兔毛和毛油基礎油劑及HLB值的確定

張 毅，高園園，劉 迪，張 昊

（天津工業(yè)大學紡織學院，天津 300387）

兔毛纖維作為一種性能優(yōu)越、來源豐富的蛋白質(zhì)纖維，應用領域廣泛、價值高、成本低；但由于兔毛纖維表面光滑、摩擦系數(shù)小、抱合力小、可紡性差，抑制了兔毛產(chǎn)品的開發(fā)。為了適應不同的紡紗工藝，許多專業(yè)人士對和毛油的開發(fā)作出了突出的貢獻。例如寇宗蓮[1]對各類進口和毛油助劑的主要成分、性能進行了系統(tǒng)介紹，為不同原料選用合適的和毛油提供了重要的參考；金陽[2]研制的陽離子型和毛油具有高乳化性，能夠適用于各種纖維，不僅可提高纖維間的抱和力，而且能夠增加纖維的柔軟性和彈性；陶穎[3]研發(fā)的復合型和毛油具有產(chǎn)品穩(wěn)定性好、抗靜電能力強的特點，對增加纖維飽和力，提高纖維間平滑性具有顯著效果；唐維德[4]專門針對澳洲羊毛開發(fā)了FHWL-2000 型和毛油，該和毛油綜合性能強，可以使平均成條率提高0.5%～0.6%；南通的金永安教授[5]探討了高支純毛紗的生產(chǎn)工藝與和毛油的關系，為選取合適的和毛油提供了理論依據(jù)；王成國[6]開發(fā)的溶液性和毛油-WFW935對和毛油的組分進行了優(yōu)化，使纖維的動靜摩擦系數(shù)得到了有效降低，能夠提高制成率，減少斷頭，還具有防銹功能；趙雅琴[7]研發(fā)的和毛油ZR具有自乳化性能，而且能夠以任意比例與水混合，乳液穩(wěn)定性好、含油量高、自乳化強；李培玲等[8]對比了北京紡星和意大利寧柏迪兩家生產(chǎn)的和毛油，發(fā)現(xiàn)在粗紗工序中，和毛油對成紗質(zhì)量具有較大的影響；趙華[9]對兔毛纖維的紡紗助劑進行了對比，并提出了研發(fā)兔毛專用和毛油的思路。

在借鑒他人對和毛油研究的基礎上，以單硬脂酸甘油酯、太古油、蓖麻油、蓖麻油聚氧乙烯醚（EL-40）為基礎成分，研究和毛油基礎油劑的復配及表面活性劑的HLB 值，對復配一種新的兔毛和毛油作了基礎研究，以達到兔毛纖維可以順利成網(wǎng)、成條的目的。

1 和毛油概述

1.1 和毛油的作用

和毛油的組成可以大致分為兩部分：基礎油劑和添加劑。添加劑通常包括乳化劑、抗靜電劑、防腐劑、調(diào)節(jié)劑等；主要作用形式是在毛纖維表面形成一層油膜，隔離纖維，又對纖維有一定的親和力，使其產(chǎn)生一定的集束性而不致散亂；以改變纖維與纖維或者纖維與機械之間的摩擦界面，來達到改善纖維抱合力和集束性的目的。

兔毛與羊毛兩者形態(tài)結(jié)構(gòu)的差異決定了其紡紗工藝的不同。羊毛表面的鱗片翹角大、摩擦系數(shù)大，選取和毛油時主要以潤滑為主，目的是降低纖維的摩擦系數(shù)；而兔毛則相反，表面光滑、摩擦系數(shù)小，紡紗時難以成網(wǎng)、成條，且靜電現(xiàn)象明顯，所以，在選取和毛油的時候，主要考慮增加纖維之間的集束性與抱合力，以及消除紡紗過程中的靜電積累。要提高纖維集束性，這就要求選用的油劑對纖維的吸附性好、凝聚性強，且有一定的黏度。

1.2 和毛油的基礎油劑

基礎油劑一般為礦物油或植物油，常用的原材料有錠子油、蓖麻油、太古油等，主要起到平滑作用。添加劑一般具有某些特定的功能，比如乳化、抗靜電、柔軟等，且用量很少，常用的添加劑有乳化劑EM、吐溫、司班、有機硅、表面活性劑SG以及各種離子型或非離子型抗靜電劑等。

早期使用的和毛油多為植物油，需要單獨添加乳化劑，盡管紡紗效果較好，但穩(wěn)定性差，易酸敗變質(zhì)，不易洗滌，所以逐漸被能夠自乳化的礦物油所代替。礦物和毛油原料豐富、價格便宜，被毛紡廠廣泛使用。但是，由于這些油劑均為乳化型，生產(chǎn)中如果乳化體系選擇不當，很容易出現(xiàn)乳化困難、油劑顆粒大、穩(wěn)定性差、不易洗滌等問題。根據(jù)兔毛纖維表面光滑、摩擦系數(shù)小、抱合力差等特點，選取蓖麻油、太古油、單硬脂酸甘油酯、EL-40 等4 種油劑作為研制兔毛專用和毛油的基礎成分，通過正交實驗進行優(yōu)化。

2 基礎油劑的復配工藝

2.1 基礎油劑的組分

根據(jù)和毛油的使用要求，以蓖麻油、太古油、單硬脂酸甘油酯、EL-40 為和毛油的基礎成分。蓖麻油：主要成分為蓖麻酸甘油，因蓖麻油碳鏈中有一個羥基，所以，制成的乳液在高濃度時并不凝結(jié)，天然油脂中只有蓖麻油有此特性。太古油：磺化蓖麻油，由蓖麻油經(jīng)硫酸處理制得，通常用作纖維柔軟劑、平滑劑、潤濕劑[10]，對蓖麻油起到一定的乳化作用。單硬脂酸甘油酯：含有C16～18的長鏈脂肪酸酯[11]，在食品工程、化妝品或者藥用膏體中被用作乳化劑和添加劑，能使膏體變得細膩、滑潤，由于熔點較高，與基礎油劑共混后可得到膏狀產(chǎn)物。EL-40：帶有聚氧乙烯基極性基團的蓖麻油，為水包油型乳化劑，在毛紡工業(yè)中通常被用作和毛油，本身也具有一定的抗靜電性，常與其他抗靜電劑混合使用。太古油與EL-40 分別為陰離子和非離子型乳化劑，與蓖麻油復配后，可使基礎油劑具有良好的自乳化效果和抗靜電效果。

2.2 正交實驗設計

根據(jù)和毛油各組分的用量對兔毛纖維摩擦性能的影響進行正交實驗，確定最佳組合。以動摩擦系數(shù)變化率為考察指標，通過L9（34）正交實驗找出和毛油復配的最佳方案。正交實驗方案及結(jié)果見表1。

由表1可以看出，在4種因素中，EL-40用量對兔毛纖維摩擦系數(shù)的變化率影響最大，其次為太古油，影響最小的是單硬脂酸甘油酯。最優(yōu)水平為A3B2C1D2，即和毛油基礎油劑各組分最佳質(zhì)量比為：m（蓖麻油）∶m（太古油）∶m（單硬脂酸甘油酯）∶m（EL-40）=4∶3∶3∶3?；A油劑的成品如圖1 所示，基礎油劑常溫下呈膏狀，便于運輸和取用，顏色為乳白色。

表1 和毛油復配正交實驗設計與結(jié)果

圖1 基礎油劑成品圖

2.3 表面活性劑及其HLB值的確定

乳液是借助表面活性劑把兩種互不相溶的液相以微滴的形式分散共存[12]。表面活性劑之所以具有乳化作用，是因為它能夠在兩相間產(chǎn)生單分子定向膜，降低了兩相的界面張力，削弱了油相自凝聚的趨勢。如果表面活性劑是離子型的，會形成雙電層結(jié)構(gòu)，最外層帶相同電荷，使膠束粒子之間盡量遠離而趨于穩(wěn)定。如果分散的是固體，則可以形成亞穩(wěn)態(tài)的懸浮液或膠體[13-15]。

乳液可根據(jù)分散相是油相或者水相而分為水包油型（O/W 型）或油包水型（W/O 型），決定乳液形式最主要的因素為乳化劑的性質(zhì)[16]。在選擇乳化劑的方法中，HLB法是最常用的方法。HLB值的概念最早由Griffint 提出，根據(jù)Griffin 的分類方法，親水性表面活性劑的HLB 值高，親油性表面活性劑的HLB 值低。W/O 型乳化劑的 HLB 值范圍一般為 3～6，O/W 型乳化劑的HLB 值一般為8～18。HLB 值越高增溶性越好，可以用下式表示表面活性劑的HLB值：

實驗利用司班80（HLB=4.3）和吐溫80（HLB=15）配制幾種不同HLB 值的混合表面活性劑來乳化和毛油，并根據(jù)乳化效果確定司班80 和吐溫80 的最佳質(zhì)量比，乳化劑配比如表2所示。

表2 不同HLB值的乳化劑配比

乳液的制備：將乳化劑與油劑充分混合，其中，乳化劑占油劑質(zhì)量的30%，在攪拌下加水，這樣就形成了O/W型乳液。油劑液滴在這種方法制得的乳液中分布比較均勻，穩(wěn)定性也比較好。

觀察乳液的分層情況：自然靜置一段時間（8、12、24、36、72 h），觀察乳液的分層情況，確定乳化劑最佳的HLB值，乳化效果如表3所示。

表3 不同HLB值乳化劑的乳化效果

從表3可以看出，HLB 值對乳化劑的乳化效果影響較大，HLB 值偏大或偏小，乳液會出現(xiàn)分層或久置后分層的現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差，影響使用效果，不便于存放；當HLB 值為13 時，對該油劑的乳化性能最好，乳液能夠保持72 h以上不分層。

3 結(jié)論

（1）兔毛用和毛油最佳配比：m（蓖麻油）∶m（太古油）∶m（單硬脂酸甘油酯）∶m（EL-40）=4∶3∶3∶3。

（2）采用司班80和吐溫80配出HLB=13的高分子表面活性劑，作為基礎油劑的乳化劑，對油劑的乳化效果最好，能夠使乳液放置72 h以上不分層。