新型表面活性剂的合成及其在羊毛染色中的应用

    羊毛纤维作为高档天然纤维,一直受到人们的青睐.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.羊毛纤维疏水性外表皮层和致密的鳞片层的存在以及羊毛本身的差异性,极易造成羊毛的染色不匀及毛尖毛根的色差问题.

为了避免染色不匀,染色时需加入匀染剂.目前国外使用的较先进毛用匀染剂为两性匀染剂.这类表面活性剂与其它表面活性剂相比较,它的耐硬水稳定性良好､耐酸碱和各种金属离子､与其它表面活性剂复配有良好的协同效应,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.Mosimann,Cegarra等在研究AlbegalB在羊毛染色中的作用时发现:聚醚型化合物的两性离子不但具有良好的匀染作用,同时还能够提高染料的上染速率和上染率.本试验合成了具有阳离子､阴离子､非离子三种官能团的新型表面活性剂作为毛用匀染剂,并用于羊毛弱酸性染料染色中,可以替代同类进口产品,降低成本,填补国内空白.

1实验部分

1.1主要药品

聚乙二醇400､氨基磺酸均为化学纯;十八伯胺为工业品;环氧氯丙烷､三氟化硼乙醚络合物､无水碳酸钠､盐酸､氢氧化钠均为分析纯.

1.2合成路线

本实验通过四步反应合成了十八烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(IV)C₁₈H₃₇NHCH₂CHOHCH₂(OC₂H₄)_nOSO₃Na.四步反应为:(1)聚乙二醇400与环氧氯丙烷在催化剂三氟化硼乙醚络合物作用下进行开环反应得到氯代醇醚(I)ClCH₂CHOHCH₂(OC₂H₄)_nOH;(2)开环产物(I)与十八伯胺在无水碳酸钠作用下发生缩合反应,得到缩合产物(II)C₁₈H₃₇NHCH₂CHOHCH₂(OC₂H₄)_nOH;(3)缩合产物(II)用盐酸中和至pH7左右,在氨基磺酸的硫酸酯化作用下生成单酯胺盐(III)C₁₈H₃₇NHCH₂CHOHCH₂(OC₂H₄)_nOSO₃NH₄;(4)经过氢氧化钠中和作用将硫酸酯化产物(III)转化为钠盐的形式,即得最终产品(IV).

2应用

2.1织物

羊毛织物(兰州三毛厂).

2.2药品

染料:弱酸性艳蓝RAW(西安裕民毛纺厂);助剂:十八烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(自制).

2.3染色

2.3.1染色处方(%owf)

A染料                     1

B自制助剂              0.5､1.25､1.5､2.0

pH值                        5

浴比                        50:1

2.3.2升温染色工艺

2.3.3恒温染色工艺

2.4匀染性测试

3结果与讨论

3.1自制助剂结构分析

图1为对合成的产品进行红外光谱图.

从图1中可知:主要吸收峰的位置､形状､强度都和设想的分子结构相吻合.对主要吸收峰进行分析,讨论其与结构的对应关系:1100cm^-1POE特征吸收峰;(2)1250cm^-1硫酸酯的特征吸收峰;(3)1350cm^-1—CH₃的特征吸收峰;(4)1460cm^-1—CH₂的特征吸收峰;(5)1650cm^-1游离胺的特征吸收峰;(6)2840cm^-1—CH₂,—CH₃特征吸收峰;(7)3440cm^-1—OH与—NH的重叠吸收峰.

证实:分子结构中有羟基､亚胺基､甲基､亚甲基､硫酸酯基､醚基,符合烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐的分子结构,合成反应是按预期路线完成的.

3.2自制助剂与染料之间的作用力

将溶解的弱酸性艳蓝RAW染料在容量瓶中稀释至一定浓度10g/L,并加入自制助剂(20g/L)在室温和加热(80℃)条件下,测定其不同波长下的吸光值,作吸收光谱曲线(图2).

由图2可以看出,染液中加入自制助剂后,在室温下最大吸收波长发生了移动,加热后,最大吸收波长又恢复到原值.这是因为自制助剂在室温条件下与染料发生了一定结合,染料分子与表面活性剂分子之间形成胶束,使最大吸收波长发生了红移现象;高温时,这种结合遭到破坏,络合物分解,染料在水溶液中又恢复到以离子状态形式存在,使最大吸收波长恢复到原值.

3.3pH值对染色的影响

图3为弱酸性艳蓝RAW染浴中加1.25%owf自制助剂在85℃､不同pH值时的羊毛恒温上染曲线.

从图3可以看出,当pH值小于4时,染料的上染速率和上染率都急剧增大.一方面是因为羊毛上的—NH₂在pH值小于羊毛等电点时电离成—NH³⁺,有利于阴离子染料上染;另一方面,助剂分子中的酸性基团—OSO₃^-在pH值较小时与H⁺结合为—OSO₃H.

羊毛吸附后纤维的负电荷受到屏蔽,因而染料阴离子的亲和力增大,上染率和上染速率也增大.

而pH值在等电点以上时,羊毛带负电荷,自制助剂的分子结构中存在弱阳离子基团,与羊毛的负电荷结合,降低羊毛表面的负电性,而减少羊毛与染料阴离子之间的电性斥力,利于染料上染.当pH值6时,自制助剂的阳离子性不显著,使羊毛负离子降低的不多,所以染料阴离子与羊毛负电荷排斥,降低上染率.

3.4温度对染色的影响

图4为加入1.25%owf自制助剂,pH值为5时,不同温度下弱酸性艳蓝RAW对羊毛的上染曲线.

从图4可以看出,无论在哪个温度,加入自制助剂后,染料的上染率和上染速率都增大.这是因为羊毛吸附助剂后,表面负电荷减少,润湿性增加,染色“壁障”被削弱,染料易于上染.由于吸附助剂为放热过程,因而温度较高时,吸附量减少.当染色温度达到或超过90℃时,染料的上染率降低.

3.5助剂浓度对染色效果的影响

染浴中加入自制助剂,它能与染料发生相互作用,从而引起染料上染性能的变化.不同自制助剂浓度对弱酸性艳蓝RAW染料升温染色过程的影响如图5.

图5的染色条件为:pH=5,时间5min,染色温度为40℃,升温速度1℃/min;时间为50min时,染色温度85℃,50～120min恒温染色.

从图5可知:,随着自制助剂的加入以及浓度的增加,染料的上染速率和平衡上染率增加.但是,当助剂浓度大于1.25%owf时,弱酸性艳蓝RAW染料的上染速率和上染率均呈下降趋势.这是因为助剂浓度较小时,它在染浴中与染料形成单分子的络合物.

这种络合物比单独染料离子更具有疏水性,因而易吸附羊毛.当助剂浓度较大时,染料可与多个助剂分子甚至表面活性剂胶束形成络合物.

这种络合物具有较强的亲水性和水溶性,使染料对羊毛的亲和力减小,上染率和上染速率降低.

3.6染料匀染性结果

选用弱酸性艳蓝RAW为染色用染料,以自制助剂为匀染剂,按毛纺织手册匀染性实验方法进行匀染性实验,自制助剂浓度的匀染性结果如表1.

由表1看出,自制助剂能显著改善弱酸性艳蓝RAW对羊毛的匀染性,自制助剂浓度越大,匀染性越好.由于各种因素的影响,羊毛表面亲水性和疏水性存在着差异,这是羊毛不易获得匀染性的重要原因,作为表面活性剂能够改善羊毛的润湿性能,为染料均匀上染创造条件.另外,助剂和染料在染浴中形成络合物,降低了染料的亲水性,使它较容易上染羊毛的疏水性部分,提高了匀染性.

4结论

4.1按预先设计的分子结构合成的新型表面活性剂,具有很好的表面活性,其合成工艺简单安全,原料价格低廉,适合于国内助剂厂生产的条件.

4.2羊毛用弱酸性染料染色时,染浴中加入自制助剂十八烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐,在一定的助剂浓度范围内(≤1.25%owf)能够提高染料的上染速率和上染率,具有“促染”作用;当助剂浓度超过某一值后(≥1.5%owf),它能够减缓染料的上染速率,具有“缓染”作用,并且二者均能获得均匀的染色效果,可以代替同类进口产品,解决羊毛染色不匀问题.

4.3用弱酸性染料对羊毛织物进行恒温染色,当染浴pH值为5,温度为85℃时,加入自制助剂能达到极佳的染色效果.

4.4可以与其它助剂配套使用.

参考文献:

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