探討非離子型界面活性劑與分散性染料對聚酯纖維染...

JHGT 2016.03, Vol.23, No.2(119-127) Journal of the Hwa Gang Textile 華岡紡織期刊第二十三卷第二期 ISSN 1025-9678 http://www.jhgt.org.tw/manuscript/pdf/jhgt-23.2(119-127)(2016-03).pdf

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探討非離子型界面活性劑與分散性染料對聚酯纖維染著之影響 To investigate the effect of Non-ionic Surfactants and Disperse dyes for Dyeing of polyester fiber

陳以婷 1, 李育融 2, 賴秋君 1

Y. T. Che1, Y. J. Lee2, C. C. Lai1

中國文化大學紡織工程學系 1, 富順纖維工業股份有限公司 2

Department of Textile Engineering, Chinese Culture University1, FU HSUN Fiber Industries Co.,Ltd. 2

賴秋君 [email protected]

摘要

由於非離子型界面活性劑為現在市面上常用之界面活性劑種類，所以本實驗以聚乙二醇十八

烷基醚(polyoxyethylenated stearyl ether)及馬來酸酐(ma-leic anhydride)為原料，合成一系列之改

質非離子型雙分子界面活性劑，以其作為聚酯纖維染著時之分散均染劑，以利用高溫高壓染

色機對 100%聚酯針織布做染色，之後做染色性質上的分析，包括分光儀的測色，分析其上色

率及 Lab值，與使用 CNS 1499、CNS 8532檢驗方法測其乾溼摩擦染色堅牢度及耐熱壓燙染

色堅牢度，探討不同鏈長之改質非離子型雙分子界面活性劑對聚酯纖維染著之影響。

關鍵詞：非離子型, 界面活性劑, 分散染料, 染色性質

Abstract

Due to non-ionic surfactant is commonly used on the market now surfactant species, so this

experiment using polyoxyethylenated stearyl ether and ma-leic anhydride synthesized a series of

modified nonionic-bilayer surfactant, as a dispersed-leveling agent when dyed polyester fiber., The

use of high temperature and pressure dyeing machine for 100% polyester knit cloth dyeing, and

analyze the dyeing properties, Including color measurement with the spectrometer, analyze the rate

of color and the Lab values, and use of CNS 1499, CNS 8532 test methods measure its wet and dry

friction color fastness and color fastness to hot pressing iron, to investigate the effect of different

chain lengths modified nonionic-bilayer surfactant when polyester fibers dyed.

Keywords：Non-Ionic, Surfactant, Disperse Dyes, Dyeing Properties

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Journal of the Hwa Gang Textile 2016.03, Vol.23, No.2

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前言

近年來，非離子型界面活性劑發展極為迅速，

應用範圍廣，包括農業、食品、塑料、醫藥、塗料、

建材、化妝品、消防和纺織等各方面。非離子界面

活性劑溶於水時不發生解離，其親水基團主要是具

有一定數量的含氧基團構成；由於非離子型界面活

性劑在溶液中不是以離子狀態存在，所以穩定性

高，不易受強電解質及酸鹼的影響，與其他類型界

面活性劑能混合使用，相容性好，在各種溶劑中均

有良好的溶解性，在固體表面上不發生強烈吸附。

聚酯纖維是一種吸濕性小，疏水性大的纖維，起初

很難染色，分散染料亦只能染一小部份。因而引起

了關於染色理論的檢討，最後終於發展高溫染色

法。

分散均染劑為界面活性劑的一種，它的功效為

促進懸浮液中的粒子分離，避免產生沉降或凝集，

運用在紡織產業的染整加工上，可增加緩染、移染、

均染的效果，間而提升染著時的均染性及上色率等

染色性能[2-3]。

本研究以不同鏈長之聚乙二醇十八烷基醚及

馬來酸酐為原料，合成一系列的改質非離子型雙分

子界面活性劑，對其染著後的布樣做染色摩擦堅牢

度、耐熱壓燙堅牢度、K/S 值與 Lab 值的測試與分

析，希望可開發出新的界面活性劑供業界所用

[4-5]。

理論

聚酯纖維之特性

(1). 結構緊密：主鏈為酯基結合，並含有芳香族

環，且基團之間緊密靠近，纖維結構密緻，

染料滲透困難。

(2). 吸濕性低：主鏈為酯基結合，因此吸濕性比

醋酸纖維差，相對的造成聚酯纖維在水中膨

潤度小。

(3). 缺乏極性基團：分子量較小的分散性染料需

在高溫高壓或添加導染劑，方可使之滲入纖

維內部。

(4). 分散性染料與纖維結合為物理鍵結，因此濕

潤及耐摩擦牢度較低。

(5). 聚酯纖維結構式：

分散性染料之特性

(1). 在水中呈難溶性，以分散型態使用之。

(2). 一般色相鮮明，均染性優良，且對纖維基布

之掩蓋性大，因之適用於淡色染色。

(3). 高熱處理，會昇華而有沾染鄰近纖維的性質。

(4). 受大氣中氧化氮氣體之作用，會有褪色現象。

(5). 除有日光堅牢度的問題之外，遇放射線會改

變其化學構造，而伴生變色現象。

界面活性劑之分類

界面活性劑可溶於水、油類或其他溶劑，且吸

附於溶液的表面或界面，減少溶液的表面張力或界

面張力產生活性。界面活性劑因為減少了表面張力

或界面張力甚多，故可增加溶液的滲透性、濕潤性

及乳化性，而改善粉體在液體內的分散性，且因其

特殊之化學構造所產生溶化的特性，故界面活性劑

可當作濕潤劑、滲透劑、乳化劑、分散劑及溶化劑

等種種用途。

界面活性劑依其溶解性可分為水溶性活性劑

含油溶性活性劑兩種，和界面活性劑之構造更可分

為離子型活性劑、非離子型活性劑、兩性離子型活

性劑等三大類。離子型活性劑視其主體分子中極性

基之電荷可再分為陰離子型活性劑及陽離子型活

性劑兩種[1]。

實驗

實驗材料

(1). 聚酯針織布 (100% polyester ， 75D/48F ，

Interlock)

(2). 氫氧化鈉(sodium hydroxide，NaOH，99.7%)


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(3). 低亞硫酸鈉 (sodium dithionite，Na2S2O4；

100%)

(4). 冰醋酸(acetic acid，CH3COOH，98%)

(5). 改質非離子型雙分子界面活性劑：

n=15、20、30

(6). 複合型分散性染料：

T210 TZR ACE (正裕化學工業有限公司)

CAS：105859-97-0

CAS：9008-64-4

CAS：12223-37-9

CAS：59763-30-3

T212 TRCBEL (台灣千旺股分有限公司)

T223 TRF2B (台灣千旺股分有限公司)

T304 TBBLN-1 (台灣千旺股分有限公司)

T310 TZR ACE (正裕化學工業有限公司)

CAS：105859-97-0

CAS：9008-64-4

CAS：12217-79-7

T408 TORP3GN (台灣千旺股分有限公司)


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T502 TVB-1 (台灣千旺股分有限公司)

T506 TVFBL (台灣千旺股分有限公司)

實驗儀器

(1). 精密電子秤(electronic balance，PC-4200，

CORNING)

(2). 電磁攪拌機 (magnetic heating stirrer ，

HMS-102，祥泰精機股份有限公司)

(3). 高溫高壓染色機(laboratory dyeing machine，

Rapid)

(4). 循環式熱風烘箱(service-hotline，BINDER)

(5). 熱定型機(heat setting machine，Rapid)

(6). 分光測色儀(spectroscope，x-rite 8200)

(7). 摩擦牢度試驗機(crockmaster，天祥機械工程

有限公司)

(8). 耐熱壓燙牢度試驗機(scorce tester，高逸企業

股份有限公司)

(9). 對色燈箱(lighting booth，CAC600)

實驗流程

實驗方法

1. 清潔作業

在染色作業之前，必須先將染色鋼瓶以鹼性溶

液清洗乾淨，目的是將殘留於鋼瓶內的染料或雜質

清洗乾淨，避免污染染色作業的試驗樣布。

(1). 首先調配含有 3g/L 的 Na2S2O4 及 2g/L 的


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NaOH(99.7％)水溶液。

(2). 放入 5g 的聚酯針織布，以浴比 1：20 加入

100g 調配好的鹼性水溶液，再放入高溫高壓

染機中運轉。

(3). 鋼瓶清潔流程第一部分為每分鐘升溫 2℃，

升溫到 135℃，持溫 45 分鐘，之後降溫取出

鋼瓶，將內容物倒掉以水清洗；第二部分，

每杯鋼瓶中加入 100g 的含有 0.5g/L 冰醋酸的

水溶液，放入高溫高壓染機中，以常溫(約

22℃)運轉 15 分鐘後，取出以水清洗之。

2. 染著作業

本實驗以改質非離子型雙分子界面活性劑作

為染著用的助劑，並且選用親水基鏈長 1815、

1820、1830 的產物來作探討；染料方面，由於工

廠在做染色時，時常添加不同種類的複合型染料來

做調配，所以選定以同一色系的淺、中、深三色來

做比較。

染著條件：

(1) 織物：100%聚酯針織布 5g

(2) 分散性染料(o.w.f)：

淺紫：TZRACE：0.25％

TZBACE：0.03％

TV2RB-2：0.075％

中紫：TRCBEL：0.018％

TBRQ5FN：0.22％

TPF2B：0.3％

TVFBL：1.2％

深紫：TBBLN-1：0.11％

TBB6NF：0.55％

TORP36N：0.0178％

TVB-1：0.8％

TV54R-2：1％

(3) 冰醋酸：1g/L

(4) 改質非離子型雙分子界面活性劑：1g/L

(5) 浴比：1：10

(6) 溫度/時間：130℃ × 30min

(7) 取樣：以 50℃時取出第 1 樣本，之後每隔 10

℃取出一樣本，再升溫到 130℃後再持溫 30

分鐘，取第 10 個樣本，最後得到十組染著布

樣。

3. 還原洗淨作業

還原洗淨的目的在於使殘留於染著布樣的染

料粒子拔除，使得布樣顏色更為鮮艷，並且提升布

樣的染色堅牢度。

還原洗淨機制主要分為酸性還原洗及鹼性還

原洗，由於此分散染料染聚酯纖維的染浴為酸性，

因此選擇鹼性還原洗淨機制。還原洗淨過後，再以

冰醋酸水溶液做酸鹼中和。

還原洗淨條件：

(1) NaOH：45％，2g/L

(2) Na2S2O4：3g/L

(3) 浴比：1：10

(4) 溫度/時間：85℃ × 20min

酸鹼中和條件：

(1) 冰醋酸：0.5g/L

(2) 浴比：1：10

4. 定型作業

此作業使用熱定型機，將染著後的布樣固定在

熱定型機的針板上，再以 150℃高溫定型 30 秒，

這部分的目的在於，使布樣因染著後所產生的紋路

變得平整，以利後面的色牢度測試與分光儀測色。

5. 試樣之摩擦堅牢度測試(CNS 1499)

選用摩擦試驗機 I 型。取 140mm×50mm 測試

樣布，其長邊方向分別與經向及緯向平行，各裁切

二片。摩擦用白棉布約為 50mm×50mm。使用汙染


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用灰色標，評定摩擦用白棉布被污染之程度。

乾式試驗：在摩擦頭前端包覆摩擦用白棉布，

並使試片固定於試驗台之耐水砂紙上，施以 9N 之

載重，於試片 100mm 距離間，10 秒內來回摩擦 10

次。

濕式試驗：使用摩擦用白棉布浸漬於水中至約

100%濕潤狀態，在與標準狀態之試片摩擦後，以

不超過室溫乾燥之。

6. 試樣之耐熱壓燙堅牢度測試(CNS 8532)

選定乾熱試驗機法(A-2 法)。取 100mm ×

40mm 測試樣布，及大於 100mm × 40mm 之試驗用

白棉布。在熱壓燙台上舖一塊白棉布，在對準加熱

版中央處放置測試樣布，將上加熱板疊合，以溫度

150°C，壓力 4kPa，加壓 15 秒後取出，在標準狀

態下放置約 4 小時後評定。以變褪色用灰階標評定

測試樣布之變褪色，汙染用灰階標評定白棉布之汙

染程度。

結果與討論

試樣之 K/S 值

K/S 值是對染料染色性能評估的重要指標之

一，就是染色深度。被測物體的吸收系數 K 和散

射系數 S，與固體試樣中有色物質濃度 C 之間建立

了一定的函數關係。通過計算得到的 K/S 值越大，

固體試樣表面顏色越深，即有色物質濃度越高，染

料染色性能越好。

圖 1 為改質非離子型雙分子界面活性劑對淺

紫色染色布樣之 K/S 值，blank 為未添加界面活性

劑之曲線，在 50~110°C 之間上色快速，但 110°C

之後未添加界面活性劑布樣的上色率又低於添加

者，由此可看出此改質非離子型雙分子界面活性劑

具些微緩染效果；而在不同親水基鏈長下所染出之

布樣，又以親水基鏈長 1815 的界面活性劑效果為

佳，原因可能是因為親水基鏈長的提升，增加了結

構上的立體障礙影響界面活性劑與染料粒子結合。

圖 2 為改質非離子型雙分子界面活性劑對中

紫色染著之 K/S 值的比較，在 100℃之前的四個條

件並未有太大變化，但之後上色率開始提高，又以

親水基鏈長 1815 界面活性劑的 K/S 最高，可能是

因為親水基鏈段過長，在水溶液中容易產生糾結，

使得界面活性劑與染料粒子不易結合，影響了染液

的上色效果。

圖 3 為改質非離子型雙分子界面活性劑對深

紫色染著布樣之 K/S 值曲線圖，因為顏色較深，所

以 K/S 值明顯提高許多，未添加界面活性劑之染著

布樣最後的 K/S 值為 17.46，而添加界面活性劑之

後，最高 K/S 可提升到 18.60，代表添加界面活性

劑之後，具有提升上色效果；在親水基鏈長的比較

方面，鏈長 1815 的染著布樣，在溫度 130℃有最

高的 K/S 值 19.58，但持溫 30 分鐘後，K/S 值又降

為 18.60，較親水基長的 1830 界面活性劑，更能與

染料粒子結合，並且幫助染料粒子進入纖維之中。

由三張 K/S 曲線圖皆可發現，在 130°C 持溫

30 分鐘布樣的 K/S 較 130°C 布樣的值低，原因是

染料在130°C持溫30分鐘後已完全進入纖維之中，

所以顏色會比 130°C 之布樣者淺些而 K/S 值也隨

著顏色深度的提升而上升，並且以親水基鏈長

1815的界面活性劑上色率最好。

圖 1 改質非離子型雙分子界面活性劑對淺紫色染著

之染色 K/S 值

圖 2 改質非離子型雙分子界面活性劑對中紫色染著

之染色 K/S 值


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圖 3 改質非離子型雙分子界面活性劑對深紫色染著

之染色 K/S 值

試樣之乾濕摩擦堅牢度

染色乾濕摩擦牢度是一般染著之布樣皆會做

的測試之一，色牢度的級數由差到良好共分 5 級，

1 級為最差，5 級為最佳，而一般合格的級數為 4

級以上。

表 1 為淺紫色染著布樣之摩擦牢度，由表可看

出，淺色的乾濕摩擦堅牢度皆良好，但添加了界面

活性劑之後，相較之下又更好一點，可能是添加了

界面活性劑之後，界面活性劑與染料粒子結合，而

親水基鏈長 1815 的界面活性劑，又與染料粒子結

合得更好，使染液的表面張力變小，進而易於吸附

於布料之中。

表2與表3為中紫色及深紫色之乾濕摩擦牢度

級數表，在此親水基鏈長 1820 的界面活性劑乾濕

摩擦牢度級數與鏈長 1815 相同，而鏈長 1830 的界

面活性劑的濕摩擦牢度相較之下，略差一點，可能

是鏈長過長，表面張力增加，影響了染液與布料的

吸附，亦或是顏色較深的染料，粒子較大，較難進

入布料的纖維之中。

表 1 改質非離子型雙分子界面活性劑對淺紫色染著

之染色乾濕摩擦牢度

Blank 1815 1820 1830

乾式級數 4-5 級 5 級 5 級 5 級

濕式級數 4 級 4-5 級 4-5 級 4 級

表 2 改質非離子型雙分子界面活性劑對中紫色染

著之染色乾濕摩擦牢度

Blank 1815 1820 1830

乾式級數 4 級 5 級 4-5 級 4-5 級

濕式級數 4 級 4-5 級 4-5 級 4 級

表 3 改質非離子型雙分子界面活性劑對深紫色染

著之染色乾濕摩擦牢度

Blank 1815 1820 1830

乾式級數 3 級 4-5 級 4 級 4 級

濕式級數 3 級 4-5 級 4-5 級 4 級

試樣之耐熱壓燙堅牢度

由於一般分散性染料遇到高溫處理之際，常有

染色昇華牢度問題，故作此測試。而現在市場所需

的標準為 4 級以上。表 4、5、6 所示，添加改質非

離子型雙分子界面活性劑之染著布樣的牢度級數

皆比未添加者高，淺色的汙染級數皆有達到一般標

準，其中又以親水基鏈長為 1815 之布樣的級數為

佳，可能是因為鏈長較短，表面張力較低，使染液

易於進入布料之纖維中。而顏色越深，所測出之汙

染及變褪色級數越差，可能是顏色較深，影響肉眼

對變褪色級數的判斷。所以此實驗所使用之改質非

離子型雙分子界面活性劑可能不適用於較深顏色

的染色，亦或是染色後需再以其他還原洗劑來做洗

淨工作。

表 4 改質非離子型雙分子界面活性劑對淺紫色染

著之染色耐熱壓燙牢度

Blank 1815 1820 1830

汙染級數 4 級 5 級 4-5 級 5 級

變褪色級數 3-4 級 4-5 級 4-5 級 4 級

表 5 改質非離子型雙分子界面活性劑對中紫色染著

之染色耐熱壓燙牢度

Blank 1815 1820 1830

汙染級數 3-4 級 4-5 級 4-5 級 4 級

變褪色級數 3-4 級 4 級 4 級 3-4 級

表 6 改質非離子型雙分子界面活性劑對深紫色染著

之染色耐熱壓燙牢度

Blank 1815 1820 1830

汙染級數 3 級 4 級 4 級 4 級

變褪色級數 3-4 級 4 級 3-4 級 3-4 級

試樣之 Lab 值

Munsell 色彩系統為色彩學裡透過明度

(value)、色相(hue)、彩度(chroma)三個維度來描述

顏色的方法。明度用來表示色彩的明暗程度，相對

於灰階(gray scale)由黑至白共分 11 階段；色相為


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物體反射的主要波長所呈現的色彩表相，即吾人所

見物體色的一般性描述，常以五主色(紅、黃、綠、

藍、紫)或兩鄰近主色所代表的色系共 10 主色相來

指稱，如紅色系、藍綠色系；彩度代表色彩鮮豔的

程度，也就是色彩的純度或飽合度(saturation)，顏

色愈純，彩度愈高，視覺刺激也愈強。

Lab 色彩空間是顏色對立空間，帶有維度 L 表

示亮度，a 和 b 表示顏色對立維度。若 a 值為正代

表受測試樣偏紅，負為偏綠；b 值為正代表代表試

樣偏黃，負為偏藍。在業界，打色的布樣時常需要

在 D65 光源下做肉眼的對色，但遇到肉眼無法精

確判斷的布樣，此時就可用分光測色儀來做精確的

數據，以供參考。

圖 4 為淺紫色對不同親水基鏈長界面活性劑

對染著後布樣之 Lab 座標圖，圖(a)為未添加界面

活性劑之 Lab 圖，由此圖可看出布樣較暗，且偏紅

光及黃光，而利用 CIELab 的公式所算出來之 E

為 2.26，一般可接受值在 0.85 內，所以是不可被

接受的；而親水基鏈長 1815、1820、1830 的界面

活性劑所染出之布樣的 E 分別為 0.46、0.67、0.85，

值越小色差越小，因此鏈長 1815 的界面活性劑為

此系列產物中對淺紫色染色較適合之助劑。

圖 4 改質非離子型雙分子界面活性劑對淺紫色染著

布樣之 Lab 座標圖 (a)blank (b)1815 (c)1820

(d)1830

圖 5 為中紫色與不同親水基鏈長界面活性劑

對染著後布樣之 Lab 座標圖，圖(e)~(h)分別為未添

加界面活性劑、添加親水基鏈長 1815、1820、1830

界面活性劑之 Lab 座標圖，他們的∆E 值為 0.67、

0.47、0.46、0.53，雖然值都小於 0.85，但若求最

佳試樣，則為鏈長 1820 界面活性劑所染出之布樣。

圖 5 改質非離子型雙分子界面活性劑對中紫色染著

布樣之 Lab 座標圖 (e)blank (f)1815 (g)1820

(h)1830

圖 6 為深紫色與不同親水基鏈長界面活性劑

對染著後布樣之 Lab 座標圖，圖(i)~(l)為未添加界

面活性劑及添加親水基鏈長 1815、1820、1830 界

面活性劑之 Lab 座標圖，∆E 值為 1.23、0.23、0.39、

0.72，在此比較中，未添加界面活性劑的色差大於

可被接受的範圍，而親水基鏈長 1815 的產物所染

出的布，同樣為值最接近標準樣之試樣。

雖然分光測色儀所測出之數據在選擇打樣顏

色時，多半為參考用，但由淺中深三色的 Lab 值比

較，親水基鏈長 1815 的界面活性劑皆具有良好的

表現，是可再做研究之產物。

圖 6 改質非離子型雙分子界面活性劑對深紫色染著

布樣之 Lab 座標圖 (i)blank (j)1815 (k)1820

(l)1830


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結論

1. 由 3 支界面活性劑對淺、中、深三種顏色的

染著布樣做 K/S 值的測試，可看出，在親水

基鏈長為 1815 時，具有較佳之 K/S 值。

2. 由乾濕摩擦染色堅牢度級數的比較可看出，

添加界面活性劑之後可提升乾溼摩擦染色堅

牢度。

3. 在耐熱壓燙染色堅牢度級數的比較之中，界

面活性劑的添加可提升染色堅牢度。

4. 在分光測色儀所測出之 Lab 座標圖，可比較

出，由親水基鏈長 1815 的界面活性劑所染出

之布樣顏色與標準樣最相近。

參考文獻

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探討非離子型界面活性劑與分散性染料對聚酯纖維染...

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