zeta电位与分散染料的分散稳定性
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Key words zeta potential , disperse dyes , dispersio n stabilit y
1 前言
分散染料在水中为胶体分散体系 ,其分 散稳定性对染色性能有着重要的影响 。分散 体系的分散稳定性除了与染料本身结构有关 外 ,还与分散介质中所存在的电解质 、表面活 性剂 、各种离子等因素有密切关系 。为此研究 这些因素与分散染料的分散稳定性的关系 , 将对分散染料的合成与应用具有实际意义 。
表 2 不同结构阴、非离子表面活性剂
对分散染料 zeta 电位的影响
(mV)
染料
空 白 MF
30D
T - 20
分散橙S - 4RL - 49. 2 - 46. 6 - 48. 0 - 32. 5
分散红S - 5BL - 42. 4 - 38. 9 - 41. 2 分散艳蓝E - 4R - 41. 3 - 39. 9 - 38. 3
摘 要 从 zeta 电位的角度 ,探讨了分散染料在表面活性剂 、电解质 、酸碱等不同条件下的水溶液中 ,这 些物质对其分散稳定性的影响 。试验表明 :带负电性较大的分散染料在一定浓度下加入阴离子表面活性剂或 阴/ 非离子表面活性剂复配物后 ,该体系的稳定性较好 。若在染料水溶液中有高价离子的电解质存在时 ,其稳 定性会变差 。染料水溶液的 p H 值也会影响其分散稳定性 。
3. 3. 2 表面活性剂磺化度对分散染料水溶 液 zeta 电位的影响
我们进一步选择了两类相同结构而磺化
度不同的阴离子表面活性剂 (分散剂 20D 和 30D) ,进一步测定其磺化度对不同结构分散 染料的 zeta 电位的影响 ,如表 3 所示 。
表 3 表面活性剂磺化度对分散染料
水溶液 zeta 电位的影响
zeta 电位的数值可以通过电泳速度的测 定计算出来 ,因此我们采用 zeta 电位仪按电 泳原理来测定染料在水溶液中 zeta 电位随 介质条件变化的情况 ,从而研究染料在水溶 液中 zeta 电位与分散稳定性的关系 ,为改善 分散染料的分散稳定性提供依据 。
2 试验
2. 1 染料 分散橙 S - 4RL 、分散深蓝 S - 3B G、分
3 结果与讨论
3. 1 不同结构分散染料在中性水溶液中的
zeta 电位
我们选择了偶氮和蒽醌两类不同结构的
分散染料 ,在去离子水的中性条件下 ,测定其
不同浓度下的 zeta 电位值 ,其结果如表 1 。
表 1 不同结构分散染料在中性
水溶液中的 zeta 电位
(mV)
染料
分散橙S - 4RL 分散深蓝S - 3B G 分散红S - 5BL 分散艳蓝E - 4R
根据 Go uy - Champan 扩散双电层的模 型 ( 图 1) 可知[1 ] :分散染料在水溶液中质点 总是结合着一层水 。在水溶液中所具有的电 解质 、表面活性剂 、酸碱均含有部分反离子 , 此水和其中的反离子可视为染料质点的一部 分 ,故在电泳时 ,固 - 液间发生相对移动的 “滑动面”应在双电层内距表面某一距离 △ 处 ,该处的电位与溶液内部的电位之差即为
从表 1 可知 :蒽醌结构的分散艳蓝 E - 4R 染料随着浓度增加 ,其 zeta 电位变化不大 。 于是我们进一步提高染料浓度 ,再测定其 zeta 电位 ,结果如图 2 所示。由图 2 可知 :当染料浓 度较低为 0. 125～0. 25g/ L 时 ,其 zeta 电位值 较低 ,约为 - 40. 8～ - 41. 3mV 。若将浓度提 高到 1g/ L 后 ,其 zeta 电位 ( - 73. 3mV) 显著 增加 ,这可能是染料浓度的增加 ,导致吸电子 的取代基增多 ,从而负电性愈强。
3 本项目得到江苏省教委自然科学基金资助
zeta 电位 ,它是指从染料粒子表面到均匀液 相内部的总电位差 。显然 ,zeta 电位的大小 取决于滑动面内反离子浓度的大小 ,进入滑 动面内的反离子越多 ,即被压入吸附层中的 反离子越多 ,从而减小了染料胶粒的带电量 , 使其 zeta 电位降低 ,反之 ,则 zeta 电位增加 。
- 34. 2 - 37. 0
注 :染料浓度为 0. 25g/ L ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
6期
曹雪琴等 :zeta 电位与分散染料的分散稳定性
11
我们选择了两类不同结构的阴离子表面
活性剂 (M F 、30D) 和一类非离子表面活性剂
( T - 20) ,加入到不同结构分散染料中 ,测定
关键词 zeta 电位 分散染料 分散稳定性
Abstract In t he view of zeta potential , stabilit y of disperse dyes in water solutio n including surf ac2 tant s , elect rolytes , acids or alkalis and so o n is st udied in t his paper . It is evident f ro m experiment s t hat w hen an anio nic surf actant s or a co mplex of anio nic and no n - io nic surf actant s is added to a disperse dye co ntaining larger elect ro negativit y in so me co ncent ratio n , t he system has bet ter stability. If t here has a elec2 t rolyte of high value io n in t he water solutio n of a disperse dye , it s stabilit y beco mes bad. In additio n , p H value of it s water solutio n also has affectio n o n dispersio n stabilit y.
注 :染料浓度为 0. 25g/ L ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
由表 4 可知 :大多数分散染料水溶液中 加入阴/ 非 、阴/ 阴复配表面活性剂后 ,分散染 料水溶液体系的 zeta 电位比原二组分单一 表面活性剂分别加入时的 zeta 电位都大 (除 M F/ T - 20 对分散橙 S - 4RL 外) ,亦即在 分散染料水溶液中加入阴/ 阴或阴/ 非复配表 面活性剂后 ,可使体系更为稳定 。同时 ,我们 还可看到阴/ 非离子表面活性剂复配物 (M F / T - 20) 比阴 / 阴离子表面活性剂复配物 (M F/ 20D) 好 。这与我们从其它实验中得到 的结果一致[3 ] 。这可能是由于阴/ 非 、阴/ 阴 离子表面活性剂复配物首先在水溶液中形成
后 ,使分散染料粒子带有较多的负电荷 ,而非 离子表面活性剂不含有可离解成负离子的基
团 ,故而使染料水溶液的 zeta 电位要比加入
阴离子表面活性剂后来得小 ,因此其稳定性
更差 ;同时由于 30D 为高磺化度木质素磺酸 钠 ,分子中所带磺酸基要比 MF 来得多 ,故 吸附在染料表面后 ,使 zeta 电位增大 ,体系 较为稳定 。
结构的分散剂 (30D) 比萘磺酸结构的分散剂
(M F) 对偶氮类分散染料 (分散橙 S - 4RL 、
分散红 S - 5BL ) 的分散稳定性为更好些 (其
zeta 电位负得更大些) ,而对蒽醌类染料 (分 散艳蓝 E - 4R) 的效果较为差些 。这可能是
由于阴离子表面活性剂中带有电离度较大的
磺酸基 ,在水溶液中吸附在分散染料分子上
由表 1 可知 :随着分散染料在水溶液中 的浓度从 0. 125g/ L 增加到 0. 25g/ L 后 ,不 同结构染料的 zeta 电位均有所增加 ,其中偶 氮类染料 (分散橙 S - 4RL 、分散红 S - 5BL 、 分散深蓝 S - 3B G) 比蒽醌类染料 (分散艳蓝 E - 4R) 增加得更大一些 ,而偶氮类中分散橙 S - 4RL 增加得最大 ,这可能是因为染料分 子中取代基的带电性不同所致 , —NO 2 、—Cl 等为吸电子基 ,吸电子性愈强 ,所带负电荷愈 多 ,zeta 电位越大 。这还有待于我们进一步验 证。 3. 2 分散染料在不同浓度下的 zeta 电位
其 zeta 电位 ,结果如表 2 所示 。
由表 2 可知 :在分散染料中加入阴或非
离子表面活性剂后 ,使得分散染料水溶液的
zeta 电位变小 ,而且加入非离子表面活性剂
比加入阴离子表面活性剂后的 zeta 电位变
得更小 ,亦即表明加入阴离子表面活性剂比
加入非离子表面活性剂后 ,可使得染料的水
溶液分散体系较为稳定 。其中木质素磺酸钠
第 15 卷第 6 期 1998 年 12 月
印染助剂
T EXTIL E A U XIL IA R I ES
Vol . 15 No . 6 Dec . 1998
zeta 电位与分散染料的分散稳定性 3
曹雪琴 钱国坻 (苏州大学丝绸学院 江苏苏州 215021)
娄颖
(大连理工大学 辽宁大连 116000)
活性剂 ( T - 20) 组成阴/ 阴和阴/ 非离子表面
活性剂复配物 ,测定了它们在加入到分散染
料水溶液中的 zeta 电位 ,结果如表 4 所示 。
表 4 阴/ 阴 、阴/ 非离子复配物对分散染料
水溶液 zeta 电位的影响
(mV)
染料
分散橙 S - 4RL
分散红 S - 5BL
分散深蓝 S - 3B G
浓 度 (g / L)
0. 125
0. 25
- 39. 0
- 49. 2
- 40. 5
- 45. 8
- 39. 5
- 42. 4
- 40. 8
- 41. 3
图 2 分散艳蓝 E - 4R 的 zeta 电位与浓度的关系
3. 3 表面活性剂对染料在中性水溶液中的 zeta 电位的影响 3. 3. 1 阴离子表面活性剂与非离子表面活 性剂对分散染料 zeta 电位的影响
(mV)
染料
分散橙S - 4RL 分散红S - 5BL 分散艳蓝E - 4R
20D (低磺化度)
- 42. 3 - 32. 5 - 34. 7
30D (高磺化度)
- 48. 0 - 41. 2 - 38. 3
注 :染料浓度为 0. 25g/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱL ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
由表 3 可知 :染料中加入高磺化度 30D
分散艳蓝 E - 4R
M F 20D T - 20 M F / T - 20 M F / 20D - 46. 6 - 42. 3 - 32. 5 - 40. 0 - 50. 3 - 38. 9 - 32. 5 - 34. 2 - 44. 3 - 37. 9 - 38. 9 - 36. 5 - 48. 9 - 51. 5 - 58. 3 - 39. 9 - 34. 7 - 37. 0 - 45. 2 - 39. 0
比加入低磺化度 20D 的木质素磺酸钠后 ,染
料水溶液的 zeta 电位值要大些 ,这充分证实
表面活性剂的磺化度越高 ,使分散染料水溶
液体系越稳定 。
3. 3. 3 复配表面活性剂对分散染料水溶液
zeta 电位的影响
我们选择了阴离子表面活性剂 (M F) 与
另一种阴离表面活性剂 (20D) 和非离子表面
散红 S - 5BL 、分散艳蓝 E - 4R 均为市售商 品染料 。 2. 2 化学品
NaCl 、MgCl 2 、AlCl 3 ·6H 2O 、ED TA 均 为化学纯试剂 ,表面活性剂均为工业品 。 2. 3 zeta 电位测定方法
在美国 B IC 公司的 U 3. 52 型 zeta 电位 分析仪上测试 。首先预热仪器 15min ,然后按 所定浓度将配好的样品溶液倒入样品池中 , 浸没电极 ,拭干池外液滴 ,放置于仪器中 ,即 可测得其 zeta 电位值 。
图 1 扩散双电层模型及电势变化
大量实验证明[2 ] :较高的 zeta 电位 ( - 30～ - 85mV) ,其分散体系较为稳定 ,绝对值大
10
印染助剂
15 卷
约在 15mV 时分散体系开始聚集 ,达 0mV 时则完全凝聚 ,所以根据染料在不同条件下 的 zeta 电位值 ,可判断体系的分散稳定性 。
1 前言
分散染料在水中为胶体分散体系 ,其分 散稳定性对染色性能有着重要的影响 。分散 体系的分散稳定性除了与染料本身结构有关 外 ,还与分散介质中所存在的电解质 、表面活 性剂 、各种离子等因素有密切关系 。为此研究 这些因素与分散染料的分散稳定性的关系 , 将对分散染料的合成与应用具有实际意义 。
表 2 不同结构阴、非离子表面活性剂
对分散染料 zeta 电位的影响
(mV)
染料
空 白 MF
30D
T - 20
分散橙S - 4RL - 49. 2 - 46. 6 - 48. 0 - 32. 5
分散红S - 5BL - 42. 4 - 38. 9 - 41. 2 分散艳蓝E - 4R - 41. 3 - 39. 9 - 38. 3
摘 要 从 zeta 电位的角度 ,探讨了分散染料在表面活性剂 、电解质 、酸碱等不同条件下的水溶液中 ,这 些物质对其分散稳定性的影响 。试验表明 :带负电性较大的分散染料在一定浓度下加入阴离子表面活性剂或 阴/ 非离子表面活性剂复配物后 ,该体系的稳定性较好 。若在染料水溶液中有高价离子的电解质存在时 ,其稳 定性会变差 。染料水溶液的 p H 值也会影响其分散稳定性 。
3. 3. 2 表面活性剂磺化度对分散染料水溶 液 zeta 电位的影响
我们进一步选择了两类相同结构而磺化
度不同的阴离子表面活性剂 (分散剂 20D 和 30D) ,进一步测定其磺化度对不同结构分散 染料的 zeta 电位的影响 ,如表 3 所示 。
表 3 表面活性剂磺化度对分散染料
水溶液 zeta 电位的影响
zeta 电位的数值可以通过电泳速度的测 定计算出来 ,因此我们采用 zeta 电位仪按电 泳原理来测定染料在水溶液中 zeta 电位随 介质条件变化的情况 ,从而研究染料在水溶 液中 zeta 电位与分散稳定性的关系 ,为改善 分散染料的分散稳定性提供依据 。
2 试验
2. 1 染料 分散橙 S - 4RL 、分散深蓝 S - 3B G、分
3 结果与讨论
3. 1 不同结构分散染料在中性水溶液中的
zeta 电位
我们选择了偶氮和蒽醌两类不同结构的
分散染料 ,在去离子水的中性条件下 ,测定其
不同浓度下的 zeta 电位值 ,其结果如表 1 。
表 1 不同结构分散染料在中性
水溶液中的 zeta 电位
(mV)
染料
分散橙S - 4RL 分散深蓝S - 3B G 分散红S - 5BL 分散艳蓝E - 4R
根据 Go uy - Champan 扩散双电层的模 型 ( 图 1) 可知[1 ] :分散染料在水溶液中质点 总是结合着一层水 。在水溶液中所具有的电 解质 、表面活性剂 、酸碱均含有部分反离子 , 此水和其中的反离子可视为染料质点的一部 分 ,故在电泳时 ,固 - 液间发生相对移动的 “滑动面”应在双电层内距表面某一距离 △ 处 ,该处的电位与溶液内部的电位之差即为
从表 1 可知 :蒽醌结构的分散艳蓝 E - 4R 染料随着浓度增加 ,其 zeta 电位变化不大 。 于是我们进一步提高染料浓度 ,再测定其 zeta 电位 ,结果如图 2 所示。由图 2 可知 :当染料浓 度较低为 0. 125～0. 25g/ L 时 ,其 zeta 电位值 较低 ,约为 - 40. 8～ - 41. 3mV 。若将浓度提 高到 1g/ L 后 ,其 zeta 电位 ( - 73. 3mV) 显著 增加 ,这可能是染料浓度的增加 ,导致吸电子 的取代基增多 ,从而负电性愈强。
3 本项目得到江苏省教委自然科学基金资助
zeta 电位 ,它是指从染料粒子表面到均匀液 相内部的总电位差 。显然 ,zeta 电位的大小 取决于滑动面内反离子浓度的大小 ,进入滑 动面内的反离子越多 ,即被压入吸附层中的 反离子越多 ,从而减小了染料胶粒的带电量 , 使其 zeta 电位降低 ,反之 ,则 zeta 电位增加 。
- 34. 2 - 37. 0
注 :染料浓度为 0. 25g/ L ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
6期
曹雪琴等 :zeta 电位与分散染料的分散稳定性
11
我们选择了两类不同结构的阴离子表面
活性剂 (M F 、30D) 和一类非离子表面活性剂
( T - 20) ,加入到不同结构分散染料中 ,测定
关键词 zeta 电位 分散染料 分散稳定性
Abstract In t he view of zeta potential , stabilit y of disperse dyes in water solutio n including surf ac2 tant s , elect rolytes , acids or alkalis and so o n is st udied in t his paper . It is evident f ro m experiment s t hat w hen an anio nic surf actant s or a co mplex of anio nic and no n - io nic surf actant s is added to a disperse dye co ntaining larger elect ro negativit y in so me co ncent ratio n , t he system has bet ter stability. If t here has a elec2 t rolyte of high value io n in t he water solutio n of a disperse dye , it s stabilit y beco mes bad. In additio n , p H value of it s water solutio n also has affectio n o n dispersio n stabilit y.
注 :染料浓度为 0. 25g/ L ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
由表 4 可知 :大多数分散染料水溶液中 加入阴/ 非 、阴/ 阴复配表面活性剂后 ,分散染 料水溶液体系的 zeta 电位比原二组分单一 表面活性剂分别加入时的 zeta 电位都大 (除 M F/ T - 20 对分散橙 S - 4RL 外) ,亦即在 分散染料水溶液中加入阴/ 阴或阴/ 非复配表 面活性剂后 ,可使体系更为稳定 。同时 ,我们 还可看到阴/ 非离子表面活性剂复配物 (M F / T - 20) 比阴 / 阴离子表面活性剂复配物 (M F/ 20D) 好 。这与我们从其它实验中得到 的结果一致[3 ] 。这可能是由于阴/ 非 、阴/ 阴 离子表面活性剂复配物首先在水溶液中形成
后 ,使分散染料粒子带有较多的负电荷 ,而非 离子表面活性剂不含有可离解成负离子的基
团 ,故而使染料水溶液的 zeta 电位要比加入
阴离子表面活性剂后来得小 ,因此其稳定性
更差 ;同时由于 30D 为高磺化度木质素磺酸 钠 ,分子中所带磺酸基要比 MF 来得多 ,故 吸附在染料表面后 ,使 zeta 电位增大 ,体系 较为稳定 。
结构的分散剂 (30D) 比萘磺酸结构的分散剂
(M F) 对偶氮类分散染料 (分散橙 S - 4RL 、
分散红 S - 5BL ) 的分散稳定性为更好些 (其
zeta 电位负得更大些) ,而对蒽醌类染料 (分 散艳蓝 E - 4R) 的效果较为差些 。这可能是
由于阴离子表面活性剂中带有电离度较大的
磺酸基 ,在水溶液中吸附在分散染料分子上
由表 1 可知 :随着分散染料在水溶液中 的浓度从 0. 125g/ L 增加到 0. 25g/ L 后 ,不 同结构染料的 zeta 电位均有所增加 ,其中偶 氮类染料 (分散橙 S - 4RL 、分散红 S - 5BL 、 分散深蓝 S - 3B G) 比蒽醌类染料 (分散艳蓝 E - 4R) 增加得更大一些 ,而偶氮类中分散橙 S - 4RL 增加得最大 ,这可能是因为染料分 子中取代基的带电性不同所致 , —NO 2 、—Cl 等为吸电子基 ,吸电子性愈强 ,所带负电荷愈 多 ,zeta 电位越大 。这还有待于我们进一步验 证。 3. 2 分散染料在不同浓度下的 zeta 电位
其 zeta 电位 ,结果如表 2 所示 。
由表 2 可知 :在分散染料中加入阴或非
离子表面活性剂后 ,使得分散染料水溶液的
zeta 电位变小 ,而且加入非离子表面活性剂
比加入阴离子表面活性剂后的 zeta 电位变
得更小 ,亦即表明加入阴离子表面活性剂比
加入非离子表面活性剂后 ,可使得染料的水
溶液分散体系较为稳定 。其中木质素磺酸钠
第 15 卷第 6 期 1998 年 12 月
印染助剂
T EXTIL E A U XIL IA R I ES
Vol . 15 No . 6 Dec . 1998
zeta 电位与分散染料的分散稳定性 3
曹雪琴 钱国坻 (苏州大学丝绸学院 江苏苏州 215021)
娄颖
(大连理工大学 辽宁大连 116000)
活性剂 ( T - 20) 组成阴/ 阴和阴/ 非离子表面
活性剂复配物 ,测定了它们在加入到分散染
料水溶液中的 zeta 电位 ,结果如表 4 所示 。
表 4 阴/ 阴 、阴/ 非离子复配物对分散染料
水溶液 zeta 电位的影响
(mV)
染料
分散橙 S - 4RL
分散红 S - 5BL
分散深蓝 S - 3B G
浓 度 (g / L)
0. 125
0. 25
- 39. 0
- 49. 2
- 40. 5
- 45. 8
- 39. 5
- 42. 4
- 40. 8
- 41. 3
图 2 分散艳蓝 E - 4R 的 zeta 电位与浓度的关系
3. 3 表面活性剂对染料在中性水溶液中的 zeta 电位的影响 3. 3. 1 阴离子表面活性剂与非离子表面活 性剂对分散染料 zeta 电位的影响
(mV)
染料
分散橙S - 4RL 分散红S - 5BL 分散艳蓝E - 4R
20D (低磺化度)
- 42. 3 - 32. 5 - 34. 7
30D (高磺化度)
- 48. 0 - 41. 2 - 38. 3
注 :染料浓度为 0. 25g/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱL ;表面活性剂浓度为 0. 5g/ L
由表 3 可知 :染料中加入高磺化度 30D
分散艳蓝 E - 4R
M F 20D T - 20 M F / T - 20 M F / 20D - 46. 6 - 42. 3 - 32. 5 - 40. 0 - 50. 3 - 38. 9 - 32. 5 - 34. 2 - 44. 3 - 37. 9 - 38. 9 - 36. 5 - 48. 9 - 51. 5 - 58. 3 - 39. 9 - 34. 7 - 37. 0 - 45. 2 - 39. 0
比加入低磺化度 20D 的木质素磺酸钠后 ,染
料水溶液的 zeta 电位值要大些 ,这充分证实
表面活性剂的磺化度越高 ,使分散染料水溶
液体系越稳定 。
3. 3. 3 复配表面活性剂对分散染料水溶液
zeta 电位的影响
我们选择了阴离子表面活性剂 (M F) 与
另一种阴离表面活性剂 (20D) 和非离子表面
散红 S - 5BL 、分散艳蓝 E - 4R 均为市售商 品染料 。 2. 2 化学品
NaCl 、MgCl 2 、AlCl 3 ·6H 2O 、ED TA 均 为化学纯试剂 ,表面活性剂均为工业品 。 2. 3 zeta 电位测定方法
在美国 B IC 公司的 U 3. 52 型 zeta 电位 分析仪上测试 。首先预热仪器 15min ,然后按 所定浓度将配好的样品溶液倒入样品池中 , 浸没电极 ,拭干池外液滴 ,放置于仪器中 ,即 可测得其 zeta 电位值 。
图 1 扩散双电层模型及电势变化
大量实验证明[2 ] :较高的 zeta 电位 ( - 30～ - 85mV) ,其分散体系较为稳定 ,绝对值大
10
印染助剂
15 卷
约在 15mV 时分散体系开始聚集 ,达 0mV 时则完全凝聚 ,所以根据染料在不同条件下 的 zeta 电位值 ,可判断体系的分散稳定性 。