膨润土织物柔软剂的研制yd17009
罗志刚,杨卓鸿,卢其明,黄光海,陈轶雄 华南农业大学理学院生物材料研究所,广东广州510642
收稿日期:2013-11-09
基金项目:华南农业大学“211工程”三期重点建设项目(2009B010100001);广东省科技计划项目(2008B021000048)
作者简介:罗志刚(1955-),男,副教授,主要从事无机化学和分析化学的教学以及天然产物综合利用研究
原载:上海纺织科技2014/2;21-24
【摘要】应用正交试验方案,以氯化钠改性的钠基膨润土为原料,十二烷基二甲基甜菜碱作强化剂,硅酸钠作助剂,硫酸钠作填料,并加入乙二胺四乙酸二钠和香精、色素等,研制出一种粉末状的织物柔软剂,测定r其在水中的pH值和分散稳定性以及洗涤处理后织物的柔软性、再润湿性、抗静电性和白度。结果表明上述指标均达到或接近目前市售织物柔软剂的水平。
【关键词】改型膨润土;织物柔软剂;正交试验;配方;白度
【中图分类号】TQ423 文献标识码:A 文章编号:1001-2044(2014)02-0021-04
合成洗涤剂一般含有三聚磷酸钠、碳酸钠等助剂,它比肥皂的脱脂能力更强,但也造成了织物表面的天然润滑油被去除,纤维的平滑柔软性受到损伤,使织物出现手感粗糙、变硬、变脆等现象。机洗时,更由于织物受到强的机械摩擦,使表面纤维重新排列,产生卷曲缠绕而黏结在一起,干燥后的纤维被固定而产生粗糙的手感,并产生静电,使织物吸附尘埃或者冒火花。这些不良现象的产生影响了使用时的触觉效果,造成穿着不舒适[1]。使用柔软剂可以改善这些现象,当织物用柔软剂整理后,它会吸附其中的活性成分,使织物变得柔软光滑,富有弹性并且抗静电,因此,织物柔软剂逐渐受到重视并被广泛使用。织物柔软剂是一类能降低纤维间摩擦因数,赋予织物柔软蓬松、丰满飘逸、手感滑爽、穿着舒适的产品,目前使用的织物柔软剂主要有表面活性剂型、聚合物型和反应型等3种。表面活性剂型柔软剂是主要品种,常见的有阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型;聚合物型柔软剂包括有机硅类、聚乙烯类、聚氨酯类等;反应型柔软剂具有反应性基团,能与纤维上的其它反应性基团形成共价键而产生耐久的柔软效果[2-4]。
目前,不断有关于织物柔软剂的研究和新产品的报道,尤其以有机硅聚合物为原料开发的柔软剂产品多[5-11],但以膨润土为原料开发的却甚少。膨润土具有良好的分散性、悬浮性、吸附性,还具有良好的热稳定性和化学稳定性,且对人、畜、植物等无毒害,符合作为柔软剂的要求。本文以氯化钠改型的钠基膨润土为原料,十二烷基二甲基甜菜碱作强化剂,硅酸钠作助利,硫酸钠作填料,并加入乙二胺四乙酸二钠和香精、色素等,研制一种粉末状的织物柔软剂,旨在为膨润土的开发应用探索新的途径。
1 试验部分
1.1 供试材料的处理
取粉碎好的钙慕膨润土加水配成浆液,调pH 7~8,搅拌下加入氯化钠,以矿浆浓度16% 、钠化剂用量6%、反应温度65℃ 、反应时间90 min,继续搅拌至钠化反应完成,静置,减压过滤并反复用水洗至没有氯离子,70℃烘干,粉碎,过200目筛,得钠化改性膨润土,其理化性质为pH 7.50,阳离子交换量0.992 mmol/g,膨胀容19.7 mL/g,胶质价5.98 mL/g。
1.2 主要仪器
分析天平;电动搅拌器;电热恒温水浴箱;电热恒温干燥箱;高速万能粉碎机;200目筛;酸度计;静电电压表;色差计。
1.3 主要试剂
十二烷基二甲基甜菜碱;硅酸钠;硫酸钠;乙二胺四乙酸二钠;香精;色素;无水乙醇;柠檬酸;硼酸;以上试剂均为分析纯,水为去离于水。
1.4 试验步骤
1.4.1 膨润土织物柔软剂的制备
取改型膨润土于浆化槽中,加水配成10% 的浆液,搅拌均匀。取十二烷基二甲基甜菜碱、硅酸钠、硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠于烧杯巾,加水溶解,搅拌均匀后加入到上述膨润土浆液中,60℃ 下继续搅拌30min.冷却后加入少量用无水乙醇溶解的香精和色素,搅拌均匀,再加入少量柠檬酸和硼酸,搅拌均匀,静置,减压过滤,40℃烘干,粉碎后过200日筛,得粉末状产品。
1.4.2 pH值和分散稳定性的测定
常温下将膨润土织物柔软剂产品配成1% 的水溶液,用酸度计测定pH值 再静置,观察测定出现沉淀所需的时问,所需时间越长,分散稳定性越好。
1.4.3 柔软效果的测定
常温下将已用洗涤剂洗涤的纯棉白布用1%的柔软剂水溶液浸泡20 min,脱水后晾干,用手感测试确定柔软效果,并与市售的某种织物柔软剂(为10)作比较,数值越离,柔软效果越好。
1.4.4 再润湿性的测定
用染色液体上升法,将纯棉白布剪成25 cm x2 cm的布条,放入1%的柔软剂水溶液中浸泡20 min,脱水后晾干,将布条下端1 cm浸入蓝墨水中,30 min后测量蓝器水上升的高度,高度越高,再润湿性越好。
1.4.5 抗静电性的测定
常温下将纯棉白布用1% 的柔软剂水溶液浸泡20 min,脱水后晾干,用塑料在白布上用力摩擦1min,测试对烟灰的吸附量,同时用静电电压表测定其静电电压。
1.4.6 白度的测定
常温下将纯棉白布用l% 的柔软剂水溶液浸泡20min,脱水后晾干,用色差汁测定其白度,连续浸泡晾干,测定5次。
2 结果与分析
2.1 4因素3水平正交试验
在膨润士织物柔软剂的制备配方中,乙二胺四乙酸二钠起软化硬水的作用,以便更好地发挥柔软荆的使用效果,香精的加入是为了增加产品的香气,满足人们回归自然的心态;色素的加入是为了改善产品的色泽,使产品更加美观。因此它们的用量对产品影响不大。而钠基膨润土、十二烷基二甲甜菜碱、硅酸钠、硫酸钠是4个主要因素,根据初步试验,每个因素索取3个水平,以4因素3水平正交试验方案L9(34)试验考察各因素的影响L9(34)正交试验方案和试验结果见表1~3
表1 因素水平表 |
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表2 L9 (34 )正交试验方案 |
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表3 L 9(34)正交试验结果 |
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根据正交试验结果并结合极差分析可知:4个因素中,对pH值的影响极差最大的是 素C,而A、B、D3个因素的极差相差不大,对pH的影响基本相当、硅酸钠的用量对pH的影响最大,随着硅酸钠用量的增加,产品pH值增大,这对产品使用不利,因此在制备过程中要严格控制好硅酸钠用量,确保产品在中性范围内。对分散稳定性的影响极差最大的是因素D,其次是因素C,而A、B两个因素的极差相差不大。随着硫酸钠用量的增加,产品的分散稳定性提高,硫酸钠起到了增溶的作用,虽然硅酸钠也能提高产品的分散稳定性,但为了避免产品的pH值过高,仍需控制硅酸钠的用量。对柔软效果的影响极差最大的是因素B,其次是A,而C、D两个因素的影响较小,考虑到该织物柔软剂的主要成分是钠基膨润土,而BS-12只起强化作用,协同钠基膨润土的微细颗粒吸附于织物纤维中,从而使织物具有良好的柔软性和蓬松性,所以不宜盲目增加BS-12的用量。对再润湿性的影响极差最大的是因素A,而B、C、D 3个因素的极差相差不大,对再润湿性的影响基本相当,织物用柔软剂整理后,再润湿性均有所下降,这是因为膨润土被吸附于织物上,导致织物的纤维空间被填充,在一定程度上阻碍了水的润湿,但膨润土本身具有良好的吸水性,所以虽然再润湿性有所下降,但下降均不明显。综合以上因素分析后,再以A C D 条件制备产品,其测试结果见表4。
表4 采用A3B2C2D3,条件制得产品的测试结果对比 |
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可见,制备的产品在水中能充分分散并有足够的稳定时间,柔软效果接近目前市场销售产品水平,而再润湿性优于市售产品。
2.2 抗静电性
织物用洗涤剂洗涤后,一般都会导致其抗静电性能降低,经摩擦后会产生较大的静电,静电电压能反映出织物的导电性能,是衡量织物静电危害的一个重要指标。将纯棉白布用1%的柔软剂水溶液浸泡20 min后脱水晾干,用塑料在白布上用力摩擦l min,测试其对烟灰的吸附量,结果明显小于未用柔软剂整理的纯棉白布,说明产生的静电不明显,再用静电电压表测定其摩擦静电电压,结果均在70 V以下,与用市售产品整理的结果相当,而未用柔软剂整理的纯棉白布的摩擦静电电压大于90 V。
2.3 白度
将纯棉白布用1%的柔软剂水溶液浸泡20 min后脱水晾干,用WSC-S色差计以连续方式测定其白度,连续浸泡晾干测定5次,结果见表5。
表5 白度测定结果 % |
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织物经洗涤或用柔软剂整理后一般都会产生泛黄现象而影响其美观,泛黄是由于表面活性剂的作用而造成的。由表5可以看出,用制备的产品整理后,织物的白度略小于市售产品,这可能与pH值稍高有关,因为洗涤剂多为弱碱性,洗涤后如用弱酸性的柔软剂整理,可将其中和,而在弱碱性条件下,表面活性剂的电离度较大,其离子与膨润土的作用力较弱而使部分以游离态的形式存在并被白布吸附,从而产生泛黄现象,导致白度降低。
2.4 膨润土织物柔软剂的作用机理分析
钠基膨润土润滑性好,黏度高,在水中极易分散,能形成十分稳定的胶体悬浮液。其微细颗粒在水中离子化并亲水,易于吸附在织物纤维中,众多粒子整齐排列,在织物表面形成单层薄膜。该薄膜有效地降低了织物纤维问的摩擦因数,其润滑作用能使受损伤而相互黏结的纤维平顺地回复到原来织造时的位置,使纤维能自由伸展而不易黏结成团。这样,纤维固有的平滑柔软性得到恢复,特别是机洗后能减轻织物上的皱褶,使织物变得柔软蓬松,丰满飘逸,手感滑爽,富有弹性,穿着舒适。在钠基膨润土-水体系中,嵌入适量十二烷基二甲基甜菜碱能增大蒙脱石的层间距和粒子的比表面积,也增强了钠基膨润土的亲水性,协同钠基膨润土的微细颗粒更好地吸附于织物纤维中,从而使织物具有良好的柔软性和蓬松性。硅酸钠作为助剂能使钠基膨润土与十二烷基二甲基甜菜碱结合牢固,同时硅酸钠还具有很好的悬浮能力和稳定悬浮系统的能力,对织物亦有一定的保护作用。硫酸钠作填料能起到增溶和稳定的作用,提高了产品的分散稳定性。
3 结语
以氯化钠改性的钠基膨润土为原料,十二烷基二甲基甜菜碱作强化剂,硅酸钠作助剂,硫酸钠作填料,并加入乙二胺四乙酸二钠和香精、色素等研制织物柔软剂。经试验,制备配方为钠基膨润土76.8%,十二烷基二甲基甜菜碱2.9% ,硅酸钠3.8%,硫酸钠11.5%,乙二胺四乙酸二钠适量,香精、色素少量。制备的膨洲土织物柔软剂使用效果与目前币售柔软剂相近,使用时浓度为l%。该织物柔软剂制备工艺简单,成本低,是一种有发展潜力的新型织物柔软剂产品。
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