纺织工业发展与表面活性剂工业休戚与共的关系(二)
阮天治
阮静
白鸟正祥
贺健
2018/3/14
浏览:746

纺织工业发展与表面活性剂工业休戚与共的关系(二)

阮天治,阮静,白鸟正祥,贺健

       摘  要:纺织工业是我国的支柱产业,它的发展与表面活性工业有着千丝万缕的联系。可以说,纺织工业要发展,要获得高附加值,要实现舒适感,实现时尚化、个性化、功能化的目标,离不开不同类型和功能的表面活性剂的选用,两者相互依存的关系,又为两个不同工业体系的发展带来了生机和广阔的发展前景。

       本文围绕两者关系,诠释表面活性剂作为纺织助剂在纺织品加工各工序作用和选用,活性剂具有不可取代的地位,研究纺织助剂,先从表面活性剂理论和基本性能为切入点,这样才能事半功倍,为纺织工业发展提供优质活性剂品种。

       关键词:纤维分类及特征;表面活性剂;基本性质;派生性能;低分子量和高分子量表面活性剂;冠名;润湿;摩擦;加工工序与后整理

 

       目  录

       一、纤维分类与特征

       二、纺织工业应用表面活性剂的行业特征

       1、低分子量表面活性剂基本性质和派生性能

       2、高分子表面活性剂

       三、纤维(织物)加工与表面活性剂的依存关系

       1、表面活性剂在纺织品加工中的冠名

       2、纤维加工过程为表面活性剂性能发挥提供了有利条件

       四、纤维(织物)加工与配套表面活性剂

       1、纺丝、纺纱及织造用表面活性剂

       2、前处理用表面活性剂

       3、印染用表面活性剂

       五、织物后整理与表面活性剂

       1、纤维表面改性的整理

       2、与润湿有关的整理

       3、与摩擦有关的整理

       4、与特殊效果有关的整理


四、纤维(织物)加工与配套表面活性剂

阮工 图片 2018.4.jpg
图2  在纤维加工中各工序表面活性剂(助剂)的应用


表1  纤维加工过程及配套表面活性剂(助剂)

图片.png

       从纤维到织物成型要经过多道工序,每道工序既独立,又与下道工序环环相扣,前段工序必须为下道工序提供中间体精品,可以说纺织加工过程实际上是一个系统工程。经过不同的加工工序,纤维在其加工过程不乏酸、碱、洗涤剂等处理,纤维本身也受到一定程度损伤。为了修复和弥补加工纤维自身不足,或赋予织物新的功能来提高使用价值,也需要选用适宜的表面活性剂来改善和复加新的功能。以上过程可用图2来表示相互间关系;而表1提供了各工序与其配套表面活性剂品种。

       1.纺丝、纺纱及织造用表面活性剂

       这个过程为了提高纤维加工的适用性,要使用油剂,涉及品种有纺丝、纺纱、油剂、编织油剂、上浆用油剂等。各油剂的共同作用是调节线之间或丝与机械之间摩擦系数和抗静电性。改善纤维的集束性,涉及表面活性剂有抗静电剂(如磷酸酯盐类)、乳化剂(如平平加系)、集束性(如聚乙二醇酯等)。不同纤维对表面活性剂性能择选也很严格,即使同类型活性剂,也因结构变化引起加工性能变化。以聚乙二醇酯性能来看,随亲水基摩尔数变化而变化。

            集束性  抗静电性  平滑性

n=10       良       良         良

n=20       中       中         中

n=30       差       差         差

       可见,选择合适的亲水基摩尔数很重要。不同活性剂的摩擦系数(F/F、F/M),无论是动摩擦系数(μD),还是静摩擦(μS)也有较大区别。

       另外,对油剂的防锈性也有要求,而烷基磷酸酯、多元醇酯和烷基醇酰胺等,具有良好的防锈性。在和牵引丝储存中,油剂组分在不同程度上会迁移到纤维内层,虽然迁移量不大,也会造成纤维膨润。一旦迁移,油剂就不能充分发挥润滑和抗静电作用,使丝在后加工中易出现起毛、断头或成型不良等问题。这种现象对聚酰胺、聚丙烯、粘胶纤维等的影响比较明显。

       2.前处理用表面活性剂

       在之前未经染整加工的原色胚布,除少量供应市场外,绝大多数供染整厂加工成漂白布、色布和花布。在原布中含有大量杂质,包括棉麻纤维共生物;合成纤维上油剂,经纱上浆的浆料及污垢等。它们残留在纤维(织物)表面会使布面手感粗糙,色泽不白,而且吸水性也差。为了达到下步工序要求,必须进行前处理。前处理包括物理加工(如布面绒毛的烧毛加工)和化学加工。化学加工则需退浆、煮练、丝光、漂白等,这些处理均离不开表面活性剂的作用。例如,在轻纱上浆中,采用的浆料多为高分子表面活性剂,如海藻胶、聚乙醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸酯等。

       另外,还含有润滑剂、抗静电剂等。退浆采用的活性剂应具备润湿、渗透、乳化、分散和净洗多种功能。配方组成一般以非离子活性剂为主,同时也使用少量阴离子活性剂,以求改善净洗能力。精练是对棉、丝、天然纤维及混纺织物在染前一道非常重要的一道工序。在天然纤维中含有10%左右的天然杂质,其中蜡状物质、果胶、含氮物质、脂肪质、灰分等为主,一般而言,在碱性条件下能使这些杂质转化为可溶性物质被除去。在精练剂配方中除加入表面活性剂外,还需加入中性电解质、螯合剂等。

       在丝光加工中,由于织物在丝光时采用碱浓度很高,渗透性差,需加入渗透力强、又耐碱的表面活性剂。这类活性剂大多数为低碳链阴离子活性剂,其亲水基可以是硫酸酯基、磺酸基或磷酸酯基,也可在分子中引入少量氧乙烯基,其疏水基碳原子数一般在C8左右。

       在双氧水漂白加工中,作为双氧水稳定剂,硅酸钠具备效果好、价格低廉的优势;但是,易形成硅垢,可采用加入分散性、润湿性好的表面活性剂,促使硅酸盐在浴中分散,可大大减少污垢,并解决在织物上的沉积问题。

       另外,由丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺等聚合而成聚羧酸及其改性物,如聚丙烯酰胺水解物在水溶液中可形成高分子胶体,这种化合物虽然没有能力起稳定作用,其原理是聚丙烯酰胺水解后,含有大量-COOH基,在碱液中可形成带负电荷的亲液溶胶,能吸附水中的铁、铜等氢氧化物或氧化物,抑制重金属离子的催化分解作用。这类化合物具有很高的缓冲作用。过氧化氢漂白加工,尚需加入其他辅助助剂。

       羊毛的净洗与去杂,也离不开表面活性剂,原毛含有大量杂质,主要是羊毛脂、羊毛汗和沙土,所含净毛率只有40%~60%,若不经净洗和去杂,会直接影响梳毛、纺纱、织造及呢坯洗净和染色等加工。在羊毛炭化处理中,需用硫酸,为保护羊毛免受酸损坏,常加入阴离子和非离子表面活性剂。虽然使用浓度很低,但作用很明显。对比情况如表2。从表2中可见,未加表面活性剂的酸液,由于表面张力的影响,会浸入羊毛,对羊毛造成局部损伤。

表2  表面活性剂在羊毛炭化过程中的作用

图片.png

       在国内洗毛工厂中,涉及到的羊毛有三类,一类是澳大利亚的美利奴细羊毛,一类是国产改良细羊毛,还有一类是山羊绒为代表的特种动物绒类。因产地、环境不同,原毛杂质组成较复杂,净洗方法有碱洗、酸洗、中性洗毛。无论哪种,离不开表面活性剂。常用品种如下:

表3  洗净剂用表面活性剂

图片.png

       据报道,原毛净洗要通过五槽,各槽通过时间、脱脂率和使用的品种也有区别。

       3.印染用表面活性剂

       织物经退浆、煮练和漂白加工后(前处理),为染色和印花提供了上好的纤维材料,这些材料一部分进入染料染色工艺,另一部分进入涂料印花工序。

       进入染色工序后,在以水为介质的加工中,为了满足不同纤维、织物染色和保证染色的均匀性、色牢度,以表面活性剂为主体的分散剂、匀染剂、缓染剂、固色剂等得到广泛应用。对于不溶或难溶的分散染料、瓮染料(还原染料)、偶氮染料等也离不开表面活性剂发挥增溶、分散作用。

       在染色时,根据染料的不同性质及不同染色方法,往往需要借助活性剂来加速染料上染或延缓染料的上染。促染有时会影响染色的均匀性,而缓染可获得匀染效果,但也会降低染料的上染百分率,控制用量比较重要。染色不匀,又是染色加工中常见的问题,造成原因虽然是多方面的,若在染液中加入适当表面活性剂和改善加工条件,可获得较好的匀染效果。

       染色过程实际上是纺织品均匀着色过程,上色一般分三个阶段,既纤维(或织物)对染料的吸附,进而是染料的扩散和染料的固着,前两个阶段称之为上染阶段。

       当纤维投入染液后,由于染料和纤维之间的亲和作用,染料很快吸附到纤维表面,染料吸附阶段是染色重要阶段。一般而言,染料相对分子质量小,染色速度大;反之,在规定时间内不能达到染色平衡。提高染色温度能改善染料的上染百分率;再者,与浴比有一定关系,染色浴比越大,染色结束时遗留在残液中的染色量就越大,当染色浓度达到一定值时,染料的上染百分率一般会随着染料浓度的提高而下降。此时若在染液中加入表面活性剂,可起促染作用(亦称促染剂),还可提高上染率;若加入具有缓染作用的活性剂,则可降低上染百分率。由于表面活性剂的加入,给纤维(或织物)均匀着色带来欲求的结果。

       吸附纤维表面的染料在表面活性剂的作用下,会促使表层染料向内部扩散,最终在纤维上着色达到里表均匀和染透。染料在纤维上的扩散很重要,对染色速率和均匀性起决定作用。若染料表里分布不匀,会产生“环染”或白蕊;若一开始就出现不匀问题,就会产生色差或色花。为了改善染料的扩散性,表面活性剂作为匀染剂和分散剂,即可解决上述问题。

       上色均匀后,还存在着色牢度问题。色牢度涉及面较广,如耐晒牢度、耐气候牢度、耐汗渍牢度、耐海水牢度等,这就需要选择合适的固色剂来发挥作用,所选用的固色剂正是表面活性剂,或以其为主成分的复配物。

       从以上阐述中涉及到的各种印染助剂的作用,正是表面活性剂所展现的特殊功效,由于使用了表面活性剂,方可满足印染过程中各种苛刻的要求。

五、织物后整理与表面活性剂

       织物经纺、织、前处理、印染等多道工序加工后,其本身也受到一定伤害,若要达到消费者满意程度,尚需进行后整理。通过后整理,不仅可提高织物应用性能,而且又可融入新的消费理念,来满足不同人群对纺织品舒适、时尚、多样化功能的要求。

       纤维和织物后整理,涉及纤维表面改性的整理、与润湿有关整理、与摩擦有关整理,也有特殊效果的整理。

       1.纤维表面改性的整理

       这里包括柔软、滑爽整理、防水整理、防油整理、抗静电整理,此外,还有上浆整理、涂层整理及粘附加工等纤维表面整理。这些整理虽然可从纤维表面的分子进行化学改性,但最直接又快捷的方法是使用表面活性剂,按照纤维表面的极性进行定向吸附,改变织物与水的亲和状态。作为织物整理,这种表面处理都要求耐洗性好。在防水、防油、SR(易去污)、抗静电等整理中,也常使用具有包覆形成能力的高分子表面活性剂。纤维表面整理可选用的表面活性剂如表4。

表4  表面处理与适用表面活性剂

图片.png

注:虽然整理效果不是润湿,但润湿在整理中成为基本因素和条件。

       2.与润湿有关的整理

       典型例子是聚酯纤维,本身容易附着油性污垢,如果SR整理后就会变成难于附着污垢,且易被洗除。可见,纤维表面和第三种物质有亲和力就会出现有的容易润湿,有的不容易润湿,改善润湿性很重要。

       我们从表5可以看出防水整理、防油整理、SR整理和粘附性有关的各种整理。粘附性整理效果虽然不能说与润湿有关,但在整理过程中,由于粘附性的基本因素,也包含在润湿中。与润湿有关整理可归纳为表5,这些都与表面活性剂作用有直接关系,润湿是表面活性剂基本性质之一。


表5  与润湿有关的整理和要点

图片.png

       3.与摩擦有关的整理

       这里涉及抗静电整理。纤维,尤其是合成纤维经摩擦容易产生静电,一般可使用阳离子型和两性表面活性剂来解决,而阳离子具有较好的抗静电性。在纺织加工初期阶段,纺丝纺纱,改变集束性要使用抗静电剂,这类抗静电是暂时的,事后还要洗净,以免影响下道工序;而在后整理中,要解决纺织品在着身和使用中,经摩擦带来的静电问题,追求织物抗静电的持久性,后者采用方法与前者截然不同。其必备条件是:

       (1)分子结构中含有活性基团,并能和纤维的官能团(特别是羟基)进行反应,与纤维以醚键和酯键结合,提高织物吸水性。

       (2)在纤维表面生成具有耐久性抗静电的薄膜。

       (3)与合成纤维共混纺丝,使丝具备耐久性、抗静电性。

       (4)与合成纤维的单体共聚,使其具备吸水性(润湿性)。

       合成纤维与耐久性抗静电结合方式不同,品种也不同。除用金属丝、混纺外,多采用化学方法(如共聚、接枝、交联)对合成纤维进行改性,它们共同特点就是提高织物的吸湿性。

       另外,纤维(或织物)柔软、平滑性也与摩擦有直接关系。这方面使用的表面活性剂较多,不同纤维有不同的选择,而阳离子活性剂不仅可使织物获得理想的柔软效果,由于构成织物孔隙的纤维素的滑动而使应力得到分散,使撕破强度也得到提高;有机硅也可达到同样效果。

       4.与特殊效果有关的整理

       这里涉及面较广,如抗紫外线整理、抗菌整理、防虫害整理、加香整理等,都与表面活性剂的使用有一定关系。纤维或织物通过某一特殊整理,可为纤维添加新的功能,以求满足不同消费群体的追求。

       从以上所述不难看出,纤维或织物后整理涉及柔软、功能性整理及树脂整理三大类,虽然各有自身特点和应用领域,其加工均与表面活性剂有着千丝万缕的关系。

       可见,纺织业要发展,与表面活性剂具有不可分割的关系,互为依存,又为两个工业体系带来发展生机。

 

参考文献:

[1]矶田孝一等.表面活性剂[M].轻工业出版社,1984.

[2]平景东幸.纖維がガカゐ本[M].日本实业出版社, 2006.

[3]北原文雄等.表面活性剂[M].化学工业出版社,1984.

[4]章杰.世界纺织印染助剂发展方向[J].印染助剂, 2005(11).

[5]郑富源.表面活性剂讲义[R].中国表面活性剂专业委员会,1987.

[6]梅自强.纺织工业中的表面活性剂[M].中国石化出版社,1981.

[7]阮天治.高分子表面活性剂[C].中国精细化工学会第六次学术论文,1987.

[8]严瑞瑄等.水溶性高分子产品手册[M].化学工业出版社,2003.

[9]王祥荣等.纺织印染助剂生产与应用[M].江苏科学技术出版社,2004.

[10]董永春.纺织助剂化学与应用[M].中国纺织出版社, 2007.

[11]邢凤兰等.印染助剂[M].化学工业出版社,2008.

[12]常致成.油基表面活性剂[M].中国轻工业出版社, 1998.

[13]倝德一.乳化剂的选择与有机概念图[R].天津市轻工业化学研究所,1988.

[14]阮天治等.国际绿色壁垒与纺织助剂行业[J].纺织精粹,2008(3-5).

[15]广东染整编辑部.中国纺织行业加速增长,但存在三大问题[J].广东染整,2006(2).

[16]阮天治等.合成纤维的静电产生及抑制[J].CTA中国纺织助剂,2017(7-8).

[17]商成杰.功能纺织品[M].中国纺织工业出版社,2006.

[18]陈荣圻.印染助剂发展回顾和发展方向探讨[J].印染助剂,2006.

[19]油剂开发组.化纤油剂的现状与发展[R].天津助剂厂, 1990.

[20]吉田宏等.合成纤维的纺丝整理剂及合成纤维[P]. CN1152052A.

[21]山本寿男等.合成纤维处理剂和合成纤维处理方法[P].CN1233686A.

[22]滨村保.アクリル纖維染色[R].日本学者来华交流, 1986.

[23]刘程.表面活性剂应用手册[M].化学工业出版社, 1992.

[24]刘治禄等.织物涂料印花技术发展[J].印染助剂, 2005(10).

[25]唐增荣.纺织印花助剂综述[J].印染助剂,2005(6).

[26]波普克·威特斯马.增稠剂[P].CN85106842B.

[27]混纺织物的染色和印花[R].日本化药株式会社, 1988.

[28]张建群等.树脂整理综述[C].第六届全国印染技术交流论文集,2007.

[29]翁蕾蕾等.功能纺织品的开发和应用[J].印染助剂, 2003(2).

[30]张济帮等.织物阻燃整理[M].纺织工业出版社,1987.

[31]李欣等.抗紫外线纺织品及其发展现状[J].广东染整, 2010(2).

[32]阮天治等.长链脂肪族类柔软剂[J].CTA中国纺织助剂,2016(1).

[33]陈光杰等.聚醚酯抗静电剂合成工艺的优选及应用[J].广西纺织科技,2004(3).

[34]赵陈超等.有机硅乳液及应用[M].化学工业出版社, 2005.

[35]阮天治等.聚醚在纺织助剂加工产品中的应用[J]. CTA中国纺织助剂,2017(8).

[36]周学良等.精细化工助剂[M].化学工业出版社,2002.

 

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,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,正在撰写六十万字《纺织助剂概论》,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!

       手  机:13773745606


1.jpg

封三.jpg


欢迎投稿  ctanet@163.com  (公司)
   350652029@qq.com  (个人)
品牌推广咨询 020-62398057/58/59
请关注微信CTA666,欢迎浏览杂志