表面活性剂对荧光涂料色浆性能的影响

摘要: 研究表面活性剂的表面特性对荧光涂料色浆性能的影响, 发现使用大分子量阴离子表面活性剂可以得到性能良好的分散体系, 单一使用非离子表面活性剂也能得到均匀的分散体系, 但颗粒有一定的聚集现象; 将阴- 非离子表面活性剂复配后, 色浆的分散性及牢度等性能均有提高, 非-非离子表面活性剂复配后,体系的分散性能改善不明显。三元复配后情况复杂, 有待进一步研究。

荧光涂料印花色浆以着色鲜艳、使用方便、污染小而广泛应用于布匹着色与印花领域, 国内外发展都很迅速。各种颜色的荧光树脂颜料分散在水中形成稳定的分散体系即色浆, 其中所用的各色颜料均由同一种固体树脂固化后与少量的各色荧光染料混合而成, 所得的各色树脂颜料性质很相似, 因此, 以一种荧光树脂颜料为例研究其在水中的分散特性很有代表性, 本文以荧光桃红树脂颜料为对象, 研究表面活性剂对荧光颜料形成的分散体系的稳定性、牢度、色光等方面的影响。

1　试验材料和方法
1. 1　试验材料
表面活性剂见表1.

　织物: 未经漂白、经煮、烘焙等工艺加工过的底细布;颜料: 浙江省瑞安市万隆化工总厂生产的荧光桃红粉;研磨介质: 浙江天台研磨玻璃珠厂生产的中性玻璃珠。

1. 2　试验仪器
500ml 立式研磨机, TG-328A 型电光分析天平, 标准光源箱, 皂洗牢度仪, 刷洗牢度仪, 1600倍显微镜及测微尺。

1. 3　色浆生产工艺
将PAM 配成3% 水溶液放置10min 以上备用, 按工艺配方将PAM 水溶液、水、表面活性剂、颜料加入砂磨机中搅拌均匀, 加入玻璃珠, 研磨40min, 过滤后即得成品色浆。

1. 4　性能测试方法
涂料粒径的测定: 显微镜法( 在1600 倍显微镜下取5 个视野, 每个视野中粒径大于5Lm 的平均粒子个数) ; 牢度的测定: 按照GB8878-88 方法测定; 色光的检测: 将刮好的布样置于标准光源箱中观察, 与标准色卡比较( 与标准品比△表示差,
○表示相当, ☆表示优) ; 稳定性的测定: 将样品放置一段时间观察表面及下层分散情况。

2　单一表面活性剂对色浆性能的影响
2. 1　阴离子表面活性剂的使用
按工艺配方制得的色浆产品, ( 其中除表面活性剂的种类不同以外, 其它原料均相同。) 按照性能测试方法对色浆产品分析测试, 结果见表2.
阴离子表面活性剂均能将荧光颜料分散在水中, 制得稳定的分散体系。低分子量表面活性剂K12和拉开粉BX 的HLB 值小于大分子量扩散剂NNO 和MF 的HLB 值, BX 和K12与水混溶效果不如NNO 和MF。BX 与K12的cmc 大于NNO 和MF, 因此, BX 与K12形成胶束的能力不如NNO和MF。另外, NNO、MF 的表面张力(Ccmc) 较大,在研磨的过程中比表面积的增加量相同时, K12、BX 所需的能量小[ 4] , 更容易粉碎, 因而, K12、BX形成的分散体系颜料粒径小且均匀, 这与显微镜下所看到的一致。荧光颜料粒子是在一定的粒径范围内具有荧光特性。如果颜料粒径减小荧光特性就会减弱直至消失。因此, 荧光色浆研磨时所用的玻璃珠直径应稍大, 研磨时间也不宜过长。大分子量阴离子表面活性剂(NNO、MF) , cmc 小, Ccmc较大, 分散体系颗粒粒径较大, 荧光效果好, 但牢度比小分子量的拉开粉BX 和K12稍差。

2. 2　非离子表面活性剂的使用
在非离子表面活性剂中选用平平加O、乳化剂OP、吐温T 、斯本S 系列非离子表面活性剂,对制得的色浆进行测定, 结果见表2。

平平加O、乳化剂OP、吐温T 三大类表面活性剂的HLB 值都在12 以上, Ccmc 均在25 ～45mN/ m 之间, 颜料均匀分散所需的能量较小,因此均能将荧光颜料分散在水中, 形成稳定的分散体系。非离子表面活性剂形成的分散体系中, 颗粒均匀, 粒径大于5Lm 的粒子个数在5. 0～6. 7之间, 比阴离子表面活性剂形成的分散体系多。斯本S 系列的表面张力与平平加O、乳化剂OP、吐温T 三类非离子表面活性剂相当, 但其HLB 值小于6. 7, 单一使用斯本S 系列非离子表面活性剂不能将颜料分散在水中。

颜料的结构是决定色浆牢度的主要因素, 另外, 颜料颗粒的大小和表面活性剂对色浆的牢度也有一定的影响。表2 中小分子量的阴离子表面活性剂的牢度好于大分子量的阴离子表面活性剂体系[ 4]。非离子表面活性剂形成的分散体系的皂洗牢度大体与阴离子相当, 平平加O-20、乳化剂OP-20、吐温T-80 聚合度较大的非离子表面活性剂体系刷洗牢度稍差。非离子系列表面活性剂的亲水基结构向外, 亲油基与颜色料颗粒靠近, 表面活性剂在水中形成的胶束将颜料包裹在内, 因此亲水基越长( 聚氧乙烯基聚合度n 越大[ 2] ) , 吸附量越少, 分散体系中形成大颗粒的数量也越少, 分散体系越细而且均匀, 分散性好, 牢度高, 但相应的荧光效果稍差。如平平加O-20 聚合度为20, 显微镜下粒径大于5 Lm 的平均颗粒个数为5. 3, 比低聚合度的平平加O-9 和平平加OS-15 的大颗粒个数少; 荧光效果较平平加O-9 好, 牢度不如平平加O-9 和平平加OS-15。

非离子表面活性剂本身不带电, 分散后胶束间的相互作用力没有阴离子表面活性剂胶束强,单元一使用非离子表面活性剂制得的分散体系的颗粒大, 而且放置一段时间都有凝聚现象。使用平平加O、乳化剂OP 研磨过滤后静置10min 后,
色浆表面即形成凝聚现象, 轻轻搅拌将均匀分散;放置3d 后, 色浆下层有凝聚块, 搅拌后也能均匀分散; 放置15d 后, 有肉眼可辨的小颗粒, 搅拌无法破碎。吐温T 系列粘度较大, 流动性差, 也有聚集现象, 但没有平平加O、乳化剂OP 严重。
平平加O、乳化剂OP 系列分散体系产生的泡沫多, 可使用消泡剂减少泡沫。阴离子表面活性剂形成的分散体系泡沫少。吐温T 系列制得的色浆色光鲜艳, 但是, 吐温T 系列本身有颜色, 用量大时会影响色光, 选用时必须注意。

3　表面活性剂复配物对色浆性能的影响
在2. 1、2. 2 两类实验中, 大分子量阴离子表面活性剂的分散性、牢度、荧光效果都很好, 选用扩散剂NNO 与非离子表面活性剂二元复配( 按摩尔比1: 1) 形成阴-非离子表面活性剂复配体系; 以吐温T -80、平平加OS-15、乳化剂OP-10、斯本S-80 二元复配形成非-非离子表面活性剂分散体系。将二元复配体系的色浆性能列于表3。

阴离子表面活性剂本身带电, 单一使用时胶束离子间相互排斥, 加入非离子表面活性剂后大大减弱了排斥作用, 因而有利于颜料颗粒胶团及表面吸附层的形成; 而且, 非离子表面活性剂分子中聚氧乙烯基具有极性, 分子具有一定的偶极矩,加强了对离子表面活性剂的吸附作用, 使胶团与吸附层分子间相互作用力增强。这一类型的阴-非离子型复配后, 胶团中两种表面活性剂分子间的相互作用参数和混合表面吸附层分子相互作用参数都小于零, 绝对值在3～10 之间, 即混合后体系的表面活性为负偏差, 混合体系的cmc 低于二元理想溶液的cmc。不同的表面活性剂组合使用, 两个相互作用参数值不同, 实际混合体系的曲线弯曲程度不同。两参数绝对值越大, cmc 下降越大,甚至会出现平滑凹面状, 如图1 中的虚线所示[ 3] 。阴-非离子表面活性剂复配后, 表面活性提高, 研磨后颜料颗粒粒径小而且均匀, 分散稳定性、牢度都比单一使用阴离子表面活性剂和单一使用非离子表面活性剂有提高, 荧光效果也保持原有的特性。从图1 中可知, 只需加入少量的一种表面活性剂就可以达到很佳的活性效果。这样实际工业生产时, 二元复配可降低表面活性剂的用量。