专家投稿
高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(四)
阮天治
阮静
贺健
2019/12/9
浏览数:467

高分子表面活性剂在纺织工业中的应用(四)


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2019年12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


三、染料印花及糊料的主导作用

织物上色,除简单图案染色外,织物印花占据市场较大的份额。印花又分为染料印花和涂料印花,而前者在国内市场上占有率高达80%以上。作为染料印花,有直接印花、拨染印花、防染印花等,另外还派生有立体印花、传真印花、仿珍印花等。染料印花在国内市场上占有率高达80%以上,国外市场占有率较低;而涂料印花占有率达60%~80%。这种反差与染料印花污水排放量大、许多染料国际上已禁用、有害物质超标有关,染料印花面对整改任务很重。

(一)糊料在染色印花中的地位

织物经过前处理后,具有良好的润湿性,这一点很重要,为染色和印花提供了最佳前提。会使染料均匀地渗透到纤维内部。在色浆组成虽有多种配料,而糊料在染色印花中起着主导作用,它承载着把染料、化学品和助剂传递到织物上的重要作用,并形成花纹。染料印花质量的好坏,很大程度上取决于糊料性能。

(二)主要糊料的物性及应用效果

作为染料印花的糊料,品种较多,主要糊料的特性如表7。

表7  主要糊料性能对比

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注:◎表示优良;○表示较好;△表示一般;×表示差。

特别强调糊料配制与染料和纤维品种有一定的针对性,而不是无所不能。

以下介绍几种常用糊料在应用中的特色:

1.海藻酸钠和海藻酸酯比较常用

海藻酸钠主要是由海藻类植物提取,再经过浓碱处理而成。海藻酸属于多分子阴离子活性剂,具有良好的成膜性、粘着性、乳液稳定以及与合成糊料的相容性,可广泛用于各类浆料的印花,特别适用于活性染料印花。如果将海藻酸部分酯化成酯,其耐酸、耐重金属离子、耐还原剂及对不同染料的适用性均优于海藻酸钠。海藻酸钠作为活性染料的理想糊料,因带有负电荷基团,可促进上染,而且也有一定的流便性、抱水性和易洗性。

2.羧甲基纤维素(CMC)

属于半合成系高分子活性剂,用于染料印花的糊料的纤维素衍生物,均为醚化产品。主要有MC、CMC,前者是碱化纤维素与醚化剂氯甲烷作用产物,甲基纤维素可用于还原染料两相法印花,也适用于可溶性还原染料印花。CMC用于印花糊料,醚化度在0.6以上,中等以上醚化度的CMC,可用于活性染料印花,醚化度低的不适用X型活性染料印花,而适用于KIV型活性染料。

3.淀粉和变性淀粉

淀粉是多糖类印花糊料,具有黏度适中,给色量高的特点。但印花后不易洗除,手感也差,花纹轮廓的清晰度和正反面渗透度较差,不适用活性染料染色,如果通过酸、热、氧化等作用,可使淀粉适度水解,能制成一系列变性淀粉,可改善应用性能。若将淀粉用硫酸、二甲酯、氯乙醇、氯乙酸等处理,可得甲基淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基淀粉等改性淀粉,提升应用性能。变性淀粉,多采用酸化淀粉、氧化及交联淀粉。

4.羟乙基淀粉

用作印花糊料,适用于手工热台板和机印印制的丝绸、化纤织物。印的成品泥点精细,轮廓清晰度好,得色鲜艳,表面均匀度好。研究者表明,高取代度和高黏度的羧甲基淀粉可代替海藻酸钠用于活性染料印花,高取代度可减少活性羟基的能量,以保证活性染料的正常印染,高黏度可减少外来电解质对黏度的影响程度,保证印花的稳定性。

5.其他天然高分子活性剂

如龙胶、阿拉伯树胶、黄豆种子胶、瓜耳胶、刺槐豆胶等,它们和淀粉一样,也可制备羧甲基、甲基、羟乙基衍生物,在我国应用较多的刺槐豆粉和氯乙醇,在酒精和烧碱存在下制取的乙基醚化产品,其应用性能也不错。

6.结晶树脂

有一种原料,叫结晶树脂,是产于东南亚的一种树木粘液,经干涸后成结晶树脂,再经高压处理,可溶于水,用它作糊料,适用于多种染料印花。通常情况下,这类糊料的固含量为30%~50%。

(三)复合(混配)糊料的特点及优势

以上糊料在应用中各具特色,并有一定效果,但为了改善它们应用不足的问题,常常将几种物料加以混配(复合),各取所长,发挥它们的协同效果。

1.染料印花复合糊料分类

糊料从结构及来源,可分为天然糊料和合成糊料,两者均属高分子活性剂之列。从应用性能来看,各有所长,为达到应用的最佳效果,常通过合理的优化组合(复配),制备出性能兼优的复合糊料。例如:海藻酸钠、聚丙烯酸合成增稠剂、乳化糊相配的复合糊料,不仅保留了海藻酸钠原有的各项较好性能,又有聚丙烯酸增稠剂耐碱、耐电解质的性能。

合成糊料优于天然糊料,但前者价格较贵,在使用时为兼顾综合性能,又能降低成本,一般不单独使用,常采用复配方式,这是染料印花的必然趋势。

2.主要复合糊料效用

(1)海藻酸钠复合糊料

海藻酸钠具有良好的成膜性、乳化稳定性以及糊料的相容性,可广泛用于各类浆料中,如表8,但不容忽视新型复合糊料优势。

表8  复合类糊料分类

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以上海藻酸钠为主糊料广泛用于各类浆料印花,特别适用于活性染料印花,如果将海藻酸酯化,其耐酸、耐金属离子和还原剂,可用于不同染料及磺素染料的共同印花。

曾提到的最常使用的变型淀粉和淀粉衍生物,有酸化淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、酯化淀粉和醚化淀粉等,这几种常用淀粉衍生物各具特色,根据纺织品档次的不同,可用于取代或部分取代价格较贵的PVA、CMC及丙烯酸复合浆液,这类糊料适用于棉、人造棉、合成纤维等轻纱上浆。

(2)丙烯酸浆料常与淀粉、PVA类浆料混合使用

与淀粉混合使用时,其黏度不是简单的累加,利用其协同效果更有优势。丙烯酸类浆料是指丙烯酸单体的均聚物、共混物的总称。近年来,丙烯酸类浆料在纺织浆料市场占据的份额越来越大,无论是为了高速织机达到高而稳的效率,还是退浆时,消除疵点来源,或减少上浆和织造产生的飞花落物等,均需丙烯酸类浆料,但由于成本原因常与PVA淀粉浆料复配使用。这类丙烯酸类浆料有:丙烯酸类共聚物、丙烯酰胺均聚物、丙烯酸酯共聚物等。丙烯酸浆料的性质主要由单体种类、比例、聚合度及未反应单体所决定。

若以淀粉和丙烯酸组成的混合浆料,黏度会比原来增加很多,会影响浆纱使用,因此尚需提高淀粉分解剂的用量(俗称降粘剂),能起到这种作用的有酸、碱、硼砂、氧化剂等。实际上常用的降粘剂有两种,即硅酸钠和淀粉酶(如α-淀粉酶)。

(3)聚乙烯醇(PVA)

前面提到聚乙烯醇(PVA)也是优良浆料品种之一,为了上浆需要也可采用齐聚法和内脂化法,根据实际需要还可加入渗透剂、吸湿剂、防腐剂和消泡剂等。作为复合浆料,配合织机处理不同织物的复合浆料如表9所示内容。

表9  组合浆料主要品种适应范围

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如果丙烯酸与高、中、低黏度的变性淀粉混合使用时,也会出现黏度升高现象。使用丙烯酸类浆料时,应格外注意浆料黏度的变化,应选择高浓度低粘性混合浆料使用,如表10。

表10  高浓低粘浆料选择与效果

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(四)糊料的使用应有针对性

选用和开发新品种时,首先应考虑糊料与织物、染料的适应性,糊料-织物-染料之间,有一定的微妙关系,调配不当将达不到预期效果。

1.染色印花中,糊料的选用与织物、染料之间的关系

三者之间认定,有一定微妙关系,选择得当才能发挥糊料的自身优势,表10、表11正揭示了三者之间的关系。

表11  各种纤维、染料所选用的高分子糊料

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表12  高分子糊料与染料的适应性

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注:◎表示优良;○表示较好;△表示一般;×表示差。

以上说明,不同糊料对染料的效用也不同,只有选择合适的,才能发挥最佳效果。反映了不同织物应有最佳的糊料与其匹配;而不同染料与糊料也有选择的必要,只要三者配伍得当,才能显示出最佳效果。

2.棉纱的多种纺纱方式

棉纱有多种纺纱方式,常用的有环鍉纺、气流纱、摩擦纱、平行纺、静电纺等,由于纺纱工艺的不同,成纱的条干均匀度、捻度、毛羽、强伸度等有较大差异。另外,棉纱纤维上含有果胶、含氮物质、脂肪蜡质、灰分及色素等。这些物质的存在对轻纱上浆造成一定影响,尤其是蜡质。因此,在改变棉花品种、产地时,棉纺配棉或棉纱线漂白后上浆时,在注意调整浆料比例和浆液总的含固量。

3.棉的混纺

棉与一种或以上的化学纤维进行混纺,常见品种有涤/棉、维/棉两个品种混纺纱线的性能,由原料及混纺比等因素所决定。因此,除考虑浆料配方的同时,纱线支数、织物组成结构、品种规格、加工方式等情况外,还应考虑混纺纱原料和配比。一般而言,聚酯纤维上浆应选用PVA、丙烯酸类浆料为主的浆料配方,在混纺中聚酯占有率越高,化学浆料的比例越高,但在聚酯上浆时,最好使用丙烯酸类和聚酯类浆料。

4.聚乙烯纤维

聚乙烯纤维由聚乙烯成型,因其吸水性,淀回潮率仅为5%,聚乙烯醇含量大于50%时,化学浆料的比例一般占总浆料的20%~40%时,才能满足浆纱、织造要求,混合浆料一种是化学浆料和淀粉浆分别调制;另一方式是将其与物料一同调制,这种方式适用于变性淀粉、化学混合浆料的调制。

5.粘胶纤维

粘胶纤维是再生纤维,其成分几乎全部是纤维素,化学组成与天然棉纤维相似,但纤维的聚合度小、结晶度低,纤维中存在较多的无定型区。因而粘胶纤维的吸湿性强,回潮率为13%,但张力不及棉纤维,伸长率比棉纤维高,它的湿强度也低,只有干强度的40%~50%,上浆率不易过高,而且上浆料温度不宜太高(85℃~95℃为宜)。对粘胶纤维而言,应以淀粉浆为主,PVA等化学浆料尽量少用或不用。

6.黄麻织物和部分苎麻织物

对于轻薄的黄麻织物和部分苎麻织物上浆较简单,采用淀粉类浆料加入少量PVA即可。对于苎麻,可与棉、粘胶、聚酯纤维混纺,以混纺浆料为主,粗、中支纱以淀粉为主,化学浆为辅,而细支纱以化学浆料为主,变性淀粉为辅。

丝绸轻纱上浆与棉纱不同,主要作用使浆料渗透到丝条内部,加大丝条抱和,提高丝的强度,减少织造断头,提高耐磨性,防止起毛。这类浆料有丙烯酸浆料、聚乙烯醇、CMC、动物胶等。

7.毛纱类

毛纱类轻纱上浆,精梳合毛油多是股线产品,原则上不上浆。对于轻薄型毛织物,上浆方式有两种:一种是含蜡类浆料,另一种是常见的上浆方式。毛纱上浆一般选用变性淀粉、PVA、丙烯酸类混合浆,而且PVA浸透性差,尽量少用。

8.喷水机用浆料

喷水机用浆料与常规浆料不同,最常用的是丙烯酸酯浆料。喷水机用浆料组成简单,一般含96%~98%的丙烯酸类浆料,2%~4%的平滑柔软剂。

(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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