助劑臨界膠束質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響

吳煥嶺，崔淑玲，劉德駒

(1.鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工系，江蘇 鹽城 224005；2.河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，石家莊 050018)

助劑臨界膠束質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響

吳煥嶺1，崔淑玲2，劉德駒1

(1.鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工系，江蘇 鹽城 224005；2.河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，石家莊 050018)

用表面張力法測(cè)試了自制低溫染色助劑CWL中表面活性劑的臨界膠束質(zhì)量濃度(CMC)。通過對(duì)滌綸纖維分別進(jìn)行低溫浸染和低溫?zé)崛苋旧C實(shí)了在臨界膠束質(zhì)量濃度下，助劑對(duì)染色的增深作用顯著提高。因此，臨界膠束質(zhì)量濃度的測(cè)定對(duì)指導(dǎo)助劑用量、提高染色質(zhì)量具有重要的意義。

臨界膠束質(zhì)量濃度；表面張力；染色助劑；聚酯纖維；分散染料

在濃度很稀的表面活性劑溶液中，溶液表面富集表面活性劑分子，覆蓋在溶液表面的表面活性劑疏水基朝外，相當(dāng)于形成一層碳?xì)滏湗?gòu)成的表面層，因此大大改變了表面性質(zhì)(表面張力降低)，且表面張力降低的大小與表面活性劑的濃度有關(guān)。當(dāng)表面吸附趨于飽和時(shí)，溶液具有最低的表面張力，這時(shí)如繼續(xù)增加表面活性劑濃度并不能顯著增加溶液表面單個(gè)分子或離子的濃度，而只能在溶液中形成膠束。由于膠束的形成，表面活性劑溶液的性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化[1]。表面活性劑臨界膠束質(zhì)量濃度的測(cè)定對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)用量具有非常重要的意義，需要藥液或助劑中表面活性劑的質(zhì)量濃度大于臨界膠束質(zhì)量濃度才能獲得期望的效果，如達(dá)到藥物的防治作用及染整助劑的增溶、助溶、潤濕、滲透、乳化、分散等作用。通過查閱資料可知，該測(cè)定方法在農(nóng)藥方面的應(yīng)用較多[2-4]，而在染整助劑中的研究并不多，需要引起染整工作者的重視。

自制染色助劑CWL是有機(jī)酯W經(jīng)過乳化劑乳化形成的O/W型乳液體系，用于低溫下分散染料對(duì)聚酯纖維染色。將助劑添加于染液中，由于表面活性劑臨界膠束質(zhì)量濃度的出現(xiàn)，助劑對(duì)染色的增深作用會(huì)顯著提高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 織 物

純滌綸針織布，80 dtex／75根，質(zhì)量204.4 g/m2，幅寬0.8 m；

純滌綸機(jī)織物，線密度為11 tex×24.6 tex，經(jīng)緯密分別為354根/10 cm和197根/10 cm。

1.1.2 主要藥品

低溫染色助劑CWL(乳化劑X、Y與有機(jī)酯W形成的O/W型白色乳液)。

染料：分散艷藍(lán)E-4R；分散紅SE-GFL；分散紅玉S-5BL。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

Longcolor熱溶染色儀(上海朗高紡織設(shè)備有限公司)，SD-A小軋車(廣東省鶴山市新宏染整機(jī)械制造有限公司)，HH-4恒溫水浴鍋(江蘇金壇市宏華儀器廠)，101-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津泰斯特儀器有限公司)，Datacolor Spectraflash? SF 600? plus.CT測(cè)配色儀(美國制造)，JYW-2000全自動(dòng)數(shù)字張力儀(承德大華試驗(yàn)機(jī)有限公司)，721型分光光度計(jì)(上海第三分析化工廠)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 臨界膠束質(zhì)量濃度的測(cè)定

參考GB/T 22237－2008《表面活性劑 表面張力的測(cè)定》和GB 11278－1989《陰離子和非離子表面活性劑臨界膠束濃度的測(cè)定 圓環(huán)測(cè)定表面張力法》的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。配制若干個(gè)不同質(zhì)量濃度的溶液，在室溫下測(cè)定不同質(zhì)量濃度溶液對(duì)應(yīng)的表面張力值。取表面張力值作縱坐標(biāo)，以克數(shù)每升表示的質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)作橫坐標(biāo)，繪制曲線。然后用這條曲線求出臨界膠束質(zhì)量濃度(CMC)，根據(jù)圖1確定得到的曲線類型。

1.2.2 低溫?zé)崛苋旧に?/p>

工藝流程：二浸二軋(軋余率(70±2)%)→烘干→焙烘(高溫型染料180，190 ℃；中溫型染料170，180 ℃；低溫型染料170，180 ℃；焙烘時(shí)間分別為2，2.5，3 min)→水洗→還原清洗→水洗→烘干。

圖1 表面張力-質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)典型曲線圖Fig.1 Typical curve graph showing the surface tension with logarithm of mass concentration

染色處方：分散染料20 g/L，防泳移劑(5 %海藻酸鈉)5 g/L，滲透劑JFC 0.5 g/L，助劑CWL 0～6 g/L，適量消泡劑，醋酸調(diào)pH值至5～6。

還原清洗液處方：純堿2 g/L，保險(xiǎn)粉2 g/L，浴比1∶20，80～85 ℃清洗20 min[5]。1.2.3 低溫浸染工藝

工藝流程：染色→水洗→還原清洗→皂洗→烘干。

染色處方：分散染料2 %(對(duì)織物重)，醋酸調(diào)節(jié)pH值至5～6，助劑CWL的用量為0～6 g/L，于98 ℃沸染，時(shí)間為60 min，浴比為1∶33。升溫曲線如圖2所示。

圖2 常壓沸染工藝Fig.2 Process of atmospheric dyeing in boiling state

還原清洗液處方：純堿1.5 g/L，保險(xiǎn)粉1.5 g/L，浴比1∶20，80～85 ℃清洗20 min[5]。

1.2.4 K/S值的測(cè)定

將每塊染色后的織物試樣疊3～4層(同一組測(cè)試的織物試樣疊的層數(shù)應(yīng)相同)，至不透光為止，進(jìn)行3次測(cè)試后，從與該儀器相連接的電腦上顯示的最大吸收波長下的K/S值曲線上讀取該試樣3次測(cè)量后的平均值，即為該試樣的K/S值[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 臨界膠束質(zhì)量濃度的確定

測(cè)得結(jié)果如表1和圖3所示，可知結(jié)果符合圖1b曲線2，曲線在lgC＝0處發(fā)生轉(zhuǎn)折，所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度應(yīng)為CMC，此處助劑的質(zhì)量濃度在1 g/L左右，即當(dāng)染浴中的助劑質(zhì)量濃度大于1 g/L時(shí)，助劑的各種作用(增溶、增深)才會(huì)明顯出現(xiàn)，因而低溫染色助劑CWL的使用量要大于1 g/L。

表1 不同助劑質(zhì)量濃度對(duì)應(yīng)的表面張力Tab.1 Surface tension at different auxiliary concentration

2.2 助劑質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響

2.2.1 助劑用量對(duì)熱溶染色工藝得色量的影響

選用滌綸機(jī)織布，分散紅玉S-5BL質(zhì)量濃度為20 g/L，助劑CWL的質(zhì)量濃度為0～6 g/L，在210 ℃(正常染色溫度)對(duì)滌綸機(jī)織布進(jìn)行熱溶染色，焙烘2min，測(cè)得染色結(jié)果如圖4所示。

圖3 25 ℃下助劑質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)-表面張力曲線Fig.3 Curve of surface tension at logarithm of different auxiliary concentration at 25 ℃

圖4 不同助劑質(zhì)量濃度下的K/S值(210 ℃)Fig.4 Inf l uence of auxiliary concentration on K/S at 210 ℃

分散紅玉S-5BL質(zhì)量濃度為20 g/L，助劑CWL的質(zhì)量濃度為0～6 g/L，180 ℃對(duì)滌綸機(jī)織布進(jìn)行熱溶染色(低溫)，焙烘2.5 min，測(cè)得染色結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同助劑質(zhì)量濃度下的K/S值(180 ℃)Fig. 5 Inf l uence of auxiliary concentration on K/S at 180 ℃

由圖4、圖5可知：

1)不論低溫?zé)崛苋旧€是高溫?zé)崛苋旧鷦〤WL具有顯著的增深作用。助劑質(zhì)量濃度在1 g/L附近時(shí)，曲線的斜率最大，染色深度明顯加深。分析原因可能是，伴隨臨界膠束質(zhì)量濃度的產(chǎn)生，助劑對(duì)染料的增溶助溶作用產(chǎn)生，從而單分子狀的分散染料增多，有助于染色；助劑對(duì)纖維的增塑作用顯著提高，從而破壞了大分子鏈間的連接點(diǎn)，增加了鏈的柔性，使分子鏈間的瞬間空穴增大[7-8]。這兩方面的作用均利于染料單分子進(jìn)入纖維內(nèi)部，從而使染色纖維的得色量增加。

2)當(dāng)助劑質(zhì)量濃度達(dá)4 g/L時(shí)，染色深度達(dá)到最高。3)助劑質(zhì)量濃度大于5 g/L時(shí)，染色深度不但沒有上升反而下降甚至低于不添加助劑。分析原因可能是，分散染液中存在染料固體顆粒、纖維、染料與水的溶液這樣幾相，沒有添加助劑時(shí)，纖維與染料的作用親和力占主導(dǎo)作用；添加少量助劑時(shí)，助劑與纖維的親和力變大，助劑膠束攜帶染料容易進(jìn)入纖維；添加助劑達(dá)到一定質(zhì)量濃度后，由于助劑膠束之間的作用力克服了助劑與纖維之間的作用力，導(dǎo)致助劑膠束的締和、凝聚，形成了一種新相，并把大量的染料吸附在凝聚的助劑里，而染液中的染料質(zhì)量濃度降低，因此導(dǎo)致了得色深度的降低。

2.2.2 助劑質(zhì)量濃度對(duì)浸染工藝中得色量的影響

實(shí)驗(yàn)選用滌綸針織布，分別配制分散紅SE-GFL和分散艷藍(lán)E-4R的染浴，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 %(對(duì)織物重)，助劑CWL的質(zhì)量濃度為0～6 g/L，常壓沸染60 min。測(cè)得K/S值如圖6所示。

圖6 助劑質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響Fig.6 Inf l uence of auxiliary dosage on K/S

由圖6可知，助劑CWL具有顯著的增深作用。隨著助劑用量的變化，浸染工藝中的染色K/S值的變化與熱溶染色工藝具有同樣的規(guī)律。均在助劑質(zhì)量濃度1 g/L左右時(shí)，曲線上的斜率達(dá)到最大，說明此時(shí)的K/S值的變化最大，這與助劑CWL中表面活性劑臨界膠束質(zhì)量濃度的產(chǎn)生有必然關(guān)系。同時(shí)，助劑CWL質(zhì)量濃度為4 g/L時(shí)，染色深度達(dá)到最高值，助劑CWL質(zhì)量濃度大于5 g/L時(shí)，染色深度有下降趨勢(shì)。

3 結(jié) 論

1)助劑CWL中表面活性劑的臨界膠束質(zhì)量濃度為1 g/L左右，不論浸染還是熱溶染色，在臨界膠束質(zhì)量濃度附近，由于助劑中表面活性劑性質(zhì)的突變，引起染色深度的突變，使得K/S值在助劑質(zhì)量濃度1 g/L左右時(shí)迅速增大。

2)助劑CWL具有顯著的增深作用。質(zhì)量濃度超過1 g/L后，染色深度逐漸提高，達(dá)到4 g/L時(shí)，染色深度最高。

3)表面活性劑及含有大量表面活性劑的助劑在使用過程中，通常用量要高于其臨界膠束質(zhì)量濃度才會(huì)發(fā)揮明顯的作用。

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Inf l uence of CMC of auxiliary on dyeing effect

WU Huan-ling1, CUI Shu-ling2, LIU De-ju1
(1.Department of Chemical Engineering, Yancheng College of Textile Technology, Yancheng 224005, China;2.College of Textile ＆ Garment, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)

The critical micelle concentration (CMC) of surfactant in low-temperature dyeing assistant CWL was measured with the method of surface tension. Use auxiliary CWL separately in low temperature dip dyeing process and low temperature thermosol dyeing process, the results show that color-increasing effect has changed very notable under CMC. So, the definition of CMC is important to guide the dosage of dyeing auxiliary and improve dyeing effect.

Critical micelle concentration; Surface tension; Dyeing assistant; Polyester; Disperse dyes

TS193.22

A

1001-7003(2011)01-0009-03

2010-04-29；

2010-07-05

河北省科技廳攻關(guān)指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(05213031)

吳煥嶺(1982－ )，女，助教，主要從事紡織纖維材料性能及化學(xué)整理技術(shù)研究。