DGSS系列雙子表面活性劑在羊毛織物染色中的應(yīng)用

朱國華， 喻紅梅， 葉 俊， 方略韜， 華 平

(1. 南通大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 江蘇 南通 226019； 2. 南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

DGSS系列雙子表面活性劑在羊毛織物染色中的應(yīng)用

朱國華1， 喻紅梅1， 葉 俊2， 方略韜2， 華 平1

(1. 南通大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 江蘇 南通 226019； 2. 南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

為改善常規(guī)酸性染料在羊毛織物上的染色性能，將6種自制新型雙子表面活性劑DGSS用于羊毛織物常規(guī)酸性染料染色體系，比較了6種不同DGSS對羊毛織物染色性能的影響，并與FFA+SET復(fù)合助劑進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：6種DGSS對染料色光均無影響，在其用量分別為FFA+SET復(fù)合助劑一半條件下，對羊毛織物酸性染料染色應(yīng)用中， DGSS對降低初染率有改善效果。在勻染性上，在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，DGSS系列均有較好的勻染性，其中GSSEEB的勻染效果明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑。在雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物上，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP表現(xiàn)出較好的勻染性，但略低于FFA+SET復(fù)合助劑。當(dāng)GSSEEB用量為3.0%(o.w.f)時，其在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上有較小的相對不勻度，表觀色深接近FFA+SET復(fù)合助劑。當(dāng)GSSBH用量為3.5% (o.w.f)時，其在雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物上相對不勻度明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑，表觀色深也與FFA+SET復(fù)合助劑相當(dāng)。

染色; 酸性染料; 雙子表面活性劑DGSS; 羊毛

二元醇雙磺基琥珀酸酯鈉(DGSS)是磺基琥珀酸酯鹽類雙子表面活性劑中的一種，兼有溫和、抗硬水、低毒、易降解和表面活性高等優(yōu)點(diǎn)，已列為國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。目前對其合成的研究報道較多[1-3]，但對其應(yīng)用的研究報道極少[4]。研究表明，一些特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑能改善常規(guī)毛用染料的染色性能[5]。如含酯基結(jié)構(gòu)的表面活性劑對羊毛鱗片層具有一定的增溶或溶脹作用，有利于染料陰離子向纖維內(nèi)部擴(kuò)散和滲透[6]，為羊毛織物的染色提供有利條件；大多數(shù)的酸性染料均為磺酸鈉鹽[7]，本文得到的6種DGSS也均為磺酸鈉鹽，且分子結(jié)構(gòu)中均含有多個酯鍵，具有較好的耐酸性，因此，本文研究比較DGSS與FFA+SET復(fù)合助劑對企業(yè)用常規(guī)酸性染料雅格賽特紅N-PB、雅格賽特藍(lán)N-PR對羊毛織物染色性能的改善效果，以期用DGSS替代FFA+SET復(fù)合助劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

織物：全毛粗紡織物。

試劑：雅格賽特紅N-PB、雅格賽特藍(lán)N-PR、勻可靈SET、滲透劑FFA (均為上海雅運(yùn)精細(xì)化工有限公司);馬來酸酐(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)、乙二醇(南京化學(xué)試劑有限公司)、1,4-丁二醇(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)、乙酸鈉(汕頭市西隴化工廠有限公司)、正己醇(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)、2-甲基-1-戊醇(東京成化工業(yè)株式會社)、2-乙基-1-丁醇(阿拉丁)；GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB(均為自制)；EL20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，Color-Eye3100型測色配色儀(美國Gretag Macbeth公司)，SP-2100型分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司)。

1.2 DGSS的制備

以乙二醇、1,4-丁二醇、順酐、正己醇、2-甲基-1-戊醇、2-乙基-1-丁醇、亞硫酸氫鈉等為原料，經(jīng)過單酯化反應(yīng)、雙酯化反應(yīng)和磺化反應(yīng)合成了6種DGSS(GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB)，合成工藝優(yōu)化研究另文報道。其化學(xué)反應(yīng)方程式如圖1所示。

注：n=2時，R=—(CH2)5CH3 產(chǎn)品為GSSEH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3產(chǎn)品為GSSEMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3產(chǎn)品為GSSEEB；n=4時，R=—(CH2)5CH3產(chǎn)品為GSSBH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3產(chǎn)品為GSSBMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3產(chǎn)品為GSSBEB。圖1 DGSS的合成化學(xué)反應(yīng)方程式Fig.1 Chemical reaction equation of DGSS synthesis

1.3 染色實(shí)驗(yàn)

分別配制200 mL雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍(lán)N-PR染液1%(o.w.f)，用冰醋酸和無水乙酸鈉調(diào)節(jié)pH值，浴比為1∶50，分別以FFA+SET復(fù)合助劑(FFA和SET用量均為2.5%(o.w.f)，以下同)和6種DGSS(用量均為2.5%(o.w.f)，空白為不加助劑，以下同)作為染色助劑，配制一定量的染液。在振蕩水浴鍋中先將染液預(yù)熱至40 ℃，然后投入已在水中充分潤濕并擠干的羊毛織物，浴比為1∶50，10 min后，以1 ℃/min的升溫速率逐漸升溫至98 ℃，續(xù)染60 min，冷卻至室溫，取出試樣，冷水洗、晾干。

1.4 染色性能測試

DGSS對酸性液最大吸收波長的影響、上染速率曲線、表觀色深K/S值及相對不勻度的測定參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行，勻染性實(shí)驗(yàn)參照文獻(xiàn)[9]進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 DGSS對酸性染液λmax的影響

表1示出不同助劑對雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍(lán)N-PR最大吸收波長的影響?？梢钥闯觯珼GSS與空白實(shí)驗(yàn)相比，其染液的最大吸收波長都相近，說明這些助劑沒有改變這2種染料的色光。

表1 含不同助劑的酸性染料水溶液的最大吸收波長Tab.1 Maximum absorption wavelengths of acid dyes with different additives

2.2 DGSS對羊毛織物染色上染速率的影響

按染色工藝對羊毛織物進(jìn)行染色，在相同條件下考察不同DGSS對上染速率的影響，并與工廠助劑SET+FFA復(fù)合助劑進(jìn)行比較，結(jié)果如圖2、3所示?？梢钥闯觯鷦┑募尤刖谷玖系某跏忌先舅俾视兴档?，但最終上染百分率并不降低。其中以GSSEH和GSSBH為助劑時的初始上染速率最低，與FFA+SET復(fù)合助劑相當(dāng)。

圖2 助劑對雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上染速率的影響Fig.2 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Red N-PB

圖3 助劑對雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物上染速率的影響Fig.3 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根據(jù)羊毛染色的勻染機(jī)制[10]，在上述染色工藝條件下，染液pH值為4時，大約在羊毛等電點(diǎn)附近。此時羊毛幾乎不帶電荷，染料依靠范德華力和氫鍵上染纖維。上染后，染料陰離子再與纖維中的—NH3+以離子鍵結(jié)合。此時助劑對染料被纖維的吸附影響較小，卻能延緩染料陰離子與—NH3+的結(jié)合，起緩染作用。隨著染色時間延長，染色溫度升高，染料陰離子通過分子熱運(yùn)動靠近纖維，范德華力和氫鍵力發(fā)生作用，靜電斥力下降，所以最終還可達(dá)到較高的上染率。

在6種DGSS中，GSSEH和GSSBH具有突出的滲透性，在染液中的擴(kuò)散速度更快，所以這2種DGSS陰離子能夠較快地占據(jù)大部分染座，阻止染料的快速上染，降低染料初始上染速率的效果更明顯。單獨(dú)使用的GSSEH和GSSBH降低初始上染速率的效果與FFA+SET復(fù)合助劑相當(dāng)，而用量只有FFA+SET復(fù)合助劑的一半。

2.3 DGSS對羊毛織物染色勻染性的影響

將染色羊毛織物在Color-Eye3100測色配色儀上測定色差△E，結(jié)果如表2、3所示。

表2 雅格賽特紅N-PB染羊毛織物的色差△ETab.2 Color difference of wool fabric with Argacid Red N-PB

注：(32-16)為16 min與32 min的色差，下同。

表3 雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物的色差△ETab.3 Color difference of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根據(jù)實(shí)驗(yàn)制定的染色工藝，染色32 min時(包括先恒溫10 min)溫度約為62 ℃，羊毛纖維的鱗片開始溶脹，對染料的擴(kuò)散阻礙作用顯著降低，選擇32 min和16 min的試樣色差更能說明勻染性效果。由表2可看出，DGSS系列助劑均能改善雅格賽特紅N-PB染羊毛織物的勻染性。且GSSEEB的勻染效果明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑，GSSBEB、GSSEH和GSSBH的勻染性接近FFA+SET 復(fù)合助劑，但用量僅為FFA+SET復(fù)合助劑的一半。由表3可知，在DGSS系列產(chǎn)品中，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP能改善雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物的勻染性。但在該工藝條件下，它們的勻染性仍然不如FFA+SET復(fù)合助劑。

2.4 助劑用量對羊毛織物染色性能的影響

分別用雅格賽特紅N-PB 勻染性較好的GSSEEP，雅格賽特藍(lán)N-PR勻染性較好的GSSEH、GSSBH及GSSBMP，染料用量為1%(o.w.f)，pH值為4，在相同條件下考察助劑用量為2.0%、2.5%、3.0%、3.5%(均為o.w.f)時對羊毛織物的表觀色深及相對不勻度Sr(λ)的影響，結(jié)果如表4、5所示。

表4 GSSEEB用量對羊雅格賽特紅N-PB在羊毛織物染色表觀色深及相對不勻度的影響Tab.4 Effect of GSSEEB dosage on K/S value and unevenness in wool dyeing of Argacid Red N-PB

由表4、5可看出，助劑的加入有利于改善羊毛織物的相對不勻度，并且表觀色深值也有所增加。在本文考察的濃度范圍內(nèi)，隨著DGSS助劑用量的增大，表觀色深值逐漸增大，但當(dāng)DGSS濃度增大到一定值后繼續(xù)增大，表觀色深值反而降低。同樣隨著DGSS用量的增大，相對不勻度Sr(λ)先變小(勻染性好)，然后又逐漸變大(勻染性變差)。由于羊毛表面有鱗片層，結(jié)構(gòu)比較緊密，對染料的擴(kuò)散有較大的阻力，助劑陰離子在染液和纖維中的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于染料陰離子，可優(yōu)先與纖維上的—NH3+以離子鍵結(jié)合，降低染料初始上染速率，有利于勻染；但當(dāng)DGSS用量過大時，單位體積染液內(nèi)染料陰離子濃度降低，致使在有限的染色時間內(nèi)，染料陰離子不能與DGSS陰離子充分交換，而使織物表觀色深降低，而且勻染性變差[11]。但在表5的雅格賽特藍(lán)N-PR染色中，以GSSBH為染色助劑時，勻染性隨著GSSBH濃度的增大逐漸減小。

表5 GSSEH、GSSBH以及GSSBMP用量對雅格賽特藍(lán)N-PR在羊毛織物染色的表觀色深及相對不勻染性的影響Tab.5 Effect of GSSEH,GSSBH and GSSBMP dosage on K/S value and unevenness in wool dyeing of Argacid Blue N-PR

在雅格賽特紅N-PB的染色中，3.0%(o.w.f) GSSEEB的相對不勻度(Sr(λ)=0.0171)明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑(Sr(λ)=0.0257)，其表觀色深值(K/S=19.221)與FFA+SET復(fù)合助劑(K/S=19.338)相當(dāng)。在雅格賽特藍(lán)N-PR的染色中，GSSBMP、GSSEH和GSSBH三者中勻染效果較好的是3.5%(o.w.f)的 GSSBH(Sr(λ)=0.025 3)，優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑(Sr(λ)=0.036 7)，其表觀色深值(K/S=19.204)與FFA+SET復(fù)合助劑(K/S=19.595)相當(dāng)，但與3.0%(o.w.f)的GSSEH(K/S=19.886)相比稍有下降。

3 結(jié) 論

6種DGSS對雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍(lán)N-PR的最大吸收波長影響不大。GSSEH和GSSBH能明顯降低2種酸性染料對羊毛織物的初始上染速率，與FFA+SET復(fù)合助劑相當(dāng)。在勻染性方面，在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，DGSS系列均有勻染性，而用量僅為FFA+SET復(fù)合助劑的一半，其中GSSEEB勻染效果最好。在雅格賽特藍(lán)N-PR染羊毛織物上，GSSEH、GSSBH和GSSBMP表現(xiàn)出較好的勻染性，但在該工藝條件下，仍不如FFA+SET復(fù)合助劑。在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，當(dāng)GSSEEB用量為3%(o.w.f)時，其表觀色深與FFA+SET復(fù)合助劑接近，相對不勻度明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑。在雅格賽特藍(lán)N-PR的染色中，3.5%(o.w.f)的GSSBH相對不勻度明顯優(yōu)于FFA+SET復(fù)合助劑，表觀色深也與FFA+SET復(fù)合助劑相當(dāng)。

FZXB

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Use of DGSS gemini surfactants in dyeing of wool fabrics

ZHU Guohua1, YU Hongmei1, YE Jun2, FANG Luetao2, HUA Ping1

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China;2.SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China)

In order to improve the dyeing behavior the conventional acid dyes on wool fabrics, six DGSS gemini surfactants were developed and used in the dyeing wool fabrics with convention acid dyes, and their effects on the dyeing properties of the wool fabrics were investigated. A comparison was made between the six DGSS Gemini surfactants and the composite additives FFA+SET. The results indicated that DGSS has little effect on the shade of the dyeings. When the dosage of DGSS was half as much as that of FFA+SET and used in the dyeing of wool fabrics with acid dyes, DGSS exhibited better initial rate of dyeing. DGSS series displayed better levelness when used in the dyeing of wool fabrics with Argacid Red N-PB, in particular, GSSEEB is obviously superior to FFA+SET. However, when Argacid Blue N-PR was used, only GSSEH, GSSBH and GSSBMP exhibited good levelness but slightly inferior to FFA+SET. With GSSEEB amount of 3.0% (o.w.f) in the dyeing of wool fabrics with Argacid Red N-PB, slight unevenness was observed, with apparent color depth close to that of FFA+SET. And when the amount of GSSBH of 3.5% (o.w.f ) was used in the dyeing of wool fabrics with Argacid Blue N-PR, its evenness was better than that FFA+SET, and apparent color depth comparable to that of FFA+SET.

dyeing; acid dye; DGSS gemini surfactants; wool

0253- 9721(2013)09- 0089- 05

2012-07-02

2013-05-06

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目(2011BAE06A06)；江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目(JHB2011-46)

朱國華(1964—)，男，副教授，碩士。主要從事化學(xué)工程、工藝的教學(xué)與研究。華平，通信作者，E-mail：hua.p@ntu.edu.cn。

TS190.92

A