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1、18由紡織纖維加工成各種紡織品的過程中,需要用到各種輔助的化學(xué)品,其中用量最多、品種變化最大的當(dāng)數(shù)表面活性劑。按實(shí)際用途分類如下:另外,按離子類型分類,可將表面活性劑分為以下幾類(見表1:表1表面活性劑的分類Tab.1Classification of surfactants此外還有高分子表面活性劑及特殊類型的表面活性劑,如含氟、含硅類等,因其結(jié)構(gòu)特殊而具有特殊性能。本文按照表面活性劑分類重點(diǎn)討論為適宜環(huán)保要求而開發(fā)出的綠色環(huán)保型表面活性劑及其在紡織染整中的應(yīng)用。1陰離子表面活性劑傳統(tǒng)的類型為烷基苯磺酸鈉、烷基萘磺酸鈉和烷基硫酸鈉。這些陰離子表面活性劑中,疏水基團(tuán)帶支鏈結(jié)構(gòu)的及長(zhǎng)碳鏈的生物降解
2、性差,易造成江河水質(zhì)污染。此外,親水基團(tuán)磺酸鹽、硫酸鹽因需硫細(xì)菌參與,故降解時(shí)間長(zhǎng)。相比之下,磷酸酯類相對(duì)容易,而羧酸鹽類最易降解1。其中用作凈洗劑的十二烷基苯磺酸鈉(LAS由于泡沫多,刺激大,有一定致畸性,且耐強(qiáng)堿性差,生物降解性能相對(duì)較差而逐步被脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES、仲烷基磺酸鹽(SAS、A -烯烴磺酸鈉(AOS、A -磺基脂肪酸甲酯鈉鹽(MES、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽(AEC,以及新型產(chǎn)品茶皂素、多肽基表面活性劑代替2。111SAS,AOS,AES這3種陰離子表面活性劑的生物降解性能好,去污力優(yōu)異,同時(shí)具有乳化、洗滌、溶解和潤(rùn)濕作用3。其中SAS,AOS 耐堿、耐高溫(130e
3、 不分解,且有良好的配伍性,是制造綠色前處理助劑的理想原料。AES 產(chǎn)品中以天然月桂醇為原料合成的3EO AES 與以合成醇為原料得到的產(chǎn)品相比,刺激性低、生物降解性好、毒性小。112MES,AEC以棕櫚油為原料合成的MES 可作織物凈洗劑,表面活性劑在紡織染整中的應(yīng)用徐世美,張淑芬,楊錦宗(大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連,116012摘要:按照表面活性劑的離子類型,分別討論了陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性表面活性劑,以及其他新型表面活性劑在紡織染整中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了綠色環(huán)保型表面活性劑,并對(duì)表面活性劑在紡織染整中的發(fā)展方向予以展望。關(guān)鍵詞:表面活性劑;紡織;印染;整理中圖
4、分類號(hào):TQ42319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-7264(200206-0018-06類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用途陰離子表面活性劑在水中可電離產(chǎn)生具有表面活性作用的陰離子基團(tuán)主要用作洗滌劑,也可作滲透劑、潤(rùn)濕劑、乳化劑和分散劑等陽離子表面活性劑在水中可電離產(chǎn)生具有表面活性作用的陽離子基團(tuán)通常不能作為洗滌劑,主要作柔軟劑、勻染劑、防水劑、固色劑和抗靜電劑等兩性表面活性劑在水溶液中能發(fā)生電離,且具有表面活性作用的基團(tuán),同時(shí)帶有陰、陽離子柔軟劑、勻染劑和抗靜電劑非離子表面活性劑不可電離,具有活性作用的基團(tuán)不帶電荷但能發(fā)生水化作用勻染劑、乳化劑、分散劑日用化學(xué)品科學(xué)DETERGENT &COSME
5、TICSVol.25No.6Dec.2002第25卷第6期2002年12月(總258 收稿日期:2002-08-20作者簡(jiǎn)介:徐世美(1973-,女,重慶人,碩士,聯(lián)系電話:130*。19第6期科技廣場(chǎng)徐世美,張淑芬,楊錦宗:表面活性劑在紡織染整中的應(yīng)用 (總259其用量?jī)H為L(zhǎng)AS 的1/3,是首選的優(yōu)良表面活性劑。AEC 去污力強(qiáng),配伍性好,鈣皂分散力強(qiáng),被發(fā)達(dá)國(guó)家譽(yù)為/21世紀(jì)綠色表面活性劑0。此外,還可做還原染料染色的勻染劑,與烷基硅氧烷復(fù)配用作織物柔軟劑。113茶皂素、多肽基表面活性劑茶皂素與AES 復(fù)配得到理想的環(huán)保型洗毛劑,而傳統(tǒng)凈洗劑LS 雖可提高洗毛效果,但在制造過程時(shí)用到對(duì)氨
6、基苯甲醚,后者中存在致癌性的鄰氨基苯甲醚而被列為禁用物質(zhì);多肽基表面活性劑的產(chǎn)品有Promois EMCP,Promois EFLS,均有優(yōu)良的洗滌、乳化性能。2陽離子表面活性劑此類表面活性劑去污力差,通常不能與陰離子表面活性劑復(fù)配,但它具有良好的抗靜電性和柔軟性以及良好的殺菌和消毒能力,并能賦于纖維很好的柔軟效果,是目前最為重要,使用最廣泛的柔軟劑。常用類型有叔胺鹽類、季銨鹽類。其中叔胺鹽類只在酸性介質(zhì)中呈陽離子性,而季銨鹽類在任何介質(zhì)內(nèi)均呈陽離子性,是應(yīng)用最廣的一類4。雙十八烷基二甲基季銨鹽是柔軟性能突出的織物柔軟劑,用量?jī)H011%012%就能獲得理想的效果,還有再潤(rùn)濕和抗靜電作用,但存在
7、毒性較大、生物降解困難;雙氫化牛油基二甲基氯化銨(DHTDMAC作為柔軟劑,雖有優(yōu)良的柔軟效果,但存在抗靜電性差、生物降解性差,易在污水處理中被污泥吸收而污染農(nóng)田。20世紀(jì)90年代初已在德國(guó)、荷蘭等國(guó)家停止使用。代之的新一代綠色產(chǎn)品有:季銨酯、酰胺乙基咪唑啉季銨鹽、三乙醇胺季銨鹽和卵磷酯型季銨鹽等。211季銨酯用谷氨酸或天冬氨酸與C 1214脂肪醇經(jīng)酯化、叔胺化和季銨化而得到雙酯基季銨鹽(結(jié)構(gòu)如下,其對(duì)各種織物的柔軟效果等同于雙十八烷基二甲基季銨鹽,而且具有優(yōu)良的吸水性和抗靜電性能,及良好的生物降解性,幾乎不存在污染問題5。將Me 2N(C H 23N(C H 2CH 2OH2與月桂酸1B 1
8、混合酯化后用芐基氯季銨化得到季銨單酯,可用作織物柔軟劑、潤(rùn)滑劑6。季銨酯型陽離子表面活性劑與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯復(fù)配物可完全清洗掉織物上的機(jī)油油漬7。212三乙醇胺季銨鹽用三乙醇胺與天然油脂季銨化所得到的陽離子表面活性劑,可賦于織物很好的柔軟性8。硬脂酸、油酸、棕櫚酸與三乙醇胺反應(yīng)得到的胺基酯,再與聚氧乙二醇月桂酸酯混合后,經(jīng)硫酸甲酯化可得織物柔軟劑9。此外,一種新型柔軟劑酰胺乙基咪唑啉季銨鹽,結(jié)構(gòu)如下:可替代DHTDMAC,此類表面活性劑毒性小,易降解。德國(guó)CHT R Breitlich Gmbh 開發(fā)的一種可生物降解的陽離子活性柔軟劑Tubin g al B,有很高的直接性,對(duì)熒光增白劑無
9、影響,經(jīng)處理后的織物手感柔軟而膨松。3非離子表面活性劑它是應(yīng)用非常廣泛的一類表面活性劑,能與其他類型的表面活性劑復(fù)配而起到協(xié)同和增效作用,具有消泡、乳化、凈洗和分散作用。其中作為消泡劑的主要有脂肪酰胺,聚氧乙烯二烷基醚10;乳化劑有3個(gè)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。勻染劑如平平加O 、平平加O-15等。其中壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10雖能生化處理,但生化后分解產(chǎn)物仍為酚類,有魚毒性,且能破壞人體的生殖系統(tǒng),歐洲部分國(guó)家已通過法律禁止使用,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,糖基表面活性劑(烷基葡糖
10、苷(APG、蔗糖酯(SE及烷醇酰胺,因其優(yōu)異的應(yīng)用性能、低毒、生物降解性極佳而備受矚目。311APGAPG 是由葡萄糖的半縮醛羥基和脂肪醇羥基,在酸的催化下失去一分子水而得到的產(chǎn)物。它具有優(yōu)良的表面張力,一般表面活性劑的最低20第25卷科技廣場(chǎng)日用化學(xué)品科學(xué) 烷醇酰胺在紡織染整中的應(yīng)用 椰油酸烷醇酰胺用于短纖、長(zhǎng)絲紡絲,具乳化、平滑、耐水解特性,能削除靜電,降低比電阻,調(diào)整HLB 值。椰油酸二乙醇酰胺復(fù)配纖維油劑和紡絲用油劑的組分,具有抗靜電性,適于生產(chǎn)干洗劑,(與油酸二乙醇胺復(fù)配,對(duì)水溶性油污的去除率較LAS 提高10%。油酸二乙醇酰胺光滑劑(用它處理的織物,動(dòng)摩擦因數(shù)為0128,空白為01
11、35、凈洗劑和抗靜電劑。脂肪烷醇酰胺硫酸酯潤(rùn)濕劑、精煉劑和羊毛脫脂劑。(總260表面張力都在30mN/m40m N/m,而APG 的最低表面張力低于30m N/m,有較好的去污力與泡沫力,無濁點(diǎn),乳化能力優(yōu)于TX-10、平平加O 、吐溫-20和司盤-60,可與其他表面活性劑有較好的協(xié)同效應(yīng)。生物降解實(shí)驗(yàn)表明可完全降解。各類產(chǎn)品均無致癌性1113。APG 可用作絹纖維的精煉劑,適度地除去膠絲蛋白,得到絹所特有的柔軟、閃光及良好的染色性。此外有文獻(xiàn)報(bào)道棉布在C 1216APG 1125%、三聚氰胺樹脂1125%和甲醇9715%溶液中浸泡30min 后取出,除去液體,在150e 烘箱中烘30s,布的
12、干、濕防皺率均提高50%14。APG 與季銨酯配比為1B 31B 10,可用作棉織物的柔軟劑和抗靜電劑15。美國(guó)專利報(bào)道,117份8份C 822脂肪胺與1份APG 混合,能賦于織物一定的柔軟性,并防止其焦化16。APG 與烷基硫酸鹽混合,可用作纖維絲光前處理中的滲透劑17。6%94%APG 與6%94%烷氧基化醇、6%94%氯代乙氧基異癸醇(泡沫抑制劑、水混合后用于織物洗滌漂白處理,使得織物具有優(yōu)異的白度,混合物具有在高溫下穩(wěn)定、高攪拌下泡沫少及生物降解性好的特點(diǎn)18。312烷醇酰胺國(guó)外商品名為Ninol 6501,Ninol 6502,其通式為:RCON(C n H n OH2,n =23此
13、類產(chǎn)品有良好的增稠作用,配方中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%10%,產(chǎn)品黏度可百倍增長(zhǎng),當(dāng)AES-Na 中加入氯化鈉時(shí)其增稠效果尤為顯著。此外在聚合物中加入少量烷醇酰胺,40d 內(nèi)的靜電荷積累遠(yuǎn)小于3kV(3kV 為吸塵現(xiàn)象開始的靜電荷累積電壓,同時(shí)抗氧化,耐機(jī)械磨損作用很穩(wěn)定,且兼有優(yōu)良的增泡、穩(wěn)泡、去污、鈣皂分散性及乳化性19。表2烷醇酰胺在紡織染整中的應(yīng)用Tab.2A pp lication of alk y lol amide on textile d y ein g and finishin g313蔗糖酯(SE蔗糖酯提供118的HLB 值,并且在應(yīng)用中所有等級(jí)都顯示出良好的表面活性的功能性,011
14、0%的蔗糖酯溶液表面張力大致為33mN/m34mN/m,比吐溫和聚氧乙烯醚類、十二烷基苯磺酸鹽高;0110%濃度的蔗糖單酯對(duì)碳酸鈣具有良好的分散力,可與聚氧乙烯系非離子表面活性劑媲美;在低濃度時(shí),牛脂蔗糖酯的洗凈力比烷基苯磺酸鹽、高級(jí)醇硫酸鹽、肥皂、A -磺酸肉豆蔻酸鹽和聚氧乙烯壬基酚醚都好,因此是極好的表面活性劑和乳化劑;無嗅、無味、無毒和對(duì)皮膚無刺激性,具有卓越的生物可降解性,不會(huì)造成環(huán)境污染20。日本明成公司開發(fā)的稱為/可食用0的蔗糖酯柔軟劑(¯ µ -SS-15安全性高,容易分解,對(duì)皮膚無刺激性。112%防水劑、010001%SE 與乙醇混合噴灑在羊毛織物上,可防塵
15、,無異味21。以7B 3混合蔗糖硬脂酸酯與蔗糖軟脂酸酯,用所得溶液處理滌/棉織物,織物具有良好的吸水性與柔軟性22。4兩性表面活性劑兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,但對(duì)皮膚刺激性低,殺菌力強(qiáng),發(fā)泡力強(qiáng),生物降解性強(qiáng)??椢锵礈旌缶哂腥彳浀氖指?。用作織物洗滌劑的種類為甜菜堿型、氨基酸型,它們對(duì)棉的去污力遠(yuǎn)高于LAS,與陰離子表面活性劑有很好的配伍性。其中N-烷基-B -氨基丙酸類是近年開發(fā)的、很溫和的、對(duì)眼睛無刺激作用及對(duì)各種纖維有很好洗滌效果的兩性表面活性劑。烷基胺內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)的兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)如下:此類兩性型柔軟劑對(duì)合成纖維的親合力強(qiáng),沒有泛黃和使染料變色或抑制熒光增白劑等弊病,能在廣泛的p
16、H 值介質(zhì)中使用23。以環(huán)氧丁二酸鈉鹽與己胺反應(yīng),得到一個(gè)氨基上聯(lián)有多個(gè)羧基的新型兩性表面活性劑,可作為織物的柔軟劑24。含有聚氧乙烯鏈的兩性表面活性劑21C 18H 37(OCH 2C H 215OC H 2CH(OHCH 2N +H(CH 2C H 2OHCH 2CO 2-,C 17H 35C ONH(C H 23N +(Me 2C H 2CO 2-與石蠟、含硅消泡劑等成分復(fù)配用于纖維素纖維,可使其具有較好的柔軟性和親水性,且與熒光增白劑相容性良好25。5高分子表面活性劑511淀粉醚淀粉醚以可再生資源淀粉為原料,紡織前處理過程中性能優(yōu)越,加之目前發(fā)展起來的干法、半干法生產(chǎn)工藝節(jié)能、清潔而使
17、其備受矚目。研究表明26,高取代度羧甲基淀粉抗剪切力強(qiáng),受酶的影響小,可在一定條件下代替價(jià)格較高的海藻酸鈉用于印花糊料。陽離子淀粉改性棉纖維后,用活性染料無鹽軋染,得到較高的固色率和吸附量,其中活性艷紅K-2BP,X-3B 和活性嫩黃M-7G 吸附量比傳統(tǒng)方法分別提高3179倍、114倍和213倍,固色率分別達(dá)到9015%、77%和9717%,且與其他改性方法相比,耐洗牢度、耐摩擦牢度均在4級(jí)以上,耐日曬牢度也在3級(jí)以上27。512聚醚以聚氧丙烯為疏水基、聚氧乙烯為親水基的一種高分子型非離子表面活性劑,是一類低泡沫、無味、毒性小及易生物降解的產(chǎn)品。國(guó)外商品名為/Pluronic 0,其結(jié)構(gòu)通式
18、為:R(C 2H 4Oa (C 3H 6Ob (C 2H 4Oc Ha +b +c =2080相對(duì)分子質(zhì)量為2000L 643000L 64(L 為液狀,去污性最好;F 68(F 表示片狀分散性最好。當(dāng)結(jié)構(gòu)中末端是環(huán)氧乙烷時(shí),去污力好,消泡性差;而當(dāng)末端是環(huán)氧丙烷時(shí),去污力變差,消泡性變好。此外,聚醚也是優(yōu)良的柔軟、平滑劑,但價(jià)格相對(duì)較高。6新型表面活性劑611Gemini 表面活性劑此類表面活性劑是通過聯(lián)接基團(tuán),將兩個(gè)傳統(tǒng)表面活性劑的親水基團(tuán)相連而得,其結(jié)構(gòu)如下:此類表面活性劑能有效降低水溶液的表面張力,很低的Krafft 點(diǎn),更大的協(xié)同效應(yīng)以及良好的鈣皂分散性和潤(rùn)濕、乳化等特點(diǎn)。單烷基二苯
19、醚二磺酸可耐高濃度的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿,在50%硫酸中不失活,在40%氫氧化鈉中不凝聚,并有良好的抗氧化、抗還原、耐硬水和低泡性。另有研究報(bào)道,用Gemini 陽離子型表面活性劑DC3-12,DC6-12與傳統(tǒng)的庚基三甲基溴化銨對(duì)比,用分散染料1,4-DDA 上染尼龍6和滌綸,發(fā)現(xiàn)上染率均優(yōu)于庚基三甲基溴化銨2830。612含氟表面活性劑是以氟碳鍵代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳?xì)滏I的一類特殊表面活性劑,因有著高表面活性(水溶液的表面張力可低于20mN/m 以下,并有低的cmc 、高熱穩(wěn)定性和高化學(xué)穩(wěn)定性。主要用作纖維的防水、防油及織物整理過程31。美國(guó)3M 公司配制的Scotch g ard(全氟羧酸鉻絡(luò)合物,及全氟烷基
20、丙烯酸酯共聚體,具有優(yōu)異的防水、防油性能,且耐洗滌,織物手感柔軟。此外可作織物防污、滑爽及耐洗等整理劑。傳統(tǒng)織物凈洗劑為四氯乙烯,易對(duì)環(huán)境造成危害,以氟表面活性劑(結(jié)構(gòu)如下代之,除洗滌外,還可減少蛋白質(zhì)纖維對(duì)水的吸收,從而避免了以往因過熱干燥而導(dǎo)致的纖維強(qiáng)度下降的缺點(diǎn)32:C 8F 17-(O -C 2H 419-OH;C 8F 17-SO 3Li;C 8F 17-SO 2NH-(C H 22-N(C 2H 53613含硅及其他表面活性劑它是隨著有機(jī)硅新型材料發(fā)展起來的一種新型表面活性劑,具有優(yōu)良的降低表面張力的性能,以及優(yōu)良的潤(rùn)濕、消泡和穩(wěn)泡性。聚硅氧烷化合物的疏水性非常突出,不長(zhǎng)的硅氧烷鏈
21、能使整個(gè)表面活性劑具有很強(qiáng)的表面活性,結(jié)構(gòu)如下:(C H 33Si-O-Si(C H 32C H 2C H 2COONa;德國(guó)專利報(bào)道,用聚硅氧烷與烷基糖苷配比為015B 11010B 110的乳液對(duì)印染后的滌(或滌/棉、滌/毛織物進(jìn)行整理,在保持原來的柔軟度基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了耐洗牢度33。至少含有一個(gè)羥苯基取代的聚二有機(jī)硅烷與等量苯酚混合可作紡織纖維的潤(rùn)滑劑34。硅表面活性劑Neodol 23-3,silwet L 77與硅(總261第6期科技廣場(chǎng)徐世美,張淑芬,楊錦宗: 表面活性劑在紡織染整中的應(yīng)用油等復(fù)配乳液可用于織物的防皺處理35;一種新型的含銨基、環(huán)氧基的硅整理劑可賦于織物良好的手
22、感,抑制泛黃以及提高織物的吸水性36。此外,以磷酸酯表面活性劑為代表的含磷表面活性劑在化纖工業(yè)中已作為高效抗靜電劑、潤(rùn)濕劑和乳化劑。其中烷基磷酸酯是很有前途的一種,可在前處理過程中用作精煉劑、滲透劑(辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯滲透效果很好,且在250m g/L堿液中不分層,且去污力優(yōu)于牛油醇硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚。有機(jī)硼表面活性劑是一種半極性的化合物,是由具有鄰羥基的多元醇、低碳醇的硼酸三酯和某些脂肪酸所合成的。通常為非離子型,堿性介質(zhì)中重排為陰離子型。B-O鍵與高分子物質(zhì)有很好的相溶性,熱穩(wěn)性優(yōu)良,特別適于作抗靜電劑。作為一種新型表面活性劑,其用途還在進(jìn)一步研究中。7展望環(huán)境問
23、題是工業(yè)發(fā)展的伴生問題,在全世界各主要紡織出口商紛紛推出了/綠色產(chǎn)品0和/環(huán)保產(chǎn)品0的今天,我們應(yīng)當(dāng)重視環(huán)保和生態(tài)指標(biāo),努力開發(fā)出具有環(huán)境相容性好、生態(tài)學(xué)優(yōu)良及性能優(yōu)良的綠色表面活性劑。此外,隨紡織、染整技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及人們對(duì)于織物、環(huán)保的更高要求,今后還應(yīng)注意開發(fā)的產(chǎn)品有:(1新型纖維用表面活性劑滌綸超細(xì)纖維、丙綸及Tencel纖維等新合纖形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,織物所含油劑、漿料等成分復(fù)雜,需使用特殊的退漿劑、精煉劑及堿減量促進(jìn)劑等;纖密度小、表面積大、上染速度快,染色易不勻、不深,須加特殊高溫分散劑、勻染劑和增深劑等,染后還需整理,從而賦于一定的柔軟性及光滑性等性能。此類表面活性劑應(yīng)結(jié)合纖維種
24、類配套開發(fā)。(2新型染整技術(shù)用表面活性劑新型染整技術(shù)如噴墨印花、微膠囊等技術(shù)對(duì)所使用的表面活性助劑提出了新的要求。如噴墨印花前處理要求助劑具有很好的防滲性、潤(rùn)濕性,并能顯著提高染料的上染率與固色率;微膠囊技術(shù)則要求開發(fā)新型、實(shí)用的微膠囊芯材與壁材。(3新型功能性整理用表面活性劑社會(huì)環(huán)境的變化使得人們對(duì)紡織材料和服裝提出更多的需求,如具備防護(hù)性能,甚至醫(yī)療保健功能。應(yīng)大力開發(fā)高檔柔軟劑及多功能柔軟劑(如經(jīng)改性的有機(jī)硅、有機(jī)氟類表面活性劑等、抗皺劑及安全功能整理劑。(4生物表面活性劑是一類由生物體系新陳代謝產(chǎn)生的具有表面活性的兩親化合物,此類表面活性劑有優(yōu)異的織物處理性能與極好的環(huán)境相容性,市場(chǎng)潛
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