1 前言

分散染料不具有-SO₃^-､-COO^-等水溶性基團,而只具有一定數(shù)目的-OH､-NH₂等非離子極性取代基,所以它們在水中的溶解度很低[1]｡因此,在分散染料的商品化加工過程中需加入大量的分散劑｡染色時,分散染料借助分散劑分散在水中,呈懸浮體形態(tài),但是如果不加入高溫分散劑,高溫下分散染料與分散劑的相互作用減弱,分散染料容易凝聚成大顆粒,同時,分散染料還會發(fā)生晶體增長,這會給均勻染色帶來諸多麻煩[2][3]｡為此,人們常在分散染料染色時在染浴中添加高溫分散勻染劑,以保證分散染料在高溫下均勻染色｡測定分散染料高溫分散穩(wěn)定性的方法很多[4~9],但是這些方法都存在著這樣那樣的問題｡現(xiàn)采用萃取法研究不同種類的染色助劑對分散染料高溫分散穩(wěn)定性的影響,為正確選擇復(fù)配高溫分散勻染劑提供了理論依據(jù)｡

2 材料和實驗方法

主要實驗設(shè)備和儀器為723型分光光度計､RJ-180高溫高壓染色樣機｡

2.1 染料和藥品

染料:分散紅FB(C . I . Disperse Red60),氯苯(化學(xué)純)｡

非離子助劑:JFC､平平加O､NP-10(壬基苯酚聚氧乙烯醚 10)､NP-15(壬基苯酚聚氧乙烯醚 15)､聚醚PE-6400､聚醚Forgl SF､聚乙二醇600､聚乙二醇6000｡

陰離子助劑:AES(烷基聚氧乙烯硫酸鈉)､LAS(十二烷基苯磺酸鈉)､K-12(十二烷基硫酸鈉)､木質(zhì)素B､分散劑MF､Reax81A(高分子量木質(zhì)素,低磺化度)､Reax85A(低分子量木質(zhì)素,高磺化度)｡

勻染劑:勻染劑A､勻染劑LB､勻染劑SL､勻染劑802､強力分散勻染劑(日本)｡

2.2 分散穩(wěn)定性的測定

(1)每次實驗時,首先配制一定濃度的分散染料染液A｡

(2)移取50mL的染液A加入100mL的容量瓶中,加入1g/L的染色助劑,用緩沖溶液調(diào)節(jié)至刻度,搖勻,得到染液B｡

(3)將染液B倒入染色管中,置于高溫高壓染色機中,自50℃起以2℃/min的升溫速率分別于100℃和130℃下處理30min,然后冷卻至50℃左右取出染色管,冷卻到室溫｡

(4)將冷卻后的處理液全部移入到分液漏斗中,加10mL氯苯,關(guān)瓶靜置2h｡然后從125mL分液漏斗下端取出氯苯層,爾后用分光光度法測定溶劑層中分散染料的濃度CE｡

(5)用C_E來表征分散染料在一定條件下的高溫分散穩(wěn)定性,C_E越小,說明高溫分散穩(wěn)定性越好｡非離子表面活性劑濁點測定參見文獻[10]｡

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 分散染料在水溶液中的分散狀態(tài)

商品分散染料中含有大量分散劑等助劑｡分散劑的作用主要表現(xiàn)在:(1)使分散染料以細小晶粒分散在染液中形成穩(wěn)定的懸浮體;(2)當在溶液中超過臨界膠束濃度后,分散劑會形成微小的膠束將部分染料溶解在膠束中,此外有少數(shù)分散染料以分子形式溶解于染液中｡染液中存在有被分散劑分散的染料晶粒､染料單分子以及膠束中的染料,這三者之間保持著動態(tài)平衡｡與此同時,溶解狀的染料和被分散劑分散的懸浮體還會發(fā)生染料晶體增長以及晶粒的聚集｡晶粒增長后,分散染料的高溫分散穩(wěn)定性降低,從而導(dǎo)致染色疵病｡加入合適的助劑可以防止或降低晶粒的增長和晶粒的聚集,提高染料的分散穩(wěn)定性,有利于提高染色質(zhì)量｡

當染色助劑加入到分散染料染浴中,助劑可能與染液中分散染料的三種狀態(tài)中的一種或多種狀態(tài)發(fā)生作用,包括:對分散染料晶粒的分散劑的影響;對染液中溶解狀分散染料的分散作用;凝聚體結(jié)合染料的能力｡同時,助劑中有的成分可能還對分散染料有一定的增溶能力｡所以,染色助劑對分散染料分散穩(wěn)定性的影響主要取決于其對分散染料三種狀態(tài)的作用和其對分散染料增溶能力的綜合結(jié)果｡

3.2 非離子助劑對分散染料分散穩(wěn)定性的影響

非離子助劑(濃度1g/L)的影響見表1｡表2為各種非離子助劑的濁點｡

非離子表面活性劑按親水基分,有聚氧乙烯醚型(如JFC､平平加O､NP-15､NP-10)､多元醇型(如吐溫-80)和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚型(如聚醚PE-6400､聚醚Forgl SF),對分散染料有一定的親和力,因而使其有分散性｡但因這些結(jié)合較疏松,沒有陰離子表面活性劑的高溫分散穩(wěn)定性好｡分散染料高溫高壓染色所用的分散勻染劑不僅要有很高的低溫分散穩(wěn)定性,更要很好的高溫分散穩(wěn)定性和勻染性｡

從表1和表2中可以看出,隨著非離子表面活性劑濁點的降低,分散染料的高溫分散性急劇降低｡JFC和聚醚Forgl SF的濁點都很低,分別為25℃和35℃,此時分散染料的高溫分散穩(wěn)定性很差｡濁點越低,非離子表面活性劑對分散染料高溫分散穩(wěn)定性的影響受溫度的影響越明顯｡溫度從100℃升高到130℃時,JFC和聚醚Forgl SF的C_E分別從20.83和18.63增加到106.6和221.5(染料濃度為2g/L)｡這主要是由于非離子表面活性劑在超過其濁點的溫度時將會失水,自身聚集在一起,從而失去分散能力使分散染料發(fā)生凝聚現(xiàn)象,并且非離子表面活性劑的濁點越低,這種現(xiàn)象越加明顯｡聚醚Forgl SF分子中含有較多的氧丙烯鏈段,不僅濁點低,而且疏水性強,在高于其濁點的溫度下其凝聚體結(jié)合染料的能力較強｡這兩種非離子表面活性劑可能還與分散劑膠束以及染料晶粒周圍的分散劑作用,但是與分散劑膠束形成混合膠束和晶體表面增加助劑的濃度的能力不強｡

NP-10和NP-15在100℃對分散染料的穩(wěn)定性影響結(jié)果相近,而在130℃時兩者結(jié)果差異很大｡這是由NP-15中氧乙烯鏈數(shù)目較多,親水性強,濁點也高,有利于提高分散染料的高溫分散穩(wěn)定性｡平平加O和吐溫 80無論在100℃還是在130℃都對分散染料有較好的高溫分散穩(wěn)定性｡原因是這兩種非離子表面活性劑的濁點較高｡同時可能還與其對分散染料的增溶作用有關(guān)[11]｡

與聚醚Forgl SF相比,聚醚PE-6400對分散染料的穩(wěn)定性影響較小｡這可能是由于聚醚PE-6400分子中含有較多的氧乙烯鏈段,親水性較強,濁點也高的緣故｡聚乙二醇分子中無疏水性長鏈,對分散染料高溫分散穩(wěn)定性影響較小,凝聚體吸附染料少｡同時從表1中還可以看出,在所加助劑濃度一定的情況下,分散染料的高溫分散穩(wěn)定性隨著染料濃度的增加而下降｡這是由于隨著染料濃度的增加,分散穩(wěn)定性越差,非離子表面活性劑失水后就越容易聚集｡

我們還可以從表1及表2中發(fā)現(xiàn)這樣一個看似矛盾的現(xiàn)象:NP-10雖然濁點不低(60℃),但是在不同溫度下對分散染料的高溫分散穩(wěn)定性影響變化很大｡這可從其分子結(jié)構(gòu)上加以解釋,NP-10在100℃時凝聚體結(jié)合染料能力較弱,與分散染料的結(jié)合力較強,但在130℃時其凝聚體結(jié)合染料的能力很強,因而分散染料的高溫分散穩(wěn)定性急劇降低｡

3.3 陰離子助劑對染料高溫分散穩(wěn)定性的影響

    將陰離子助劑(濃度為1g/L)加入染浴中時,其對分散染料高溫分散穩(wěn)定性的影響結(jié)果見表3｡

本研究采用的分散劑有甲基萘甲醛縮合物磺酸鹽(如分散劑MF)､木質(zhì)素磺酸鹽(如木質(zhì)素B､Reax 85A,Reax 81A)､低分子量的陰離子表面活性劑(AES､LAS､K-12)｡

從表3可見,與非離子助劑相比,總的說來,陰離子助劑能提高分散染料的高溫分散穩(wěn)定性｡分子量較大的分散劑比低分子量的陰離子表面活性劑對分散染料具有更強的高溫分散穩(wěn)定性｡如上所述,分散劑MF為甲基萘甲醛縮合物磺酸鹽,對分散染料只有靠范德華力作用,結(jié)合力較弱,其加入到分散染料染浴中時提高分散染料穩(wěn)定性效果不理想;而木質(zhì)素磺酸鹽類分散劑分子中除了含有酚羥基外,還含有醇羥基､甲氧基和羰基等,它們可與分散染料分子中的羥基､氨基等形成氫鍵,而且分子中的烴基可與分散染料的疏水基形成范得華力,同時還含有多個芳環(huán),因而分散劑與分散染料之間的作用較強｡在分散染料外層形成一層強的陰離子電荷層,使染料粒子在水中相互排斥,形成分散狀態(tài)｡在低分子的陰離子表面活性劑中,AES對分散染料具有較好的高溫分散穩(wěn)定性,原因是其分子中含有聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu),同時還在分子末端含有磺酸基,即同時具備非離子和陰離子表面活性劑的特征｡由聚氧乙烯醚鏈中醚鍵與分散染料的氨基､羥基等基團形成氫鍵,由分子中的烴基與分散染料的疏水基形成范德華力,與此同時又在分散染料分子外層形成一層強的陰離子電荷層,與分散染料的結(jié)合力更強,體系更穩(wěn)定,因而對分散染料具有較高的高溫分散穩(wěn)定性｡而LAS和K-12分子中沒有與分散染料發(fā)生氫鍵的結(jié)構(gòu),所以對分散染料的高溫分散穩(wěn)定性較弱｡

3.4 勻染劑對分散染料分散穩(wěn)定性的影響

將勻染劑(濃度為1g/L)加入到染浴中時,其對分散染料分散穩(wěn)定性的影響見表4｡

這些勻染劑都由各種不同組分復(fù)配而成,所起作用是這些組分共同作用的結(jié)果｡從表4中可見,各種勻染劑對分散染料的高溫分散穩(wěn)定性均較好,其中以國產(chǎn)高溫勻染劑SL最好｡

4結(jié)論

4.1 非離子助劑對分散染料高溫分散穩(wěn)定性的影響與其對分散染料在染液中的三種狀態(tài)的作用有關(guān),同時還與非離子表面活性劑的濁點和結(jié)構(gòu)有關(guān)｡助劑對分散染料的增溶作用也是一個重要的因素,非離子助劑會降低分散染料的高溫分散穩(wěn)定性｡平平加O和吐溫-80無論在100℃還是在130℃都對分散染料有較好的高溫分散穩(wěn)定性｡

4.2 與非離子助劑相比,陰離子助劑能提高分散染料的高溫分散穩(wěn)定性｡分子量較大的分散劑比低分子量的陰離子表面活性劑對分散染料具有更強的高溫分散穩(wěn)定性,如AES｡

4.3 所采用的各種勻染劑的高溫分散穩(wěn)定性均較好,其中以國產(chǎn)高溫勻染劑SL為最好｡

參考文獻
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11 馬正升,宋心遠.印染,1997,23(1):14~17