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涤纶染色助剂及其作用原理探讨

 

0 前言
在高温高压染色时,分散万博manbetx官网sports对涤纶纤维的上染过程可分为以下个阶段:
1)分散万博manbetx官网sports在染液中随染液的流动逐渐靠近纤维界面,这阶段分散万博manbetx官网sports的性质和状态基本无关,溶解状的万博manbetx官网sports分子和悬状的万博manbetx官网sports颗粒都一样随染液流动,转移速度决定于溶液溶液流速。
2)由于纤维表面存在着不易流动的动力学边界层,当分散万博manbetx官网sports进入动力学边界层靠近纤维界面后,主要靠自身的扩散接近纤维。这阶段转移速度不仅和溶液流速有关,还和分散万博manbetx官网sports的扩散速度有关,因此,溶解状的万博manbetx官网sports分子比悬浮体及聚集体扩散快得多,分散万博manbetx官网sports的溶解度和分散状态对这阶段的转移速度有较大影响。
3)分散万博manbetx官网sports靠近纤维界面到它们之间的分子作用力足够大后,分散万博manbetx官网sports迅速被纤维表面吸附。这个阶段的转移速度主要决定于纤维和万博manbetx官网sports分子的结构和性能,也和界面溶液的性质有关。其中万博manbetx官网sports的溶解度和分散状态有较大影响,万博manbetx官网sports溶解度超高和万博manbetx官网sports分子与纤维作用越大,吸附速度越快。
4)分散万博manbetx官网sports被吸附到纤维表面后,在纤维内产生一个浓度差或内外万博manbetx官网sports化学位差,万博manbetx官网sports将向纤维内部扩散,这里的扩散速度主要决定于纤维化学和微结构,也和万博manbetx官网sports分子结构及浓度有关。纤维无定型区含量较高,孔隙大或自由体积含量多,万博manbetx官网sports溶解度高,扩散速度快,因此,此阶段的万博manbetx官网sports扩散速度直接和纤维被溶胀或增塑程度、分散万博manbetx官网sports在纤维中的浓度有关。溶胀或增塑程度高,纤维外层分散万博manbetx官网sports浓度高,扩散就快。由上述可知,上染速度除了决定于万博manbetx官网sports和纤维的结构外,还和万博manbetx官网sports在溶液中的溶解度及染色时纤维的溶胀或增塑程度有关。
涤纶纤维是疏水性的合成纤维,涤纶分子结构中缺少象纤维素或蛋白质纤维那样的能和万博manbetx官网sports发生结合的活性基团,涤纶分子排列得比较紧密,纤维中只存在较小的空隙,当温度较低时,分子热运动改变其位置的幅度较小,在潮湿条件下,涤纶纤维又不会象棉纤维那样能通过剧烈溶胀而使空隙增大,万博manbetx官网sports分子难以参透到纤维内部。因此,提高对纤维的增塑程度,将有助于染色的进行。另外,分散万博manbetx官网sports水中的溶解度很低,染液中的万博manbetx官网sports,要靠大量的分散剂呈悬浮体分散于染浴中。在对涤纶纤维染色时,为了要达到较好的染色效果,通常需加入一定量的染色助剂。这些染色助剂在染色过程中的作用是多方面的,主要有:
(1)
适当增加分散万博manbetx官网sports的溶解度;
(2)
促进分散万博manbetx官网sports对纤维表面的吸附;
(3)
对纤维进行增塑或提高溶胀程度,加快分散万博manbetx官网sports在纤维中的扩散速度;
(4)
提高万博manbetx官网sports的分散稳定性。一般地,涤纶纤维高潮高压染色中应用的助剂含有对纤维增塑的载体、对分散万博manbetx官网sports增溶或使万博manbetx官网sports悬浮体稳定的表面活性剂等。染色助剂涤纶纤维染色具有十分重要的作用。

1
 载体及其作用
1.1
 载体的定义
Waters
1950年首次用载体carrier)这个术语来定义在涤纶染色过程中具有促进上染率的化合物。载体按可溶性及使用时的状态,分为乳化型载体、分散型载体和水溶性载体。1.1.1 乳化型载体水杨酸甲酯、氯苯、甲基萘均属于这类载体,使用时需加入乳化剂,以使其乳化成乳液。这类载体种类较多,使用方便,但使用时必须保持乳液稳定,否则易生成载体斑,造成染疵。此外,这种载体易因受热而挥发,以至使载体与乳化剂及水的悬浮体系分离,浓度降低,而且如果挥发的载体再度回入染浴中,又易形成染斑。故需慎重选择乳化剂,否则影响分散万博manbetx官网sports上染性能。
1.1.2
 分散型载体对苯二甲酸二甲酯即属于此类。这类载体水溶性较小,用量不大就可维持载体溶液饱和状态,匀染效果很好。无加热挥发现象,且无异味,但价格较高,易升华,染深性较差。
1.1.3
 水溶性暂溶性)载体如邻苯基苯酚钠盐。这类载体能溶于水,但缺乏导染性能,当染浴pH值降低时,则邻苯基苯本分逐渐析出而呈现出很好的导染性能,是当前应用较多的一类载体。1.2 载体的作用关于载体的作用机理有过不少研究报道,主要认为载体能对纤维增塑,增加纤维大分子链段的活动能力,使纤维结构松弛,由此增大涤纶纤维自由体积,并提高万博manbetx官网sports在纤维内的扩散速率,加快染色。载体的扩散系数大于万博manbetx官网sports的扩散系数,载体先于分散万博manbetx官网sports进入纤维,而且,载体的扩散系数随吸附量的增加百增大,这是由于载体对涤纶纤维具有增塑作用。
载体用于涤纶纤维染色初期主要是起促染作用,而在染色后期,载体的这种作用同样可以加快纤维中万博manbetx官网sports的解吸,在涤纶纤维高温高压染色中使用载体主要不是进行促染,而是利用综加强万博manbetx官网sports解吸,提高高温下的移染作用。但是载雁体使涤纶的初染率较大增加,易导致万博manbetx官网sports吸附不均匀。现在的商品匀染剂中常含有少量载体,其目的是利用载体的促染作用提高万博manbetx官网sports的上染率,或者是利用载体的高温移染作用,提高万博manbetx官网sports的匀染性能。
1.3
 载体的缺陷
(1)
载体能增大涤纶的初染率,较易导致不均匀吸,因此,往往需要延长染色时间以获得匀染产品。
(2)
易降低染液分散稳定性,引起万博manbetx官网sports聚集而产生染疵。
(3)
染色后有些载体较难去除,造成染色牢度、织物强力下降以及使织物产生对人体的刺激。
(4)
部分载体有毒有味,生物降解性差,会造成环境污染。

2
 表面活属毛离里型助剂及作用
2.1
 表面活性剂型助剂种类表面活性剂助剂可分为阴离子型、非离子型或它们的复配物。
2.1.1
 阴离子表面活性剂这类助剂主要为带芳香核的磺酸甲醛 缩合物,有萘系和酚系两大类,萘系分散匀染剂如分散剂NNOMF等,它们价格低廉,满足一般分散万博manbetx官网sports的生产和染色工艺要求,应用广泛。酚系分散匀染剂的芳香核中含有很多强极性酚羟基,已商业化的品种有分散剂S、磺化木质素等。
2.1.2
 非离子表面活性剂它们多数系聚氧乙烯链烷基衍生物或多元醇型,可分为两大类:醚类和酯类。例如:平平加O(匀染剂102,十八醇聚氧乙烯醚)、匀染剂OPTX10,辛烷基聚氧乙烯醚)、Dyapol N(十六烷基聚氧乙烯醚)和Niosal(脂肪酸聚氧乙烯酯)。
2.1.3
复配的表面活性剂此类表面活性剂的近年来用于涤纶纤维染色的新型助剂,其种类较多,结构复杂,归纳起来,主要是阴、非离子表面活性剂按一定比例复配的混合物。如Ciba公司的univadineDIF,日本第一工业制药CikiyrsolACE的。
2.2
表面活性剂助剂的作用
2.2.1
 阴离子表面活性剂的作用在染色过程中,阴离子表面活性剂结构中疏水基能与万博manbetx官网sports粒子以范德华力结合,带酚基阴离子表面活性剂又能与万博manbetx官网sports分子中的羟基或氨基以氢鍵结合,在万博manbetx官网sports粒子周围形成一层强的负电荷层,使得万博manbetx官网sports粒子在水中相互排斥,形成分散状态。
从分散效果来看,在相同结构类型的分散剂中,磺化度高的分散剂其高温分散性高,而中、低磺化度的分散剂比分子量低的分散剂高温分散性好。分散剂的高温分散性可按如下顺序排列:分子量高的非离子分散剂>高磺化度碱改性木质素磺酸钠>中、低磺化度木质素磺酸钠>萘磺酸甲醛缩合物>分子量低的阴离子分散剂。
至于增溶作用,Datyner11只分散剂和种分散万博manbetx官网sports研究了分散剂对分散万博manbetx官网sports的增溶作用后发现:木质素磺酸钠类分散剂对很多分散万博manbetx官网sports增溶作用不强,磺化度对增溶作用几乎没有影响,分散万博manbetx官网sports在与分散剂发生相互作用时,万博manbetx官网sports的结构起着重要作用。当木质素磺酸钠分散剂的磺化度增加时,分散剂的溶解度随之增加,对盐的敏感性也降低,但是这样也会使木质素磺酸钠吸附分散万博manbetx官网sports的能力下降。2.2.2 非离子表面活性剂的作用非离子表面活性剂是涤纶匀染剂的常用组分,一方面因为它对万博manbetx官网sports具有增溶作用,另一方面因为它对纤维具有亲和力。
非离子表面活性剂能增溶部分分散万博manbetx官网sports,是由于它们在水中能形成一定浓度的胶团或胶束,由此提供一个憎水区,使一定数量的分散万博manbetx官网sports以单分子状态溶解在胶束中。胶团是独立的小实体,其中的万博manbetx官网sports分子和溶液中的万博manbetx官网sports分子保持平衡,当万博manbetx官网sports上染于纤维时,溶解状的万博manbetx官网sports分子减少后,它可以迅速从胶团中转移出来,向水相提供万博manbetx官网sports。非离子表面活性剂通过增溶作用,使万博manbetx官网sports暂时留存在染浴中,抑制万博manbetx官网sports迅速。但是,增溶作用会降低万博manbetx官网sports的平衡上染百分率,影响染色重现性。
非离子表面活性剂对万博manbetx官网sports的增溶能力与非离子表面活性剂的种类有关,酯类的增溶能力比醚类要大。非离子表面活性剂对万博manbetx官网sports的增溶能力也与它的官能团和化学结构有关,在聚氧乙烯醚类化合物中,对万博manbetx官网sports的增溶能力的顺序为:三苯基苯酚>苯乙烯苯酚>壬基苯酚>油醇;在聚氧乙烯醚酯类化合物中增溶能力的顺序为:聚氧烷基醚油酸脂>聚氧乙烯醚山梨糖酐油酸脂。
根据上述分析,要选择一个比较优良的匀染剂应该是酯类而不是醚类。酯类的起泡性大大小于醚类,对均匀染色有利。
非离子表面活性剂之所以有匀染作用,还在于它对涤纶纤维具有亲和力。对纤维亲和力在的助剂,匀染性也好,万博manbetx官网sports不易凝聚。聚氧乙烯醚型表面活性剂的匀染性差(酯型结构对涤纶的亲和力大于醚型结构);具有苯环的表面活性剂比脂肪烃表面活性剂的匀染性要好。非离子型助剂中引入磺酸基后其匀染性有所提高,这主要是克服了非离子型表面活性剂在高于浊点时的凝聚作用,同时磺酸基的引入使分散能力增加,匀染性提高。
2.2.3
 复配表面活性剂的增效作用。实践证明,单一表面活性剂效果常不及复配物。表面活性剂与同类或不同类表面活性剂以及无机盐、极性有机化合物、高分子聚合物等按比例复配,可产生协同效应,从而起到提高表面活性、染浴稳定性的作用。复配表面活性剂的增效作用可归纳为:
(1)
改善高温分散性:钱国祇等人研究了复配 表面活性剂的表面特性与高温分散性之间的关系,发现了表面活性剂中加入少量的高浊点非离子表面活性剂中加入少量的非离子表面活性剂,使复配物的HLB值在1420,并在大于cmc浓度下使用。可分散万博manbetx官网sports具有较好的高温分散性。
(2)
提高浊点:房秀敏等人研究了同系列的非离子表面活性剂混合后浊点的变化及阴离子表面活性剂对非离子表面活性剂OP-8浊点的影响。结果表明,同系物非离子表面活性剂混合后浊点介于各组分之间,接近各个组分按重量百分比计算的加权平均值。加入少量的阴离子表面活性剂就可以提高非离子表面活性剂的浊点,此时月桂酸醇硫酸钠比月桂酸醚碳酸钠对浊占提高大。房秀敏等人在研究了聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂与碳酸钠阴离子表面活性剂二元混合物的性质以后,发现不同结构的聚氧乙烯醚阴离子表面活性剂均使非离子表面活性剂的浊点提高,随着加入浓度的增加,浊点提高得越多,亲水性就越强。
(3)
改善增溶作用:宋心远等人在研究复配助剂对分散万博manbetx官网sports的增溶作用时,发现复配助剂LAB在低温和高温均具有显著的增溶作用,其分散蓝BSL吸光度的影响随着浓度的增大而提高,特别是LAB浓度达6g/L时增加最显著。吸收峰也向长波方向移动。而平平加O仅在低温时有明显的增溶作用,由于浊点较低,高温时的增溶效果不明显。
(4)
提高匀染性:钱国祇等人研究了复配表面活性剂的表面特性与分散万博manbetx官网sports在涤纶细旦纤维上匀染性的关系。研究表明:非离子表面活性剂中添加中等磺化度的阴离子表面活性剂能明显地改善分散万博manbetx官网sports在细旦涤纶纤维上的匀染性,复配物与分散万博manbetx官网sports的HLB值应尽量接近,使用时浓度略大于复配物的cmc,则匀染效果改善较为明显。电解质将使匀染性变差,必须将金属离子除去。而复配物的浊点、高温分散性对匀染性无明显影响,但对不同结构的万博manbetx官网sports匀染性的影响是不同的,应加以合理选择。

3
展望
据资料报道,近年来国内外出现了一类新型的匀染剂商品,它们具有载体和表面活性剂匀染剂多重优点,且避免其不足。它既不同于芳环类载体,使初染率增加过高,又不同于表面活性剂降低上染百分率,而是在上染过程中使上染速率仅有微弱增加。在整个染色过程,其上染率可达到与传统载体相当的效果。这类匀染剂组分中大多数是脂肪族酯类,由于其具有与纤维相同的酯基,因此,在一定的条件下能作用于纤维,产生类同于载体的增塑作用,但它避免了含芳环载体的毒性和异味。由于长链不如芳环易进入纤维,当温度升高时,涤纶纤维分子链热运动回避,分子链段之间相互作用减弱,间距增大,而使脂肪族酯类分子进入其间,产生增塑作用,提高其迁移性。这类匀染剂的乳化组份主要是非离子匀染剂和阴离子表面活性剂的复配物,低温时作用于染浴,起到匀染的作用。新型匀染剂符合当前及今后绿色加工的要求,而且其性能优越,显示出良好的发展前景。涤纶超细纤维的开发成功,是纺织工业最新成就之一。超细纤维单丝的直径仅几微米,比羊毛和蚕丝等天然纤维更细。这种超细纤维织成的布,由于结构紧密并具有透气性,可以作为防水布。另一方面,超细纤维由于比表面积大,与万博manbetx官网sports相互作用的质点多,因而增加了均匀染色的难度。目前,涤纶超细纤维染色助剂的开发和研究非常活跃。
近几年,有人尝试将匀染剂配制成微乳液进行各种织物的染色,收到很好的效果。他们证明,将万博manbext网页版万博manbetx官网sports配制成微乳液后,对尼龙66织物染色时,匀染性有所提高;在助表面活性剂(调节HLB值)的参与下,再生醋酸纤维的染色效果也得到改善。据美国专利介绍,将分散万博manbetx官网sports、载体、表面活性剂和助表面活性剂(短链醇)配制成微乳液,可在室温下对涤纶纤维染色。微乳液是两种不互溶的液体形成的热力学稳定的、各相同性的、外观透明或半透明的分散体系,微观上由表面活性剂界面膜所稳定的一种或两种液体的微粒所构成。微乳液质点大小在10100nm
范围内。这一特性用于染色,有利于万博manbetx官网sports的扩散。目前,表面活性剂的复配理论和助剂增溶染色理论的研究日趋完善,为新一代涤纶染色助剂的开发指明了方向。

 

 

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