饰品之家讯：Bola型表面活性剂是由2个亲水的极性基团用一根或多根疏水链连接键合起来的化合物,形似南美土著人的一种武器Bola(由一根细绳两端各连接一个小球)而得名.[1]由于Bola型分子的特殊结构,它在溶液表面是以U型构象,即2个亲水基伸入水相,弯曲的疏水链伸向气相,故在气液界面和水中有许多独特的性能.[2]因此,开发研究Bola型表面活性剂是一项很有意义的课题.[3]腈纶纤维(聚丙烯腈纤维)是以丙烯腈为主单体的三元共聚物,由于第三单体的引入而具有阴荷性,给予阳离子染料以染色的“席位”.腈纶纤维是热敏型纤维,其上染温度区域狭窄,染料上染集中,不利于匀染.当腈纶在玻璃化温度以上染色时,由于纤维大分子链的剧烈运动,大量的阳离子染料会在比较狭窄的温度范围内集中上染,极易产生染色不匀,特别是染浅色时更易出花,故常加入一些阳离子匀染剂而达到匀染的目的.[4-7]阳离子Bola型表面活性剂由于其特殊的结构使其对腈纶纤维具有亲和性,可以开发作为一种新型的亲纤维型缓染剂.本文以1,10-癸二醇、环氧氯丙烷和三甲胺盐酸盐为原料,合成了一种阳离子Bola型表面活性剂,并研究了其在腈纶染色中的应用.
1·试验
1.1材料及仪器
织物:腈纶;试剂:1,10-癸二醇(分析纯,国药集团制药有限公司),环氧氯丙烷、丙酮(均为分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司),四丁基氯化铵、三甲胺水溶液(均为化学纯,上海凌峰化学试剂有限公司),氢氧化钠(分析纯,上海试剂总厂),无水乙醇、石油醚、三甲胺盐酸盐(均为分析纯,上海晶纯试剂有限公司),阳离子红X-GRL、阳离子艳红FG(工业品).
仪器:DF-101S智能集热式恒温加热磁力搅拌器(河南予华仪器有限公司),DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司),RE-52C旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂),Nicolet5700型傅立叶红外光谱仪(美国Nicolet公司),UNITYINOVA400超导核磁共振谱仪(美国瓦里安公司),StarletDL-8080型红外线打样机(韩国大林丝达乐株式会社),ShimadzuUV-2550双光束紫外可见分光光度计(日本岛津公司),ALC-210.4电子天平(Max210g,d=0.0001g)(北京赛多利斯仪器系统有限公司).
1.2阳离子Bola型表面活性剂的合成
在装有搅拌器、温度计的三颈瓶中加入1,10-癸二醇(0.1mol)、环氧氯丙烷(0.4mol)、50%氢氧化钠(0.4mol)水溶液、四丁基氯化铵(0.01mol)和石油醚(40mL),升温至52℃,剧烈搅拌5h,冷至室温,抽滤,固相用石油醚洗涤2次,合并滤液与2次洗涤用石油醚,用50℃蒸馏水洗涤后,产物分2层,置于分液漏斗,放出下层物,取出上层液体,无水硫酸钠干燥30min,蒸出石油醚及未反应的环氧氯丙烷,得到无色粘稠状的中间体1,10-癸二醇二缩水甘油醚.
取出一定量中间体放进干燥的三口烧瓶中,加入三甲胺盐酸盐(按1∶2反应)、无水乙醇(50mL),将反应溶液以33%三甲胺水溶液调节pH至9,40℃搅拌反应3h.蒸出乙醇和水,得到DCPS2-10粗品,将粗品用石油醚洗涤3次,再用丙酮多次重结晶.最后在真空情况下干燥5h,得到DCPS2-10较纯品.
阳离子Bola型表面活性剂结构式如下:
1.3腈纶纤维的前处理
在配制好的处理浴(纯碱2g/L,精练剂2g/L,浴比1∶40)中放入腈纶纤维,100℃处理30min,90℃水洗10min,晾干备用.
1.4升温上染速率曲线
按1∶100的浴比配制染液[阳离子染料1%,适量Bola型表面活性剂,HAc-NaAc调节pH至4.5],70℃入染,以1℃/min的升温速度升温至100℃,保温50min.分别在规定时间取出试样,充分洗净纤维上的残留染料,染色残液定容,求得上染百分率,作上染速率曲线.
1.5测试
红外光谱法:采用KBr压片法在傅立叶红外光谱仪上进行测试.核磁共振谱法:采用重水为溶剂,在超导核磁共振谱仪上,测定表面活性剂的1H-NMR.上染百分率:采用残液法测定不同温度下染色不同时间的吸光度.按照公式计算上染百分率.
2·结果与讨论
2.1阳离子Bola型表面活性剂的结构表征
2.1.1红外光谱(FT-IR)
由图1可知,癸二醇的羟基吸收峰基本消失,在2920cm-1、2850cm-1和1460cm-1处出现一系列饱和碳氢键的吸收峰,在1120cm-1处出现醚的C—O—C伸缩振动峰,在906cm-1和856cm-1处分别出现了C—O—C三元环的伸缩振动和弯曲振动吸收峰,证明环已引入.另外,在650cm-1处没有出现C—Cl键的特征吸收峰,说明闭环反应生成环氧醚.
由图2可知,在3440cm-1处出现了—OH吸收峰,在2930cm-1处出现了甲基C—H伸缩振动吸收峰,在2860cm-1处出现了亚甲基C—H伸缩振动吸收峰,760cm-1处出现了长碳链亚甲基弯曲振动吸收峰,在1110cm-1处出现了醚键C—O—C的伸缩振动吸收峰,在910cm-1处出现了季铵盐C—N的伸缩振动吸收峰,证明了季铵盐的存在.
2.1.2核磁氢谱(1H-NMR)
从图3可以看出,3.14×10-6处为季铵盐甲基上氢(a)的信号,3.43×10-6处出现羟基上氢(d)的信号,4.29×10-6处为与羟基相连碳原子上氢(c)的信号,1.21×10-6处出现分子中长碳链亚甲基上氢(h)的信号,1.48×10-6处出现醚键隔一位的亚甲基上氢(g)的信号,在(3.18~3.37)×10-6集中出现了醚键两边和与氮原子相连的亚甲基上氢原子(b、e、f)的信号.
2.2阳离子Bola型表面活性剂对阳离子染料染腈纶的缓染作用
从图4和图5可以看出,不添加表面活性剂染色时,阳离子红X-GRL和阳离子艳红FG的上染速率很快.加入一定量的阳离子Bola表面活性剂DCPS2-10,阳离子红X-GRL和阳离子艳红FG的上染速率显著降低.染色初始阶段各对应染色时间的上染百分率明显下降.随着温度的升高,上染百分率缓慢上升.而且阳离子Bola表面活性剂的加入对阳离子染料的最终上染量影响不是很大.
当染色温度低于100℃时,加入表面活性剂,上染百分率降低;100℃时,随着时间的延长,表面活性剂对上染百分率没有影响.而随着DCPS2-10用量的增加,各对应染色时间的上染百分率明显下降.图4中,当温度升到90℃时,加入DCPS2-100.25g/L,阳离子红X-GRL的上染百分率为添加DCPS2-102g/L的2倍.保温一段时间后,最终的上染量基本相同.在图5中,当染色温度升高时,上染百分率也逐渐增加.保温一段时间后,最终上染百分率达到平衡.
3·结论
(1)以二元醇、环氧氯丙烷和三甲胺盐酸盐为原料,合成了一种阳离子Bola型表面活性剂DCPS2-10,并通过FT-IR、1H-NMR表征产物的结构.
(2)阳离子Bola型表面活性剂对阳离子染料具有显著的缓染作用,阳离子Bola型表面活性剂用量越大对阳离子染料的缓染作用越明显,并不影响其最终上染量,可作为一种新型的缓染剂应用于腈纶纤维染色.
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