唐安喜

(上海喜赫精細化工有限公司,上海 201620)

聚酯纖維在制造過程中,隨著酯化反應的進行,在無定形區(qū)會生成一定比例的環(huán)狀低聚物。環(huán)狀低聚物在中性或酸性條件下幾乎無水溶性[1],晶體熔點在115～125℃,在滌綸高溫高壓染色過程中,聚酯纖維無定形區(qū)的環(huán)狀低聚物融化并游離出纖維進入染液,導致產(chǎn)品染色出現(xiàn)白點,嚴重影響色牢度,染色后的設(shè)備堿垢和染料垢嚴重,影響其他批次的染色。

以低泡沫高分散性的PO封端FMEE為主體原料,復配溶劑乙二醇叔丁醚和分散劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉3種原料制得滌綸低聚物去除劑。其中原料乙二醇叔丁醚能顯著降低不銹鋼表面的表面張力,能將表面張力低至20～30 m N/m,有助于防止低聚物粘附在設(shè)備表面或清除設(shè)備上已經(jīng)存在的低聚物[2]。螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉能有效螯合工作液中的鈣鎂等金屬離子,防止鈣鎂離子與低聚物形成膠體團聚。通過測試低聚物去除劑的分散性能、除油性能以及工作液和纖維表面低聚物殘余量,確定3種原料的最佳配比。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑與材料:乙二醇叔丁醚(日本丸善油化株式會社),PO封端FMEE(上海喜赫精細化工有限公司),三氯甲烷(上海清奈實業(yè)有限公司),乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、98%醋酸、醋酸鈉、保險粉(上海化學試劑有限公司),分散染料Dianix Deep Red(德司達無錫染料有限公司),勻染劑、除油劑(上海杜爾工貿(mào)有限公司),156 D/96 F滌綸長絲原紗(江蘇聯(lián)發(fā)紡織股份有限公司),滌綸低聚物粉末(嘉興臺華高新染整有限公司)。

儀器:高溫小樣染色機(常州第一紡織設(shè)備有限公司),UV-3000紫外光柵分光光度計(上海美譜達儀器有限公司),JSM-6360掃描電鏡(日本電子株式會社),OCMA-310油脂分析儀(北京恒奧德儀器儀表有限公司),AB 104電子天平(梅特勒-托利多)。

1.2 測試方法

1.2.1 低聚物分散力

將5 g低聚物粉末置于80 m L待測產(chǎn)品工作液,用醋酸調(diào)節(jié)p H值為5.5,磁力攪拌3 min,立即轉(zhuǎn)移至100 m L量筒靜置10 min,用移液管將上層清液吸出,量筒內(nèi)殘留低聚物烘干后準確稱量沉淀量m1,被分散的低聚物m0=5-m1。

1.2.2 纖維表面殘油量

參照GB/T 16488—1996,將10 g處理過的織物放在100 g CCl4溶液中,室溫浸泡24 h,采用油脂分析儀,通過測定甲基、亞甲基和芳香環(huán)的含量,表征10 g織物含有的油份。

1.2.3 纖維表面低聚物殘留量

將低聚物粉末配成不同濃度的溶液,用紫外分光光度計測最大吸收波長,在最大吸收波長下得到濃度與吸光度標準吸收曲線。準確稱取1 g滌綸纖維置入三氯甲烷室溫快速攪拌5 min,過濾得到濾液定容,測濾液的吸光度,通過標準曲線計算低聚物濃度,計算1 g纖維表面低聚物含量。

1.2.4 工作液低聚物含量

參照1.2.3小節(jié),測試處理后工作液的吸光度,通過標準曲線計算濃度,并計算工作液的低聚物含量。

1.2.5 纖維表面低聚物成像

采用掃描顯微鏡,放大倍率1 000倍,加速電壓10 k V,工作距離8.2 mm,對纖維表面微觀成像。

1.3 無染料處理工藝

室溫下加入不同用量FMEE、乙二醇叔丁醚、乙二胺二鄰苯基乙酸鈉,冰醋酸1.5 g/L,醋酸鈉2 g/L,滌綸絲10 g,浴比1∶8,快速升溫至80℃,保溫10 min,以2℃/min升溫至130℃,保溫40 min,降溫至90℃并收集工作液與織物。

1.4 染色工藝(染深色大紅)

40℃起染,分別加入分散染料Dianix Deep Red 5.0 g/L、98%冰醋酸1.5 g/L、醋酸鈉2.0 g/L、低聚物去除劑1.5 g/L、高溫勻染劑1.5 g/L,以5℃/min升溫至90℃,1.5℃/min繼續(xù)升溫至130℃保溫45 min,降溫排液,加入32%液堿5 g/L、保險粉3 g/L、低聚物去除劑1 g/L,80℃清洗20 min,過酸并充分水洗。

2 結(jié)果和分析

2.1 正交試驗因素水平的確定

PO封端FMEE具有除油性能好、泡沫低的特點,分子鏈中有末端甲基和引入的環(huán)氧丙烷甲基,多個極性甲基基團可同步吸附于低聚物表面,將低聚物更穩(wěn)定地分散于染液中[3],因此將FMEE作為低聚物去除劑的主體成分。另外兩種原料溶劑和螯合劑分別起到降低纖維與設(shè)備的表面張力和螯合鈣鎂離子的作用,溶劑與螯合劑作為輔料,用量為FMEE的10%～30%即可,最終確定的正交試驗因素水平見表1。按表1設(shè)計的正交試驗,FMEE、溶劑、螯合劑按照1.3小節(jié)復配應用于滌綸低聚物去除,試驗測試結(jié)果見表2,極差分析見表3。

表1 正交試驗因素水平表

表2 FMEE、溶劑、螯合劑正交試驗結(jié)果

2.2 各因素對低聚物分散力的影響

根據(jù)表3分析,各因素對低聚物分散力的影響程度依次為乙二胺二鄰苯基乙酸鈉＞FMEE＞乙二醇叔丁醚,乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對低聚物的分散影響最明顯,乙二胺二鄰苯基乙酸鈉可以大量螯合鈣鎂離子,減少低聚物以鈣鎂離子為中心相互吸附的傾向[4],間接起到分散懸浮低聚物作用;FMEE具有長碳鏈和多個支鏈甲基作為親油性基團,對疏水性的低聚物形成多點結(jié)合并使低聚物帶上電荷,顆粒間存在電性斥力相互不易聚集,另一端環(huán)氧乙烷基團作為親水基團分布在水溶液中,將低聚物均勻分散增溶于工作液中;乙二醇叔丁醚幾乎沒有分散作用,對低聚物分散性影響最小。

2.3 各因素對除油性能的影響

各因素對除油性能的影響程度依次為FMEE＞乙二醇叔丁醚＞乙二胺二鄰苯基乙酸鈉,FMEE具有與礦物油結(jié)構(gòu)近似的脂肪酸甲酯碳鏈,對滌綸油劑主體成分礦物油有很好的乳化與清洗能力,FMEE對油劑的去除影響最大;乙二醇叔丁醚對礦物油能起到萃取和溶解作用,能快速滲透油脂內(nèi)部加速油脂的分解,有助于油脂卷曲脫離纖維表面進入FMEE的乳化工作液[5];螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對油脂的清洗作用不明顯。

表3 FMEE、溶劑、螯合劑正交試驗極差分析

2.4 各因素對纖維表面低聚物殘留的影響

各因素對纖維表面低聚物殘留影響程度依次為FMEE＞乙二醇叔丁醚＞乙二胺二鄰苯基乙酸鈉,當溫度高于115℃,滌綸內(nèi)部無定形區(qū)低聚物開始活躍遷移至纖維表面,在工作液的乳化剝離作用下,低聚物脫離纖維表面進入清洗液[6],FMEE主要作用就是乳化與清洗,可以加速低聚物從纖維表面脫離并使其穩(wěn)定分散在溶液中,對纖維表面的低聚物的清洗影響程度最大,其次是溶劑乙二醇叔丁醚,溶劑能降低纖維的表面張力,使纖維對低聚物產(chǎn)生拒染效應,讓低聚物難以粘附在纖維上。

2.5 各因素對工作液低聚物含量的影響

各因素對工作液低聚物含量的影響程度依次為FMEE＞乙二胺二鄰苯基乙酸鈉＞乙二醇叔丁醚,低聚物從纖維表面清洗至工作液中,首先會以鈣鎂離子為中心形成團聚的傾向,當溫度低于115℃,在工作液的溶解度急劇下降,環(huán)聚生成晶體沉積于纖維或設(shè)備表面。FMEE對分散力的影響最為明顯,可以將低聚物均勻分散于工作液中,螯合劑主要作用是螯合鈣鎂離子,減少低聚物隨鈣鎂離子團聚沉積的傾向,溶劑乙二醇叔丁醚會潤濕表面形成一層拒染膜層,防止低聚物沉積在表面,更有利于低聚物隨工作液排出。最終綜合考慮各因素對除油、低聚物去除等效果的影響以及成本因素,以FMEE∶乙二醇叔丁醚∶乙二胺二鄰苯基乙酸鈉:水=3∶1∶1∶5復配低聚物去除劑。

2.6 低聚物去除劑在染色中的應用

按照工藝1.4,將FMEE∶乙二醇叔丁醚∶乙二胺二鄰苯基乙酸鈉∶水=3∶1∶1∶5復配低聚物去除劑應用于分散染料高溫高壓染色工藝,在染色過程和清洗過程分別加入低聚物去除劑,并與空白未使用低聚物去除劑作對比,用掃描電鏡觀察纖維表面的低聚物附著,比較低聚物去除效果。如圖1所示,在染色工藝中沒有添加低聚物去除劑,也沒有進行后道還原皂洗,表面存在大量的白色顆粒,圖2是將染色后纖維增加一道還原皂洗工藝,皂洗工藝中沒有添加低聚物去除劑,由圖2可見,纖維經(jīng)過清洗后顏色會變淺,纖維表面的白色顆粒沒有減少,這表明在低的溫度下皂洗流程僅能清洗纖維表面的浮色,由于低聚物是非水溶性,即便是在堿性條件下普通皂洗劑也很難清洗低聚物。圖3是染色加還原皂洗兩步處理后的纖維表面,兩個過程均有添加低聚物去除劑,最終得到的纖維表面幾乎沒有低聚物顆粒。

圖1 染色(無低聚物去除劑)纖維掃描電鏡

圖2 染色加皂洗(無低聚物去除劑)的纖維掃描電鏡

3 結(jié) 論

(1)通過正交試驗對各因素的影響分析,乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對低聚物的懸浮和分散影響較大,PO嵌段FMEE對礦物油和低聚物的清洗影響較大。

圖3 染色加皂洗(有低聚物去除劑)的纖維掃描電鏡

(2)PO封端的FMEE泡沫低,對低聚物的捕捉能力強,對低聚物的分散效果較好。溶劑乙二醇叔丁醚能降低表面張力,對油脂也有一定的乳化性。螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉能螯合水中鈣鎂離子,減少低聚物的聚集傾向。以FMEE∶乙二醇叔丁醚∶乙二胺二鄰苯基乙酸鈉∶水=3∶1∶1∶5復配低聚物去除劑,分別在染色和還原清洗過程添加,通過掃描電鏡觀察,處理后纖維表面的低聚物明顯減少。