专家投稿
高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(三)
阮天治
阮静
贺健
2019/12/6
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高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(三)


阮天治,阮静,贺健

 

摘  要:在第一部分我们较详细地介绍了高分子表面活性剂的结构、特征及物性,这是一类应用较广的活性剂,涉及到的行业也较多。作为纺织工业是这类活性剂主要应用领域之一,而这类活性剂用量占工业用活性剂的40%,几乎每道工序都有高分子表面活性剂的先例,有的工序又起着举足轻重的作用。高分子表面活性剂许多资料仅以水溶性树脂给予定位,没有触及到这类化合物的精髓部分,难免有片面。只有全方面探求,又能提升认识,无疑对我们的工作开展是有益的。

在第二部分,我们从纤维加工油剂、制造、前处理、印花及后整理中介绍国内外实际应用和发展的趋势,使读者通过介绍能够开阔视野,对这类化合物能够重新定位,有助于工作的开展,这是我们的初心。

关键词:高分子表面活性剂;合成纤维;高速纺油剂;轻纱上浆;染料印花;糊料;涂料印花;粘合剂;色浆;涂料印花粘合剂;涂料印花增稠剂;涂料印花交联剂;消泡剂;涂白浆;物性;前处理;后整理;生态;安全


目  录:

一、高分子表面活性剂在合成纤维油剂中的应用

(一)用于改善合成纤维之间的集束性

(二)在高速纺油剂中占有重要地位

二、在轻纱上浆及前处理中的应用

(一)在轻纱上浆及前处理中的应用

(二)用于轻纱上浆糊料的特征

(三)在前处理中可作螯合剂和稳定剂使用

三、染料印花及糊料的主导作用

(一)糊料在染料印花中的地位

(二)主要糊料物性及应用效果

(三)复合糊料(混配)糊料的特点及优势

(四)糊料应用要有针对性

四、涂料印花及主要粘合剂

(一)涂料印花与染料印花的区别

(二)涂料印花的特点及色浆的组成

(三)粘合剂在涂料印花中的作用机理

(四)粘合剂的种类与特色

(五)涂料印花粘合剂的选择与制备

(六)涂料印花技术的发展

(七)涂料印花增稠剂(糊料)

(八)涂料印花交联剂的作用

(九)涂料印花可选用的其他助剂

(十)印花增深剂

(十一)消泡剂的选用

(十二)涂白浆的效用

五、解析织物印花的生态与安全

六、高分子表面活性剂在后整理中的应用

(续上期内容,详见11月杂志或“专家投稿”栏目……)



第二部分  高分子表面活性剂在纺织工业中的应用


一、高分子表面活性剂在合成纤维油剂的应用

天然纤维(如棉、毛麻等)自身表面有起润滑作用的物质(如棉蜡、羊毛脂、胶原质等),在纺丝纺纱过程中可起到部分助剂的作用。而合成纤维属高分子聚合物,存在无吸湿性、抗静电性差等问题,在纺丝过程要经过纺丝、卷绕、集束、牵伸、卷曲、切断、淋洗、干燥等多道生产环节。

由于这类纤维绝缘异电性差,产生的静电不易逸散,造成后果较严重,必须使用油剂来改善应用性。由其纺丝纺纱速度提升,一般油剂难以应付,高分子表面活性剂、聚醚又列入首选之列,高分子表面活性剂自身的优势在纺丝纺纱中发挥的作用不容忽视的。

(一)用于改善合成纤维之间的集束性(抱合力)

油剂的集束性是产品质量的重要考核指标,否则纤维发散,无法进行下道工序。为了达到理想效果,油剂的黏度及其粘着性都要求大一些,只有改善油剂的集束性。为达到此目的,配方中常加入高粘度矿物油、失水山梨醇油脂、聚氧乙烯蓖麻油和高分子聚醚等。

这些组分对纤维渗透性好,黏度也大,对纤维附着力也强。若选用高分子表面活性剂后,还可改善油剂的凝聚性。这里可选品种也较多。例如,丙烯酸聚合物、聚酰胺等。若利用这些高聚物自身的高粘性起到集束作用,并改善凝聚性,使用量上必须严加控制,以免对导辊和罗拉造成沾污。以聚酯纤维为例,加入这类集束剂后,纤维之间的抱合力及上油率的变化,会对抱合力产生影响,情况如表1。

表1  聚酯纤维集束性与上油率的关系

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注:聚酯纤维长38mm,1.3dctx卷曲线。

从表1可以看出,抱合力随纺丝上油率的增加而提高,但达到上油率后,抱合力会急剧下降,并出现高的抱合力不匀率(c.v%)。当纺丝油剂上油率从0.35%增至0.73%时,抱合力大约减少22%,掌握度很重要。

(二)在高速纺油剂中占有重要地位

随着纺丝纺纱速度的提高,一般活性剂已不适应新的场合,根据德国斯托克森公司和拜耳公司专家介绍,纤维纺丝速度的提升与相应加工纤维的情况,如表2所示内容。

表2  纺丝速度与加工纤维

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注:PA聚酰胺、PES聚酯、PP为聚丙烯类纤维。

1.高速纺油剂的必备条件

在纺织油剂产品中,作为高速纺油剂首要功能是可以满足纺丝过程中成纤的正常生产,而且还应满足加工过程各项要求。这些要求包括:

(1)在纺丝过程中,油剂在高速纺时,应满足纤维与金属(F/M)的平滑要求,防止纤维磨损与断裂。

(2)能够提供纤维与纤维(F/F)之间适当的抱合力,以满足丝饼存储时的稳定性和加工时的退绕。

(3)可消除在高速纺中产生的静电。

(4)应有良好的热稳定性;不会在纺丝和后加工的热部件上残留结焦,不产生有毒的烟雾和异味。

(5)有低的表面张力,在加工速度范围内能够均匀地覆盖或润湿纤维表面。

(6)具有良好的溶解性、乳化性和适当的黏度。

(7)在不同条件下存放稳定、不分层、不霉变。

(8)对纤维后加工,如上浆等不会产生不良影响。

(9)不会在纤维上造成污斑、变色、吸尘、渗入和膨润纤维,而影响性能。

(10)不干扰和影响纤维的稳定性,不会使纤维在光、热氧作用下造成降解。

(11)对设备无腐蚀。

(12)生物降解性好,使用安全,不会对人体造成伤害。

能适应这些苛刻要求的,当属高分子聚醚产品。聚醚虽然有优良的综合性能,但不同的EO/PO之比,可赋予纤维与金属(F/M)的摩擦系数也不同。聚醚作为性能优良的平滑剂和乳化剂,可取代低分子量的脂肪酸酯作为油剂的主成分,这里也应注意,使用这类高分子表面活性剂,也应注意复配其他活性剂。在聚醚分子中含有大量的醚键,可通过氢键与水分子的缔合,使纤维表面电阻下降,起到抗静电剂的作用。

2.高分子表面活性剂聚醚的结构特征及功效

聚醚作为聚酯纤维poy油剂,在长期连续操作中,不仅烟雾小,结焦小,在长丝上的聚醚通过热板时,短时间内不会分解,即使少量聚醚脱落在热板上,也会因分子链断裂而挥发结焦甚微,而低分子量活性剂很难达到这一点。在生产PTy变形丝时,虽然加捻温度较高,也不会出现以上问题。这类聚醚,如以丙二醇为起始剂,先聚氧丙烯化,再聚氧乙烯化,生成分子量为2200~12500的结构式如下,商品名是phronic。

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若先聚氧乙烯化,再聚氧丙烯化,可生成品种为分子量1200~1650的商品名是phronic R。如果用乙二胺为起始剂进行嵌段聚合,可得以下产品:

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以上商品名为Tetronic和Tetronic R,分子量在3400~4000。如果以多元醇双酚A烷基苯酚为起始剂的无规聚醚应用更广泛。它的商品名是Pluradot,具有以下结构:

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环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)与起始剂(S)可按不同方式聚合,最后末端有一个羟基,这个羟基可与酸、醇等封端剂反应生成EO/PO的衍生物,这种衍生物性能优于末端的OH基的品种。这种表面活性剂在纤维加工中具有润滑、柔软、抗静电、乳化、分散、润湿等综合功效。如果在聚醚产品中引入有机硅,可在后整理中发挥重要作用,这方面将在后面进一步探讨。

从以上阐述来看,聚醚只是统称,由于引入EO和PO的变化不同,引发剂的不同以及结构的变化,可制备能够满足不同追求的品种。作为特殊的平滑剂,可制成双烷基封端聚醚(如羟基封端聚醚);还可制备成醚化封端、酯化封端、酰胺封端、胺化封端等。封端后,各具特色,又不失聚醚基本特点。相比之下醚化封端较为成熟,封端率可达70%以上,封端后聚醚理化性能有较大的变化;而无轨聚醚作为平滑剂,可提供相对稳定的张力,从而获得均匀性好的假拈复形丝。尽管聚醚作为平滑剂耐热性好,也应注意与其复配物也应相匹配;否则,对耐热性会产生不良影响。在聚醚产品中,无轨聚醚和嵌段聚醚使用性能也会产生差异,主要表现在:

(1)在相对分子量较高的情况下,无轨聚醚仍为液体,使用更为方便。

(2)嵌段聚醚的渗透性优于其他类型。

(3)无轨聚醚的浊点明显优于嵌段聚醚的浊度。

(4)嵌段聚醚的热失重率明显高于无轨聚醚。

二、在轻纱上浆及前处理中的应用

纤维加工进入织造阶段,离不开浆料的施用。轻纱上浆是一道非常重要的工序,这道工序需要轻纱上浆助剂。采用的浆料具有增加纱线强度、防止磨损的作用,还可减少织布时断头和消除布面上的疵点,这种浆料具有粘合性,并能形成薄膜,可使纤维具备硬挺性和滑爽性,有利于织造,减少缠绕和断头发生,并能提高纤维的耐磨性。

由此可见,作为轻纱上浆的浆料,应具备三个条件。一是粘着力强,抱合力大,在纤维上可形成薄膜,防止纤维起毛,不会因磨擦掉浆或降低纤维的硬挺性;二是能增强纤维强度,并能保持纤维的弹性、柔软性和延伸性,减少断头;三是此道工序完成后,应具备可洗性,不影响下道工序的实施。

(一)在轻纱上浆及前处理中的应用

具备以上特性的莫过于高分子表面活性剂,其中有淀粉、变性淀粉、糊精、动物胶、树胶、纤维素制品、聚乙烯醇、聚丙烯酸类等,高分子表面活性剂均在可选之列,其中变性淀粉、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸类并称三大纺织浆料用粘合剂。

淀粉和变性淀粉是用量较多的浆料粘合剂,不过,这类活性剂对亲水性天然纤维粘附性较好,但对合成纤维粘附性差;PVA作为高分子表面活性剂,具有浆膜强韧、耐磨性好的特点,但煮练时间长,易结皮,对涤纶等疏水性纤维粘附力不足,而聚丙烯酸类高分子表面活性剂,具有一定优势,可调节不同单体配比的方式来满足不同种类纤维上浆,而且退浆也容易。表3反映了各种高分子表面活性剂作为浆料剂情况:

表3  各类高分子表面活性剂浆料性能对比

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(二)用于轻纱上浆糊料的特征

从应用角度考虑,糊料品种的归属,又可分为天然糊料、化学糊料和复合糊料。天然糊料和化学糊料作为糊料单体,欲求最佳效果,根据预期目的,常将单体加以复配,这种复合糊料的综合性能明显优于单体。

表4  糊料类别、名称及典型代表

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表4反应了不同类型糊料在应用方面的差异。制备复合糊料也是轻纱上浆发展的必然趋势;但在配方结构上与染料印花有相同点,又有区别。

(三)在前处理中可作螯合剂和稳定剂使用

在精练剂的配方中,常用的螯合剂品种较多,其中高分子表面活性剂也在可选之列。例如,丙烯酸类、甲基丙烯酸类、马来酸酐共聚后的产品,如聚4-羟基四亚甲基-1.2二羧酸以及甲基-1.2.4三羧酸等。

在双氧水稳定剂中也可选用高分子表面活性剂,如由马来酸、丙烯酸、丙烯酰胺等聚合而成的聚羧酸及其改性物,如聚丙烯酰胺水解物(30%)酰胺基水解成羧基,结构式如下:

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该化合物可形成高分子胶体,抑制H2O2的热分解,但与Mgcl2拼混时,能使双氧水的分解活化能降低,起到稳定的作用。聚丙烯酰胺水解含有大量的羧酸基(-COOH),在碱液中可形成带负电荷亲液溶胶,可抑制重金属离子的催化分解作用,这类化合物有很高的缓解作用,其应用性能与常用螯合剂品种有关,如表5所示。

表5  主要螯合剂的应用性能

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相比之下,聚羧酸类有三大优势,即对金属具有络合作用,对有机物、无机物有分散作用和对油脂的乳化作用;另外,耐碱、热稳定性也好。这种活性剂的分散螯合剂也用于退浆、煮练、漂白工艺,均有较好的效果;也可作低温螯合剂用于精炼、净洗等前处理助剂中。作为氧漂稳定剂主要品种如下:

表6  稳定剂组成及特性

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(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、纺丝纺纱油剂等。

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!

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