助剂临界胶束质量浓度对染色效果的影响

吴焕岭，崔淑玲，刘德驹

(1.盐城纺织职业技术学院 化工系，江苏 盐城 224005；2.河北科技大学 纺织服装学院，石家庄 050018)

助剂临界胶束质量浓度对染色效果的影响

吴焕岭1，崔淑玲2，刘德驹1

(1.盐城纺织职业技术学院 化工系，江苏 盐城 224005；2.河北科技大学 纺织服装学院，石家庄 050018)

用表面张力法测试了自制低温染色助剂CWL中表面活性剂的临界胶束质量浓度(CMC)。通过对涤纶纤维分别进行低温浸染和低温热溶染色，证实了在临界胶束质量浓度下，助剂对染色的增深作用显著提高。因此，临界胶束质量浓度的测定对指导助剂用量、提高染色质量具有重要的意义。

临界胶束质量浓度；表面张力；染色助剂；聚酯纤维；分散染料

在浓度很稀的表面活性剂溶液中，溶液表面富集表面活性剂分子，覆盖在溶液表面的表面活性剂疏水基朝外，相当于形成一层碳氢链构成的表面层，因此大大改变了表面性质(表面张力降低)，且表面张力降低的大小与表面活性剂的浓度有关。当表面吸附趋于饱和时，溶液具有最低的表面张力，这时如继续增加表面活性剂浓度并不能显著增加溶液表面单个分子或离子的浓度，而只能在溶液中形成胶束。由于胶束的形成，表面活性剂溶液的性质发生了显著的变化[1]。表面活性剂临界胶束质量浓度的测定对于指导生产用量具有非常重要的意义，需要药液或助剂中表面活性剂的质量浓度大于临界胶束质量浓度才能获得期望的效果，如达到药物的防治作用及染整助剂的增溶、助溶、润湿、渗透、乳化、分散等作用。通过查阅资料可知，该测定方法在农药方面的应用较多[2-4]，而在染整助剂中的研究并不多，需要引起染整工作者的重视。

自制染色助剂CWL是有机酯W经过乳化剂乳化形成的O/W型乳液体系，用于低温下分散染料对聚酯纤维染色。将助剂添加于染液中，由于表面活性剂临界胶束质量浓度的出现，助剂对染色的增深作用会显著提高。

1 实验部分

1.1 实验材料

1.1.1 织 物

纯涤纶针织布，80 dtex／75根，质量204.4 g/m2，幅宽0.8 m；

纯涤纶机织物，线密度为11 tex×24.6 tex，经纬密分别为354根/10 cm和197根/10 cm。

1.1.2 主要药品

低温染色助剂CWL(乳化剂X、Y与有机酯W形成的O/W型白色乳液)。

染料：分散艳蓝E-4R；分散红SE-GFL；分散红玉S-5BL。

1.1.3 实验仪器

Longcolor热溶染色仪(上海朗高纺织设备有限公司)，SD-A小轧车(广东省鹤山市新宏染整机械制造有限公司)，HH-4恒温水浴锅(江苏金坛市宏华仪器厂)，101-1型电热鼓风干燥箱(天津泰斯特仪器有限公司)，Datacolor Spectraflash® SF 600® plus.CT测配色仪(美国制造)，JYW-2000全自动数字张力仪(承德大华试验机有限公司)，721型分光光度计(上海第三分析化工厂)。

1.2 试验方法

1.2.1 临界胶束质量浓度的测定

参考GB/T 22237－2008《表面活性剂 表面张力的测定》和GB 11278－1989《阴离子和非离子表面活性剂临界胶束浓度的测定 圆环测定表面张力法》的实验步骤进行操作。配制若干个不同质量浓度的溶液，在室温下测定不同质量浓度溶液对应的表面张力值。取表面张力值作纵坐标，以克数每升表示的质量浓度对数作横坐标，绘制曲线。然后用这条曲线求出临界胶束质量浓度(CMC)，根据图1确定得到的曲线类型。

1.2.2 低温热溶染色工艺

工艺流程：二浸二轧(轧余率(70±2)%)→烘干→焙烘(高温型染料180，190 ℃；中温型染料170，180 ℃；低温型染料170，180 ℃；焙烘时间分别为2，2.5，3 min)→水洗→还原清洗→水洗→烘干。

图1 表面张力-质量浓度对数典型曲线图Fig.1 Typical curve graph showing the surface tension with logarithm of mass concentration

染色处方：分散染料20 g/L，防泳移剂(5 %海藻酸钠)5 g/L，渗透剂JFC 0.5 g/L，助剂CWL 0～6 g/L，适量消泡剂，醋酸调pH值至5～6。

还原清洗液处方：纯碱2 g/L，保险粉2 g/L，浴比1∶20，80～85 ℃清洗20 min[5]。1.2.3 低温浸染工艺

工艺流程：染色→水洗→还原清洗→皂洗→烘干。

染色处方：分散染料2 %(对织物重)，醋酸调节pH值至5～6，助剂CWL的用量为0～6 g/L，于98 ℃沸染，时间为60 min，浴比为1∶33。升温曲线如图2所示。

图2 常压沸染工艺Fig.2 Process of atmospheric dyeing in boiling state

还原清洗液处方：纯碱1.5 g/L，保险粉1.5 g/L，浴比1∶20，80～85 ℃清洗20 min[5]。

1.2.4 K/S值的测定

将每块染色后的织物试样叠3～4层(同一组测试的织物试样叠的层数应相同)，至不透光为止，进行3次测试后，从与该仪器相连接的电脑上显示的最大吸收波长下的K/S值曲线上读取该试样3次测量后的平均值，即为该试样的K/S值[6]。

2 结果与讨论

2.1 临界胶束质量浓度的确定

测得结果如表1和图3所示，可知结果符合图1b曲线2，曲线在lgC＝0处发生转折，所对应的质量浓度应为CMC，此处助剂的质量浓度在1 g/L左右，即当染浴中的助剂质量浓度大于1 g/L时，助剂的各种作用(增溶、增深)才会明显出现，因而低温染色助剂CWL的使用量要大于1 g/L。

表1 不同助剂质量浓度对应的表面张力Tab.1 Surface tension at different auxiliary concentration

2.2 助剂质量浓度对K/S值的影响

2.2.1 助剂用量对热溶染色工艺得色量的影响

选用涤纶机织布，分散红玉S-5BL质量浓度为20 g/L，助剂CWL的质量浓度为0～6 g/L，在210 ℃(正常染色温度)对涤纶机织布进行热溶染色，焙烘2min，测得染色结果如图4所示。

图3 25 ℃下助剂质量浓度对数-表面张力曲线Fig.3 Curve of surface tension at logarithm of different auxiliary concentration at 25 ℃

图4 不同助剂质量浓度下的K/S值(210 ℃)Fig.4 Inf l uence of auxiliary concentration on K/S at 210 ℃

分散红玉S-5BL质量浓度为20 g/L，助剂CWL的质量浓度为0～6 g/L，180 ℃对涤纶机织布进行热溶染色(低温)，焙烘2.5 min，测得染色结果如图5所示。

图5 不同助剂质量浓度下的K/S值(180 ℃)Fig. 5 Inf l uence of auxiliary concentration on K/S at 180 ℃

由图4、图5可知：

1)不论低温热溶染色还是高温热溶染色，助剂CWL具有显著的增深作用。助剂质量浓度在1 g/L附近时，曲线的斜率最大，染色深度明显加深。分析原因可能是，伴随临界胶束质量浓度的产生，助剂对染料的增溶助溶作用产生，从而单分子状的分散染料增多，有助于染色；助剂对纤维的增塑作用显著提高，从而破坏了大分子链间的连接点，增加了链的柔性，使分子链间的瞬间空穴增大[7-8]。这两方面的作用均利于染料单分子进入纤维内部，从而使染色纤维的得色量增加。

2)当助剂质量浓度达4 g/L时，染色深度达到最高。3)助剂质量浓度大于5 g/L时，染色深度不但没有上升反而下降甚至低于不添加助剂。分析原因可能是，分散染液中存在染料固体颗粒、纤维、染料与水的溶液这样几相，没有添加助剂时，纤维与染料的作用亲和力占主导作用；添加少量助剂时，助剂与纤维的亲和力变大，助剂胶束携带染料容易进入纤维；添加助剂达到一定质量浓度后，由于助剂胶束之间的作用力克服了助剂与纤维之间的作用力，导致助剂胶束的缔和、凝聚，形成了一种新相，并把大量的染料吸附在凝聚的助剂里，而染液中的染料质量浓度降低，因此导致了得色深度的降低。

2.2.2 助剂质量浓度对浸染工艺中得色量的影响

实验选用涤纶针织布，分别配制分散红SE-GFL和分散艳蓝E-4R的染浴，染料质量分数2 %(对织物重)，助剂CWL的质量浓度为0～6 g/L，常压沸染60 min。测得K/S值如图6所示。

图6 助剂质量浓度对K/S值的影响Fig.6 Inf l uence of auxiliary dosage on K/S

由图6可知，助剂CWL具有显著的增深作用。随着助剂用量的变化，浸染工艺中的染色K/S值的变化与热溶染色工艺具有同样的规律。均在助剂质量浓度1 g/L左右时，曲线上的斜率达到最大，说明此时的K/S值的变化最大，这与助剂CWL中表面活性剂临界胶束质量浓度的产生有必然关系。同时，助剂CWL质量浓度为4 g/L时，染色深度达到最高值，助剂CWL质量浓度大于5 g/L时，染色深度有下降趋势。

3 结 论

1)助剂CWL中表面活性剂的临界胶束质量浓度为1 g/L左右，不论浸染还是热溶染色，在临界胶束质量浓度附近，由于助剂中表面活性剂性质的突变，引起染色深度的突变，使得K/S值在助剂质量浓度1 g/L左右时迅速增大。

2)助剂CWL具有显著的增深作用。质量浓度超过1 g/L后，染色深度逐渐提高，达到4 g/L时，染色深度最高。

3)表面活性剂及含有大量表面活性剂的助剂在使用过程中，通常用量要高于其临界胶束质量浓度才会发挥明显的作用。

[1]刘国良.染整助剂应用测试[M].北京：中国纺织出版社，2005：44-50.

[2]顾中言，许小龙，韩丽娟.杀虫剂药液中表面活性剂的临界胶束浓度及表面张力[J].江苏农业学报，2002，18(2)：89-93.

[3]吴洪特，于兵川.表面活性剂复配及其对百草枯增效试验[J].湖北农业科学，2003 (4)：54-56.

[4]王仪，张定塔，郑斐能，等.助剂对高效氯氰菊酯在甘蓝叶片表面渗透性的影响[J].中国农业科学，2002，35(1)：33-37.

[5]范雪荣，王强. 针织物染整技术[M].北京：中国纺织出版社，2004：231-236.

[6]董振礼，郑保海，轷桂芬.测色及电子计算机配色[M].北京：纺织工业出版社，1996.

[7]纪晋敏，张子涛，宋心远.助剂对微细涤纶低温染色的影响[J].染整工业，2001 (7)：7-8.

[8]蔡翔.羊毛/涤纶混纺织物分散染料助剂增溶染色理论和工艺研究[D].上海：东华大学化学与化工学院，2002：4-7.

Inf l uence of CMC of auxiliary on dyeing effect

WU Huan-ling1, CUI Shu-ling2, LIU De-ju1
(1.Department of Chemical Engineering, Yancheng College of Textile Technology, Yancheng 224005, China;2.College of Textile ＆ Garment, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)

The critical micelle concentration (CMC) of surfactant in low-temperature dyeing assistant CWL was measured with the method of surface tension. Use auxiliary CWL separately in low temperature dip dyeing process and low temperature thermosol dyeing process, the results show that color-increasing effect has changed very notable under CMC. So, the definition of CMC is important to guide the dosage of dyeing auxiliary and improve dyeing effect.

Critical micelle concentration; Surface tension; Dyeing assistant; Polyester; Disperse dyes

TS193.22

A

1001-7003(2011)01-0009-03

2010-04-29；

2010-07-05

河北省科技厅攻关指导性计划项目(05213031)

吴焕岭(1982－ )，女，助教，主要从事纺织纤维材料性能及化学整理技术研究。