行剥色