壬基酚聚氧乙烯醚琥珀酸二酯磺酸鈉的合成及染色應(yīng)用
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丁陽，季定緯，黃丹
（1．江南大學(xué)生態(tài)紡織科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122；
2．江南大學(xué)江蘇省功能紡織中心，江蘇無錫214122）
摘要：以烷基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐和亞硫酸氫鈉為主要反應(yīng)物，采用超聲一微波協(xié)同技術(shù)合成了烷基酚聚氧乙烯醚型磺基琥珀酸二酯鈉鹽Gemlm表面活性劑，并用FT -IR和1 H-NMR對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。將其應(yīng)用于毛／滌混紡織物分散染料的一浴法染色。探討了pH、浴比、溫度和NS用量對染色效果的影響，毛／滌混紡織物分散染料一浴法染色最佳染色工藝條件為：染液pH =3—4，浴比=25:1，w( NS) =3%( owf)，染色溫度為95。c。在此工藝條件下，分散橙30、分散藍(lán)2BW、分散紅73和分散紅SE -F3B的染色效果均有提升，且色牢度達(dá)4級(jí)以上。在染色體系中添加NS可以降低染色溫度，顯著提高分散染料的上染率。
關(guān)鍵詞：毛／滌混紡織物；分散染料；一浴法；表面活性劑
由于滌綸和羊毛纖維物理和化學(xué)特性的差異較大，毛／滌混紡織物的染色問題一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。毛／滌紡織物染色主要有2種途徑：一是采用分別上染不同纖維的混合染料；二是由同種染料得到同一色澤�；旌先玖弦辉》ㄈ旧珪r(shí)間短，生產(chǎn)效率高，能耗低，還有利于降低羊毛的損傷，但該工藝存在分散染料對羊毛沾色嚴(yán)重，染色溫度存在矛盾和同色性較難控制等問題。分散染料對羊毛／滌綸混紡織物一浴法染色，不但節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還克服了部分毛用染料染色廢水處理難，濕牢度較差，對環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。但該方法的關(guān)鍵是染浴中需加入助劑，以降低染色溫度和提高染料對羊毛的上染率和勻染性。Lewis通過烷基化助劑預(yù)處理羊毛提高纖維對分散染料的親和力，實(shí)現(xiàn)了分散染料對羊毛／滌綸混紡織物染色。Marti研究了兩性型表面活性劑磷酯為分散染料對羊毛織物的染色載體，能夠顯著提高染料的上染率。宋心遠(yuǎn)等研制的助劑LAB通過對分散染料及纖維的雙重作用，使分散染料能夠上染羊毛纖維，同時(shí)對滌綸纖維起促染作用。通過在分散染浴中加入反應(yīng)性助劑或復(fù)配助劑對毛／滌分散染料一浴法染色，該方法具有不受染料色譜限制，不影響天然纖維自身優(yōu)良特性，使用簡便，染色效果好等特點(diǎn)。
筆者采用超聲一微波共輻射技術(shù)合成了烷基酚聚氧乙烯醚型磺基琥珀酸二酯鈉鹽雙子表面活性劑( SDNPEO) ，并將其與篩選的載體（苯甲酸芐酯）為主要成分復(fù)配制備了一種分散染料染色助劑NS。該復(fù)合助劑被用作毛／滌混紡織物分散染料一浴法染色的促染劑，能降低染色溫度，提高上染率。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要材料和儀器
織物：毛／滌混紡機(jī)織物( 20/80)，無錫市售。
試劑：烷基酚聚氧乙烯醚，江蘇海安石油化工總廠生產(chǎn)；順丁烯二酸酐、對甲苯磺酸、亞硫酸氫鈉、苯甲酸芐酯(BB)、無水乙醇、冰醋酸，國藥集團(tuán)上�；瘜W(xué)試劑公司生產(chǎn)；分散橙30、分散藍(lán)2BW、分散紅73和分散紅SE -F3B，浙江閏土化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。
儀器：XO -SM50型超聲一微波組合反應(yīng)器系統(tǒng)，中國南京先歐儀器制造公司生產(chǎn)；Nicolet nexus 470紅外光譜儀，美國Thermo Electric生產(chǎn)；AVANCEⅢBruker AV -400 MHz核磁共振波譜儀，瑞士Bruker公司生產(chǎn)；L -12A型振蕩水浴鍋，瑞比有限公司生產(chǎn)；101A -1B型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海安亭科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；Color -eye 7000A型測配色儀，Gretag Macbeth公司生產(chǎn)；SW-12A型耐洗色牢度試驗(yàn)儀，無錫紡織儀器廠生產(chǎn)；Y6571Ⅱ型耐摩擦色牢度儀，溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠生產(chǎn)；LA2002 -A型紅外染色試樣機(jī)，瑞比有限公司生產(chǎn)；UV -2802S型雙光束紫外可見分光光度計(jì)，美國UNIC公司生產(chǎn)。
1.2烷基酚聚氧乙烯醚型磺基琥珀酸二酯鈉鹽的合成
反應(yīng)分2步進(jìn)行。首先，在裝有分水器和回流冷凝管的專用三口燒瓶中加入干燥的壬基酚聚氧乙烯醚-10 (0.2 mol)、馬來酸酐(0.1 mol)和酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的催化劑TsOH，使液面沒過超聲探頭1cm為準(zhǔn)，通人N2，設(shè)置反應(yīng)溫度為130℃，微波功率為400 W，超聲波功率為180 W，反應(yīng)時(shí)間為60 min，得到烷基酚聚氧乙烯醚馬來酸雙酯（酸度滴定法測得酯化率為90%）。隨后用30%的氫氧化鈉溶液將酯化產(chǎn)物pH調(diào)節(jié)為6—7左右。然后緩慢加入30%亞硫酸氫鈉水溶液(0.1 moI)，設(shè)定超聲波功率為360 kW，微波功率為300 W，在70C、氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)60 min，結(jié)束反應(yīng)，產(chǎn)物冷凍干燥，得淡黃色固體。用碘值滴定法計(jì)算壬基酚聚氧乙烯醚(10)磺基琥珀酸二酯鈉鹽(SDNPEO)的磺化率為78%。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征結(jié)果如下：
1.3 復(fù)合助劑NS的制備
以合成的SDNPSS和BB為主要原料，制備復(fù)合助劑( NS)，SDNPSS和BB的摩爾質(zhì)量比為1：3。
1.4 染色工藝
染色工藝曲線如圖1所示。
1.5測試方法
上染率：采用殘液法測定分散染料對織物的上染百分率( E%)。吸取染色前染液3 mL于50 mL容量瓶中，加入乙醇7 mL，用y（乙醇）/V(水)=7:3的混合溶劑補(bǔ)充至標(biāo)準(zhǔn)刻度，然后在最大吸收波長處測定染色前染液的吸光度A1；染色后將殘液轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶，用熱水、冷水交替洗滌染色樣，收集洗液并人容量瓶，用去離子水定容。取3 mL至10 mL容量瓶，乙醇定容，測定其吸光度A2。則
K/S值：采用測配色儀進(jìn)行測定。
耐摩擦色牢度：按GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取分兴龇椒ㄟM(jìn)行測定。
耐皂洗色牢度：按GB/T 3921-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取分兴龇椒ㄟM(jìn)行測定。
變色牢度：采用GB 250-2008《評(píng)定變色用灰色樣卡》中所述方法進(jìn)行評(píng)定。
沾色牢度：采用GB251-2008《評(píng)定沾色用灰色樣卡》中所述方法評(píng)定試樣。
織物強(qiáng)力測試：參照GB 3923.1-1997測定織物斷裂強(qiáng)力，以斷裂強(qiáng)力損傷百分率(D)表示助劑處理對織物強(qiáng)力損傷程度：
式中，N1為未處理織物的斷裂強(qiáng)度；N2為助劑處理織物的斷裂強(qiáng)度。
2 結(jié)果與討論
在染色過程中，染料種類、染色溫度、染色時(shí)間、染浴pH及載體種類及其加入量等因素都會(huì)對滌綸上染率及羊毛沾色產(chǎn)生影響。因此，筆者考察了染浴pH、浴比、染色溫度及助劑用量對毛／滌混紡織物分散染料染色的影響，優(yōu)化了染色工藝。
2.1染液pH的影響
染色條件：分散紅SE -F3B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，浴比為35:1，染色溫度為95℃，復(fù)配助劑NS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。不同pH的染液中毛／滌混紡染色織物的K/S值如表1所示。
由表1可知，染料對織物的上染百分率隨著染液pH的增大而降低。這是由于染液pH低于羊毛等電點(diǎn)（pH為4.2~4.8）時(shí)，羊毛的氨基吸附氫離子帶正電荷，而自制助劑是陰一非離子型助劑，并且商品分散染料中分散劑膠束外層也帶有負(fù)電荷，分散染料增溶于助劑膠束中，他們都可通過庫侖力吸附于纖維上。但染液pH過低時(shí)，吸附過快，勻染性差，同時(shí)也有可能導(dǎo)致羊毛損傷，因此適宜的pH范圍是3～4。
2.2浴比對毛／滌混紡織物染色深度的影響
染色條件：分散紅SE -F3B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，染色溫度為95℃，助劑NS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，pH為3—4，在不同浴比下進(jìn)行染色，浴比對織物染色效果的影響如表2所示。
在其他染色條件相同時(shí)，浴比的降低實(shí)質(zhì)就是增大了染液中的染料濃度。隨著浴比的降低（由50:1降至15:1），染色織物的K/S值也隨之增大，但提高的幅度逐漸減小。在相同染料用量時(shí)，采用小浴比染色有利于提高染料的上染百分率。但浴比太小則不利于織物的勻染。綜合考慮，選用25:1的浴比較為適宜。
2.3助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及溫度對染色性能的影響
在pH為3～4，浴比為25:1，分散紅SE -F3B質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的條件下，考察了助劑NS用量和染色溫度對染色試樣的K/S值的影響，結(jié)果如圖2所示。
染液中加入助劑NS后，染色試樣的K/S明顯提高，但當(dāng)助劑NS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%后，染色試樣的K/S值提高不再顯著甚至下降。NS為多組分助劑，在染液中既能對分散染料產(chǎn)生分散增溶作用，又能促進(jìn)纖維的增塑及溶脹。助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加可加快染料對纖維的吸附和擴(kuò)散，提高得色量。但助劑NS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定量后，會(huì)形成“第三相”，使大量的染料增溶在染液中，反而會(huì)降低染料對纖維的吸附和平衡上染量。結(jié)合染色牢度（如表3所示）得出最佳的助劑NS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。
從圖2中也可以看出，溫度對染色結(jié)果影響顯著。上染百分率隨著染色溫度的升高而提高．95℃和110℃時(shí)的染色上染百分率較85℃時(shí)提高顯著。染色溫度的升高，使得羊毛纖維孔徑及膨脹性能增加，減小了染料擴(kuò)散時(shí)鱗片層形成的“壁障”。且染液溫度超過滌綸的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后，滌綸纖維無定形區(qū)的分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，纖維內(nèi)部易形成有利于染料分子擴(kuò)散的較大孔穴。因此，升溫有利于提高分散染料的上染量，但llOoC染色織物的手感稍差。高溫會(huì)導(dǎo)致羊毛的損傷，通常羊毛適宜的染色溫度須低于100 aC。助劑NS對滌綸有增塑作用，使得羊毛／滌綸混紡織物染色溫度明顯降低，在95℃左右染色可行。
在毛／滌混紡織物分散染料一浴法染色中，分散染料對滌綸的染色和羊毛的沾色同時(shí)進(jìn)行，而羊毛的沾色是造成染色織物牢度差的主要原因。因此，可采用降低羊毛纖維沾色的方法改善滌綸對分散染料的吸附能力，提高染色牢度。因?yàn)檩d體能夠加速染料對滌綸的上染速率，故可以被用來降低對羊毛的沾色。不同染色溫度和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)助劑染色后的毛滌織物的染色牢度如表3所示。由表3可知，助劑可以使織物獲得較好的染色牢度，表面活性劑與載體的協(xié)調(diào)作用改善了由于羊毛沾色嚴(yán)重而導(dǎo)致毛滌織物染色牢度差的問題。尤其在95℃、助劑NS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3010的最優(yōu)條件下，染色織物的變色牢度和濕摩擦牢度均達(dá)到了4級(jí)。充分說明了助劑NS是一種優(yōu)良的毛滌混紡織物的促染劑。
2.4不同分散染料的染色效果
在上述優(yōu)化的染色條件下，選用分散紅SE -F3B、分散藍(lán)2BW、分散紅73和分散橙30四種分散染料對毛滌混紡織物染色，測定染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~5%時(shí)染色織物的K/S值，得到分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與織物表觀深度的關(guān)系曲線如圖3所示，染色牢度如表4所示。
由圖3可以看出，隨著染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，織物的表觀深度K/S值相應(yīng)增加，但不同分散染料的染深性存在一定差異，其中極性取代基較多或分子線性較好的分散橙30和分散藍(lán)2BW對纖維的親和力較大，表觀深度K/S值隨染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大的幅度較大，適宜染深色；分散紅SE -F3B和分散紅73染色織物的表觀深度K/S值隨染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大的幅度相對較小，適宜染中、淺色。當(dāng)染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20/0和3%時(shí)，上述4種分散染料染色毛滌織物具有優(yōu)良的色牢度，分別為4和4~5級(jí)。
3結(jié)論
壬基酚聚氧乙烯醚琥珀酸雙酯磺酸鈉陰離子一非離子Gemini表面活性劑與苯甲酸芐酯的復(fù)合助劑(NS)對纖維具有溶脹、增塑等作用，能顯著改善毛／滌混紡織物分散染料一浴法染色性能，提高上染率和K/S值。在95℃下，染浴pH為3—4，浴比為25:1，NS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3010時(shí)，能獲得到好的染色效果。
