SDS/正辛醇/異辛烷反膠束體系中棉纖維的無(wú)鹽染色性能

李 珂，侯文樂(lè)，趙文杰，丁 輝

（河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450007）

傳統(tǒng)印染加工耗能耗水嚴(yán)重，且污水排放量大，使得紡織印染企業(yè)在環(huán)保攻堅(jiān)工作中成為被重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的對(duì)象。節(jié)水、少水、無(wú)水技術(shù)成為印染企業(yè)努力的方向，非水介質(zhì)技術(shù)開(kāi)發(fā)作為其中的一個(gè)研究方向逐漸吸引了專(zhuān)業(yè)人士的注意。非水介質(zhì)染色適合現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境，是具有環(huán)保和資源節(jié)約性的新方法。反膠束體系就是一種非水介質(zhì)體系，反膠束將表面活性劑分散于連續(xù)的非極性溶劑中，自發(fā)形成一種納米級(jí)的穩(wěn)定聚集體，由表面活性劑親水基形成球狀極性核作為“水池”，不僅能夠增溶水溶液，而且可以有效地限定其中分子或離子的存在狀態(tài)和相互作用［1-2］。反膠束技術(shù)較早應(yīng)用在相分離過(guò)程中［3-7］，近年來(lái)反膠束體系已經(jīng)在織物染色方面得到應(yīng)用［8-12］，具有節(jié)水節(jié)能、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，幾乎零排污，減少了環(huán)境負(fù)擔(dān)［13］。本實(shí)驗(yàn)制備了新型的十二烷基硫酸鈉（SDS）反膠束體系，替代傳統(tǒng)反膠束體系進(jìn)行棉纖維活性染料染色，為反膠束體系在印染行業(yè)中的應(yīng)用拓寬了范圍。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純棉機(jī)織物（185 根/10 cm，145 根/10 cm，186.4 g/m2）。

藥品：十二烷基硫酸鈉（SDS，分析純），正辛醇（助表面活性劑，分析純），異辛烷（連續(xù)相分散介質(zhì)有機(jī)溶劑，分析純），氫氧化鈉（堿劑，分析純，天津科密歐試劑公司），活性翠蘭B-BGFN（工業(yè)品，市售）。

儀器：PC-DX 定型烘干機(jī)（上海一派印染技術(shù)有限公司），CE7000A 電腦測(cè)色配色儀（美國(guó)X-Rite 愛(ài)色麗有限公司），M571B 耐摩擦牢度測(cè)試儀（青島山紡儀器有限公司），SW-12A 耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州方圓儀器有限公司），HZ-2 磁力攪拌器（上海二分儀器廠），pH-30 數(shù)字式pH 計(jì)（上海精密儀器儀表有限公司），DDS-307 電導(dǎo)率儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司），微型注射器（上海高鴿工貿(mào)有限公司）。

1.2 反膠束體系的制備

準(zhǔn)確量取正辛醇與異辛烷（體積比1∶4）于錐形瓶中，再準(zhǔn)確稱取一定量SDS，用微型注射器注入一定量的染液。將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌至溶液澄清透明，在室溫下靜置10 min。增溶于反膠束體系中的水或染液物質(zhì)的量與SDS 物質(zhì)的量之比以增溶水量W0［14-15］表示。

1.3 染色工藝

配制特定W0的SDS/正辛醇/異辛烷反膠束體系50 mL，將0.5 g 棉織物（已經(jīng)過(guò)一定量堿液預(yù)處理）和0.01 g 活性翠蘭B-BGFN 投入其中，在特定染色溫度下染色一定時(shí)間，降溫，取出染色棉織物，并于60 ℃、中性條件下皂洗10 min，充分水洗，晾干。

1.4 測(cè)試

K/S值：使用電腦測(cè)色配色儀測(cè)定。

色牢度：參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取泛虶B/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 SDS用量對(duì)增溶水量的影響

由圖1可以看出，當(dāng) SDS 用量為 0.02～0.08 g/mL時(shí)，W0隨著SDS 用量的增加明顯增大，但當(dāng)SDS 用量大于0.08 g/mL 時(shí)，增溶水量基本無(wú)變化。這可能是因?yàn)楸砻婊钚詣┰诜茨z束溶液中存在臨界膠束濃度值（cmc），在表面活性劑用量低于cmc 時(shí)，增加SDS 用量可以提高反膠束內(nèi)核的“水池”數(shù)量，反膠束量和形成反膠束時(shí)的表面活性劑聚集量都在增加，使增溶水量增大。當(dāng)SDS 用量大于cmc 時(shí)，反膠束內(nèi)核的“水池”數(shù)量已經(jīng)達(dá)到最大值，溶劑溶解表面活性劑的能力降低，表面活性劑開(kāi)始聚集成團(tuán)，反膠束體系黏度也變大，繼續(xù)增加表面活性劑用量只會(huì)增加一些沒(méi)有“水池”的反膠束，即過(guò)多的表面活性劑會(huì)破壞反膠束體系的平衡［16-17］。本實(shí)驗(yàn)選取SDS 用量0.08 g/mL作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)條件。

圖1 SDS 用量對(duì)反膠束體系W0的影響

2.2 染色效果的影響因素

2.2.1 預(yù)軋堿處理

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在SDS 反膠束體系中活性染料對(duì)棉纖維的直接上染能力很低。所以嘗試對(duì)織物進(jìn)行預(yù)軋堿處理再進(jìn)行染色，以期提高染料利用率。分別選擇3、5、8、10、15、20 g/L 堿液對(duì)棉織物進(jìn)行預(yù)軋堿處理（帶液率100%），控制反膠束體系的W0=23 進(jìn)行棉織物染色實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 預(yù)軋堿液用量對(duì)K/S 值的影響

由圖2可以看出，預(yù)軋堿液用量對(duì)K/S值的影響較大，隨著預(yù)軋堿液用量的增加，K/S值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。15 g/L 左右時(shí)，反膠束體系染色的K/S值最大。分析認(rèn)為，當(dāng)織物上堿液用量過(guò)低時(shí)，染料利用率低，K/S值較??；但當(dāng)堿液用量增大到一定程度時(shí)，織物上的堿液擾亂了反膠束體系中的微池環(huán)境，不利于局部染料上染，導(dǎo)致K/S值下降。因此，堿液用量選擇15 g/L 左右為宜。

2.2.2 增溶水量

從圖3可以看出，隨著W0的增大，織物的K/S值逐漸增大。原因是反膠束的“水池”半徑與其含水量成正比，因此，W0本身也反映了反膠束的大小。隨著W0的增大，反膠束的“水池”增大，染料更容易進(jìn)入“水池”中［18-19］，活性染料溶解度也隨之增大，從而增大了活性染料分子與織物接觸的概率，使更多的活性染料上染到棉纖維上，K/S值增大。因此，最好在接近飽和增溶水量的反膠束體系中進(jìn)行染色，得到的染色織物K/S值較大。

圖3 增溶水量對(duì)K/S 值的影響

2.2.3 染色溫度

從圖4可知，當(dāng)溫度低時(shí)，因?yàn)轶w系能量低，造成染料著色不夠充分，所以表觀色深較小。隨著溫度的升高，染色織物的K/S值出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。80 ℃左右時(shí)，反膠束體系染色的K/S值最大。而當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，反膠束體系局部遭到破壞，造成局部“水池”中的染料不能實(shí)現(xiàn)正常上染，導(dǎo)致染色織物的表觀色深減小。因此，染色溫度選擇80 ℃左右為宜。

圖4 染色溫度對(duì)K/S 值的影響

2.2.4 染色時(shí)間

由圖5可以看出，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，織物的K/S值逐漸增大，當(dāng)達(dá)到 75 min 時(shí)，K/S值不再有太大變化。這可能是因?yàn)樵谌旧珪r(shí)間少于75 min 時(shí)，染料分子快速進(jìn)入棉纖維內(nèi)部完成上染，當(dāng)超過(guò)75 min時(shí)，由于棉纖維上的染料分子和SDS 反膠束體系中的染料分子已達(dá)到平衡狀態(tài)，因此，棉纖維的表觀色深不再隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)而變化。

圖5 染色時(shí)間對(duì)K/S 值的影響

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，控制W0=23，對(duì)預(yù)軋堿液用量、染色溫度、染色時(shí)間3 個(gè)因素采用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而確立染色最佳條件，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 活性翠蘭B-BGFN 在SDS 反膠束體系中對(duì)棉織物染色正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

從表1可知，在SDS/正辛醇/異辛烷反膠束體系中，染色溫度所對(duì)應(yīng)的極差最大，說(shuō)明溫度對(duì)反膠束體系的染色性能影響最顯著，影響因素從大到小排序?yàn)椋喝旧珳囟?、堿液用量、染色時(shí)間，從因素水平對(duì)應(yīng)的最大均值得出最佳染色條件為：堿液用量15 g/L，80 ℃染色80 min，與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2.4 染色效果對(duì)比

從表2可以看出，活性翠蘭B-BGFN 在SDS 反膠束體系中對(duì)棉織物染色的K/S值比在常規(guī)水浴中稍低，但相差不大。在SDS 反膠束體系中，棉織物的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度尚可，與常規(guī)水浴幾乎相當(dāng)。這說(shuō)明活性染料在SDS 反膠束體系染色過(guò)程中沒(méi)有破壞棉纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特征，活性染料與棉纖維的結(jié)合方式與在常規(guī)水浴中相同［20］，這意味著SDS 反膠束體系有望成為一種新的非水介質(zhì)染色體系。

表2 SDS 反膠束體系與常規(guī)水浴染色棉織物的K/S值及色牢度

3 結(jié)論

（1）以SDS/正辛醇/異辛烷反膠束體系為染色介質(zhì)，當(dāng)活性翠蘭B-BGFN 染料用量為2%(omf)，對(duì)棉纖維染色的較佳工藝條件為：反膠束體系增溶水量23，預(yù)軋堿液用量15 g/L（織物帶液率100%），80 ℃染色80 min。

（2）活性翠蘭 B-BGFN 在 SDS/正辛醇/異辛烷反膠束體系中對(duì)棉纖維上染的顏色深度略低于常規(guī)水浴，但耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度與常規(guī)水浴相當(dāng)。