椰油基葡萄苷及在織物抗皺整理中的泡沫性能研究

金國標(biāo)，劉建華

(1.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，杭州　310018；2.浙江傳化股份有限公司，杭州　311215)

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椰油基葡萄苷及在織物抗皺整理中的泡沫性能研究

金國標(biāo)1，劉建華2

(1.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，杭州310018；2.浙江傳化股份有限公司，杭州311215)

摘要：以椰油基葡萄苷(APG0814)為抗皺整理用發(fā)泡劑，采用剪切法分析APG0814水溶液的泡沫(發(fā)泡及穩(wěn)泡)性能，討論抗皺整理助劑(抗皺劑TF-650、催化劑TF-651、醋酸)對APG0814水溶液泡沫性能的影響，研究海藻酸鈉、陰離子表面活性劑對抗皺整理液(含APG0814、抗皺劑TF-650、催化劑TF-651、醋酸)的泡沫性能影響。結(jié)果表明：APG0814水溶液的發(fā)泡性及泡沫穩(wěn)定性均隨其濃度的增加而增加，并最終趨于穩(wěn)定值；抗皺劑TF-650的加入降低了APG0814的穩(wěn)泡性，但對發(fā)泡性影響不大；催化劑TF-651或醋酸加入后顯著降低了APG0814水溶液的泡沫性能，但抗皺整理助劑濃度變化對APG0814水溶液的泡沫性能影響不大。海藻酸鈉加入抗皺整理液后泡沫穩(wěn)定性提高，但對發(fā)泡性提升不大，繼續(xù)加入陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)后，抗皺整理液的發(fā)泡性及穩(wěn)泡性均有提高。

關(guān)鍵詞：椰油基葡萄苷；泡沫性能；抗皺劑；海藻酸鈉；十二烷基硫酸鈉

泡沫染整是將通過發(fā)泡制成泡沫體系后施加于織物上的一種低給液染整工藝。泡沫染整具有節(jié)能節(jié)水、生產(chǎn)效率高、加工品質(zhì)好等優(yōu)點，正逐步應(yīng)用于紡織品的功能整理[1]。目前，泡沫整理的研究多集中在泡沫加工的工藝因素對整理效果的影響[2-5]，而功能整理助劑對發(fā)泡劑性能(發(fā)泡性和穩(wěn)泡性)的影響尚未引起重視。染整用功能整理助劑多為陰離子或非離子型，或與之配伍，泡沫整理用發(fā)泡劑也多為陰離子或非離子型表面活性劑。陰離子表面活性劑的發(fā)泡性能普遍優(yōu)于非離子表面活性劑，但后者的穩(wěn)泡性能更突出。已有研究表明，二者按照一定比例復(fù)配后可顯著提高泡沫性能[6]。烷基多苷(APG)又名烷基糖苷，由可再生資源(淀粉或葡萄糖和天然脂肪醇)為原料而制得，耐酸耐硬水性能優(yōu)良，是一類環(huán)保型非離子表面活性劑[7]。

本文以椰油基烷基糖苷(APG0814)為抗皺整理用發(fā)泡劑，采用剪切發(fā)泡方式，以DFA100型泡沫視頻動態(tài)分析儀測試了其泡沫性能，并考察了抗皺劑TF-650、催化劑TF3651及醋酸對APG0814水溶液泡沫性能的影響；在此基礎(chǔ)上，考察了穩(wěn)泡劑海藻酸鈉及陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDS)對抗皺整理液(含APG0814、抗皺劑TF-650、催化劑TF-651及醋酸)的泡沫性能影響。

1試驗部分

1.1試劑與儀器

試劑：抗皺劑TF-650(工業(yè)級，浙江傳化股份有限公司)，催化劑TF-651(工業(yè)級，浙江傳化股份有限公司)，醋酸(分析純，杭州高晶精細(xì)化工有限公司)，海藻酸鈉(化學(xué)純，南京化學(xué)試劑有限公司)，椰油基葡萄苷(APG0814，工業(yè)級，臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司)，十二烷基硫酸鈉(SDS，分析純，撫順利瑩化工有限公司)。

儀器：DFA100型泡沫視頻動態(tài)分析儀(德國Kruss公司)，HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)。

1.2試驗方法

采用DFA100型泡沫視頻動態(tài)分析儀，由剪切法分析發(fā)泡性及泡沫的穩(wěn)定性。將待測溶液置于20℃數(shù)顯恒溫水浴鍋中平衡一段時間，然后取40mL放于DFA100型泡沫視頻動態(tài)分析儀的量杯中，以4000r/min的速度剪切20s，讀取不同時間的泡沫高度。

1.3泡沫性能測試

1.3.1發(fā)泡性

發(fā)泡性以FH0表示，其為發(fā)泡終結(jié)時的泡沫高度，本文指的是剪切停止后0min的泡沫高度讀數(shù)，其單位為mm。該數(shù)值越大，表示發(fā)泡性越好。

1.3.2泡沫穩(wěn)定性

泡沫穩(wěn)定性以R5表示，其為泡沫老化5min的泡沫高度占發(fā)泡結(jié)束時泡沫高度的百分比，其單位為%。R5=(FH5/FH0)×100%。式中，F(xiàn)H5為剪切停止后5min時的泡沫高度，F(xiàn)H0為剪切停止后0min時的泡沫高度。該數(shù)值越大，表示泡沫高度穩(wěn)定性越好。

2結(jié)果與討論

2.1APG0814質(zhì)量濃度對泡沫性能的影響

采用剪切法測定了不同質(zhì)量濃度APG0814水溶液的發(fā)泡性及穩(wěn)泡性，結(jié)果如表1所示。

表1APG0814質(zhì)量濃度對其水溶液泡沫性能的影響

濃度/(g/L)26101418FH0/mm4961808182R5/%5158808182

從表1中可知，當(dāng)APG0814質(zhì)量濃度為10g/L時，達(dá)到其臨界膠束濃度，此時氣/液表面上吸附的APG0814已接近飽和，因此，溶液的發(fā)泡及穩(wěn)泡性趨于穩(wěn)定。本文試驗中APG0814的質(zhì)量濃度選為10g/L。

2.2抗皺助劑對APG0814水溶液泡沫性能的影響

2.2.1抗皺劑TF-650質(zhì)量濃度對APG0814水溶液泡沫性能的影響

抗皺劑TF-650的質(zhì)量濃度決定了整理后織物的抗皺效果。實驗考察了TF-650不同質(zhì)量濃度對泡沫性能的影響，結(jié)果見表2。

表2抗皺劑TF-650質(zhì)量濃度對APG0814泡沫性能的影響

濃度/(g/L)050100200300FH0/mm8078828277R5/%8049505047

由表2可知，抗皺劑TF-650的存在對于APG0814的發(fā)泡性無顯著影響，但降低了泡沫穩(wěn)定性。其原因可能是抗皺劑TF-650不帶電且黏度較低，發(fā)泡時不影響表面活性劑分子在氣/液界面的快速鋪展。而在泡沫老化過程中，抗皺劑TF-650因其分子量小且分子極性大，造成泡壁上APG0814分子排列不夠緊密，降低了膜的氣閉性和修復(fù)能力，從而造成泡沫穩(wěn)定性下降。

2.2.2催化劑TF-651質(zhì)量濃度對APG0814水溶液泡沫性能的影響

在織物的抗皺整理中，催化劑可提高抗皺劑與棉織物間的反應(yīng)活性。用量一般為抗皺劑用量8%～15%，基于此配方，改變其質(zhì)量濃度，試驗考察了APG0814水溶液泡沫性能，結(jié)果見表3。

表3催化劑TF-651不同質(zhì)量濃度對APG0814泡沫性能的影響

濃度/(g/L)0510152025FH0/mm804645454646R5/%803938343433

由表3可知，催化劑TF-651的存在顯著降低了APG0814水溶液的發(fā)泡性和穩(wěn)泡性，但濃度對其影響不大。分析認(rèn)為APG0814作為一種非離子表面活性劑，其水溶性是借助親水端與水之間的氫鍵作用，而催化劑TF-651中多為金屬鹽，可破壞氫鍵，致使APG0814分子排列不夠緊密，降低液膜的氣閉性，最終引起泡沫穩(wěn)定性下降。

2.2.3醋酸質(zhì)量濃度對APG0814水溶液泡沫性能的影響

抗皺劑TF-650與纖維素在弱酸環(huán)境下有較好的交聯(lián)反應(yīng)，因此常添加pH調(diào)節(jié)劑，賦予抗皺劑更好的反應(yīng)性能，其中醋酸為常用的pH調(diào)節(jié)劑。考察了醋酸不同質(zhì)量濃度對APG0814水溶液泡沫性能的影響，結(jié)果見表4。

表4醋酸不同質(zhì)量濃度對APG0814泡沫性能的影響

濃度/(g/L)00.51.52.03.04.05.0FH0/mm80525352515453R5/%80464849514846

由表4可知，醋酸的加入對APG0814水溶液的發(fā)泡性和穩(wěn)泡性下降較大，但其質(zhì)量濃度變化卻影響不大。其原因可能是醋酸這種水溶性極佳的小分子會影響親水端對自由水的束縛力，造成泡壁中液體的流動性增加；此外，醋酸根離子帶負(fù)電荷降造成APG0814分子排列不夠緊密從而使降低液膜的氣閉性，從而造成泡沫穩(wěn)定性下降。

2.3其他助劑對抗皺用發(fā)泡原液的泡沫性能的影響

添加單一抗皺助劑對APG0814泡沫性能影響較大，但其質(zhì)量濃度變化對APG0814泡沫性能影響不大。而泡沫抗皺整理液為發(fā)泡劑APG0814、抗皺劑TF-650、催化劑TF-651、醋酸的混合液，考慮到浸軋抗皺整理效果與助劑質(zhì)量濃度的關(guān)系，選定泡沫抗皺用整理液組成為：抗皺劑TF-650質(zhì)量濃度為150g/L，催化劑TF-651質(zhì)量濃度為15g/L，醋酸質(zhì)量濃度為2g/L，APG0814質(zhì)量濃度為10g/L，研究發(fā)現(xiàn)，該整理液雖沒有出現(xiàn)沉淀或者懸濁現(xiàn)象，但發(fā)泡原液的發(fā)泡高度僅為55mm，R5僅為49%，遠(yuǎn)低于APG0814水溶液的發(fā)泡高度及其泡沫穩(wěn)定性。因此研究了其他添加助劑對抗皺整理液泡沫性能的影響。

海藻酸鈉作為常用增稠劑可有效提升泡沫穩(wěn)定性，因此考察了海藻酸鈉質(zhì)量濃度對泡沫原液的發(fā)泡性及其泡沫穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表5。

表5海藻酸鈉不同質(zhì)量濃度對泡沫性能的影響

海藻酸鈉濃度/(g/L)00.10.30.51.0FH0/mm5556565654R5/%4953606264

注：APG0814質(zhì)量濃度10g/L，抗皺劑TF-650質(zhì)量濃度150g/L，催化劑TF-651質(zhì)量濃度10g/L，醋酸質(zhì)量濃度2g/L。

由表5可知，海藻酸鈉的加入對發(fā)泡原液發(fā)泡性提升不大，當(dāng)質(zhì)量濃度過高時，發(fā)泡性略有下降，但對泡沫穩(wěn)定性提高較大，海藻酸鈉質(zhì)量濃度在0.1g/L到1.0g/L之間變化時，R5從49%增加至64%。其原因可能是海藻酸鈉質(zhì)量濃度的增加有利于泡壁間液體黏度的提高，降低泡沫排液的速率，從而延緩了液膜破裂時間，提高了泡沫的穩(wěn)定性。但是黏度過高，不利于表面活性劑快速遷移到新生的氣/液界面。因此，為兼顧泡沫抗皺原液的發(fā)泡性及其泡沫的穩(wěn)定性，選擇海藻酸鈉質(zhì)量濃度為0.5g/L。

有文獻(xiàn)可知，陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[6-8]。為使抗皺用發(fā)泡原液具有更好的發(fā)泡性，考察了常用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的加入對發(fā)泡原液性能的影響，結(jié)果見表6。

表6SDS不同質(zhì)量濃度對發(fā)泡原液性能的影響

濃度/(g/L)02468FH0/mm5678808181R5/%6286888888

注：APG0814質(zhì)量濃度10g/L，抗皺劑TF-650質(zhì)量濃度150g/L，催化劑TF-651質(zhì)量濃度10g/L，醋酸質(zhì)量濃度2g/L，海藻酸鈉質(zhì)量濃度0.5g/L。

由表6可知，APG0814復(fù)配陰離子表面活性劑SDS可有效提升發(fā)泡性及穩(wěn)泡性。這是因為APG0814分子之間插入陰離子表面活性劑SDS，增加了原來的非離子發(fā)泡劑分子間的電斥性，增加了生成膠團(tuán)的難度，使混合液的CMC值上升。發(fā)泡過程中，有利于表面活性劑從膠束中快速解離，并在有效降低新生界面的表面張力。泡沫老化過程中，陰離子表面活性劑SDS增加了液膜之間的電斥力，使液膜不容易破裂，因此增加了泡沫穩(wěn)定性。綜合考慮，選擇SDS的濃度為4g/L。

3結(jié)論

a) APG0814水溶液的發(fā)泡性及泡沫穩(wěn)定性均隨著其質(zhì)量濃度的增加而增加，當(dāng)達(dá)到10g/L時，趨于穩(wěn)定；抗皺整理助劑的加入降低了APG0814水溶液的發(fā)泡性及其泡沫的穩(wěn)定性，但在實驗研究的濃度范圍內(nèi)，助劑質(zhì)量濃度對APG0814泡沫性能影響不大。

b) 海藻酸鈉的加入對APG0814的發(fā)泡性影響不大，但是對穩(wěn)泡性作用明顯；繼續(xù)添加SDS可進(jìn)一步提升穩(wěn)泡性且顯著提高發(fā)泡性。

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(責(zé)任編輯：陳和榜)

收稿日期：2015-06-04

作者簡介：金國標(biāo)(1990-)，男，浙江上虞人，碩士研究生，主要從事生態(tài)紡織品染整加工方面的研究。

中圖分類號：TQ423.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X(2016)02-0022-04

Study on Coco-glucoside and Its Foaming Properties in Anti-wrinkle Finishing of Fabrics

JINGuobiao1,LIUJianhua2

(1.College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;2.Zhejiang Transfar Co., Ltd., Hangzhou 311215, China)

Abstract：With coco-glucoside (APG0814) as foaming agent for anti-wrinkle finishing, this paper analyzes foaming (foaminess and foam stabilization) properties of APG0814 aqueous solution with shearing method, discusses the influence of anti-wrinkle finishing auxiliary (anti-wrinkle agent TF-650, catalyst TF-651 and acetic acid) on foaming properties of APG0814 aqueous solution and studies the influence of alginate sodium and anionic surfactant on foaming properties of anti-winkle finishing liquid (containing APG0814, anti-wrinkle agent TF-650, catalyst TF-651 and acetic acid). The result shows that foaminess and foam stability of APG0814 aqueous solution increase with the increase of concentration and finally approach a stable value; the addition of anti-wrinkle agent TF-650 reduces the foam stability of APG0814 but does not have great influence on foaminess; the addition of catalyst TF-651 or acetic acid significantly reduces foaming properties of APG0814 aqueous solution, but concentration variation of anti-wrinkle finishing auxiliary does not have great influence on foaming properties of APG0814 aqueous solution. After alginate sodium is added to anti-winkle finishing agent, foam stability increases but foaminess does not increase greatly. After the addition of anionic surfactant SDS, both foaminess and foam stability of anti-wrinkle finishing agent increase.

Key words：coco-glucoside; foaming properties; anti-wrinkle agent; alginate sodium; sodium dodecyl sulfate(SDS)