氨綸織物除油劑的制備及其應用性能研究

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%,廣泛應用于紡織品中,如泳裝面料、內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、摩擦系數高,在連續不斷摩擦之后,會產生大量靜電,造成加工困難[1]。為提高纖維吸濕性,改變纖維表面的導電性能,減少纖維與金屬之間的摩擦系數,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,會導致織物染色出現色花、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致織物染色質量降低[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以上所有功能,根據相似相容和兩極互補的理論,將幾種對硅油清洗效果優異的原料通過相互復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)的長碳鏈結構中含有甲酯支鏈,分子以彎曲或環狀不規則形式吸附在油污表面上,與油污的結合力更牢固,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：工業級,上海喜赫精細化工有限公司產;AEO-8：工業級,上海天豐化工科技有限公司產;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。

Datacolor 500電腦測色配色儀：天津凱畢德商貿有限公司制;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：北京四達實驗室設備有限公司制;HH-501恒溫振蕩水浴鍋：南昌明輝染整設備有限公司制;209B型電熱烘箱：日照達本機械設備制造有限公司制。

1.2 除油劑的配方設計及優化

將4種原料M800、FMEE、AEO-8、PAS80以不同質量百分比復配得到除油劑。以4種原料的用量(以質量分數計)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,表明乳液越穩定,待測液的乳化力越好。

除油率(M)：將礦物油和硅油按質量比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 ,稱重并記錄質量(m2);將黏附油污的混紡布按照1.3節工藝進行除油處理,烘干后稱重并記錄質量(m3),按式(1)計算M。

M=[1-(m3-m1)/(m2-m1)]×100%

(1)

2 結果與討論

2.1 正交實驗結果分析

從表2可知,對于礦物油的乳化,根據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結構中,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定;FMEE具有甲酯基的分子結構,與礦物油脂分子結構相類似,根據相似相溶機理,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定性。

表2 正交實驗結果Tab.2 Orthogonal experimental results

從表2還可知,對于硅油的乳化,根據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質量分數15%、FMEE質量分數10%、AEO-8質量分數5%、PAS80質量分數15%。在確定4種主要原料用量的基礎上,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,當除油溫度為70,80,90 ℃時,M分別達73.17%、84.27%、93.38%;繼續提高除油溫度,M提升緩慢。由此可知,除油溫度應控制在90 ℃以內,但在實際生產中除油溫度太高,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呈現緩慢上升趨勢,當除油時間為25 min時M達73.17%;除油時間超過25 min后M提升很小。因此,實際生產中將除油時間控制在25 min較合適。

3 結論

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質量分數15%、FMEE質量分數10%、AEO-8質量分數5%、PAS80質量分數15%、其他助劑質量分數1.1%、去離子水質量分數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%。