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滌綸染色助劑及其作用原理探討
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作者：宏津盛化工直接染料
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發(fā)布時(shí)間：2019-05-08
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在高溫高壓染色時(shí)，分散染料對(duì)滌綸纖維的上染過(guò)程可分為以下個(gè)階段：
（1）分散染料在染液中隨染液的流動(dòng)逐漸靠近纖維界面，這階段分散染料的性質(zhì)和狀態(tài)基本無(wú)關(guān)，溶解狀的染料分子和懸狀的染料顆粒都一樣隨染液流動(dòng)，轉(zhuǎn)移速度決定于溶液溶液流速。
（2） 由于纖維表面存在著不易流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)邊界層，當(dāng)分散染料進(jìn)入動(dòng)力學(xué)邊界層靠近纖維界面后，主要靠自身的擴(kuò)散接近纖維。這階段轉(zhuǎn)移速度不僅和溶液流速有關(guān)， 還和分散染料的擴(kuò)散速度有關(guān)，因此，溶解狀的染料分子比懸浮體及聚集體擴(kuò)散快得多，分散染料的溶解度和分散狀態(tài)對(duì)這階段的轉(zhuǎn)移速度有較大影響。
（3）分散染料靠近纖維界面到它們之間的分子作用力足夠大后，分散染料迅速被纖維表面吸附。這個(gè)階段的轉(zhuǎn)移速度主要決定于纖維和染料分子的結(jié)構(gòu)和性能，也和界面溶液的性質(zhì)有關(guān)。其中染料的溶解度和分散狀態(tài)有較大影響，染料溶解度超高和染料分子與纖維作用越大，吸附速度越快。
（4） 分散染料被吸附到纖維表面后，在纖維內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)濃度差或內(nèi)外染料化學(xué)位差，染料將向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，這里的擴(kuò)散速度主要決定于纖維化學(xué)和微結(jié)構(gòu)，也和染料分 子結(jié)構(gòu)及濃度有關(guān)。纖維無(wú)定型區(qū)含量較高，孔隙大或自由體積含量多，染料溶解度高，擴(kuò)散速度快，因此，此階段的染料擴(kuò)散速度直接和纖維被溶脹或增塑程度、 分散染料在纖維中的濃度有關(guān)。溶脹或增塑程度高，纖維外層分散染料濃度高，擴(kuò)散就快。由上述可知，上染速度除了決定于染料和纖維的結(jié)構(gòu)外，還和染料在溶液 中的溶解度及染色時(shí)纖維的溶脹或增塑程度有關(guān)。
滌綸纖維是疏水性的合成纖維，滌綸分子結(jié)構(gòu)中缺少象纖維素或蛋白質(zhì)纖維那樣的能和染料發(fā)生結(jié)合的活性基團(tuán)，滌綸分子排列得比較緊密，纖維中只存在較小的空 隙，當(dāng)溫度較低時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)改變其位置的幅度較小，在潮濕條件下，滌綸纖維又不會(huì)象棉纖維那樣能通過(guò)劇烈溶脹而使空隙增大，染料分子難以參透到纖維內(nèi) 部。因此，提高對(duì)纖維的增塑程度，將有助于染色的進(jìn)行。另外，分散染料水中的溶解度很低，染液中的染料，要靠大量的分散劑呈懸浮體分散于染浴中。在對(duì)滌綸 纖維染色時(shí)，為了要達(dá)到較好的染色效果，通常需加入一定量的染色助劑。這些染色助劑在染色過(guò)程中的作用是多方面的，主要有：
(1) 適當(dāng)增加分散染料的溶解度；
(2) 促進(jìn)分散染料對(duì)纖維表面的吸附；
(3) 對(duì)纖維進(jìn)行增塑或提高溶脹程度，加快分散染料在纖維中的擴(kuò)散速度；
(4) 提高染料的分散穩(wěn)定性。一般地，滌綸纖維高潮高壓染色中應(yīng)用的助劑含有對(duì)纖維增塑的載體、對(duì)分散染料增溶或使染料懸浮體穩(wěn)定的表面活性劑等。染色助劑滌綸纖維染色具有十分重要的作用。
1 載體及其作用
1.1 載體的定義
Waters在1950年首次用“載體”（carrier）這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)定義在滌綸染色過(guò)程中具有促進(jìn)上染率的化合物。載體按可溶性及使用時(shí)的狀態(tài)，分為乳化型載體、分散型載體和水溶性載體。1.1.1 乳化型載體水楊酸甲酯、氯苯、甲基萘均屬于這類載體，使用時(shí)需加入乳化劑，以使其乳化成乳液。這類載體種類較多，使用方便，但使用時(shí)必須保持乳液穩(wěn)定，否 則易生成載體斑，造成染疵。此外，這種載體易因受熱而揮發(fā)，以至使載體與乳化劑及水的懸浮體系分離，濃度降低，而且如果揮發(fā)的載體再度回入染浴中，又易形 成染斑。故需慎重選擇乳化劑，否則影響分散染料上染性能。
1.1.2 分散型載體對(duì)苯二甲酸二甲酯即屬于此類。這類載體水溶性較小，用量不大就可維持載體溶液飽和狀態(tài)，勻染效果很好。無(wú)加熱揮發(fā)現(xiàn)象，且無(wú)異味，但價(jià)格較高，易升華，染深性較差。
1.1.3 水溶性暫溶性）載體如鄰苯基苯酚鈉鹽。這類載體能溶于水，但缺乏導(dǎo)染性能，當(dāng)染浴pH值降低時(shí)，則鄰苯基苯本分逐漸析出而呈現(xiàn)出很好的導(dǎo)染性能，是當(dāng)前應(yīng)用較多的一類載體。1.2 載體的作用關(guān)于載體的作用機(jī)理有過(guò)不少研究報(bào)道，主要認(rèn)為載體能對(duì)纖維增塑，增加纖維大分子鏈段的活動(dòng)能力，使纖維結(jié)構(gòu)松弛，由此增大滌綸纖維自由體積， 并提高染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率，加快染色。載體的擴(kuò)散系數(shù)大于染料的擴(kuò)散系數(shù)，載體先于分散染料進(jìn)入纖維，而且，載體的擴(kuò)散系數(shù)隨吸附量的增加百增大，這 是由于載體對(duì)滌綸纖維具有增塑作用。
載體用于滌綸纖維染色初期主要是起促染作用，而在染色后期，載體的這種作用同樣可以加快纖維中染料的解吸，在滌綸纖維高溫高壓染色中使用載體主要不是進(jìn)行 促染，而是利用綜加強(qiáng)染料解吸，提高高溫下的移染作用。但是載雁體使滌綸的初染率較大增加，易導(dǎo)致染料吸附不均勻。現(xiàn)在的商品勻染劑中常含有少量載體，其 目的是利用載體的促染作用提高染料的上染率，或者是利用載體的高溫移染作用，提高染料的勻染性能。
1.3 載體的缺陷
(1) 載體能增大滌綸的初染率，較易導(dǎo)致不均勻吸，因此，往往需要延長(zhǎng)染色時(shí)間以獲得勻染產(chǎn)品。
(2) 易降低染液分散穩(wěn)定性，引起染料聚集而產(chǎn)生染疵。
(3) 染色后有些載體較難去除，造成染色牢度、織物強(qiáng)力下降以及使織物產(chǎn)生對(duì)人體的刺激。
(4) 部分載體有毒有味，生物降解性差，會(huì)造成環(huán)境污染。
2 表面活屬毛離里型助劑及作用
2.1 表面活性劑型助劑種類表面活性劑助劑可分為陰離子型、非離子型或它們的復(fù)配物。
2.1.1 陰離子表面活性劑這類助劑主要為帶芳香核的磺酸甲醛 縮合物，有萘系和酚系兩大類，萘系分散勻染劑如分散劑NNO、MF等，它們價(jià)格低廉，滿足一般分散染料的生產(chǎn)和染色工藝要求，應(yīng)用廣泛。酚系分散勻染劑的芳香核中含有很多強(qiáng)極性酚羥基，已商業(yè)化的品種有分散劑S、磺化木質(zhì)素等。
2.1.2 非離子表面活性劑它們多數(shù)系聚氧乙烯鏈烷基衍生物或多元醇型，可分為兩大類：醚類和酯類。例如：平平加O（勻染劑102，十八醇聚氧乙烯醚）、勻染劑OP（TX－10，辛烷基聚氧乙烯醚）、Dyapol N（十六烷基聚氧乙烯醚）和Niosal（脂肪酸聚氧乙烯酯）。
2.1.3 復(fù)配的表面活性劑此類表面活性劑的近年來(lái)用于滌綸纖維染色的新型助劑，其種類較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，歸納起來(lái)，主要是陰、非離子表面活性劑按一定比例復(fù)配的混合物。如Ciba公司的univadineDIF，日本第一工業(yè)制藥CikiyrsolACE的。
2.2 表面活性劑助劑的作用
2.2.1 陰離子表面活性劑的作用在染色過(guò)程中，陰離子表面活性劑結(jié)構(gòu)中疏水基能與染料粒子以范德華力結(jié)合，帶酚基陰離子表面活性劑又能與染料分子中的羥基或氨基以氫鍵結(jié)合，在染料粒子周圍形成一層強(qiáng)的負(fù)電荷層，使得染料粒子在水中相互排斥，形成分散狀態(tài)。
從分散效果來(lái)看，在相同結(jié)構(gòu)類型的分散劑中，磺化度高的分散劑其高溫分散性高，而中、低磺化度的分散劑比分子量低的分散劑高溫分散性好。分散劑的高溫分散 性可按如下順序排列：分子量高的非離子分散劑＞高磺化度堿改性木質(zhì)素磺酸鈉＞中、低磺化度木質(zhì)素磺酸鈉＞萘磺酸甲醛縮合物＞分子量低的陰離子分散劑。
至于增溶作用，Datyner用11只 分散劑和種分散染料研究了分散劑對(duì)分散染料的增溶作用后發(fā)現(xiàn)：木質(zhì)素磺酸鈉類分散劑對(duì)很多分散染料增溶作用不強(qiáng)，磺化度對(duì)增溶作用幾乎沒(méi)有影響，分散染料 在與分散劑發(fā)生相互作用時(shí)，染料的結(jié)構(gòu)起著重要作用。當(dāng)木質(zhì)素磺酸鈉分散劑的磺化度增加時(shí)，分散劑的溶解度隨之增加，對(duì)鹽的敏感性也降低，但是這樣也會(huì)使 木質(zhì)素磺酸鈉吸附分散染料的能力下降。2.2.2 非離子表面活性劑的作用非離子表面活性劑是滌綸勻染劑的常用組分，一方面因?yàn)樗鼘?duì)染料具有增溶作用，另一方面因?yàn)樗鼘?duì)纖維具有親和力。
非離子表面活性劑能增溶部分分散染料，是由于它們?cè)谒心苄纬梢欢舛鹊哪z團(tuán)或膠束，由此提供一個(gè)憎水區(qū)，使一定數(shù)量的分散染料以單分子狀態(tài)溶解在膠束 中。膠團(tuán)是獨(dú)立的小實(shí)體，其中的染料分子和溶液中的染料分子保持平衡，當(dāng)染料上染于纖維時(shí)，溶解狀的染料分子減少后，它可以迅速?gòu)哪z團(tuán)中轉(zhuǎn)移出來(lái)，向水相 提供染料。非離子表面活性劑通過(guò)增溶作用，使染料暫時(shí)留存在染浴中，抑制染料迅速。但是，增溶作用會(huì)降低染料的平衡上染百分率，影響染色重現(xiàn)性。
非離子表面活性劑對(duì)染料的增溶能力與非離子表面活性劑的種類有關(guān)，酯類的增溶能力比醚類要大。非離子表面活性劑對(duì)染料的增溶能力也與它的官能團(tuán)和化學(xué)結(jié)構(gòu) 有關(guān)，在聚氧乙烯醚類化合物中，對(duì)染料的增溶能力的順序?yàn)椋喝交椒樱颈揭蚁┍椒樱救苫椒樱居痛迹辉诰垩跻蚁┟氧ヮ惢衔镏性鋈苣芰Φ捻樞驗(yàn)椋壕垩跬?基醚油酸脂＞聚氧乙烯醚山梨糖酐油酸脂
（1）分散染料在染液中隨染液的流動(dòng)逐漸靠近纖維界面，這階段分散染料的性質(zhì)和狀態(tài)基本無(wú)關(guān)，溶解狀的染料分子和懸狀的染料顆粒都一樣隨染液流動(dòng)，轉(zhuǎn)移速度決定于溶液溶液流速。
（2） 由于纖維表面存在著不易流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)邊界層，當(dāng)分散染料進(jìn)入動(dòng)力學(xué)邊界層靠近纖維界面后，主要靠自身的擴(kuò)散接近纖維。這階段轉(zhuǎn)移速度不僅和溶液流速有關(guān)， 還和分散染料的擴(kuò)散速度有關(guān)，因此，溶解狀的染料分子比懸浮體及聚集體擴(kuò)散快得多，分散染料的溶解度和分散狀態(tài)對(duì)這階段的轉(zhuǎn)移速度有較大影響。
（3）分散染料靠近纖維界面到它們之間的分子作用力足夠大后，分散染料迅速被纖維表面吸附。這個(gè)階段的轉(zhuǎn)移速度主要決定于纖維和染料分子的結(jié)構(gòu)和性能，也和界面溶液的性質(zhì)有關(guān)。其中染料的溶解度和分散狀態(tài)有較大影響，染料溶解度超高和染料分子與纖維作用越大，吸附速度越快。
（4） 分散染料被吸附到纖維表面后，在纖維內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)濃度差或內(nèi)外染料化學(xué)位差，染料將向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，這里的擴(kuò)散速度主要決定于纖維化學(xué)和微結(jié)構(gòu)，也和染料分 子結(jié)構(gòu)及濃度有關(guān)。纖維無(wú)定型區(qū)含量較高，孔隙大或自由體積含量多，染料溶解度高，擴(kuò)散速度快，因此，此階段的染料擴(kuò)散速度直接和纖維被溶脹或增塑程度、 分散染料在纖維中的濃度有關(guān)。溶脹或增塑程度高，纖維外層分散染料濃度高，擴(kuò)散就快。由上述可知，上染速度除了決定于染料和纖維的結(jié)構(gòu)外，還和染料在溶液 中的溶解度及染色時(shí)纖維的溶脹或增塑程度有關(guān)。
滌綸纖維是疏水性的合成纖維，滌綸分子結(jié)構(gòu)中缺少象纖維素或蛋白質(zhì)纖維那樣的能和染料發(fā)生結(jié)合的活性基團(tuán)，滌綸分子排列得比較緊密，纖維中只存在較小的空 隙，當(dāng)溫度較低時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)改變其位置的幅度較小，在潮濕條件下，滌綸纖維又不會(huì)象棉纖維那樣能通過(guò)劇烈溶脹而使空隙增大，染料分子難以參透到纖維內(nèi) 部。因此，提高對(duì)纖維的增塑程度，將有助于染色的進(jìn)行。另外，分散染料水中的溶解度很低，染液中的染料，要靠大量的分散劑呈懸浮體分散于染浴中。在對(duì)滌綸 纖維染色時(shí)，為了要達(dá)到較好的染色效果，通常需加入一定量的染色助劑。這些染色助劑在染色過(guò)程中的作用是多方面的，主要有：
(1) 適當(dāng)增加分散染料的溶解度；
(2) 促進(jìn)分散染料對(duì)纖維表面的吸附；
(3) 對(duì)纖維進(jìn)行增塑或提高溶脹程度，加快分散染料在纖維中的擴(kuò)散速度；
(4) 提高染料的分散穩(wěn)定性。一般地，滌綸纖維高潮高壓染色中應(yīng)用的助劑含有對(duì)纖維增塑的載體、對(duì)分散染料增溶或使染料懸浮體穩(wěn)定的表面活性劑等。染色助劑滌綸纖維染色具有十分重要的作用。
1 載體及其作用
1.1 載體的定義
Waters在1950年首次用“載體”（carrier）這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)定義在滌綸染色過(guò)程中具有促進(jìn)上染率的化合物。載體按可溶性及使用時(shí)的狀態(tài)，分為乳化型載體、分散型載體和水溶性載體。1.1.1 乳化型載體水楊酸甲酯、氯苯、甲基萘均屬于這類載體，使用時(shí)需加入乳化劑，以使其乳化成乳液。這類載體種類較多，使用方便，但使用時(shí)必須保持乳液穩(wěn)定，否 則易生成載體斑，造成染疵。此外，這種載體易因受熱而揮發(fā)，以至使載體與乳化劑及水的懸浮體系分離，濃度降低，而且如果揮發(fā)的載體再度回入染浴中，又易形 成染斑。故需慎重選擇乳化劑，否則影響分散染料上染性能。
1.1.2 分散型載體對(duì)苯二甲酸二甲酯即屬于此類。這類載體水溶性較小，用量不大就可維持載體溶液飽和狀態(tài)，勻染效果很好。無(wú)加熱揮發(fā)現(xiàn)象，且無(wú)異味，但價(jià)格較高，易升華，染深性較差。
1.1.3 水溶性暫溶性）載體如鄰苯基苯酚鈉鹽。這類載體能溶于水，但缺乏導(dǎo)染性能，當(dāng)染浴pH值降低時(shí)，則鄰苯基苯本分逐漸析出而呈現(xiàn)出很好的導(dǎo)染性能，是當(dāng)前應(yīng)用較多的一類載體。1.2 載體的作用關(guān)于載體的作用機(jī)理有過(guò)不少研究報(bào)道，主要認(rèn)為載體能對(duì)纖維增塑，增加纖維大分子鏈段的活動(dòng)能力，使纖維結(jié)構(gòu)松弛，由此增大滌綸纖維自由體積， 并提高染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率，加快染色。載體的擴(kuò)散系數(shù)大于染料的擴(kuò)散系數(shù)，載體先于分散染料進(jìn)入纖維，而且，載體的擴(kuò)散系數(shù)隨吸附量的增加百增大，這 是由于載體對(duì)滌綸纖維具有增塑作用。
載體用于滌綸纖維染色初期主要是起促染作用，而在染色后期，載體的這種作用同樣可以加快纖維中染料的解吸，在滌綸纖維高溫高壓染色中使用載體主要不是進(jìn)行 促染，而是利用綜加強(qiáng)染料解吸，提高高溫下的移染作用。但是載雁體使滌綸的初染率較大增加，易導(dǎo)致染料吸附不均勻。現(xiàn)在的商品勻染劑中常含有少量載體，其 目的是利用載體的促染作用提高染料的上染率，或者是利用載體的高溫移染作用，提高染料的勻染性能。
1.3 載體的缺陷
(1) 載體能增大滌綸的初染率，較易導(dǎo)致不均勻吸，因此，往往需要延長(zhǎng)染色時(shí)間以獲得勻染產(chǎn)品。
(2) 易降低染液分散穩(wěn)定性，引起染料聚集而產(chǎn)生染疵。
(3) 染色后有些載體較難去除，造成染色牢度、織物強(qiáng)力下降以及使織物產(chǎn)生對(duì)人體的刺激。
(4) 部分載體有毒有味，生物降解性差，會(huì)造成環(huán)境污染。
2 表面活屬毛離里型助劑及作用
2.1 表面活性劑型助劑種類表面活性劑助劑可分為陰離子型、非離子型或它們的復(fù)配物。
2.1.1 陰離子表面活性劑這類助劑主要為帶芳香核的磺酸甲醛 縮合物，有萘系和酚系兩大類，萘系分散勻染劑如分散劑NNO、MF等，它們價(jià)格低廉，滿足一般分散染料的生產(chǎn)和染色工藝要求，應(yīng)用廣泛。酚系分散勻染劑的芳香核中含有很多強(qiáng)極性酚羥基，已商業(yè)化的品種有分散劑S、磺化木質(zhì)素等。
2.1.2 非離子表面活性劑它們多數(shù)系聚氧乙烯鏈烷基衍生物或多元醇型，可分為兩大類：醚類和酯類。例如：平平加O（勻染劑102，十八醇聚氧乙烯醚）、勻染劑OP（TX－10，辛烷基聚氧乙烯醚）、Dyapol N（十六烷基聚氧乙烯醚）和Niosal（脂肪酸聚氧乙烯酯）。
2.1.3 復(fù)配的表面活性劑此類表面活性劑的近年來(lái)用于滌綸纖維染色的新型助劑，其種類較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，歸納起來(lái)，主要是陰、非離子表面活性劑按一定比例復(fù)配的混合物。如Ciba公司的univadineDIF，日本第一工業(yè)制藥CikiyrsolACE的。
2.2 表面活性劑助劑的作用
2.2.1 陰離子表面活性劑的作用在染色過(guò)程中，陰離子表面活性劑結(jié)構(gòu)中疏水基能與染料粒子以范德華力結(jié)合，帶酚基陰離子表面活性劑又能與染料分子中的羥基或氨基以氫鍵結(jié)合，在染料粒子周圍形成一層強(qiáng)的負(fù)電荷層，使得染料粒子在水中相互排斥，形成分散狀態(tài)。
從分散效果來(lái)看，在相同結(jié)構(gòu)類型的分散劑中，磺化度高的分散劑其高溫分散性高，而中、低磺化度的分散劑比分子量低的分散劑高溫分散性好。分散劑的高溫分散 性可按如下順序排列：分子量高的非離子分散劑＞高磺化度堿改性木質(zhì)素磺酸鈉＞中、低磺化度木質(zhì)素磺酸鈉＞萘磺酸甲醛縮合物＞分子量低的陰離子分散劑。
至于增溶作用，Datyner用11只 分散劑和種分散染料研究了分散劑對(duì)分散染料的增溶作用后發(fā)現(xiàn)：木質(zhì)素磺酸鈉類分散劑對(duì)很多分散染料增溶作用不強(qiáng)，磺化度對(duì)增溶作用幾乎沒(méi)有影響，分散染料 在與分散劑發(fā)生相互作用時(shí)，染料的結(jié)構(gòu)起著重要作用。當(dāng)木質(zhì)素磺酸鈉分散劑的磺化度增加時(shí)，分散劑的溶解度隨之增加，對(duì)鹽的敏感性也降低，但是這樣也會(huì)使 木質(zhì)素磺酸鈉吸附分散染料的能力下降。2.2.2 非離子表面活性劑的作用非離子表面活性劑是滌綸勻染劑的常用組分，一方面因?yàn)樗鼘?duì)染料具有增溶作用，另一方面因?yàn)樗鼘?duì)纖維具有親和力。
非離子表面活性劑能增溶部分分散染料，是由于它們?cè)谒心苄纬梢欢舛鹊哪z團(tuán)或膠束，由此提供一個(gè)憎水區(qū)，使一定數(shù)量的分散染料以單分子狀態(tài)溶解在膠束 中。膠團(tuán)是獨(dú)立的小實(shí)體，其中的染料分子和溶液中的染料分子保持平衡，當(dāng)染料上染于纖維時(shí)，溶解狀的染料分子減少后，它可以迅速?gòu)哪z團(tuán)中轉(zhuǎn)移出來(lái)，向水相 提供染料。非離子表面活性劑通過(guò)增溶作用，使染料暫時(shí)留存在染浴中，抑制染料迅速。但是，增溶作用會(huì)降低染料的平衡上染百分率，影響染色重現(xiàn)性。
非離子表面活性劑對(duì)染料的增溶能力與非離子表面活性劑的種類有關(guān)，酯類的增溶能力比醚類要大。非離子表面活性劑對(duì)染料的增溶能力也與它的官能團(tuán)和化學(xué)結(jié)構(gòu) 有關(guān)，在聚氧乙烯醚類化合物中，對(duì)染料的增溶能力的順序?yàn)椋喝交椒樱颈揭蚁┍椒樱救苫椒樱居痛迹辉诰垩跻蚁┟氧ヮ惢衔镏性鋈苣芰Φ捻樞驗(yàn)椋壕垩跬?基醚油酸脂＞聚氧乙烯醚山梨糖酐油酸脂
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