DGSS系列双子表面活性剂在羊毛织物染色中的应用

朱国华， 喻红梅， 叶 俊， 方略韬， 华 平

(1. 南通大学 化学化工学院， 江苏 南通 226019； 2. 南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

DGSS系列双子表面活性剂在羊毛织物染色中的应用

朱国华1， 喻红梅1， 叶 俊2， 方略韬2， 华 平1

(1. 南通大学 化学化工学院， 江苏 南通 226019； 2. 南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

为改善常规酸性染料在羊毛织物上的染色性能，将6种自制新型双子表面活性剂DGSS用于羊毛织物常规酸性染料染色体系，比较了6种不同DGSS对羊毛织物染色性能的影响，并与FFA+SET复合助剂进行了对比。结果表明：6种DGSS对染料色光均无影响，在其用量分别为FFA+SET复合助剂一半条件下，对羊毛织物酸性染料染色应用中， DGSS对降低初染率有改善效果。在匀染性上，在雅格赛特红N-PB染羊毛织物上，DGSS系列均有较好的匀染性，其中GSSEEB的匀染效果明显优于FFA+SET复合助剂。在雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物上，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP表现出较好的匀染性，但略低于FFA+SET复合助剂。当GSSEEB用量为3.0%(o.w.f)时，其在雅格赛特红N-PB染羊毛织物上有较小的相对不匀度，表观色深接近FFA+SET复合助剂。当GSSBH用量为3.5% (o.w.f)时，其在雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物上相对不匀度明显优于FFA+SET复合助剂，表观色深也与FFA+SET复合助剂相当。

染色; 酸性染料; 双子表面活性剂DGSS; 羊毛

二元醇双磺基琥珀酸酯钠(DGSS)是磺基琥珀酸酯盐类双子表面活性剂中的一种，兼有温和、抗硬水、低毒、易降解和表面活性高等优点，已列为国家“十二五”科技支撑计划项目。目前对其合成的研究报道较多[1-3]，但对其应用的研究报道极少[4]。研究表明，一些特殊结构的表面活性剂能改善常规毛用染料的染色性能[5]。如含酯基结构的表面活性剂对羊毛鳞片层具有一定的增溶或溶胀作用，有利于染料阴离子向纤维内部扩散和渗透[6]，为羊毛织物的染色提供有利条件；大多数的酸性染料均为磺酸钠盐[7]，本文得到的6种DGSS也均为磺酸钠盐，且分子结构中均含有多个酯键，具有较好的耐酸性，因此，本文研究比较DGSS与FFA+SET复合助剂对企业用常规酸性染料雅格赛特红N-PB、雅格赛特蓝N-PR对羊毛织物染色性能的改善效果，以期用DGSS替代FFA+SET复合助剂。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

织物：全毛粗纺织物。

试剂：雅格赛特红N-PB、雅格赛特蓝N-PR、匀可灵SET、渗透剂FFA (均为上海雅运精细化工有限公司);马来酸酐(上海凌峰化学试剂有限公司)、乙二醇(南京化学试剂有限公司)、1,4-丁二醇(上海凌峰化学试剂有限公司)、乙酸钠(汕头市西陇化工厂有限公司)、正己醇(上海凌峰化学试剂有限公司)、2-甲基-1-戊醇(东京成化工业株式会社)、2-乙基-1-丁醇(阿拉丁)；GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB(均为自制)；EL20实验室pH计(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，Color-Eye3100型测色配色仪(美国Gretag Macbeth公司)，SP-2100型分光光度计(上海光谱仪器有限公司)。

1.2 DGSS的制备

以乙二醇、1,4-丁二醇、顺酐、正己醇、2-甲基-1-戊醇、2-乙基-1-丁醇、亚硫酸氢钠等为原料，经过单酯化反应、双酯化反应和磺化反应合成了6种DGSS(GSSEH、GSSEMP、GSSEEB、GSSBH、GSSBMP、GSSBEB)，合成工艺优化研究另文报道。其化学反应方程式如图1所示。

注：n=2时，R=—(CH2)5CH3 产品为GSSEH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3产品为GSSEMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3产品为GSSEEB；n=4时，R=—(CH2)5CH3产品为GSSBH，R=—CH2CH(CH3)CH2CH2CH3产品为GSSBMP，R=—CH2CH(CH2CH3)CH2CH3产品为GSSBEB。图1 DGSS的合成化学反应方程式Fig.1 Chemical reaction equation of DGSS synthesis

1.3 染色实验

分别配制200 mL雅格赛特红N-PB和雅格赛特蓝N-PR染液1%(o.w.f)，用冰醋酸和无水乙酸钠调节pH值，浴比为1∶50，分别以FFA+SET复合助剂(FFA和SET用量均为2.5%(o.w.f)，以下同)和6种DGSS(用量均为2.5%(o.w.f)，空白为不加助剂，以下同)作为染色助剂，配制一定量的染液。在振荡水浴锅中先将染液预热至40 ℃，然后投入已在水中充分润湿并挤干的羊毛织物，浴比为1∶50，10 min后，以1 ℃/min的升温速率逐渐升温至98 ℃，续染60 min，冷却至室温，取出试样，冷水洗、晾干。

1.4 染色性能测试

DGSS对酸性液最大吸收波长的影响、上染速率曲线、表观色深K/S值及相对不匀度的测定参照文献[8]进行，匀染性实验参照文献[9]进行。

2 结果与讨论

2.1 DGSS对酸性染液λmax的影响

表1示出不同助剂对雅格赛特红N-PB和雅格赛特蓝N-PR最大吸收波长的影响。可以看出，DGSS与空白实验相比，其染液的最大吸收波长都相近，说明这些助剂没有改变这2种染料的色光。

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

2.2 DGSS对羊毛织物染色上染速率的影响

按染色工艺对羊毛织物进行染色，在相同条件下考察不同DGSS对上染速率的影响，并与工厂助剂SET+FFA复合助剂进行比较，结果如图2、3所示。可以看出，助剂的加入均使染料的初始上染速率有所降低，但最终上染百分率并不降低。其中以GSSEH和GSSBH为助剂时的初始上染速率最低，与FFA+SET复合助剂相当。

图2 助剂对雅格赛特红N-PB染羊毛织物上染速率的影响Fig.2 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Red N-PB

图3 助剂对雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物上染速率的影响Fig.3 Effect of additives on dye-uptake of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根据羊毛染色的匀染机制[10]，在上述染色工艺条件下，染液pH值为4时，大约在羊毛等电点附近。此时羊毛几乎不带电荷，染料依靠范德华力和氢键上染纤维。上染后，染料阴离子再与纤维中的—NH3+以离子键结合。此时助剂对染料被纤维的吸附影响较小，却能延缓染料阴离子与—NH3+的结合，起缓染作用。随着染色时间延长，染色温度升高，染料阴离子通过分子热运动靠近纤维，范德华力和氢键力发生作用，静电斥力下降，所以最终还可达到较高的上染率。

在6种DGSS中，GSSEH和GSSBH具有突出的渗透性，在染液中的扩散速度更快，所以这2种DGSS阴离子能够较快地占据大部分染座，阻止染料的快速上染，降低染料初始上染速率的效果更明显。单独使用的GSSEH和GSSBH降低初始上染速率的效果与FFA+SET复合助剂相当，而用量只有FFA+SET复合助剂的一半。

2.3 DGSS对羊毛织物染色匀染性的影响

将染色羊毛织物在Color-Eye3100测色配色仪上测定色差△E，结果如表2、3所示。

表2 雅格赛特红N-PB染羊毛织物的色差△ETab.2 Color difference of wool fabric with Argacid Red N-PB

注：(32-16)为16 min与32 min的色差，下同。

表3 雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物的色差△ETab.3 Color difference of wool fabric with Argacid Blue N-PR

根据实验制定的染色工艺，染色32 min时(包括先恒温10 min)温度约为62 ℃，羊毛纤维的鳞片开始溶胀，对染料的扩散阻碍作用显著降低，选择32 min和16 min的试样色差更能说明匀染性效果。由表2可看出，DGSS系列助剂均能改善雅格赛特红N-PB染羊毛织物的匀染性。且GSSEEB的匀染效果明显优于FFA+SET复合助剂，GSSBEB、GSSEH和GSSBH的匀染性接近FFA+SET 复合助剂，但用量仅为FFA+SET复合助剂的一半。由表3可知，在DGSS系列产品中，只有GSSEH、GSSBH和GSSBMP能改善雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物的匀染性。但在该工艺条件下，它们的匀染性仍然不如FFA+SET复合助剂。

2.4 助剂用量对羊毛织物染色性能的影响

分别用雅格赛特红N-PB 匀染性较好的GSSEEP，雅格赛特蓝N-PR匀染性较好的GSSEH、GSSBH及GSSBMP，染料用量为1%(o.w.f)，pH值为4，在相同条件下考察助剂用量为2.0%、2.5%、3.0%、3.5%(均为o.w.f)时对羊毛织物的表观色深及相对不匀度Sr(λ)的影响，结果如表4、5所示。

表4 GSSEEB用量对羊雅格赛特红N-PB在羊毛织物染色表观色深及相对不匀度的影响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，助剂的加入有利于改善羊毛织物的相对不匀度，并且表观色深值也有所增加。在本文考察的浓度范围内，随着DGSS助剂用量的增大，表观色深值逐渐增大，但当DGSS浓度增大到一定值后继续增大，表观色深值反而降低。同样随着DGSS用量的增大，相对不匀度Sr(λ)先变小(匀染性好)，然后又逐渐变大(匀染性变差)。由于羊毛表面有鳞片层，结构比较紧密，对染料的扩散有较大的阻力，助剂阴离子在染液和纤维中的扩散速率远大于染料阴离子，可优先与纤维上的—NH3+以离子键结合，降低染料初始上染速率，有利于匀染；但当DGSS用量过大时，单位体积染液内染料阴离子浓度降低，致使在有限的染色时间内，染料阴离子不能与DGSS阴离子充分交换，而使织物表观色深降低，而且匀染性变差[11]。但在表5的雅格赛特蓝N-PR染色中，以GSSBH为染色助剂时，匀染性随着GSSBH浓度的增大逐渐减小。

表5 GSSEH、GSSBH以及GSSBMP用量对雅格赛特蓝N-PR在羊毛织物染色的表观色深及相对不匀染性的影响Tab.5 Effect of GSSEH,GSSBH and GSSBMP dosage on K/S value and unevenness in wool dyeing of Argacid Blue N-PR

在雅格赛特红N-PB的染色中，3.0%(o.w.f) GSSEEB的相对不匀度(Sr(λ)=0.0171)明显优于FFA+SET复合助剂(Sr(λ)=0.0257)，其表观色深值(K/S=19.221)与FFA+SET复合助剂(K/S=19.338)相当。在雅格赛特蓝N-PR的染色中，GSSBMP、GSSEH和GSSBH三者中匀染效果较好的是3.5%(o.w.f)的 GSSBH(Sr(λ)=0.025 3)，优于FFA+SET复合助剂(Sr(λ)=0.036 7)，其表观色深值(K/S=19.204)与FFA+SET复合助剂(K/S=19.595)相当，但与3.0%(o.w.f)的GSSEH(K/S=19.886)相比稍有下降。

3 结 论

6种DGSS对雅格赛特红N-PB和雅格赛特蓝N-PR的最大吸收波长影响不大。GSSEH和GSSBH能明显降低2种酸性染料对羊毛织物的初始上染速率，与FFA+SET复合助剂相当。在匀染性方面，在雅格赛特红N-PB染羊毛织物上，DGSS系列均有匀染性，而用量仅为FFA+SET复合助剂的一半，其中GSSEEB匀染效果最好。在雅格赛特蓝N-PR染羊毛织物上，GSSEH、GSSBH和GSSBMP表现出较好的匀染性，但在该工艺条件下，仍不如FFA+SET复合助剂。在雅格赛特红N-PB染羊毛织物上，当GSSEEB用量为3%(o.w.f)时，其表观色深与FFA+SET复合助剂接近，相对不匀度明显优于FFA+SET复合助剂。在雅格赛特蓝N-PR的染色中，3.5%(o.w.f)的GSSBH相对不匀度明显优于FFA+SET复合助剂，表观色深也与FFA+SET复合助剂相当。

FZXB

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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”国家科技支撑计划重大项目(2011BAE06A06)；江苏省高校科研成果产业化推进项目(JHB2011-46)

朱国华(1964—)，男，副教授，硕士。主要从事化学工程、工艺的教学与研究。华平，通信作者，E-mail：hua.p@ntu.edu.cn。

TS190.92

A