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表面活性剂在纺织染中的应用

纺织纤维加工成各种纺织品,在其加工的过程中,需要用到各种辅助的化学品,其中用量最多?品种变化最大的当数表面活性剂,而活性剂里面当数松香酸钠。此外还有高分子表面活性剂及特殊类型的表面活性剂,如含氟?含硅类等,因其结构特殊而具有特殊性能。现在按照表面活性剂分类重点讨论为适宜环保要求而开发出的绿色环保型表面活性剂及其在纺织染中的应用。

一、阳离子表面活性剂

此类表面活性剂去污力差,通常不能与阴离子表面活性剂复配,但它具有良好的抗静电性和柔软性以及良好的杀菌和消毒能力,并能赋予纤维很好的柔软效果,是目前最为重要,使用最广泛的柔软剂。常用类型有叔胺盐类?季铵盐类。其中叔胺盐类只在酸性介质中呈阳离子性,而季铵盐类在任何介质内均呈阳离子性,是应用最广的一类。双十八烷基二甲基季铵盐是柔软性能突出的织物柔软剂,用量仅0.1%~0.2%就能获得理想的效果,还有再润湿和抗静电作用,但存在毒性较大?生物降解困难;双氢化牛油基二甲基氯化铵(DHTDMAC)作为柔软剂,虽有优良的柔软效果,但存在抗静电性差?生物降解性差,易在污水处理中被污泥吸收而污染农田。20世纪90年代初已在德国?荷兰等国家停止使用。代之的新一代绿色产品有:季铵酯?酰胺乙基咪唑啉季铵盐?三乙醇胺季铵盐和卵磷酯型季铵盐等。

季铵酯:用谷氨酸或天冬氨酸与C12~14脂肪醇经酯化?叔胺化和季铵化而得到双酯基季铵盐(结构如下),其对各种织物的柔软效果等同于双十八烷基二甲基季铵盐,而且具有优良的吸水性和抗静电性能,及良好的生物降解性,几乎不存在污染问题。将Me2N(CH2)3N(CH2CH2OH)2与月桂酸1∶1混合酯化后用苄基氯季铵化得到季铵单酯,可用作织物柔软剂?润滑剂。季铵酯型阳离子表面活性剂与聚对苯二甲酸乙二醇酯复配物可完全清洗掉织物上的机油油渍。

三乙醇胺季铵盐:用三乙醇胺与天然油脂季铵化所得到的阳离子表面活性剂,可赋予织物很好的柔软性。硬脂酸?油酸?棕榈酸与三乙醇胺反应得到的胺基酯,再与聚氧乙二醇月桂酸酯混合后,经硫酸甲酯化可得织物柔软剂。可替代DHTDMAC,此类表面活性剂毒性小,易降解。德国CHT R BreitlichGmbh开发的一种可生物降解的阳离子活性柔软剂Tubimgal B,有很高的直接性,对荧光增白剂无影响,经处理后的织物手感柔软而膨松。

二、阴离子表面活性剂

传统的类型为烷基苯磺酸钠?烷基萘磺酸钠和烷基硫酸钠。这些阴离子表面活性剂中,疏水基团带支链结构的及长碳链的生物降解性差,易造成江河水质污染。此外,亲水基团磺酸盐?硫酸盐因需硫细菌参与,故降解时间长。相比之下,磷酸酯类相对容易,而羧酸盐类最易降解。其中用作净洗剂的十二烷基苯磺酸钠(LAS)由于泡沫多,刺激大,有一定致畸性,且耐强碱性差,生物降解性能相对较差而逐步被脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)?仲烷基磺酸盐(SAS)?α-烯烃磺酸钠(AOS)?α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(MES)?脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC),以及新型产品茶皂素?多肽基表面活性剂代替。

皂素与AES复配得到理想的环保型洗毛剂,而传统净洗剂LS虽可提高洗毛效果,但在制造过程时用到对氨基苯甲醚,后者中存在致癌性的邻氨基苯甲醚而被列为禁用物质;多肽基表面活性剂的产品有Promios EMCP,PromoisEFLS,均有优良的洗涤?乳化性能。

三、非离子表面活性剂

它是应用非常广泛的一类表面活性剂,能与其他类型的表面活性剂复配而起到协同和增效作用,具有消泡?乳化?净洗和分散作用。其中作为消泡剂的主要有脂肪酰胺,聚氧乙烯二烷基醚;乳化剂有3个系列:烷基酚聚氧乙烯醚(OP系列)?脂肪酸的失水山梨醇酯(S系列),聚氧乙烯脂肪酸失水山梨醇酯(T系列)。匀染剂如平平加O?平平加O-15等。其中壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)虽能生化处理,但生化后分解产物仍为酚类,且能破坏人体的生殖系统,欧洲部分国家已通过法律禁止使用,可用毒性小的天然脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇酯替代。此外,糖基表面活性剂(烷基葡糖苷(APG)?蔗糖酯(SE)及烷醇酰胺,因其优异的应用性能?低毒?生物降解性极佳而备受瞩目。

四、两性表面活性剂

两性表面活性剂结构复杂,成本高,但对皮肤刺激性低,杀菌力强,发泡力强,生物降解性强。织物洗涤后具有柔软的手感。用作织物洗涤剂的种类为甜菜碱型?氨基酸型,它们对棉的去污力远高于LAS,与阴离子表面活性剂有很好的配伍性。其中N-烷基-β-氨基丙酸类是近年开发的?很温和的?对眼睛无刺激作用及对各种纤维有很好洗涤效果的两性表面活性剂。烷基胺内酯型结构的两性表面活性剂结构如下:此类两性型柔软剂对合成纤维的亲合力强,没有泛黄和使染料变色或抑制荧光增白剂等弊病,能在广泛的pH值介质中使用。以环氧丁二酸钠盐与己胺反应,得到一个氨基上有多个羧基的新型两性表面活性剂,可作为织物的柔软剂。

五、新型表面活性剂

“Gemini表面活性剂”此类表面活性剂是通过联接基团,将两个传统表面活性剂的亲水基团相连而得,此类表面活性剂能有效降低水溶液的表面张力,很低的Krafft点,更大的协同效应以及良好的钙皂分散性和润湿?乳化等特点。单烷基二苯醚二磺酸可耐高浓度的强酸和强碱,在50%硫酸中不失活,在40%氢氧化钠中不凝聚,并有良好的抗氧化?抗还原?耐硬水和低泡性。

另有研究报道,用Gemini阳离子型表面活性剂DC3-12,DC6-12与传统的庚基三甲基溴化铵对比,用分散染料1,4-DDA上染尼龙6和涤纶,发现上染率均优于庚基三甲基溴化铵。

含氟表面活性剂:是以氟碳键代替传统碳氢键的一类特殊表面活性剂,因有着高表面活性(水溶液的表面张力可低于20mN/m以下),并有低的cmc?高热稳定性和高化学稳定性。主要用作纤维的防水?防油及织物整理过程。

含硅及其他表面活性剂:它是随着有机硅新型材料发展起来的一种新型表面活性剂,具有优良的降低表面张力的性能,以及优良的润湿?消泡和稳泡性。聚硅氧烷化合物的疏水性非常突出,不长的硅氧烷链能使整个表面活性剂具有很强的表面活性。德国专利报道,用聚硅氧烷与烷基糖苷配比为0.5∶1.0~10∶1.0的乳液对印染后的涤(或涤/棉?涤/毛)织物进行整理,在保持原来的柔软度基础上,进一步提高了耐洗牢度。至少含有一个羟苯基取代的聚二有机硅烷与等量苯酚混合可作纺织纤维的润滑剂。硅表面活性剂Neodol23-3,silwetL 77与硅油等复配乳液可用于织物的防皱处理;一种新型的含铵基?环氧基的硅整理剂可赋予织物良好的手感,抑制泛黄以及提高织物的吸水性。

此外,以磷酸酯表面活性剂为代表的含磷表面活性剂在化纤工业中已作为高效抗静电剂?润湿剂和乳化剂。其中烷基磷酸酯是很有前途的一种,可在前处理过程中用作精炼剂?渗透剂(辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯渗透效果很好,且在250mg/L碱液中不分层),且去污力优于牛油醇硫酸钠?十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚。

有机硼表面活性剂是一种半极性的化合物,是由具有邻羟基的多元醇?低碳醇的硼酸三酯和某些脂肪酸所合成的。通常为非离子型,碱性介质中重排为阴离子型。B-O键与高分子物质有很好的相溶性,热稳性优良,特别适于作抗静电剂。作为一种新型表面活性剂,其用途还在进一步研究中。

六、高分子表面活性剂

研究表明,高取代度羧甲基淀粉抗剪切力强,受酶的影响小,可在一定条件下代替价格较高的海藻酸钠用于印花糊料。阳离子淀粉改性棉纤维后,用活性染料无盐轧染,得到较高的固色率和吸附量,其中活性艳红K-2BP,X-3B和活性嫩黄M-7G吸附量比传统方法分别提高3.79倍?1.4倍和2.3倍,固色率分别达到90.5%?77%和97.7%,且与其他改性方法相比,耐洗牢度?耐摩擦牢度均在4级以上,耐日晒牢度也在3级以上。

七、环境问题是工业发展的伴生问题,在全世界各主要纺织出口商纷纷推出了“绿色产品”和“环保产品”的今天,我们应当重视环保和生态指标,努力开发出具有环境相容性好?生态学优良及性能优良的绿色表面活性剂。此外,随纺织?染整技术的进一步发展以及人们对于织物?环保的更高要求,今后还应注意开发的产品有:

1)新型纤维用表面活性剂:涤纶超细纤维?丙纶及Tecel纤维等新合纤形态结构复杂,织物所含油剂?浆料等成分复杂,需使用特殊的退浆剂?精炼剂及碱减量促进剂等;纤密度小?表面积大?上染速度快,染色易不匀?不深,须加特殊高温分散剂?匀染剂和增深剂等,染后还需整理,从而赋予一定的柔软性及光滑性等性能。此类表面活性剂应结合纤维种类配套开发。
2)新型染整技术用表面活性剂:新型染整技术如喷墨印花?微胶囊等技术对所使用的表面活性助剂提出了新的要求。如喷墨印花前处理要求助剂具有很好的防渗性?润湿性,并能显著提高染料的上染率与固色率;微胶囊技术则要求开发新型?实用的微胶囊芯材与壁材。
3)生物表面活性剂:是一类由生物体系新陈代谢产生的具有表面活性的两亲化合物,此类表面活性剂有优异的织物处理性能与极好的环境相容性,市场潜在需求大。
4)新型功能性整理用表面活性剂社会环境的变化使得人们对纺织材料和服装提出更多的需求,如具备防护性能,甚至医疗保健功能。应大力开发高档柔软剂及多功能柔软剂(如经改性的有机硅?有机氟类表面活性剂等)?抗皱剂及安全功能整理剂。

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