魯 浩

(上海喜赫精細化工有限公司,上海 201620)

氨綸彈性模量大,其伸長率可超過400%,甚至高達800%,廣泛應(yīng)用于紡織品中,如泳裝面料、內(nèi)衣面料及外衣服裝面料等。氨綸在織造過程中,由于其回潮率低、摩擦系數(shù)高,在連續(xù)不斷摩擦之后,會產(chǎn)生大量靜電,造成加工困難[1]。為提高纖維吸濕性,改變纖維表面的導(dǎo)電性能,減少纖維與金屬之間的摩擦系數(shù),在氨綸紡絲過程中,通常添加氨綸專用紡絲油劑[2]。目前,氨綸紡絲油劑多以礦物油和硅油為主要成分,這些油劑在氨綸織物染色前必須充分去除干凈,否則殘留的硅油聚集在織物表面,會導(dǎo)致織物染色出現(xiàn)色花、白斑等疵點[3]。

硅油中的氫鍵能與氨綸表面上的羧基、羥基形成共價鍵,對氨綸有很強的親和力,導(dǎo)致氨綸表面的硅油難以被剝離[4]。另外硅油相對礦物油更加黏稠和難以乳化,未被充分乳化的硅油容易破乳相互聚集,在織物表面上形成拒水膜導(dǎo)致織物染色質(zhì)量降低[5]。因此,氨綸織物前處理必須使用對硅油具有強力乳化、分散與剝離能力的專用除油劑。單一的表面活性劑并不能實現(xiàn)以上所有功能,根據(jù)相似相容和兩極互補的理論,將幾種對硅油清洗效果優(yōu)異的原料通過相互復(fù)配可以獲得較佳的表面活性劑組合,制備用于氨綸織物表面硅油清洗的除油劑。其中,脂肪酸甲酯丙烯酸共聚物(M800)是含有兩個疏水基的Gemini表面活性劑,具有疏水基支鏈化的特點,具有良好的乳化性能和較強的分散性;脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)的長碳鏈結(jié)構(gòu)中含有甲酯支鏈,分子以彎曲或環(huán)狀不規(guī)則形式吸附在油污表面上,與油污的結(jié)合力更牢固,對油污的捕捉和剝離效果明顯[6];伯烷基磺酸鈉(PAS80)可有效降低硅油界面張力及表面能,提高硅油微乳液體系的穩(wěn)定性[7];脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-8)具有油水兩親性,在硅油乳化中可以加快乳化的速度[8]。

作者以乳化劑M800、分散劑FMEE、清洗劑AEO-8、滲透劑PAS80為主要原料,復(fù)配了一種用于氨綸織物表面硅油清洗的除油劑,通過正交實驗分析了4種原料的用量對礦物油和硅油乳化作用的影響,確定了氨綸織物除油劑的較佳配方;并將除油劑用于氨綸織物除油,研究了除油劑用量、除油溫度及除油時間對除油效果的影響。

1 實驗

1.1 主要原料與儀器

FMEE、PAS80、M800：工業(yè)級,上海喜赫精細化工有限公司產(chǎn);AEO-8：工業(yè)級,上海天豐化工科技有限公司產(chǎn);氨綸織物：4.44 tex 氨綸與3.33 tex錦綸交織的彈力針織物,臺華高新染整(嘉興)有限公司產(chǎn)。

Datacolor 500電腦測色配色儀：天津凱畢德商貿(mào)有限公司制;BL390KL型精密天平：杭州亞輝實驗儀器有限公司制;Thermo-LST精密移液管：合肥天元進出口有限公司制;KM-HT高溫紅外染樣機：北京四達實驗室設(shè)備有限公司制;HH-501恒溫振蕩水浴鍋：南昌明輝染整設(shè)備有限公司制;209B型電熱烘箱：日照達本機械設(shè)備制造有限公司制。

1.2 除油劑的配方設(shè)計及優(yōu)化

將4種原料M800、FMEE、AEO-8、PAS80以不同質(zhì)量百分比復(fù)配得到除油劑。以4種原料的用量(以質(zhì)量分數(shù)計)即M800用量(A)、FMEE用量(B)、AEO-8用量(C)、PAS80用量(D)為影響因素,進行4因素3水平正交實驗L9(34),見表1。

表1 正交實驗的因素及水平Tab.1 Orthogonal experimental factors and levels

1.3 氨綸織物的除油處理

根據(jù)氨綸織物油污的程度,配制一定除油劑含量的除油工作液,浴比1：5,以2 ℃/min升溫至設(shè)定的除油溫度,保溫一定的時間后充分水洗。

1.4 分析與測試

礦物油乳化性：將10 mL礦物油與40 mL除油劑濃度為5 g/L的待測液置入100 mL帶塞量筒中,上下均勻搖晃10次,開始計時,靜置10 min后,計量下層分離水相的體積(V1)。V1越小,表明乳液越穩(wěn)定,待測液的乳化力越好。

硅油乳化性：將10 mL 硅油與 40 mL除油劑濃度為5 g/L的待測液置入100 mL帶塞量筒中,上下均勻搖晃10次,開始計時,靜置10 min后,計量下層分離水相的體積(V2)。V2越小,表明乳液越穩(wěn)定,待測液的乳化力越好。

除油率(M)：將礦物油和硅油按質(zhì)量比2：1混合均勻,作為油污待用;將5 cm×5 cm錦氨混紡布用乙醚浸泡并用酒精徹底清洗干凈,烘干后稱重并記錄初始質(zhì)量(m1),用移液管準確稱1 mL油污均勻滴加在織物上,待油滴擴散后,在110 ℃烘干 10 min ,稱重并記錄質(zhì)量(m2);將黏附油污的混紡布按照1.3節(jié)工藝進行除油處理,烘干后稱重并記錄質(zhì)量(m3),按式(1)計算M。

M=[1-(m3-m1)/(m2-m1)]×100%

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗結(jié)果分析

從表2可知,對于礦物油的乳化,根據(jù)V1與極差(R1)大小可得到各因素的影響排列順序,M800用量(A)的影響最大,FMEE用量(B)的影響次之,PAS80用量(D)和AEO-8用量(C)的影響較小。這是因為M800結(jié)構(gòu)中,含有丙烯酸支鏈基團,增大了分子的表面積使其具有較穩(wěn)定的乳化能力,與油劑分子形成的膠束不僅油脂容量體積大而且穩(wěn)定;FMEE具有甲酯基的分子結(jié)構(gòu),與礦物油脂分子結(jié)構(gòu)相類似,根據(jù)相似相溶機理,FMEE對油脂的溶解能力強,因此對礦物油乳化影響也較為明顯[9];AEO-8與PAS80主要是起到降低纖維表面張力的作用,加速工作液在纖維表面的潤濕與鋪展,有助于對于纖維之間縫隙處的油污去除[10],并且PAS80作為陰離子表面活性劑,增大油污微乳顆粒之間靜電斥力,大大提高了油污的乳化穩(wěn)定性。

表2 正交實驗結(jié)果Tab.2 Orthogonal experimental results

從表2還可知,對于硅油的乳化,根據(jù)V2與極差(R2)大小可得到各因素的影響排列順序,M800用量(A)和AEO-8用量(C)的影響較大,其次是FMEE用量(B)和PAS80用量(D)。這是因為M800不僅乳化力強,而且其長烴鏈疏水基具有非常強的吸附能力,對氨綸表面硅油的置換能力強,使這些硅油分子容易脫附纖維;FMEE和AEO-8均具有較為均衡的親水親油性能[11],親水基吸附于硅碳表面,親油基吸附于長烴鏈,對硅油乳化影響也較為明顯;PAS80乳化力較差,可以減弱污垢與氨綸表面的黏附作用,使油污加速分離纖維,對硅油的乳化作用的影響較小。

在氨綸混紡織物中氨綸對油劑的吸附能力遠遠大于其他纖維[12]。為了獲得適合氨綸織物的除油劑,需要除油劑對礦物油和硅油均有較強的乳化力。綜合考慮對礦物油和硅油乳化力的影響,確定4種原料用量的較佳組合為A3B2C1D3,即M800質(zhì)量分數(shù)15%、FMEE質(zhì)量分數(shù)10%、AEO-8質(zhì)量分數(shù)5%、PAS80質(zhì)量分數(shù)15%。在確定4種主要原料用量的基礎(chǔ)上,再添加其他助劑,可得到較佳的氨綸織物除油劑配方,見表3。

表3 氨綸織物除油劑的配方Tab.3 Formulation of deoiling agent for polyurethane fibers

2.2 除油劑用量對除油效果的影響

根據(jù)表3配方配制氨綸織物除油劑,并配制一定除油劑含量的除油工作液,用于氨綸織物表面除油,在除油溫度為70 ℃、時間為25 min的條件下,探討除油劑用量對除油效果的影響。從圖1可以看出：隨著除油劑濃度的提高,M明顯提高;當(dāng)除油劑濃度為2.5 g/L時,M達73.17%;除油劑濃度超過2.5 g/L后,M提升緩慢,上升曲線逐步平緩。由此可知,考慮到成本因素,選擇除油劑濃度為2.5 g/L較合適。

圖1 除油劑用量對除油效果的影響Fig.1 Effect of deoiling agent dosage on deoiling effect

2.3 除油溫度對除油效果的影響

根據(jù)表3配方配制氨綸織物除油劑,并配制一定除油劑含量的除油工作液,用于氨綸織物表面除油,在除油劑濃度為2.5 g/L、除油時間為25 min的條件下,探討除油溫度對除油效果的影響。從圖2可以看出：除油溫度對M的影響較為明顯,除油溫度低于40 ℃時M低于27%,除油效率較差;除油溫度超過40 ℃后M隨除油溫度的上升明顯提高,當(dāng)除油溫度為70,80,90 ℃時,M分別達73.17%、84.27%、93.38%;繼續(xù)提高除油溫度,M提升緩慢。由此可知,除油溫度應(yīng)控制在90 ℃以內(nèi),但在實際生產(chǎn)中除油溫度太高,成本增加較多,通常控制除油溫度在70 ℃左右。

圖2 除油溫度對除油效果的影響Fig.2 Effect of deoiling temperature on deoiling effect

2.4 除油時間對除油效果的影響

根據(jù)表3配方配制氨綸織物除油劑,并配制一定除油劑含量的除油工作液,用于氨綸織物表面除油,在除油劑濃度為2.5 g/L、除油溫度為70 ℃的條件下,探討除油時間對除油效果的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 除油時間對除油效果的影響Fig.3 Effect of deoiling time on deoiling effect

從圖3可以看出：隨著除油時間的延長,M呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,當(dāng)除油時間為25 min時M達73.17%;除油時間超過25 min后M提升很小。因此,實際生產(chǎn)中將除油時間控制在25 min較合適。

3 結(jié)論

a.以乳化劑M800、分散劑FMEE、清洗劑AEO-8、滲透劑PAS80為原料,成功配制了一種用于氨綸織物表面清洗的除油劑。正交實驗結(jié)果表明：M800和FMEE對于礦物油乳化效果的影響比較明顯;M800和AEO-8、FMEE對二甲基硅油乳化效果的影響比較明顯;除油劑較佳配方為M800質(zhì)量分數(shù)15%、FMEE質(zhì)量分數(shù)10%、AEO-8質(zhì)量分數(shù)5%、PAS80質(zhì)量分數(shù)15%、其他助劑質(zhì)量分數(shù)1.1%、去離子水質(zhì)量分數(shù)53.9%。

b.隨著除油劑用量增大,氨綸織物的M顯著提高;除油溫度低于40 ℃除油效果很差,除油溫度高于80 ℃后M提升比較緩慢;隨著除油時間的延長,M呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,除油時間超過25 min后M提升很小;在實際生產(chǎn)中,較佳的除油工藝為除油劑濃度2.5 g/L、除油溫度70 ℃、除油時間25 min,在此工藝下氨綸織物的M達73.17%。