刘 帆，谭艳君，王继业，李勇强，钟露华

(西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安710048)

0 前言

活性染料对纤维素纤维染色时，其中的活性基团并不能完全与纤维素纤维反应，因此导致活性染料染色后的织物不可避免的存在一些未上染的、未固着的以及水解的染料，这些染料对纤维具有直接性，不易从织物上脱落，使织物表面产生浮色，故活性染料染色织物湿牢度不好。 因此织物经活性染料染色后，必须通过皂洗工序来洗除浮色，以此提升织物成品的色牢度及其它性能[1]。

传统的皂洗工艺一般需在95℃～100℃下进行，皂洗次数多，皂洗时间长，耗能耗水比较严重[2]。 因此，很有必要开发环保的新型实用低温皂洗剂，同时具有优良的皂洗效果，提高企业生产加工效率，节约能耗，降低皂洗成本，提升印染企业生产效益。

皂洗剂通常含有表面活性剂、助剂等成分，其中表面活性剂是皂洗剂配方中的核心部分，具有润湿、分散、乳化和增溶等作用。 表面活性剂经过复配之后，由于协同作用，其表面活性剂的效能往往会优于单一组分，但有时也会存在拮抗作用。 助剂一般为无机盐或者高聚物，主要的作用是软化水质以及促进水解染料的分散[3]。

本文通过表面活性剂的复配及添加适宜的助剂开发一种新型环保皂洗剂，使其具有渗透、增深、螯合等性质，在低温下可以有效剥离纤维表面的未固着染料及水解染料，从而提升织物的色牢度，对织物的色光无影响，可缩短皂洗时间，为企业降低生产成本，也适合节能环保的要求。

1 实验

1.1 材料、药品及仪器

织物20×20，60×60 中平布

药品 无水硫酸钠(郑州派尼化学试剂厂)、无水碳酸钠(天津市天力化学试剂有限公司)、聚乙烯吡咯烷酮(天津市大茂化学试剂厂)、、聚乙二醇4000(广东汕头西陇化工厂)、聚乙二醇20000(天津市科密欧化学试剂开发中心)、三乙醇胺(天津市天力化学试剂有限公司)、聚乙二醇2000(天津市大茂化学仪器供应站)、十二烷基磺酸钠(广东汕头西陇化工厂)、A-PVP(西安市助剂厂)、DB-605NEW(张家港市德宝化工有限公司)、DB-1(张家港市德宝化工有限公司)、硅酸钠(天津市津北精细化工有限公司)、OBS(50%，优索化工有限公司)、CDEA(99%，优索化工有限公司)、AES(70%，优索化工有限公司)、无水乙醇(天津市富宇精细化工有限公司)、改性淀粉(实验室自制)、乙酸(西安三浦化学试剂有限公司)、活性红(江苏振扬染料科技有限公司)

仪器BP221S 电光学天平(Sartorius 公司)，常温振荡试色机(厦门瑞比精密机械有限公司)，TG16A-W 型微量高速离心机(湘仪离心机仪器有限公司)，SHZ-88 双数显水浴恒温振荡器(金坛市岸头林丰实验仪器厂)，YG028 织物强力机(宁波纺织仪器厂)，Y571B 型摩擦色牢度仪(宁波纺织仪器厂)，Data Colour SF300 型电脑测色仪(思维士科技公司)，UV-1800PC 型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)等。

1.2 实验方法

1.2.1 皂洗剂的制备

以表面活性剂进行复配，添加适宜的助剂，自制不同结构的一系列不同类型皂洗剂ZX-1、ZX-2、ZX-3、ZX-4、ZX-5，其中ZX-1、ZX-2、ZX-3、ZX-4 呈阴离子性，ZX-2、ZX-3 和ZX-4 为相同组分、不同含固量，ZX-5 呈阳离子性。 后续对制备的不同皂洗剂进行皂洗效果对比、优选。

1.2.2 染色工艺

活性红用量5%(owf)，浴比50 ∶1，织物室温浸入染液，以2℃/min 升温至40℃，加入60g/L 的无水硫酸钠进行保温染色20min，再以2℃/min 升温至60℃，加入15g/L 的无水碳酸钠进行保温固色30min。 染色结束后，水洗、皂洗、烘干。

1.2.3 皂洗工艺

分别取2g 活性红染料染色后的纯棉织物，经50 ∶1的浴比，在一定温度下(60℃～90℃)使用不同的自制皂洗剂及市售皂洗剂皂洗一定时间(3min ～10min)，皂洗剂用量根据具体实验改变，然后经冷水洗、烘干。 测试皂洗后织物的耐摩擦色牢度、K/S 值及皂洗残液吸光度。

1.2.4 测试方法

(1)表观颜色深度

用Data Colour SF300 型电脑测色仪，D65 光源，10°观察视角，对织物的表观颜色深度K/S、ΔE值进行测定。

(2)耐摩擦色牢度

参照GB/T 29865-2013《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度 小面积法》使用Y571B 型摩擦色牢度仪进行测试。

(3)织物强力测试

参照GB/T 3923.1-2013《纺织品 织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，将织物沿经向剪成60mm×250mm 的条样，拆去长边纱线，使有效宽度为50mm，使用YG028织物强力机测定。

(4)皂洗残液吸光度

收集皂洗残液，稀释一定倍数，使用TG16A-W型微量高速离心机对残液进行离心，使残液中的浑浊物、细小织物纤维沉淀，取上层澄清液，用UV-1800PC 型紫外可见分光光度计测量并记录吸光度。

根据朗伯比尔定律表达式：

式中：A—吸光度；

T—透射比，是出射光强度比入射光强度；

K—摩尔吸收系数，与吸收物质的性质及入射光的波长λ 有关；

b—吸收层厚度；

c—吸光物质的浓度。

吸光度A 与吸光物质的浓度c 成正比，皂洗残液吸光度越大，洗除的染料浓度越大，洗下来的染料越多，即皂洗效果越好；反之，皂洗效果越差[22]。

2 结果与讨论

2.1 皂洗剂的制备及优选

使用自制皂洗剂ZX-1 、ZX-2、 ZX-3 、ZX-4、ZX-5 与市售皂洗剂DB-605NEW、DB-1 对活性红染色后织物进行皂洗，对比效果。 皂洗工艺流程参照1.2.3，处方用量为：皂洗剂2g/L，温度90℃，时间10min。 皂洗结果见下页表1。

表1 自制皂洗剂及市售皂洗剂皂洗效果指标

由表1 可知，较于空白样，ZX-1 并未改善染色织物的摩擦色牢度，且水洗残液吸光度增幅不明显。 此种情况是因为：90℃的皂洗温度已经超出了硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的最佳使用温度，使得部分原料在高温条件下水解为脂肪醇聚氧乙烯醚，从而导致其失效，并未与磷酸酯盐型、脂肪酰醇胺型表面活性剂产生协同作用。 因此ZX-1 未达到期许的皂洗效果。

ZX-2、ZX-3、ZX-4 使得经过皂洗后染色织物的耐摩擦色牢度均有一定提高，这是因为复配阴离子皂洗剂ZX-2 具有优异的螯合、分散性能，能有效降低水解染料在纤维表面的吸附，使其吸附于织物分散到水中，强大的吸附作用避免分散于水中的活性染料的回沾，因此水洗残液吸光度较空白组有了显著增大，而吸光度与吸光物质量的浓度成正比，即剥离下来的染料越多。 由于大量的浮色被洗除，皂洗后染色织物的K/S 值较未处理织物有较大的下降。 ZX-3、ZX-4 相比于ZX-2，增加了聚乙烯吡咯烷酮和无水硫酸钠的含量，但皂洗效果劣于ZX-2，这是由于聚乙烯吡咯烷酮存在临界胶束浓度，ZX-3、ZX-4 的聚乙烯吡咯烷酮用量已经超过了其临界胶束浓度，溶液表面张力不再降低，聚乙烯吡咯烷酮的能效降低，因此从侧面反映聚乙烯吡咯烷酮作为防沾色组分时存在最佳用量范围[4]；元明粉有促染作用，盐量过多使得在皂洗过程中出现“二次染色”，染料在盐的存在下重新沾污到织物上去，从而使得皂洗性能变差。

ZX-5 有一定的皂洗效果，但湿摩擦牢度无提升，且皂洗效果不如ZX-5，这是因为ZX-5 为三乙醇胺与脂肪酰醇胺型表面活性剂的复配所得，且通过乙酸调节pH 为6，整体呈酸性，兼具阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的性质，其所带电荷电性与活性染料的阴离子电荷相反，纯棉织物上的活性红染料会因静电引力作用而吸附部分皂洗剂，从而使得干摩擦牢度提升。 短链醇的添加会对表面活性剂的胶束形成焓产生影响，醇的碳链越短，胶束形成焓越小，即形成胶束时所需热量越高，即越难以形成胶束[5]。 因此推断，在ZX-5 中的多元醇阻碍了阳离子表面活性剂胶束的形成，即其表面活性有可能并未生效。

ZX-1、ZX-4 对染色后皂洗织物的色牢度没有明显改善；ZX-2、ZX-3、ZX-5 均可以一定程度地提升织物的色牢度，但ZX-3、ZX-5 皂洗效果不明显。 ZX-2 由于其具有优异的螯合、分散性，对皂洗后织物性能有较大改善，织物色牢度有较大提升，且优于市售皂洗剂DB-605NEW、DB-1。 综合各项指标，ZX-2 具有更加优异的皂洗能力，后续实验使用ZX-2。

2.2 阴离子皂洗剂ZX-2 对织物染色后水洗效果影响的单因素探究

2.2.1 皂洗剂用量对织物染色后水洗效果的影响

皂洗工艺流程参照1.2.3，改变皂洗剂用量，分别使用0、2g/L、6g/L、10g/L 的ZX-2 皂洗剂，在90℃下皂洗10min 活性红染色后织物。 皂洗结果见表。

表2 ZX-2 用量对皂洗效果的影响

由表2 可知，随着ZX-2 皂洗剂用量增加，染色后织物的耐摩擦色牢度逐渐提升，这是因为浓度增大，皂洗剂的螯合能力增强，即屏蔽溶液中Ca2+、Mg2+离子的能力增强，皂洗能力增强，同时聚乙烯吡咯烷酮的吸附作用增强，使活性染料分子更好地分散在皂洗液中，从而更好地防止织物沾色；且随着ZX-2 浓度增大，皂洗液中的Na+钠离子增多，而Na+钠离子是一种水化能力极强的离子，其周围的水分子很多，即其水化层很厚，当Na+钠离子与纤维素结合时，就有大量水分子被带入纤维内部，从而使纤维发生剧烈溶胀[6]，则纤维内部的染料顺利扩散至纤维表面，通过ZX-2 的分散作用，染料从织物表面脱落下来，使得皂洗效果增强。 综上，选择10g/L 作为后续实验最优皂洗剂用量。

2.2.2 皂洗温度对织物染色后水洗效果的影响

皂洗工艺流程参照1.2.3，根据2.2.1 中得到的皂洗剂用量，改变皂洗温度，分别在60℃、70℃、80℃、90℃下皂洗10min 活性红染色后织物。 皂洗结果见表3。

表3 温度对皂洗效果的影响

由表3 可知，随着皂洗温度的升高，织物染色后水洗效果有了明显提升，这是因为温度较低时，染料分子运动速度较慢，纤维上的浮色不易脱落；温度升高，染料分子运动加快，有利于浮色的脱落，同时皂洗剂的螯合力和分散性有所提升。 通常，活性染料皂洗工艺需在90℃～100℃进行，否则染色后的织物各项牢度难以达到需求，不同于传统活性染料皂洗剂，ZX-2 在70℃就可以达到较高的耐摩擦色牢度；70℃之后，有下降的趋势。 结合肉眼观察皂洗残液存在浑浊沉淀的情况，这是因为高温使体系发生瞬间急剧聚合，产生大量块状聚合物使得部分皂洗剂失效。 另一个原因可能是，复配成分之一的脂肪醇酰胺型非离子表面活性剂存在“浊点”，当温度高于其“浊点”时，其就不能很好地溶解并发挥作用。 综上，选择70℃作为后续实验最优皂洗温度。

2.2.3 皂洗时间对织物染色后水洗效果的影响

皂洗工艺流程参照1.2.3，根据2.2.1、2.2.2中得到的皂洗剂用量、皂洗温度，改变皂洗时间，分别在3min、5 min、8 min、10 min 下皂洗活性红染色后织物。 皂洗结果见表4。

表4 皂洗时间对皂洗效果的影响

由表4 可知，皂洗时间过短，皂洗后织物牢度性能不高，说明浮色洗除效果不佳；延长皂洗时间为5min，此时纤维发生充分溶胀，纤维内部的染料顺利扩散至纤维表面，从而进入皂洗液中，皂洗效果提升；但皂洗时间过长，色牢度并未明显提升。因此，为提高皂洗效率，选择5min 作为后续实验最优皂洗时间。

2.3 阴离子皂洗剂ZX-2 与DB-605NEW、DB-1皂洗效果的比较

根据所得阴离子皂洗剂ZX-2 的最佳工艺，与皂洗剂DB-605NEW、DB-1 按照其使用说明的最佳工艺，进行皂洗效果比较，皂洗工艺流程参照1.2.3。 其各自最佳工艺见表5，皂洗结果见表6。

表5 ZX-2、DB-605NEW、DB-1 各自最佳皂洗工艺

表6 ZX-2、DB-605NEW、DB-1 皂洗效果指标

由表6 可知，ZX-2 与市售皂洗剂DB-605NEW、DB-1 均具有良好的皂洗效果，能明显改善活性染料染色织物的色牢度。 不同之处在于，相比于市售皂洗剂DB-605NEW、DB-1，ZX-2 在70℃低温下即能获得优异的皂洗效果，且用时仅为5min，大大缩短了皂洗时间，提高了生产效率；而DB-605NEW 与DB-1 需要更高的皂洗温度和更长的皂洗时间，同时，由ΔE 色差值可以看出，皂洗后的织物颜色与空白样比，色差值为0.2，说明皂洗剂对织物色光几乎没有改变。

2.4 皂洗后织物的物理性能变化

根据所得阴离子皂洗剂ZX-2 的最佳工艺，皂洗工艺流程参照1.2.3，对活性红染色后织物进行皂洗，测试其断裂强力变化，结果见表7。

表7 ZX-2 皂洗织物强力变化

由表7 可知，经过阴离子皂洗剂ZX-2 处理过的棉织物，强力无较大损伤。 说明皂洗剂ZX-2 性质温和，不会影响纤维间的共价交联。

3 结论

(1)自制阴离子皂洗剂ZX-2 的最佳皂洗工艺为：ZX-2 浓度10g/L，皂洗温度70℃，皂洗时间3min。 与市售皂洗剂DB-605NEW 与DB-1 相比，在达到同样的皂洗效果时，ZX-2 皂洗所需温度降低至70℃，且皂洗时间大大减少。 符合节能环保要求，同时也可提升印染厂生产效率和生产效益。

(2)使用ZX-2 进行棉织物的皂洗，织物具有较高的的耐摩擦色牢度，且色光无偏差( ΔE =0.214)，断裂强力几乎无影响(断裂强力下降2.01N，下降率为1.37%)。