专家投稿
高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(五)
阮天治
阮静
贺健
2020/1/6
浏览数:431

高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(五)


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;油剂;轻纱上浆;染料印花;糊料;涂料印花;粘合剂;染料印花;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


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

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、涂料印花及主料粘合剂

(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2020年1-2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


四、涂料印花及主料粘合剂

涂料印花工艺与染料印花截然不同,是有发展前途的印花方式,这种印花已成为国际上发展的主流,约占印花品类的60%~80%,而国内仅占15%,仍以染料印花为主,这是印花行业值得深思的问题。

(一)涂料印花与染料印花的区别

1.两者印花工艺截然不同,作为涂料印花品类更多。

2.生态与安全一直困扰染料印花,尤其大量带色废水排放与使用染料的安全问题,一直是世界性难题,在这种情况下才促进安全性高,又无污水排放的涂料印花的发展。

3.涂料的诸多性能,如耐晒度、耐洗性、抗老化度、耐化学品性等特点非常好,层次感更加清晰,许多特点比染料印花更加突出。

4.涂料印花,除传统工艺外,还有许多深层发展,品类较多,染料印花难以比拟。

(二)涂料印花的特点及色浆的组成

目前,涂料印花需借助粘合剂可以成膜之力,将不溶于水,对织物没有亲和性和反应性的颜料,通过交联剂的作用固着在织物上,从而达到印花的目的。涂料印花具有以下特点:

1.色谱齐全,色泽鲜艳,耐晒牢度高(只是荧光颜料耐晒牢度较差)。

2.应用工艺简便,可去除湿处理工序,没有有色废水,节省能源,有利环保。

3.可以印制精细花纹,轮廓清晰,适用各种纤维及混纺织物加工,还可进行防染和拔染印花。

4.一些普通染料不能印花的纤维,如丙纶和玻璃纤维也可用涂料印花的方法。鉴于涂料印花的上述优点,广泛用于机织物、针织物、毛布、床单、装饰布等加工中,在国外也用于染色整理一浴法工艺。

5.在涂料印花的色浆中,除着色颜料外,还有许多助剂,这里包括粘合剂、增稠剂、交联剂、催化剂、乳化剂、柔软剂、润湿剂、抗泳移剂等,应根据纤维和染料,按需选用。涂料印花色浆中的主成分是粘合剂,这一点极为重要,直接影响成品质量。所以,涂料印花的发展,与粘合剂的发展有着直接关系。

6.在涂料印花中,如果使用了一些没有自交联功能的粘合剂,往往还需加入适当的交联剂,用此法提高粘合剂的固色能力,改善涂料印花的耐水洗和耐摩擦牢度,提高它们的耐热、耐溶剂性。另外,加入其他助剂也是为了改善某些特性,以求提高产品的某些特性。

(三)粘合剂在涂料印花中的作用机理

粘合剂(Binder,Bonding agent)是涂料色浆的主成分,大多数为高分子活性剂聚合物,发挥其成膜作用。这类活性剂由各种单体聚合而成,通过成膜作用将颜料粘附在织物上,而成膜性能的好坏直接影响印花织物的牢度和性能。

1.常用粘合剂的特性

常用粘合剂为O/W型乳液,即内相为聚合物颗粒,外相是水,在一定条件下,能在织物表面成膜,并将涂料固着在织物上,在成膜过程中,除交联剂作用以及自交联型粘合剂的交联是化学合成外,整个过程基本都是物理过程。

其成膜过程一般要经过水分蒸发,乳液中聚合物颗粒变形,分子扩散成膜要经过乳液粒子变形,相互扩散成膜,加交联剂起交联反应。乳液型粘合剂的成膜还有一个最短成膜时间,这个时间是水分蒸发和颗粒变形所需的最短时间。如果成膜时间过快,涂料会粘辊筒或堵网而造成无法使用。对于这类粘合剂,在合成时应加入少量丙烯酸或甲基丙烯酸,使用时还需加入氨水。

另外,若加入少量丙烯酸类增稠剂,调PH值后,也可起到相同的作用。

2.不同单体在聚合物中不同的性能

粘合剂在织物上成膜后,其本身应具有一定的机械强度,有足够的耐磨性,又必须对纤维有良好的粘着力,这一切均与粘合剂高分子聚合物的组成有关外,也与相对分子的质量有关,不同单体在聚合物中体现出来的性能也不同,如表13所示。

表13  不同单体在聚合物中体现出来的性能

图片.png

注:◎表示良好;○表示一般;△表示较差;×表示很差。

从表13中可见,单一的一种单体形成的聚合物往往有不理想的性能,为了获得各项指标比较满意的效果,可选用几种单体,按一定比例进行共聚,使共聚物性能达到设定要求。共聚物的相对分子质量(聚合度)与牢度有关,适度的聚合度才能获得较好的粘结牢度。

涂料印花的牢度,除了取决于粘合剂的性能外,还与纤维表面的特性以及纺织品的组织结构有关;另外,也与颜料用量、颜料颗粒大小、助剂品种和含量等因素有关。

(四)粘合剂的种类与特色

涂料印花粘合剂品种很多,性能又各异,按成膜组分在水中的分散乳化状态可分为水分散型、油包水型(W/O)和水包油型(O/W);根据印花织物烘机温度,又分为自然凉干型、低温焙固型、高温焙固型;根据成膜组分又可分为丙烯酸酯印花胶、合成橡胶型印花胶和醋酸乙烯酯型印花胶等。

涂料印花粘合剂的发展经历了四代产品的更新,从非交联型、外交联型、自交联到低温型粘合剂,第二代、第三代适用于高温焙烘,需在140℃~150℃焙烘交联酯化,如甲基丙烯酸环氧丙酯、烯丙基缩水甘油醚代替N-羟甲基丙烯酰胺,从根本上解决了甲醛困扰问题。

外交联的共聚物含有羟基、羧基、氨基、酰胺等活性基团,在加热过程中能与纤维上的羟基形成共价键,或与外加的交联剂发生反应,进而提高成膜性能,配合乳化型增稠剂来改善手感。这类高分子共聚物很多,一般为丙烯酸酯与丙烯腈、醋酸乙酯等共聚物,这类共聚物有较好的粘接力、耐老化,而且它们性能随单体性质、用量、配比有较大变化,如网印粘合剂的丙烯丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺共聚物,结构式如下:

图片.png

其中丙烯酰胺上的酰胺可与外加的交联剂交联,以提高牢度。这种粘合剂可用于棉、粘胶、真丝、涤纶、锦纶等纤维及混纺织物的涂料印花。

自交联型粘合剂虽然也是高分子表面活性剂丙烯酸酯类的共聚物,乳液可将活性单体引入粘合剂的组成中。常用的活性单体有羟甲基丙烯酰胺、羟甲基(甲基)丙烯酰胺、醚化羟甲基丙烯酰胺等,它们在共聚物分子链上含有一定数量的交联基团,在印花后的焙烘过程中(150℃以上),两个羟甲基自相缩合交联;由原来的线性大分子形成网状结构,可提高皮膜的坚韧性,使粘合剂膜遇水后不会溶胀和不易洗涤,进而提高了印花织物的色牢度。

这类粘合剂具有用量少、手感好、调浆方便、产品和印花浆稳定性好,及各项色牢度好等优点。另外,也可与合成增稠剂配合使用,不仅实现了直接印花和防拔染印花同浆印花,更有利于混纺织物印花。

第四代低温型粘合剂,可将原来焙烘140℃~150℃,降到100℃~110℃。交联的活性单体取代了需在高温交联的羟甲基丙烯酰胺,或用能吸紫外线、红外线及各种放射能交联的单体,使粘合剂在较低温度下或某种能量的条件下实现交联。

国外比较著名、常用的涂料印花粘合剂及组成如表14;而国内用的涂料印花粘合剂主要是丙烯酸酯类的聚合物乳液。据报道,为了降低成本,提高粘合剂的耐水性、耐碱、耐温、抗污性和抗粉末性,可引入苯乙烯(st)替代常用的甲基丙烯酸甲酯,但仅用st仍不能达到理想效果。

若用醋酸乙烯酯(VAC)为核,采用半连续种子乳液聚合方法,即水和乳化剂在搅拌下升温至60℃~70℃,滴加VAC和1/3引发剂(NH42S2O4的水溶液,约1小时滴完,再保温搅拌1小时,得到VAC乳液,在85℃左右再滴加丙烯酸丁酯(BA)和1/3引发剂溶液,可得到BA为壳的聚合乳液,然后在常温溶胀st约20h,最后在85℃引发聚合,可形成VAC/st/BA核壳结构乳液粘合剂。以下为国外常用的粘合剂品种。

表14  国外著名的常用涂料印花粘合剂及组成

图片.png

以下介绍部分粘合剂简况及物性,可供制备和选择参考。

表15  部分涂料印花粘合剂物性

图片.png

(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!

手  机:13502164838


欢迎投稿  ctanet@163.com  (公司)
   350652029@qq.com  (个人)
品牌推广咨询 020-84869930
请关注微信CTA666,欢迎浏览杂志