新型活性染料染錦綸用勻染劑的研制

俞冬晴，賀江平

(西安工程大學，陜西 西安 710048)

酸性染料染錦綸時會出現(xiàn)以下問題: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題，為解決這一問題，在染液中通常要加入勻染劑。此類助劑通常與纖維、染料或二者同時有一定的親和力，其作用機理為占據(jù)纖維上的染座或與染料結合延緩染料的上染或兩種作用同時進行。國外使用的勻染劑通常為兩性型，對硬水、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配及協(xié)同效果[2]。目前此類產品需要進口，增加了生產成本。本實驗旨在研究一種兩性專用表面活性劑，對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)良的性價比[3]。

1 實驗材料與方法

1.1 材料的準備

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(上海光地儀器設備有限公司)；JM20001 型電子天平 (余姚市紀銘儀器設備有限公司)；CM-70型色度儀(溫州儀器儀表有限公司)；722型分光光度計(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、季胺化反應和中和反應三步，各步反應如下所示：

酯化反應：

C18H37NH(CH2CH2O)nH+HOSO2NH2→

反應機理：酯化反應[4]是將磺酸基(—SO3H)引入有機物分子中的反應，磺化反應過程中，磺酸基的硫原子與有機物分子中的碳原子相連接，得到的產物為磺酸化合物[5]。

1.3 測試方法

陰離子活性物的測定：用溴酚藍作為指示劑，氯仿作為分相劑，用碘化四正丁胺標準溶液滴定至氯仿層出現(xiàn)藍色為止。計算陰離子活性物的含量。

表面張力的測定：采用滴體積測定法。

潤濕力：采用帆布沉降法。

1.4 染色工藝

染色工藝處方見表1，染色工藝曲線見圖1。

表1 染色工藝處方

圖1 染色工藝曲線

2 結果與討論

2.1 酯化反應最佳條件的選擇

酯化反應最佳條件的選擇見表2、表3。

表2 酯化反應溫度對物化性能的影響

2.1.1 酯化反應溫度的選擇

從表2可知，溫度對表面張力、潤濕力和陰離子表面活性物質量分數(shù)影響很明顯。酯化溫度為90 ℃和100 ℃時陰離子活性物的質量分數(shù)接近，均高于70 ℃、80 ℃時的酯化產物的陰離子活性物的質量分數(shù)，但90 ℃時酯化產物的表面活性好，且潤濕性能好。

表3 酯化反應時間對物化性能的影響

2.1.2 酯化反應時間的選擇

由表3可知，酯化時間為3 h、4 h、5 h時酯化產物的陰離子活性物質量分數(shù)接近，均高于2 h時酯化產物的陰離子活性物質量分數(shù)，考慮到酯化產物的表面活性及潤濕性，確定最終的酯化時間為3 h，在達到效果的同時又節(jié)約了成本。

2.2 季胺化反應最佳工藝的選擇

要想得到牛酯胺聚氧乙烯酯的季銨鹽產物，就需要是牛酯胺聚氧乙烯酯在一定的溫度和時間條件下的季銨化產物。一般情況下整個實驗過程，會影響牛酯胺聚氧乙烯酯的季銨鹽產物合成的外界主要因素有牛脂胺聚氧乙烯(T15)醚的酯化產物與氯化芐反應物的摩爾比(A)、溫度(B)、時間(C)三個主要影響因子，每個因素取三個水平，應用L9(34)正交表，選出最優(yōu)的實驗方案后再進行季胺化實驗。試驗結果分別見表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 個實驗條件及實驗值，正交設計實驗結果見表5，正交試驗分析見表6、表7。

由表5、6、7 正交試驗結果及分析結果，正交實驗得出幾個因素的影響力大小，本實驗先從單因素對轉化率的影響考慮，在其它因素不變的條件下對其研究，轉化率最高時某個因素的最佳值的確定。在由以上正交實驗結果，從極差R 可以直接分析得到三個因素對轉化率的影響，其影響程度最大的是反應的溫度，即反應溫度的顯著性較之反應時間和反應物配比的顯著性要高出許多。在表8的方差分析中，同樣也是證明各個因素的顯著性，結果都是因素C，即反應溫度對產物的轉化率的影響是非常顯著的。因此在本實驗過程中，三個因素對合成最有影響力的是反應溫度，因此，在制備季銨化產物的過程中必須控制好溫度。

最終的實驗方案確定：從單因素對轉化率的的最終結果和由正交實驗得出幾個因素的影響力大小和研究了在其它因素不變的條件下，轉化率最高時某個因素的最佳值。結合實驗數(shù)據(jù)和綜合分析考慮，本實驗的最佳實驗方案定為：反應物摩爾比為1 ∶1，反應溫度為80 ℃，反應時間為5 h。

表5 正交試驗設計

表6 正交試驗分析

表7 正交試驗分析

表8 實驗結果方差分析

2.3 中和反應

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

3 勻染劑在錦綸染色中的作用[5]

3.1 勻染性測試

固定染色工藝及染色處方，改變助劑的質量濃度，助劑的勻染性能測試結果如表9所示。

表9 選點法測出的K/S差值

通過對表9選點法測出的K/S值所計算出的標準偏差的觀察，不用勻染劑和勻染劑質量濃度0.1 % 和0.5 %時，其Δ(K/S)都比較大，而0.5 %時偏差最大，說明此時勻染劑對織物染色具有剝色效果。結果選勻染劑質量濃度為0.05%時，所得到的標準偏差的值最小，此時的染色效果最穩(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，它的K/S相對低，染色深度達不到日常所需要的顏色，所以評價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是否達標。

3.2 對牢度的影響

按照圖1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的各項牢度指標見表10。

表10 加勻染劑和不加勻染劑時各項牢度指標

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

3.3 對染色性能的影響

按照圖1所示的染色處方升溫工藝曲線，加入質量濃度0.05%勻染劑和未加勻染劑時活性藏青RGB對錦綸的上染曲線見圖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，這是因為勻染劑與染料形成了結構松散的聚集體，體積較大，無法擴散到纖維的內部，隨著溫度的升高和染色時間的延長染料分子逐漸被釋放出來，開始上染纖維。即勻染劑的加入降低了染料的遷移率和擴散速度，延緩了染料與纖維迅速結合的時間，因而在開始時的上染速度變小，具有良好的移染性，從而達到了勻染的目的。

4 結論

(1)錦綸染色用勻染劑的最佳制備工藝條件為:酯化反應:溫度90 ℃，時間3 h; 季胺化反應:牛脂胺聚氧化烯(T15)醚的酯化產物與氯化芐的摩爾比為1 ∶1，反應溫度為80 ℃，反應時間為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。質量濃度0.05%的勻染劑用量把染色時間延長30 min，起到緩染作用，二者同時均起到了勻染作用。

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

[1]Barkinshaw S.M.，Anthoulias A..Theoretical and practical aspects of the Tactel Coloursafe reative dyeing system for modnfied nylon 66[J].dyes and Pigments，2000,47：169-175.

[2]趙濤著.染料工藝學教程，第二分冊[M].北京：中國紡織出版社，2005(4):124-125.

[3]徐谷倉.染整前處理工藝及助劑的技術進步[J].紡織科技進展,2006(4):1-4.

[4]Hovda,Keith D.Sulfonation of fatty acidesters：US ,5587500 [P].1996-09-24.

[5]蘭云軍,黃秀娟.磺化技術在生產皮革加脂劑中的應用[J].中國皮革,2001,30(11)：9-11,15.