白小姐二肖中特期期准一
專家投稿
高分子表面活性劑在紡織工業中的應用(七)
阮天治
阮靜
賀健
2020/1/8
瀏覽數:329 (統計時間:2018年5月起)

高分子表面活性劑在紡織工業中的應用(七)


阮天治,阮靜,賀健


摘  要:在第一部分我們較詳細地介紹了高分子表面活性劑的結構、特征及物性,這是一類應用較廣的活性劑,涉及到的行業也較多。作為紡織工業是這類活性劑主要應用領域之一,而這類活性劑用量占工業用活性劑的40%,幾乎每道工序都有高分子表面活性劑的先例,有的工序又起著舉足輕重的作用。高分子表面活性劑許多資料僅以水溶性樹脂給予定位,沒有觸及到這類化合物的精髓部分,難免有片面。只有全方面探求,又能提升認識,無疑對我們的工作開展是有益的。

在第二部分,我們從纖維加工油劑、制造、前處理、印花及后整理中介紹國內外實際應用和發展的趨勢,使讀者通過介紹能夠開闊視野,對這類化合物能夠重新定位,有助于工作的開展,這是我們的初心。

關鍵詞:高分子表面活性劑;合成纖維;油劑;輕紗上漿;染料印花;糊料;涂料印花;粘合劑;染料印花;色漿;涂料印花粘合劑;涂料印花增稠劑;涂料印花交聯劑;消泡劑;涂白漿;物性;前處理;后整理


目  錄:

一、高分子表面活性劑在合成纖維油劑中的應用

(一)用于改善合成纖維之間的集束性

(二)在高速紡油劑中占有重要地位

二、在輕紗上漿及前處理中的應用

(一)在輕紗上漿及前處理中的應用

(二)用于輕紗上漿糊料的特征

(三)在前處理中可作螯合劑和穩定劑

三、染料印花及糊料的主導作用

(一)糊料在染料印花中的地位

(二)主要糊料物性及應用效果

(三)復合糊料(混配)糊料的特點及優勢

(四)糊料應用要有針對性

四、涂料印花及主料粘合劑

(一)涂料印花與染料印花的區別

(二)涂料印花的特點及色漿的組成

(三)粘合劑在涂料印花中的作用機理

(四)粘合劑的種類與特色

(五)涂料印花粘合劑的選擇與制備

(六)涂料印花技術的發展

(七)涂料印花增稠劑(糊料)

(八)涂料印花交聯劑的作用

(九)涂料印花可選用的其他助劑

(十)印花增深劑

(十一)消泡劑的選用

(十二)涂白漿的效用

五、解析織物印花的生態與安全

六、高分子表面活性劑在后整理中的應用

(續上期內容,詳見2020年4月雜志或“專家投稿”欄目……)


第二部分  高分子表面活性劑在紡織工業中的應用


(七)涂料印花增稠劑(糊料)

增稠劑是涂料印花中另一個重要組分,它具有使色漿增稠、促進粘合和乳化的作用,這正是高分子表面活性劑的基本特征,可使印花織物獲得均勻且輪廓清晰的圖案,不但可提高得色量和鮮艷度,增稠劑(亦稱糊料)還可使涂料順利轉移到織物上,印出清晰的花紋。

1.增稠劑的分類

作為增稠劑有天然、半合成和合成之分,其中天然和半合成增稠劑,在粘合劑的薄膜之中仍具有水溶性、可膨化性,而且水溶性大分子中含有大量的極性基因,形成的膜比較硬,這樣會使經涂料印花的織物手感粗糙、降低印花牢度等弊病,所以在涂料印花中很少單獨使用;而合成增稠劑具有極性基的離子型多價鏈狀自交性共聚物,除增稠作用外,還用乳化、柔軟、催化、保護膠體促進吸附等性能。合成增稠劑分為兩類,一類是乳化增稠劑(非離子型增稠劑),另一類是陰離子型增稠劑。

(1)乳化類型增稠劑

這類高分子活性劑化合物,大多數是聚氧乙烯醚的衍生物,如雙烷基醇聚氧乙烯醚通過交聯單體的混合物;硬脂酸低聚乙二醇酯,此類增稠劑使用方便、適應性好,但增稠效果不如聚羧酸型增稠劑。

另一種是利用非離子乳化劑,將200號溶劑(沸程140℃~200℃)和水配成的乳化糊(俗稱A邦漿),有O/W和W/O兩種類型,應注意是為了體系的穩定,還需加入高分子活性劑穩定劑(如CMC、海藻酸鈉、羥乙基皂茭膠等,這些大部分屬于天然高分子活性劑之列),用其保護膠體,因安全問題,用量已減少,涉及到的煤油已淘汰。

作為非離子型增稠劑,國外商品也較多,如Lutexal HAN(BASF)、Acramin Emulsifier VBP、Acramin 3441(Baye),Emulsur M.Y(松井色素)、Emulmin 862(三洋化成)、Rydye-W、Reducer cone 409(日本油墨等)。

(2)合成增稠劑

合成增稠劑是隨高分子工業的發展而誕生的,與天然高分子增稠劑相比,其突出的特點是對水有極高的增稠作用,用量少,不污染環境、成本低、增稠時間短、貯存無需加防腐劑,具有極強的抱水性,印漿也比較穩定,在使用中可減少拖刀、塞網、粘結橡膠導帶等現象發生。在高溫汽蒸固著時,沒有硬化和變褐色問題,而且手感柔軟;由于綜合性能好,是涂料印花重要原料之一。

2.目前常用增稠劑的屬性

(1)非離子型增稠劑

這類大部分為非離子大分子或高分子化合物,多數是聚氧乙烯醚的衍生物,如雙烷基醇聚氧乙烯醚,通過交聯單體的縮合物,硬脂酸低聚乙二醇酯等。這類非離子活性劑,除用到涂料印花外,還可用于分散染料印花和防拔染印花,但增稠效果不如陰離子型增稠劑。

(2)陰離子型合成增稠劑

這類是目前印花工藝中使用比較廣的品種,另一種是高分子電解化合物,其結構從取代的乙烯基化合物衍生而來的高分子長鏈聚合物。目前使用較多的是含有羧基單體為主成分的陰離子型高分子聚合物,其結構式如下:

圖片.png

式中R為H或甲基,X為官能團基。

這類聚合物分子結構中含有大量可電離的羧酸基,并呈輕度交聯狀。以堿性溶脹型聚丙烯系增稠劑為例,交聯的共聚物乳化體本身以酸的形式和較小的顆粒狀態存在,當加堿后,可使不電離羧酸基轉變為離子化的羧酸鹽形式;其結果可使大分子鏈陰離子產生靜電排斥,分子由卷曲狀產生擴張和伸展,體積和粘度顯著增加。這類堿性溶脹型增稠劑,對印花織物的色光、鮮艷度、刷洗牢度和手感均無不良影響,而且還能提高得色量,不足之處是對電解質敏感,會因加入引發劑硫酸胺、氯化鈉等電解質后粘度下降。

實際上陰離子合成增稠劑一般由三種或更多的單體聚合而成,第一個主單體是含有羧基的稀酸(如丙烯酸、馬來酸或馬來酸酐、甲基丙烯酸等);第二個單體可使合成增稠劑分子量增大,一般為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或苯乙烯,其質量分數為15%~20%;第三個單體是具有兩個烯基的化合物,又稱交聯單體,如二乙烯基苯、鄰苯二甲酸二丙烯酯、雙丙烯丁二酯等,其用量只有1%~4%,但它可使合成增稠劑分子鍵伸展開,形成網狀結構,這是不可缺少的組分。

另外,一些單體的加入亦可改善增稠劑的性能,如加入單體甲基丙烯甲酯,可使聚合過程產生具有乳化性能的高分子活性劑聚合物,使相乳液聚合反應更切實可行;還可利用化學結構特點使分子間產生締合作用,使增稠劑耐電解質性能得到明顯改善。丙烯酸增稠劑在化學組成上又可分為交聯型和非交聯型。丙烯酸酯或苯乙烯共聚物,加入水時,能迅速均勻分散,在堿性條件下,體積迅速膨脹,轉變為透明的粘稠液,故又稱堿溶解型增稠劑,這類增稠劑沒有交聯型的線型分子,廣泛用于涂料印花中,好的合成增稠劑用量為1.2%~1.8%。

(3)抗堿性復合增稠劑

增稠劑在使用時,大多數要求PH值為中性,而有的品種有水解傾向,甚至失去效用。另外,在多數環境中,會有鈣離子(硬水中)會導致不溶性鈣鹽的生成,引起羧酸沉淀,在這種情況下,提出了抗堿性增稠劑的開發。將丙烯酸酯類聚合物和粘土復配成混合增稠劑,引起關注。1981年公開專利(CA95 98842K)提出了采用聚乙二醇正十八烷基的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯及甲基丙烯酸(20∶50∶40)的聚合物加1% NaOH中和的水和膨潤土(25份)制成凝膠。

1982年美國公布的專利技術,也含有遇水可膨脹的粘土礦物及一種聚合物,其中聚合物含量20~50%(重量)丙烯酸0.5%~25%的下列單體。H2C=C(H)-(CO)-O(CH2CH2O)nR2(式中R為H或甲基,n至少是2)。

波普?威特斯馬也在專利中提到,選取的聚合物主要是含雙鍵的丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基或羥烷基酯,聚合物其余部分通常由丙烯酸或甲基丙烯酸組成,兩者的均聚物也可采用。使用的粘土有硅酸鋁土、蒙脫土或膨潤土,其中膨潤土最佳;表18為部分涂料印花增稠劑的組成與特征。

表18  部分涂料印花增稠劑的組成與特征

圖片.png

(八)涂料印花交聯劑的作用

在涂料印花中,使用一些沒有自交聯功能的粘合劑,往往還需添加適當的交聯劑,用于提高粘接劑的固著能力,改進涂料印花織物的水洗和耐摩擦色牢度,提高印花織物的耐熱和耐溶劑性能;同時還可降低焙固溫度,縮短焙烘時間,有助于提高印花的均勻性和得色量。

涂料印花的交聯劑可在粘合劑共聚物的活性位置上生成一個或幾個化學鍵,將線性的共聚物交聯成三維網絡結構的高分子活性物,同時也與纖維的羥基、氨基或羧基反應形成多元交聯產物,提高皮膜在纖維上的粘接強度和皮膜本身的強度,進而提高涂料印花的耐磨性、耐熱性和耐候性。

1.作為交聯劑應具備的條件

無論選取哪種交聯劑,應考慮以下幾點:

(1)具有良好的貯存穩定性。

(2)不與粘合劑發生低溫交聯,不影響印花色漿的穩定性。

(3)交聯密度高,能提高印花織物的水洗、摩擦等色牢度。

(4)不影響織物手感,不影響粘合劑膜的透明度。

(5)不影響同漿印用顏料的色澤和牢度。

(6)可明顯降低粘合劑的交聯溫度,又不增加結膜、塞網等有害傾向。

(7)使用安全,不得有或釋放甲醛,對兒童用服裝和織物不得含甲醛。

目前使用較廣泛的交聯劑主要是多胺類化合物與環氧氯丙烷的縮合物,有報道稱在二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中,以三乙烯四胺的縮合物效果最佳。另外,還有一種醚化改性的羥甲基三聚氰胺樹脂交聯劑(如MF、HY-04、M-100等)在涂料印花中也有應用。

2.主要交聯劑結構及物性

(1)脲醛樹脂交聯劑

它是紡織品樹脂整理用的初縮體,為了提高它的穩定性,一般都要經過醚化,例如三聚氰胺樹脂可用甲醇或丁醇醚化,經醚化后可提高皮膜強度。

(2)環氧化合物交聯劑

由胺類化合物與環氧氯丙烷縮合產物,是反應性較強的交聯劑,例如乙二胺與環氧氯丙烷縮合的產物能在較低溫度下起交聯反應。

(3)乙烯亞胺型交聯劑

根據組成單體不同有多種類型,其中芳香雙乙烯脲結構的交聯劑,能顯著提高粘合劑的粘接強度。

(4)丙烯酰胺型交聯劑

這種是以丙烯酰胺基為反應性基團的交聯劑。

以上交聯劑中反應性基團主要有環氧乙烷基、丙烯酰胺基和羥甲基酰胺基,以環氧乙烷基最為常用。交聯過程是一種縮合反應,是在大分子之間緩慢進行的,選用活潑的交聯劑,有可能在印花之前就發生反應,這種情況會影響印花的穩定性。

(九)涂料印花可選用的其他助劑

為了涂料印花獲得最佳綜合性能,根據情況,也常加入其他助劑。

1.乳化劑和柔軟劑

為了得到良好的乳化增稠劑,在涂料印花的色漿中還需加入乳化劑。一般采用非離子表面活性劑,實際上經常選用復合乳化劑,這樣不僅可提高摩擦牢度,還可解決色漿在拼色時出現的分層現象。

2.擴散劑和保護膠體助劑

涂料印花漿中加入一些擴散劑可以改進漿料的穩定性,加入量為含固量的2%~5%,通常使用的擴散劑是平平加,在1公斤涂料印花漿中若含有50g顏料漿和100g粘合劑分散液,大約使用25~35g擴散劑。

保護膠體為高分子水溶性物質,通常采用的原料有纖維素衍生物、海藻酸鈉和聚乙二醇等,均有增加涂料印花穩定性的作用。

3.吸濕劑和潤濕劑

這種吸濕劑又稱水保留劑,可以防止水分揮發太快,避免造成乳狀液破壞,以及印漿結膜造成堵塞網眼或花筒等問題發生。另外,還常加入氨水,使印花漿的PH控制在8~9,為了改進印花漿的流動性還可加入乙二醇、甘油、二甘醇等多元醇化合物和尿素,它們了除可以延緩網堵,還可捕捉游離甲醛,對于一些厚實織物進行涂料印花時,還需加入潤濕劑(如JFC、EL類等)。

4.防泳移劑使用

這實質是防滲化,防止印花圖案的滲色或搭色,而影響最終效果,特別是聚酯纖維,更易引起滲化弊病。

防泳移劑,一般使用分子量為5~500萬的聚乙二醇高分子活性劑;也可用丙二醇、乙二醇-環氧乙烷-環氧丙烷縮聚物等合成纖維涂料印花的抗泳移劑,德國BASF公司生產的Siligen FA就屬此類產品。

(十)印花增深劑

增深劑在印花工序中發揮重要作用,例如增深劑TK為透明粘稠液,呈非離子性,它與涂料印花色漿的相容很好,能提高涂料印花的給色量,并賦予印花花紋光滑柔軟的手感,也能改善刮印性能,獲得清晰的花紋,使用量為1%~2%(對印花色漿質量)。針對顏料不同,在印花時可選品種較多。選擇增深劑時,應考慮以下諸方面條件為上策。

1.增深效果以及與漿料、顏料(染料)以及其他助劑配伍性要好。

2.印花效果與花紋輪廓清晰程度及手感。

3.色漿穩定性及對牢度的影響。

4.易于去除。

5.對粘合劑應用無不良影響。

6.對設備無腐蝕。

7.使用安全,無有害殘留。

(十一)消泡劑的選用

在印花過中,漿料中因活性劑使用會產生泡沫,直接影響印花質量,可在印花漿中加入消泡劑,這里使用的消泡劑應具備以下條件:

1.必須具有較低的表面張力。

2.與被消泡體系不起化學反應,不影響被消泡體系的基本功能。

3.消泡能力要強,使用很少量即可達到目的。

4.具有良好的擴散性、滲透性、耐熱性和表面。

5.良好的穩定性,有一定抑泡能力。

在涂料印花工藝中,可選擇的泡沫有兩類,除有機硅在可選之列外,也有非硅系品種,比較有名的是酯型聚醚產品。

(十二)涂白漿效用

之所以將其單列來論,是因為這類漿料用途很廣,他不僅可用于白色花紋圖案,而在印淺色時,用于拼混調色。在手工網印時,可在深色織物上用涂白漿印制字碼或花紋圖案。不同纖維織物在使用涂白漿時,了解不同織物使用涂白漿的配方結構、組成、用量,應隨織物不同,作合理的調整,如表19所示配方結構及功效內容,可作參考。

表19  織物印花涂白漿的配方特征

圖片.png

五、解析織物印花的生態及安全性

這是世界普遍關注的話題,為了人類生命的安全,各國政府不斷增強監管力度。歐盟首先頒布了REACH法規,其內容涉及到了染料、顏料、各類紡織助劑及其下游產品(服裝、紡織品);我國2003年也發表了國家標準GB/T 1840,又相繼發表了《國家紡織品基本安全技術規范》。

聯合國針對服裝和其他紡織品發表了“Oeko-tex Standard 100”法規,這個法規對出口產品的PH值、甲醛、重金屬殺蟲/除草劑、五氯苯酚、可分解的芳胺類染料、可致過敏性染料、有機氯化助染劑TBT/DBT、PVC增塑劑殘留限量等進行嚴格管理和監控,其中25種分散染料受到管制。為保護生態環境和人類安全,聯合國相關組織又頒布GOT O2法規,要求更高,對有機紡織品加強了監管,提出了詳細規范要求。

紡織染色工藝起到承前啟后的關鍵工序,涉及紡織助劑占全部工序用量的30%,這是不容忽視織物加工的關鍵階段,織物印花因產量大,波及面廣。涂料因安全無污染,成為國外發展的主流產品,在國外占有率已高達60%~80%;而染料印花大量帶色廢水排放和染料安全性問題,引發行業普遍關注,改弦更張是必然趨勢。據報道,我們這個行業整改步伐很慢,染色印花仍達80%以上,涂料印花僅占15%,這是一個不可思議的局面,個別企業仍我行我素。據了解,僅2012年出口歐盟服裝累積被召回565項,我國占48%。如果有的企業和單位將召回的紡織品以出口轉內銷形式進入中國市場,使不明就里的國人承受可能遭受的危害將是可悲的,加強國內監管力度絕不能漠視,聽之任之。

(未完待續,精彩內容請見下期……)


作者簡介:

阮天治,高級工程師,在廣東、江蘇、山東工作多年,經驗豐富,長期在研究單位從事表面活性劑研究和應用開發,具有大企業工作閱歷。

歷任研究室主任、科研科長、總工程師等職,退休后,擔任企業技術顧問;有四十多年研發經驗,其中從事紡織助劑開發已達三十余年,具有較深的專業造詣,在行業中享有一定的聲譽。現是享受國務院特殊津貼的化學專家,曾任深圳市專家委員會化學專家、天津市日用化學工業協會理事,也是中國書法家協會煙臺分會會員。

在紡織后整理助劑研發方面,曾傾注大量心血,僅軟片(柔軟劑)成熟技術達三十項,涵蓋各類品種,多項成果達到國外同類產品水平。近幾年,研發成功的五種陰離子柔軟劑,獨具特色,用于棉和針織品整理,具有其他產品不具備的柔軟、滑爽、無黃變、瞬間吸水、縫紉性好五大優勢,成為棉、針織品,尤其是出口針織品首選品種。除掌握有機硅(包括陰離子平滑劑)、硅油精等后整理助劑生產技術外,在前處理和染色工序也可提供多項產品,如煮練劑、皂洗劑、毛能凈、乳化劑、滲透劑、勻染劑、抗靜電劑、平滑劑、硬挺劑、螯合劑、紡練紡紗油劑等。

除紡織助劑外,對化工設備也很專業,其設計的軟片生產和加工設備已被國內多個廠家采用,得到好評;在軟片生產中,會產生大量氨氣,污染嚴重,對此,有一套成熟處理技術;對于小企業,鑒于氨氣排放量不太大,可幫助設計氨氣吸收系統,此技術可大幅度降低氨氣對環境污染;對于軟片產量較大的企業,不僅可提供氨氣吸收系統,并通過技術改造,可將氨氣回收,將其轉化為28%含量的工業氨水進入市場!此舉,不僅可解決污染問題,而且可降低軟片生產成本!

另外,在工業及民用洗滌劑、金屬加工助劑(包括發黑技術)、油田助劑、造紙助劑、皮革助劑等方面也可提供技術幫助!目前,集四十多年經驗,已撰寫成近九十萬字的書稿《紡織染整助劑——物性、制備、應用及生態與安全》一書即將出版,該書不同于其他專業書,第一次將紡練紡紗油劑、有機概念圖列為章節專述,還將有機硅及最新技術、綠色環保理念等,作為成書的重要組成部分,可作為高校教學參考。

正在著手編寫的另一部著作將織物印花、化工與美術設計跨界接合,僅收集國內外服裝資料達1.2萬份,現在已起動。個人是書畫愛好者,藏書也較多,并收集了大量名家作品,內容新穎,設計各種花、動物、萌態畫以及山水、抽象派等與服裝有關畫種,圖文并茂,可為行業重要參考書,敬請期待!

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