非离子有机颜料分散体从水中的分离性能研究

孔令铣 刘琛 郝龙云

摘要：基于非离子分散剂AEO-9制备水性非离子有机颜料分散体，系统探究pH、温度、添加剂（电解质和醇类物质）对颜料颗粒从水体中分离性能的影响。研究结果表明，随着颜料分散液静置温度提高，AEO-9对颜料的分散能力下降，颜料颗粒去除率增大；酸性条件下颜料粒子容易聚集，更易从水中分离；电解质的加入可使颜料从水中有效分离，电解质所带电荷越多，分离效果越好；醇类物质对颜料分离也有一定影响，其中乙醇效果最好，丙二醇效果最差。

关键词：非离子；有机颜料；分散体；分离

中图分类号：

TS190.2

文献标志码：A

传统印染行业利用各类染料对纺织品着色，能耗大、废水多且处理难度高，急需开发生态着色新技术以推动行业转型升级。近年来，研究者尝试利用水性有机颜料分散体替代染料对纺织品进行着色加工，这种纺织品生态着色新技术具有节能、降耗、减排等优点，极具应用价值[1-2]。有机颜料是一种疏水固体，与水分子存在强排斥力，必须通过适当表面改性才能稳定分散于水中[3-4]。表面活性剂是最常用的表面改性物质，能显著改变体系界面状态，从而对颜料产生润湿、分散及稳定等诸多作用。非离子表面活性剂在水中不电离，对颜料分散性能受酸、碱及电解质影响较小，得到广泛研究与应用。如用非离子表面活性剂Tween 20/Span 20分散酞菁铜颜料，通过润湿性及分散性测试表征对颜料的表面改性作用[5]；利用非离子表面活性剂NP-10与纤维素酶协同制备稳定有机酞菁绿颜料水性分散体系，并研究其对阳离子改性棉织物的染色性能[6]。非离子有机颜料分散体在水中对织物着色时，部分颜料被织物吸附，剩余颜料则残留在水体中，若直接排放将对环境产生一定危害。目前，针对非离子有机颜料颗粒从水中分离性能的研究较少。本文选用基于非离子表面活性剂AEO-9制备的有机颜料分散体为研究对象，系统探究水体pH、温度、添加剂（电解质和醇类物质）对颜料颗粒从水体中分离性能的影响。

1 实验

1.1 材料和仪器

实验材料：AEO-9（购于广东嘉宝化工有限公司），颜料红122（购于山东优索化工科技有限公司），硫酸（购于莱阳经济技术开发区精细化工厂），无水硫酸钠（购于天津市汇杭化工科技有限公司），无水氯化镁（购于天津市凯信化学工业有限公司），氢氧化钠、异丙醇、二甘醇、乙二醇、1， 2-丙二醇（购于国药集团化学试剂有限公司），甲醇（购于天津市富宇精细化工有限公司），甘油（购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

实验仪器：高速离心机（TGL-16G），分光光度计（752），纳米粒度仪（Litesizer 500），超声波清洗机（SK7200H），超声粉碎机（JY92-IIDN），浊度计（XINRUI）。

1.2 分散体制备

称取0.8 g非离子表面活性剂AEO-9于烧杯中，加入40 mL水并搅拌溶解，加入4 g颜料红122并置于超声清洗机中处理20 min，随后使用超声粉碎机对颜料处理30 min，最后用100 mL容量瓶定容。

1.3 分离效果测试

颜料分散液（2 g/L）置于不同pH（3、6、9）、温度（50℃～90℃）条件下一定时间（3 min～9 min），于1 000 r/min条件下离心3 min，离心前、后取上清液测吸光度，分别记做A0和A1，颜料从水中的去除率R=（A0-A1）/A0×100%。

探究电解质对分离效果的影响，在颜料分散液（2 g/L）中加入0.01 mol/L不同电解质（硫酸钠、氯化镁、硝酸铝），50℃条件下加热3 min，于1 000 r/min条件下离心3 min，取上清液测吸光度，计算R。

探究醇类物质对分离效果的影响，在颜料分散液（2 g/L）中加入0.01 mol/L不同醇（甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇、乙二醇、甘油、二甘醇），50℃条件下加热3 min，于1 000 r/min条件下离心3 min，取上清液测吸光度，计算R。

1.4 粒度与浊度测试

颜料分散体粒度测试：采用1 cm石英比色皿，于25℃条件下用纳米粒度仪测定颜料分散颗粒粒度。

浊度测试：预热浊度计，向专用测试瓶中装入蒸馏水调零，然后测量待测溶液浊度。

2 结果与讨论

2.1 温度对颜料分离效果的影响

研究温度对颜料从水中分离效果的影响，温度越高，加热时间越长，颜料去除率越高（图1）。因为温度越高，颜料粒子运动越剧烈，更易克服彼此间的排斥而发生相互碰撞[7-8]，进而发生聚集，提高去除率。

AEO-9是一种非离子表面活性物质，随温度升高由完全溶解转变为部分溶解，胶束溶液将发生相分离，通过测定溶液浊度可反映该变化。由图2可知，随着温度升高，溶液浊度增加，表明AEO-9溶解度下降，使其对颜料的分散能力减弱，改善颜料从水中的分离效果。

2.2 pH对颜料分离效果的影响

酸碱性质也会对颜料从水中的分离产生重要影响。测试不同pH条件下颜料的去除效果，pH=3时，颜料去除率最高；pH=6和pH=9时，效果较差（图3）。酸性条件下，颜料颗粒表面电位下降[8-9]，颜料间静电排斥力减小，使颜料粒子容易聚集而从水中分离。中性和弱碱条件下，颜料颗粒之间仍有较强相互排斥稳定作用，不易发生显著聚集现象。

不同pH对颜料分散颗粒粒径的影响，pH=3时，颜料粒径明显增大，与上述去除率结果相对应；碱性和中性条件下，颜料粒径保持稳定，不易从水中分离（图4）。

2.3 电解质对颜料分离效果的影响

由图5可知，相同浓度下，颜料去除效果为硝酸铝>氯化镁>硫酸钠，即电解质金属离子所带电荷数越多，去除效果越高。电解质在水中电离产生金属离子，将压缩颜料表面电位[10]，削弱颜料粒子间静电斥力，降低颜料分散体系稳定性，颜料粒子容易积聚而从水中分离。

2.4 醇类物质对颜料分离效果的影响

由图6可知，甲醇、乙醇、异丙醇和正丁醇四种一元醇中，乙醇脱色效果最好；而乙二醇，丙二醇和二甘醇三种二元醇中，二甘醇脱色效果最好。整体来看，乙醇和二甘醇脱色效果较好，丙二醇脱色效果最差。可能因为乙醇和二甘醇分子易被颜料表面吸附而夺取颜料表面水分子，使其发生固液分离；丙二醇对颜料表面水化层影响较小，颜料可以较为稳定的存在于残液中。

3 结论

本文系统研究温度、pH、电解质、醇类对非离子型有机颜料颗粒从水中分离性能的影响。颜料分散液静置温度越高，颜料的去除率就越高，这是因为高温使颜料粒子运动加剧，更易克服彼此间排斥而发生相互碰撞，进而发生聚集；随着温度增加，AEO-9的溶解度下降，对颜料的分散能力下降，也易导致颜料从水中分离；pH=3的酸性条件下颜料去除率最高，因为酸性条件下颜料颗粒表面电位下降，颜料粒子容易聚集；电解质的加入可使颜料从分散体系中有效分离，电解质所带电荷越多，分离效果越好；醇类物质对颜料分离也有一定影响，其中乙醇脱色效果最好，丙二醇效果最差。

参考文献

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Research on the Separation Performance of Non-ionic Organic

Pigment Dispersions from Water

KONG Ling-xian， LIU Chen， HAO Long-yun

（College of Textile and Garment， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract：

The water-based non-ionic organic pigment dispersions were prepared using the non-ionic dispersant AEO-9， and the effects of pH， temperature， additives （electrolytes and alcohols） on the separation performance of pigment particles from water were systematically investigated. The results show that as the static temperature of the pigment dispersion increases， the dispersibility of AEO-9 towards pigments decreases， which is beneficial for the removal of pigment particles. Under acidic conditions， pigment particles tend to aggregate， making it easier to separate from water. The addition of electrolytes can effectively separate pigments from water， and the more charges the electrolyte carries， the better the separation effect. Alcohols also have a certain impact on pigment separation， with ethanol having the best removal effect and propylene glycol having the worst effect.

Keywords：

non-ionic; organic pigment; dispersions; separation