DGSS系列雙子表面活性劑在羊毛織物染色中的應用

朱國華， 喻紅梅， 葉 俊， 方略韜， 華 平

(1. 南通大學 化學化工學院， 江蘇 南通 226019； 2. 南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

DGSS系列雙子表面活性劑在羊毛織物染色中的應用

朱國華1， 喻紅梅1， 葉 俊2， 方略韜2， 華 平1

(1. 南通大學 化學化工學院， 江蘇 南通 226019； 2. 南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

為改善常規酸性染料在羊毛織物上的染色性能，將6種自制新型雙子表面活性劑DGSS用于羊毛織物常規酸性染料染色體系，比較了6種不同DGSS對羊毛織物染色性能的影響，并與FFA+SET復合助劑進行了對比。結果表明：6種DGSS對染料色光均無影響，在其用量分別為FFA+SET復合助劑一半條件下，對羊毛織物酸性染料染色應用中， DGSS對降低初染率有改善效果。在勻染性上，在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，DGSS系列均有較好的勻染性，其中GSSEEB的勻染效果明顯優于FFA+SET復合助劑。在雅格賽特藍N-PR染羊毛織物上，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP表現出較好的勻染性，但略低于FFA+SET復合助劑。當GSSEEB用量為3.0%(o.w.f)時，其在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上有較小的相對不勻度，表觀色深接近FFA+SET復合助劑。當GSSBH用量為3.5% (o.w.f)時，其在雅格賽特藍N-PR染羊毛織物上相對不勻度明顯優于FFA+SET復合助劑，表觀色深也與FFA+SET復合助劑相當。

染色; 酸性染料; 雙子表面活性劑DGSS; 羊毛

二元醇雙磺基琥珀酸酯鈉(DGSS)是磺基琥珀酸酯鹽類雙子表面活性劑中的一種，兼有溫和、抗硬水、低毒、易降解和表面活性高等優點，已列為國家“十二五”科技支撐計劃項目。目前對其合成的研究報道較多[1-3]，但對其應用的研究報道極少[4]。研究表明，一些特殊結構的表面活性劑能改善常規毛用染料的染色性能[5]。如含酯基結構的表面活性劑對羊毛鱗片層具有一定的增溶或溶脹作用，有利于染料陰離子向纖維內部擴散和滲透[6]，為羊毛織物的染色提供有利條件；大多數的酸性染料均為磺酸鈉鹽[7]，本文得到的6種DGSS也均為磺酸鈉鹽，且分子結構中均含有多個酯鍵，具有較好的耐酸性，因此，本文研究比較DGSS與FFA+SET復合助劑對企業用常規酸性染料雅格賽特紅N-PB、雅格賽特藍N-PR對羊毛織物染色性能的改善效果，以期用DGSS替代FFA+SET復合助劑。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

織物：全毛粗紡織物。

試劑：雅格賽特紅N-PB、雅格賽特藍N-PR、勻可靈SET、滲透劑FFA (均為上海雅運精細化工有限公司);馬來酸酐(上海凌峰化學試劑有限公司)、乙二醇(南京化學試劑有限公司)、1,4-丁二醇(上海凌峰化學試劑有限公司)、乙酸鈉(汕頭市西隴化工廠有限公司)、正己醇(上海凌峰化學試劑有限公司)、2-甲基-1-戊醇(東京成化工業株式會社)、2-乙基-1-丁醇(阿拉丁)；GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB(均為自制)；EL20實驗室pH計(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，Color-Eye3100型測色配色儀(美國Gretag Macbeth公司)，SP-2100型分光光度計(上海光譜儀器有限公司)。

1.2 DGSS的制備

以乙二醇、1,4-丁二醇、順酐、正己醇、2-甲基-1-戊醇、2-乙基-1-丁醇、亞硫酸氫鈉等為原料，經過單酯化反應、雙酯化反應和磺化反應合成了6種DGSS(GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB)，合成工藝優化研究另文報道。其化學反應方程式如圖1所示。

注：n=2時，R=—(CH2)5CH3 產品為GSSEH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3產品為GSSEMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3產品為GSSEEB；n=4時，R=—(CH2)5CH3產品為GSSBH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3產品為GSSBMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3產品為GSSBEB。圖1 DGSS的合成化學反應方程式Fig.1 Chemical reaction equation of DGSS synthesis

1.3 染色實驗

分別配制200 mL雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍N-PR染液1%(o.w.f)，用冰醋酸和無水乙酸鈉調節pH值，浴比為1∶50，分別以FFA+SET復合助劑(FFA和SET用量均為2.5%(o.w.f)，以下同)和6種DGSS(用量均為2.5%(o.w.f)，空白為不加助劑，以下同)作為染色助劑，配制一定量的染液。在振蕩水浴鍋中先將染液預熱至40 ℃，然后投入已在水中充分潤濕并擠干的羊毛織物，浴比為1∶50，10 min后，以1 ℃/min的升溫速率逐漸升溫至98 ℃，續染60 min，冷卻至室溫，取出試樣，冷水洗、晾干。

1.4 染色性能測試

DGSS對酸性液最大吸收波長的影響、上染速率曲線、表觀色深K/S值及相對不勻度的測定參照文獻[8]進行，勻染性實驗參照文獻[9]進行。

2 結果與討論

2.1 DGSS對酸性染液λmax的影響

表1示出不同助劑對雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍N-PR最大吸收波長的影響。可以看出，DGSS與空白實驗相比，其染液的最大吸收波長都相近，說明這些助劑沒有改變這2種染料的色光。

表1 含不同助劑的酸性染料水溶液的最大吸收波長Tab.1 Maximum absorption wavelengths of acid dyes with different additives

2.2 DGSS對羊毛織物染色上染速率的影響

按染色工藝對羊毛織物進行染色，在相同條件下考察不同DGSS對上染速率的影響，并與工廠助劑SET+FFA復合助劑進行比較，結果如圖2、3所示。可以看出，助劑的加入均使染料的初始上染速率有所降低，但最終上染百分率并不降低。其中以GSSEH和GSSBH為助劑時的初始上染速率最低，與FFA+SET復合助劑相當。

圖2 助劑對雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上染速率的影響Fig.2 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Red N-PB

圖3 助劑對雅格賽特藍N-PR染羊毛織物上染速率的影響Fig.3 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根據羊毛染色的勻染機制[10]，在上述染色工藝條件下，染液pH值為4時，大約在羊毛等電點附近。此時羊毛幾乎不帶電荷，染料依靠范德華力和氫鍵上染纖維。上染后，染料陰離子再與纖維中的—NH3+以離子鍵結合。此時助劑對染料被纖維的吸附影響較小，卻能延緩染料陰離子與—NH3+的結合，起緩染作用。隨著染色時間延長，染色溫度升高，染料陰離子通過分子熱運動靠近纖維，范德華力和氫鍵力發生作用，靜電斥力下降，所以最終還可達到較高的上染率。

在6種DGSS中，GSSEH和GSSBH具有突出的滲透性，在染液中的擴散速度更快，所以這2種DGSS陰離子能夠較快地占據大部分染座，阻止染料的快速上染，降低染料初始上染速率的效果更明顯。單獨使用的GSSEH和GSSBH降低初始上染速率的效果與FFA+SET復合助劑相當，而用量只有FFA+SET復合助劑的一半。

2.3 DGSS對羊毛織物染色勻染性的影響

將染色羊毛織物在Color-Eye3100測色配色儀上測定色差△E，結果如表2、3所示。

表2 雅格賽特紅N-PB染羊毛織物的色差△ETab.2 Color difference of wool fabric with Argacid Red N-PB

注：(32-16)為16 min與32 min的色差，下同。

表3 雅格賽特藍N-PR染羊毛織物的色差△ETab.3 Color difference of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根據實驗制定的染色工藝，染色32 min時(包括先恒溫10 min)溫度約為62 ℃，羊毛纖維的鱗片開始溶脹，對染料的擴散阻礙作用顯著降低，選擇32 min和16 min的試樣色差更能說明勻染性效果。由表2可看出，DGSS系列助劑均能改善雅格賽特紅N-PB染羊毛織物的勻染性。且GSSEEB的勻染效果明顯優于FFA+SET復合助劑，GSSBEB、GSSEH和GSSBH的勻染性接近FFA+SET 復合助劑，但用量僅為FFA+SET復合助劑的一半。由表3可知，在DGSS系列產品中，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP能改善雅格賽特藍N-PR染羊毛織物的勻染性。但在該工藝條件下，它們的勻染性仍然不如FFA+SET復合助劑。

2.4 助劑用量對羊毛織物染色性能的影響

分別用雅格賽特紅N-PB 勻染性較好的GSSEEP，雅格賽特藍N-PR勻染性較好的GSSEH、GSSBH及GSSBMP，染料用量為1%(o.w.f)，pH值為4，在相同條件下考察助劑用量為2.0%、2.5%、3.0%、3.5%(均為o.w.f)時對羊毛織物的表觀色深及相對不勻度Sr(λ)的影響，結果如表4、5所示。

表4 GSSEEB用量對羊雅格賽特紅N-PB在羊毛織物染色表觀色深及相對不勻度的影響Tab.4 Effect of GSSEEB dosage on K/S value and unevenness in wool dyeing of Argacid Red N-PB

由表4、5可看出，助劑的加入有利于改善羊毛織物的相對不勻度，并且表觀色深值也有所增加。在本文考察的濃度范圍內，隨著DGSS助劑用量的增大，表觀色深值逐漸增大，但當DGSS濃度增大到一定值后繼續增大，表觀色深值反而降低。同樣隨著DGSS用量的增大，相對不勻度Sr(λ)先變小(勻染性好)，然后又逐漸變大(勻染性變差)。由于羊毛表面有鱗片層，結構比較緊密，對染料的擴散有較大的阻力，助劑陰離子在染液和纖維中的擴散速率遠大于染料陰離子，可優先與纖維上的—NH3+以離子鍵結合，降低染料初始上染速率，有利于勻染；但當DGSS用量過大時，單位體積染液內染料陰離子濃度降低，致使在有限的染色時間內，染料陰離子不能與DGSS陰離子充分交換，而使織物表觀色深降低，而且勻染性變差[11]。但在表5的雅格賽特藍N-PR染色中，以GSSBH為染色助劑時，勻染性隨著GSSBH濃度的增大逐漸減小。

表5 GSSEH、GSSBH以及GSSBMP用量對雅格賽特藍N-PR在羊毛織物染色的表觀色深及相對不勻染性的影響Tab.5 Effect of GSSEH,GSSBH and GSSBMP dosage on K/S value and unevenness in wool dyeing of Argacid Blue N-PR

在雅格賽特紅N-PB的染色中，3.0%(o.w.f) GSSEEB的相對不勻度(Sr(λ)=0.0171)明顯優于FFA+SET復合助劑(Sr(λ)=0.0257)，其表觀色深值(K/S=19.221)與FFA+SET復合助劑(K/S=19.338)相當。在雅格賽特藍N-PR的染色中，GSSBMP、GSSEH和GSSBH三者中勻染效果較好的是3.5%(o.w.f)的 GSSBH(Sr(λ)=0.025 3)，優于FFA+SET復合助劑(Sr(λ)=0.036 7)，其表觀色深值(K/S=19.204)與FFA+SET復合助劑(K/S=19.595)相當，但與3.0%(o.w.f)的GSSEH(K/S=19.886)相比稍有下降。

3 結 論

6種DGSS對雅格賽特紅N-PB和雅格賽特藍N-PR的最大吸收波長影響不大。GSSEH和GSSBH能明顯降低2種酸性染料對羊毛織物的初始上染速率，與FFA+SET復合助劑相當。在勻染性方面，在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，DGSS系列均有勻染性，而用量僅為FFA+SET復合助劑的一半，其中GSSEEB勻染效果最好。在雅格賽特藍N-PR染羊毛織物上，GSSEH、GSSBH和GSSBMP表現出較好的勻染性，但在該工藝條件下，仍不如FFA+SET復合助劑。在雅格賽特紅N-PB染羊毛織物上，當GSSEEB用量為3%(o.w.f)時，其表觀色深與FFA+SET復合助劑接近，相對不勻度明顯優于FFA+SET復合助劑。在雅格賽特藍N-PR的染色中，3.5%(o.w.f)的GSSBH相對不勻度明顯優于FFA+SET復合助劑，表觀色深也與FFA+SET復合助劑相當。

FZXB

[1] WANG Yingxiong, HAN Yuchun, HUANG Xu, et al. Aggregation behaviors of a series of anionic sulfonate gemini surfactants and their corresponding monomeric surfactant[J].Journal of Colloid and Interface Science,2008,319(2):534-541.

[2] ZHANG Qun，TIAN Maozhang，HAN Yuchun，et al.Synthesis，aggregation behavior and interfacial activity of branched alkylbenzenesulfonate gemini surfactants[J].Journal of Colloid and Interface Science，2011，362(2)：406-414.

[3] 華平，戴寶江，李建華，等.乙二醇雙子琥珀酸2-甲基戊基雙酯磺酸鈉的合成與性能[J].精細化工，2011，28(10)：1-5. HUA Ping, DAI Baojian, LI Jianhua, et al. Synthesis and properties of ethylene glycol gemini sodium 2-methyl-l-pentyl sulfosuccinate[J]. Fine Chemicals, 2011，28(10)：1-5.

[4] 喻紅梅，葉俊，方略韜，等. 雙子表面活性劑SS對絲綢染色性能的影響[J].印染,2012,38(8)：1-3. YU Hongmei,YE Jun,FANG Luetao, et al.Effects of gemini surfactant SS on dyeing properties of silk[J]. Dyeing & Finishing, 2012,38(8)：1-3.

[5] 賈麗霞，程志斌，宋心遠.雙聯表面活性劑Gemini-1對羊毛染色性能的影響[J].紡織學報，2004，25(1)：92-94. JIA Lixia,CHENG Zhibin，SONG Xinyuan.Effects of gemini surfactant gemini-ion dyeing properties of wool[J]. Journal of Textile Research, 2004，25(1)：92-94.

[6] 陳勝慧，楊亞江.表面活性劑的協同效應對羊毛勻染性的影響[J].紡織學報，2002，23(5)：371-372. CHEN Shenghui, YANG Yajiang.Influence of surfactant synergistic effect on level dyeing property of pure wool in dyeing process[J]. Journal of Textile Research, 2002，23(5)：371-372.

[7] 王宜田.羊毛染整助劑的應用與展望[J].印染助劑，1999，16(3)：1-5. WANG Yitian.Application and outlook of wool dyeing and finishing auxiliaries[J].Textile Auxiliaries, 1999，16(3)：1-5.

[8] 李建華，喻紅梅，葉俊，等. 雙子表面活性劑GSSBH 對羊毛染色性能的影響 [J]. 印染2012，38(18)：10-13. LI Jianhua,YU Hongmei,YE Jun,et al. Effects of gemini surfactant GSSBH on dyeing properties of wool fabric[J]. Dyeing & Finishing, 2012，38(18)：10-13.

[9] 劉國良.染整助劑應用測試[M].北京：中國紡織出版社，2005：170-171. LIU Guoliang.Dyeing and Finishing Auxiliaries Application Testing[M].Beijing: China Textile & Apparel Press，2005：170-171.

[10] 邢鳳蘭，徐群，賈麗華，等.印染助劑[M].北京：化學工業出版社，2008：179-180. XING Fenglan, XU Qun，JIA Lihua，et al. Textile Auxiliaries[M].Beijing:Chemical Industry Press，2008：179-180.

[11] 葉俊.二元醇雙磺基琥珀酸酯鈉系列雙子表面活性劑的合成、性能及應用研究[D].南通：南通大學，2012:48-49. YE Jun. Synthesis，properties and application research of a series of diols gemini sodium sulfosuccinate[D].Nantong: Nantong University,2012:48-49.

Use of DGSS gemini surfactants in dyeing of wool fabrics

ZHU Guohua1, YU Hongmei1, YE Jun2, FANG Luetao2, HUA Ping1

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China;2.SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China)

In order to improve the dyeing behavior the conventional acid dyes on wool fabrics, six DGSS gemini surfactants were developed and used in the dyeing wool fabrics with convention acid dyes, and their effects on the dyeing properties of the wool fabrics were investigated. A comparison was made between the six DGSS Gemini surfactants and the composite additives FFA+SET. The results indicated that DGSS has little effect on the shade of the dyeings. When the dosage of DGSS was half as much as that of FFA+SET and used in the dyeing of wool fabrics with acid dyes, DGSS exhibited better initial rate of dyeing. DGSS series displayed better levelness when used in the dyeing of wool fabrics with Argacid Red N-PB, in particular, GSSEEB is obviously superior to FFA+SET. However, when Argacid Blue N-PR was used, only GSSEH, GSSBH and GSSBMP exhibited good levelness but slightly inferior to FFA+SET. With GSSEEB amount of 3.0% (o.w.f) in the dyeing of wool fabrics with Argacid Red N-PB, slight unevenness was observed, with apparent color depth close to that of FFA+SET. And when the amount of GSSBH of 3.5% (o.w.f ) was used in the dyeing of wool fabrics with Argacid Blue N-PR, its evenness was better than that FFA+SET, and apparent color depth comparable to that of FFA+SET.

dyeing; acid dye; DGSS gemini surfactants; wool

0253- 9721(2013)09- 0089- 05

2012-07-02

2013-05-06

“十二五”國家科技支撐計劃重大項目(2011BAE06A06)；江蘇省高校科研成果產業化推進項目(JHB2011-46)

朱國華(1964—)，男，副教授，碩士。主要從事化學工程、工藝的教學與研究。華平，通信作者，E-mail：hua.p@ntu.edu.cn。

TS190.92

A