高分子表面活性剂的物性及其在纺织加工业中的应用(二)
阮天治
阮静
贺健
2019/9/26
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高分子表面活性剂的物性及其在纺织加工业中的应用(二)


阮天治,阮静,贺健

 

摘 要:高分子表面活性剂是一类具有自身特性,又有别于低分子量活性剂,在纺织加工过程中是一类不可或缺的纺织助剂,了解和深层次认知,无疑对新产品的开发和应用均是有利的。

有的书或杂志对这类活性剂仅限于水溶性树脂加以阐述,这种方法具有一定的片面性。没有上升到应有高度进行科学探讨,很难看到它的另一面的真谛。从大的分类来看,高分子表面活性剂有天然型、半合成型和合成型三类,以往对天然型和半合成型只停留在增稠剂一面,实际上它们的作用是多方面的,几乎在纺织加工每道工序,均可窥视它的轨迹。作者以此文从另一新的角度加以诠释。认识和理解这类特殊的功能及作用机理,条理会更加清晰,有助于新产品的应用和开发。

关键词:高分子表面活性剂;分类;功能;天然系;半合成系;合成系;应用;聚丙烯酸(酯);聚醚;引发剂;交联剂;增稠剂;乳化剂;油剂;前处理;织物印花;后整理等

 

目  录

第一部分  高分子表面活性物性及特征

一、高分子表面活性剂应用优势和不足

1.高分子表面活性剂应用的三大优势

2.高分子表面活性剂的致命弱点

二、高分子表面活性剂的分类

1.阴离子型高分子活性剂结构特征及性能

2.阳离子型高分子活性剂结构特征及性能

3.非离子型高分子活性剂特征与分类

4.高分子两性表面活性剂

5.天然系高分子表面活性剂的离子性划分

三、高分子表面活性剂的综合性能

1.高分子活性剂表面张力降低能力

2.所具备的乳化能力

3.凝聚作用

4.高分子表面活性剂的分散能力

5.洗涤作用

四、高分子表面活性剂在工业上的应用概况

 

(续上期内容,详见10月杂志……)


4、高分子两性表面活性剂

目前,引起关注的是甜菜碱型高分子两性表面活性剂。国外对这类表面活性剂进行大量研究,将甜菜碱两性表面活性剂和有机硅表面活性剂结合在一起,汇集了两大产品优势,是一类有发展前途的新一类高分子两性表面活性剂。这类产品根据阴离子基团不同,分为羧基甜菜碱、磺基甜菜碱、(亚)硫酸基甜菜碱、磷酸酯基甜菜碱等类型。羧基甜菜碱型表面活性剂一般由带有羧基甜菜碱基团,对聚醚改性硅氧烷进行封端制取。其分子结构一般有两种:

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除按阴离子基团不同进行分类外,还可按产生方式分两种,一种是聚醚改性硅油,分子中的聚醚链段由甜菜碱封端而成;另一种是由环氧改性硅油经一系列反应后制取。实际上,甜菜碱型硅表面活性剂按最终反应式分两种,含硅氧烷主链的叔胺与卤代化合物发生反应的季铵化法;另一种是具有烯丙基结构的甜菜碱与含氢硅氧烷进行加成反应的硅氢反应法,这两种方法的关键是环氧化合物的开环反应。

作为甜菜碱硅表面活性剂,还有磺酸型、磷酸酯(盐)甜菜碱硅表面活性剂等品种,甜菜碱型硅表面活性剂因其独特性能,已成功用于日化、纺织、制革等工业。在纺织工业加工中,是一类优良的抗静电剂,能在纤维表面形成定向吸附层,从而提高纤维表面电导率,其最大特点是分子内含有阳离子和阴离子基团,在一定条件下,可显示出阳离子型和阴离子型抗静电剂作用。经甜菜碱表面活性剂整理的织物不但柔软性好,而且透气和透湿性也比较好,可使棉、丝、麻整理后,仍保持天然织物原有的亲水风格,也能使化纤织物整理后,具有良好的手感和亲水性。

5、天然系高分子表面活性剂的离子性划分

在讨论合成系高分子活性剂离子性时,不可回避地涉及到天然高分子活性剂,这是一类独特的品种。它们也是根据疏水基和亲水基的适当平衡来显示表面活性的,这类活性剂分类又有自身特点。

例如,纤维素是一种含β-1.4糖甙的葡萄糖,每个葡萄糖有三个羟基,这些羟基形成的氢键可使纤维素分子间相互作用力加大,不能溶于水,若将纤维素适当甲醚化生成甲基纤维素(MC,半合成系),就成水溶性,而且具有表面活性。这类多糖的表面活性也是按照多糖中疏水基和亲水基的平衡而变化。羧甲纤维素是水溶性阴离子,溶液黏度高,被用于胶体稳定剂和增稠剂,而非离子性的纤维素衍生物可作分散剂、乳化稳定剂应用。

再如,藻朊酸丙二醇脂、阿拉伯树脂及半乳聚糖等都是具有表面活性的多糖物。蛋白质高分子活性剂由疏水性氨基酸和亲水性氨基酸组成。如明胶就是一种具有表面活性的蛋白质,其氨基酸组成中约1/3是甘氨酸、脯氨酸、羧基脯氨酸等构成,由于其有起泡性和保护胶体等性能,应用较广。天然蛋白质(如骨胶),经水解可得到大小适当的水解蛋白,从而扩大应用范围。在生物体内血浆蛋白质能使脂溶性物质形成稳定的胶体……如此种种,有的天然系产物,具有非离子活性剂特征,若要扩大用途,提高它们的应用性能,尚需制备成半合成系品种。

三、高分子表面活性剂的综合性能

以上曾谈到高分子活性剂具有高分子和表面活性两大特征,若展开来认识,又有着低分子量活性剂不具备的自身特征。

1.高分子活性剂表面张力降低能力

例如聚乙烯醇表面张力降低能力仅为几个达因/cm,而聚合皂由于分子量或长链亲油基定向排列的影响只有几个到几十个达因/cm不等。

2.所具备的乳化能力

聚乙烯大致分为高、中、低三个黏度的产品(分子量分别为17~25万、12~13.5万、3~3.5万),这是植物油、矿物油、蜡等油类的重要非离子乳化剂。根据加水量来考查,高黏度分解率76~79%和中黏度分解率为79~89%时,效果较好,不过一般情况下,仍与其他活性剂配合使用。作为聚合皂,其分子量与长链亲油基的含量等,虽然与最佳乳化油不同,但仍能显示出良好的乳化性。

3.凝聚作用

以聚乙烯吡咯烷酮为例,冷却的啤酒会产生混浊现象,这是因为单宁存在的影响,如果向里面添加分子量为36万的聚乙烯吡咯烷酮,由于其凝聚作用,可使单宁发生选择性沉淀,进而改变了产品质量。另外,还有一些高分子表面活性剂,可用于酒,提高质量,例如威士忌等,对食用醋等,也有澄清作用。

4.高分子表面活性剂的分散能力

分散和凝聚是相反的作用,当大量使用凝聚剂时也有分散作用。分散剂大量用于防止污垢的再吸收,这一点在实际应用中很重要。作为分散剂的羧甲基纤维素适用于棉布。据报道,聚乙烯吡咯烷酮也适用于其他纤维。

5.洗涤作用

洗涤作用主要是低分子表面活性剂的功能,高分子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇一般用于牙膏。还有一种称为BUS的特殊化合物,它是在尿素、96%的硫酸、氯代甲烷混合物加入丁二烯,在15℃~20℃反应而得到的产品,分子量约2000,作为钠基使用。BUS的起泡力低,约为低分子活性剂ABS的1/3~1/5,而洗涤性能与ABS差别不大。

下表3-1为单体系和聚合物所显示的性能差异。可见,高分子表面活性剂的性质不仅与分子量有关,而且也与构成高分子的单体组成有关。

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以上可以看出高分子表面活性剂有自身的特点和优势,在实际应用中,如在纺织业的加工中,也列为表面活性剂的可选之列,可单独使用,也可将低分子活性剂与高分子表面活性剂复配使用,各取所长,我们的结论是高分子表面活性剂作为纺织助剂在有的领域具有不可取代的作用。

四、高分子表面活性剂在工业上的应用概况

鉴于高分子表面活性剂具有优良的乳化、分散、凝聚、胶体保护作用,这些优良的性能,正是许多工业欲求的功能,也揭示了这类活性剂产品在诸多工业领域具有广泛应用,如表4-1列出了高分子表面活性剂在工业上的应用概况;表4-2反映了聚醚的应用情况;表4-3反映了聚乙烯醇的需求情况。

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总之,高分子表面活性剂的特征,用途可概况如下:

1.有提高溶液黏度的作用,适用于作增粘剂、凝胶剂;

2.能改变流便性,用于颜料、墨水等用作增稠剂、调理剂;

3.有粘接性和强度,可作粘接剂、结合剂和纸张增强剂使用;

4.能吸附于粒子表面,根据其浓度可作凝聚剂、分散剂、保护胶体剂;

5.乳化稳定性好,可作各种乳化剂使用;

6.其他用途,如抗静电剂、消泡剂和润湿剂等。

纺织工业是高分子表面活性剂重要应用领域,而且在加工工序均涉及到这类品种,而且起到重要作用。本文第二部分重点阐述在纺织工业中的应用情况,为纺织加工业和助剂配套产业提供一个新的认知来拓展产品选型,开发的新的视野。

 

(未完待续,精彩内容请见下期……)

 

作者简介:

阮天治,高级工程师,在广东、江苏、山东工作多年,经验丰富,长期在研究单位从事表面活性剂研究和应用开发,具有大企业工作阅历。

历任研究室主任、科研科长、总工程师等职,退休后,担任企业技术顾问;有四十多年研发经验,其中从事纺织助剂开发已达三十余年,具有较深的专业造诣,在行业中享有一定的声誉。
现是享受国务院特殊津贴的化学专家,曾任深圳市专家委员会化学专家、天津市日用化学工业协会理事,也是中国书法家协会烟台分会会员。

在纺织后整理助剂研发方面,曾倾注大量心血,仅软片(柔软剂)成熟技术达三十项,涵盖各类品种,多项成果达到国外同类产品水平。近几年,研发成功的五种阴离子柔软剂,独具特色,用于棉和针织品整理,具有其他产品不具备的柔软、滑爽、无黄变、瞬间吸水、缝纫性好五大优势,成为棉、针织品,尤其是出口针织品首选品种。

除掌握有机硅(包括阴离子平滑剂)、硅油精等后整理助剂生产技术外,在前处理和染色工序也可提供多项产品,如煮练剂、皂洗剂、毛能净、乳化剂、渗透剂、匀染剂、抗静电剂、平滑剂、硬挺剂、螯合剂、纺练纺纱油剂等。

除纺织助剂外,对化工设备也很专业,其设计的软片生产和加工设备已被国内多个厂家采用,得到好评;在软片生产中,会产生大量氨气,污染严重,对此,有一套成熟处理技术;对于小企业,鉴于氨气排放量不太大,可帮助设计氨气吸收系统,此技术可大幅度降低氨气对环境污染;对于软片产量较大的企业,不仅可提供氨气吸收系统,并通过技术改造,可将氨气回收,将其转化为28%含量的工业氨水进入市场!此举,不仅可解决污染问题,而且可降低软片生产成本!

另外,在工业及民用洗涤剂、金属加工助剂(包括发黑技术)、油田助剂、造纸助剂、皮革助剂等方面也可提供技术帮助!

目前,集四十多年经验,已撰写成近九十万字的书稿《纺织染整助剂——物性、制备、应用及生态与安全》一书即将出版,该书不同于其他专业书,第一次将纺练纺纱油剂、有机概念图列为章节专述,还将有机硅及最新技术、绿色环保理念等,作为成书的重要组成部分,可作为高校教学参考。

正在着手编写的另一部著作将织物印花、化工与美术设计跨界接合,仅收集国内外服装资料达1.2万份,现在已起动。个人是书画爱好者,藏书也较多,并收集了大量名家作品,内容新颖,设计各种花、动物、萌态画以及山水、抽象派等与服装有关画种,图文并茂,可为行业重要参考书,敬请期待!

手  机:13502164838

(封底)东阳兴邦的彩页.jpg

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