碱减量对织物性能的影响

染缸里的一生

　　【摘要】采用几种不同结构的阳离子Gemini表面活性剂作为涤纶碱减量处理的促进剂，试验了不同温度下表面活性剂的促进效果，测试了减量处理后织物的性能，Gemini表面活性剂的开发应用和新型助剂的开发提供了理论依据。<br /><br />　　Gemini表面活性剂是一种分子内含有两个亲水基和两个亲油基(或2个以上亲水基和亲油基)的表面活性剂。这种结构，一方面增强了碳氢链的疏水作用;另一方面，使亲水基(尤其是离子型)间的排斥作用因受化学键限制而大大削弱。联接基团的介入及其化学结构、联接位置、刚性程度及链长等因素的变化，将使Gemini表面活性剂的结构具备多样化的特点，进而对其溶液和界面等性质产生影响，使之具备更加优良的物理化学特性。与常规表面活性剂相比，在界面的吸附能力比传统的表面活性剂大得多；临界胶束浓度（cmc）很低，其增溶效果比传统的表面活性剂效果好；对离子型Gemini表面活性剂而言，其离子头基带有两倍的电荷，这意味着固体小颗粒能稳定地分散并悬浮在水中，以及和其它类型表面活性剂之间可能存在更强的相互作用[1]。Gemini表面活性剂的出现无疑开辟了表面活性剂科学研究领域的新途径。<br /><br />近年来，涤纶仿真丝产品的发展十分迅速，以涤纶长丝为原料，经过碱减量处理和其它相应的加工，达到仿真丝的手感、光泽、服用性能等各项指标要求。涤纶碱减量处理是一个复杂的反应过程，主要为聚酯纤维高分子和NaOH间的多相水解反应。在NaOH水溶液中聚酯纤维表面的大分子链的酯键水解断裂，不断形成不同聚合度的水解产物，最终形成水溶性物质。阳离子表面活性剂常用于作为涤纶碱减量处理的促进剂，以季铵盐表面活性剂作为涤纶碱减量促进剂，涤纶分子的碱水解是一种液-固相转移催化反应。将季铵盐表面活性剂加入到热的涤纶碱减量处理浴中，首先，季铵盐表面活性剂迅速吸附在涤纶纤维表面上，降低纤维表面张力；其次，季铵盐分子中的负离子与处理浴中的氢氧根负离子发生离子交换反应，浴液中的氢氧根负离子转移并富集在纤维表面，使氢氧根负离子有更多的机会也更容易进攻涤纶分子中带部分正电荷的羰基中的碳原子，造成涤纶分子断裂，从而完成了水解反应[2]。<br /><br />本文选用四种不同结构的阳离子型Gemini表面活性剂，探讨了它们对聚酯纤维碱减量处理效果的影响，为Gemini表面活性剂的开发应用提供一些理论依据。<br /><br />1 实验部分<br /><br />1·1实验材料<br /><br />织物：练白涤纶织物(经丝为185dtex/216根网络丝，纬丝为185dtex/216根涤纶长丝)。<br /><br />药品：氢氧化钠(分析纯)；十六烷基三甲基溴化铵(分析纯)、Gemini表面活性剂31165(含有15个聚氧乙烯醚的四烷基三季铵盐)、Gemin表面活性41253(含有10个聚氧乙烯醚的四烷基三季铵盐)、Gemini表面活性剂21302(双烷基双季铵盐阳离子表面活性剂)、Gemini表面活性剂31386(含杂环和聚氧乙烯醚的双烷基双季铵盐)，以上Gemini表面活性剂为河南省道纯化工技术有限公司产品。<br /><br />1·2 实验方法<br /><br />碱减量处理：准确称取一定量的织物，按浴比1:50配制处理液，在恒温水浴上加热至90℃，放入织物处理6Omin，取出后用9O℃热水洗lOmin，65℃热水洗lOmin，冷水洗至中性，凉干。<br /><br />减量率测定：减量前后的织物分别凉干，在105℃烘箱中干燥2h，然后在硅胶干燥器中平衡24h后称重。由下式计算减量率: 减量率(%)=（减量前织物重-减量后织物重）/减量前织物重×100%<br /><br />1·3测试方法<br /><br />断裂强力测定：在YG206型织物强力仪上测试。<br /><br />悬垂系数测定：在YG811型织物悬垂性测定仪上测试(圆形试样直径为24cm)。<br /><br />透气性测定：在AP-360型织物透气性试验仪上进行。<br /><br />白度：在Ultrascan XE型电脑测配色仪上测量。<br /><br />2 结果与讨论<br /><br />2·1 不同结构Gemini表面活性剂对碱减量的促进作用选用了四种不同结构的Gemini表面活性剂，试验了表面活性剂用量对碱减量效果的影响，试验结果如图1和图2所示。<br /><br /><br />　　图1和图2分别为碱减量处理温度为80℃和90℃时不同种类Gemini表面活性剂的浓度对减量率的影响。由图可知，几种表面活性剂对涤纶织物的碱减量均有一定的促进作用，随着用量的增加，减量率逐步提高，当表面活性剂用量达到一定值(大约在0.8g/L)后，促进作用变得平缓。两种温度条件下，几种表面活性剂对碱减量促进效果的大小顺序基本一致，为21302,41253,31165,31386。从结构上分析，21302为双烷基双季铵盐阳离子Gemini表面活性剂，其吸附在涤纶纤维表面上，降低纤维表面张力的能力更强；另外，其分子中的两个季铵盐正离子更能使浴液中的氢氧根负离子转移并富集在纤维表面，提高水解反应效率。而41253和31165为含有聚氧乙烯醚链的四烷基三季铵盐表面活性剂，由于分子中聚氧乙烯链的存在，影响了促进作用，其中31165含有15个聚氧乙烯基而41253含有10个聚氧乙烯基，因此，41253的促进作用较31165稍大。另有研究表明，减量均匀性和季铵盐表面活性剂的HLB值大小有关。HLB值高的季铵盐，有利于它以分子状态均匀地吸附于纤维表面和进入纤维孔隙，减量均匀性好，纤维表面凹坑少而浅；反之均匀性较差。对于Gemini表面活性剂来说，还需进一步的研究。31386为含杂环和聚氧乙烯醚的双烷基双季铵盐，其杂环的结构和聚氧乙烯链的长度不详，从其促进效果较差来分析，可能亲水性较强。<br /><br />　　进一步比较了普通阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(1631)和双烷基双季铵盐阳离子Gemini表面活性剂(21302)的促进作用，试验结果如图3所示。从图3可以看出，在表面活性剂浓度较低(大约小于0.8g/L)时，1631的促进作用较为明显，但表面活性剂浓度较高时，21302的促进作用变得明显。还试验了不同碱浓度下Gemini表面活性剂的促迸作用，以31165为例，试验结果如图4所示。<br /><br />　　试验结果表明，不同碱浓度下，表面活性剂的促进作用 基本一致。在表面活性剂用量较低时，随浓度的增加，促迸作用增加较快；表面活性剂用量较大时，促进作用增幅趋于缓和。 <br /><br />2·2碱减量对织物性能的影响<br /><br />控制各种Gemini表面活性剂的用量、时间，减量率控制在10%左右，比较了各种表面活性剂对减量后织物性能的影响，试验结果列于表l。<br /><br />表1碱减量处理对涤纶织物性能的影响<br />　<br />注：NaOH浓度8g/L，温度9O℃，时间6Omin，浴比1:50。 <br /><br />自表1可看出，为了得到10%左右的碱量率，每种表面活性剂所需的浓度有所不同，促进效果较好的21302只需用0.15g/L，而31386需用0.7g/L，两者差距较大。从结果来看，减量后织物的白度有所提高，悬垂性明显提高。从强力的下降幅度来看，21302为促进剂的织物强力下降最大，可能与减量的均匀性有关，但还需进一步的研究。<br /><br />3 结论 <br /><br />几种Gemini表面活性剂对涤纶织物的碱减量均有一定的促进作用，随着用量的增加，减量率逐步提高，当表面活性剂用量达到一定值后，促进作用变得平缓。<br /><br />表面活性剂对碱减量促进效果与其结构有关，其中，双烷基双季铵盐阳离子Gemini表面活性剂 21302的促进作用最为明显。含有聚氧乙烯醚链的四烷基三季铵盐表面活性41253和31165，由于分子中聚氧乙烯链的存在，影响了其在纤维表面上的吸附，促进作用下降，其中31165含有15个聚氧乙烯基而41253含有10个聚氧乙烯基，因此，41253的促进作用较31165稍大。 <br /><br />减量后织物的性能有所改变，其中白度有所增大，悬垂性明显提高，强力有一定的下降。 (指导导师:王祥荣)

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