兔毛和毛油基础油剂及HLB值的确定

张 毅，高园园，刘 迪，张 昊

（天津工业大学纺织学院，天津 300387）

兔毛纤维作为一种性能优越、来源丰富的蛋白质纤维，应用领域广泛、价值高、成本低；但由于兔毛纤维表面光滑、摩擦系数小、抱合力小、可纺性差，抑制了兔毛产品的开发。为了适应不同的纺纱工艺，许多专业人士对和毛油的开发作出了突出的贡献。例如寇宗莲[1]对各类进口和毛油助剂的主要成分、性能进行了系统介绍，为不同原料选用合适的和毛油提供了重要的参考；金阳[2]研制的阳离子型和毛油具有高乳化性，能够适用于各种纤维，不仅可提高纤维间的抱和力，而且能够增加纤维的柔软性和弹性；陶颖[3]研发的复合型和毛油具有产品稳定性好、抗静电能力强的特点，对增加纤维饱和力，提高纤维间平滑性具有显著效果；唐维德[4]专门针对澳洲羊毛开发了FHWL-2000 型和毛油，该和毛油综合性能强，可以使平均成条率提高0.5%～0.6%；南通的金永安教授[5]探讨了高支纯毛纱的生产工艺与和毛油的关系，为选取合适的和毛油提供了理论依据；王成国[6]开发的溶液性和毛油-WFW935对和毛油的组分进行了优化，使纤维的动静摩擦系数得到了有效降低，能够提高制成率，减少断头，还具有防锈功能；赵雅琴[7]研发的和毛油ZR具有自乳化性能，而且能够以任意比例与水混合，乳液稳定性好、含油量高、自乳化强；李培玲等[8]对比了北京纺星和意大利宁柏迪两家生产的和毛油，发现在粗纱工序中，和毛油对成纱质量具有较大的影响；赵华[9]对兔毛纤维的纺纱助剂进行了对比，并提出了研发兔毛专用和毛油的思路。

在借鉴他人对和毛油研究的基础上，以单硬脂酸甘油酯、太古油、蓖麻油、蓖麻油聚氧乙烯醚（EL-40）为基础成分，研究和毛油基础油剂的复配及表面活性剂的HLB 值，对复配一种新的兔毛和毛油作了基础研究，以达到兔毛纤维可以顺利成网、成条的目的。

1 和毛油概述

1.1 和毛油的作用

和毛油的组成可以大致分为两部分：基础油剂和添加剂。添加剂通常包括乳化剂、抗静电剂、防腐剂、调节剂等；主要作用形式是在毛纤维表面形成一层油膜，隔离纤维，又对纤维有一定的亲和力，使其产生一定的集束性而不致散乱；以改变纤维与纤维或者纤维与机械之间的摩擦界面，来达到改善纤维抱合力和集束性的目的。

兔毛与羊毛两者形态结构的差异决定了其纺纱工艺的不同。羊毛表面的鳞片翘角大、摩擦系数大，选取和毛油时主要以润滑为主，目的是降低纤维的摩擦系数；而兔毛则相反，表面光滑、摩擦系数小，纺纱时难以成网、成条，且静电现象明显，所以，在选取和毛油的时候，主要考虑增加纤维之间的集束性与抱合力，以及消除纺纱过程中的静电积累。要提高纤维集束性，这就要求选用的油剂对纤维的吸附性好、凝聚性强，且有一定的黏度。

1.2 和毛油的基础油剂

基础油剂一般为矿物油或植物油，常用的原材料有锭子油、蓖麻油、太古油等，主要起到平滑作用。添加剂一般具有某些特定的功能，比如乳化、抗静电、柔软等，且用量很少，常用的添加剂有乳化剂EM、吐温、司班、有机硅、表面活性剂SG以及各种离子型或非离子型抗静电剂等。

早期使用的和毛油多为植物油，需要单独添加乳化剂，尽管纺纱效果较好，但稳定性差，易酸败变质，不易洗涤，所以逐渐被能够自乳化的矿物油所代替。矿物和毛油原料丰富、价格便宜，被毛纺厂广泛使用。但是，由于这些油剂均为乳化型，生产中如果乳化体系选择不当，很容易出现乳化困难、油剂颗粒大、稳定性差、不易洗涤等问题。根据兔毛纤维表面光滑、摩擦系数小、抱合力差等特点，选取蓖麻油、太古油、单硬脂酸甘油酯、EL-40 等4 种油剂作为研制兔毛专用和毛油的基础成分，通过正交实验进行优化。

2 基础油剂的复配工艺

2.1 基础油剂的组分

根据和毛油的使用要求，以蓖麻油、太古油、单硬脂酸甘油酯、EL-40 为和毛油的基础成分。蓖麻油：主要成分为蓖麻酸甘油，因蓖麻油碳链中有一个羟基，所以，制成的乳液在高浓度时并不凝结，天然油脂中只有蓖麻油有此特性。太古油：磺化蓖麻油，由蓖麻油经硫酸处理制得，通常用作纤维柔软剂、平滑剂、润湿剂[10]，对蓖麻油起到一定的乳化作用。单硬脂酸甘油酯：含有C16～18的长链脂肪酸酯[11]，在食品工程、化妆品或者药用膏体中被用作乳化剂和添加剂，能使膏体变得细腻、滑润，由于熔点较高，与基础油剂共混后可得到膏状产物。EL-40：带有聚氧乙烯基极性基团的蓖麻油，为水包油型乳化剂，在毛纺工业中通常被用作和毛油，本身也具有一定的抗静电性，常与其他抗静电剂混合使用。太古油与EL-40 分别为阴离子和非离子型乳化剂，与蓖麻油复配后，可使基础油剂具有良好的自乳化效果和抗静电效果。

2.2 正交实验设计

根据和毛油各组分的用量对兔毛纤维摩擦性能的影响进行正交实验，确定最佳组合。以动摩擦系数变化率为考察指标，通过L9（34）正交实验找出和毛油复配的最佳方案。正交实验方案及结果见表1。

由表1可以看出，在4种因素中，EL-40用量对兔毛纤维摩擦系数的变化率影响最大，其次为太古油，影响最小的是单硬脂酸甘油酯。最优水平为A3B2C1D2，即和毛油基础油剂各组分最佳质量比为：m（蓖麻油）∶m（太古油）∶m（单硬脂酸甘油酯）∶m（EL-40）=4∶3∶3∶3。基础油剂的成品如图1 所示，基础油剂常温下呈膏状，便于运输和取用，颜色为乳白色。

表1 和毛油复配正交实验设计与结果

图1 基础油剂成品图

2.3 表面活性剂及其HLB值的确定

乳液是借助表面活性剂把两种互不相溶的液相以微滴的形式分散共存[12]。表面活性剂之所以具有乳化作用，是因为它能够在两相间产生单分子定向膜，降低了两相的界面张力，削弱了油相自凝聚的趋势。如果表面活性剂是离子型的，会形成双电层结构，最外层带相同电荷，使胶束粒子之间尽量远离而趋于稳定。如果分散的是固体，则可以形成亚稳态的悬浮液或胶体[13-15]。

乳液可根据分散相是油相或者水相而分为水包油型（O/W 型）或油包水型（W/O 型），决定乳液形式最主要的因素为乳化剂的性质[16]。在选择乳化剂的方法中，HLB法是最常用的方法。HLB值的概念最早由Griffint 提出，根据Griffin 的分类方法，亲水性表面活性剂的HLB 值高，亲油性表面活性剂的HLB 值低。W/O 型乳化剂的 HLB 值范围一般为 3～6，O/W 型乳化剂的HLB 值一般为8～18。HLB 值越高增溶性越好，可以用下式表示表面活性剂的HLB值：

实验利用司班80（HLB=4.3）和吐温80（HLB=15）配制几种不同HLB 值的混合表面活性剂来乳化和毛油，并根据乳化效果确定司班80 和吐温80 的最佳质量比，乳化剂配比如表2所示。

表2 不同HLB值的乳化剂配比

乳液的制备：将乳化剂与油剂充分混合，其中，乳化剂占油剂质量的30%，在搅拌下加水，这样就形成了O/W型乳液。油剂液滴在这种方法制得的乳液中分布比较均匀，稳定性也比较好。

观察乳液的分层情况：自然静置一段时间（8、12、24、36、72 h），观察乳液的分层情况，确定乳化剂最佳的HLB值，乳化效果如表3所示。

表3 不同HLB值乳化剂的乳化效果

从表3可以看出，HLB 值对乳化剂的乳化效果影响较大，HLB 值偏大或偏小，乳液会出现分层或久置后分层的现象，稳定性较差，影响使用效果，不便于存放；当HLB 值为13 时，对该油剂的乳化性能最好，乳液能够保持72 h以上不分层。

3 结论

（1）兔毛用和毛油最佳配比：m（蓖麻油）∶m（太古油）∶m（单硬脂酸甘油酯）∶m（EL-40）=4∶3∶3∶3。

（2）采用司班80和吐温80配出HLB=13的高分子表面活性剂，作为基础油剂的乳化剂，对油剂的乳化效果最好，能够使乳液放置72 h以上不分层。