表面活性剂在纺织染整中的应用

1、18由纺织纤维加工成各种纺织品的过程中,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。按实际用途分类如下:另外,按离子类型分类,可将表面活性剂分为以下几类(见表1:表1表面活性剂的分类Tab.1Classification of surfactants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。本文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整中的应用。1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

2、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1。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、A -烯烃磺酸钠(AOS、A -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2。111SAS,AOS,AES这3种阴离子表面活性剂的生物降解性能好,去污力优异,同时具有乳化、洗涤、溶解和润湿作用3。其中SAS,AOS 耐碱、耐高温(130e

3、 不分解,且有良好的配伍性,是制造绿色前处理助剂的理想原料。AES 产品中以天然月桂醇为原料合成的3EO AES 与以合成醇为原料得到的产品相比,刺激性低、生物降解性好、毒性小。112MES,AEC以棕榈油为原料合成的MES 可作织物净洗剂,表面活性剂在纺织染整中的应用徐世美,张淑芬,杨锦宗(大连理工大学精细化工国家重点实验室,辽宁大连,116012摘要:按照表面活性剂的离子类型,分别讨论了阳离子型、阴离子型、非离子型和两性表面活性剂,以及其他新型表面活性剂在纺织染整中的应用。重点介绍了绿色环保型表面活性剂,并对表面活性剂在纺织染整中的发展方向予以展望。关键词:表面活性剂;纺织;印染;整理中图

4、分类号:TQ42319文献标识码:A文章编号:1006-7264(200206-0018-06类型结构特点用途阴离子表面活性剂在水中可电离产生具有表面活性作用的阴离子基团主要用作洗涤剂,也可作渗透剂、润湿剂、乳化剂和分散剂等阳离子表面活性剂在水中可电离产生具有表面活性作用的阳离子基团通常不能作为洗涤剂,主要作柔软剂、匀染剂、防水剂、固色剂和抗静电剂等两性表面活性剂在水溶液中能发生电离,且具有表面活性作用的基团,同时带有阴、阳离子柔软剂、匀染剂和抗静电剂非离子表面活性剂不可电离,具有活性作用的基团不带电荷但能发生水化作用匀染剂、乳化剂、分散剂日用化学品科学DETERGENT &COSME

5、TICSVol.25No.6Dec.2002第25卷第6期2002年12月(总258 收稿日期:2002-08-20作者简介:徐世美(1973-,女,重庆人,硕士,联系电话:130*。19第6期科技广场徐世美,张淑芬,杨锦宗:表面活性剂在纺织染整中的应用 (总259其用量仅为LAS 的1/3,是首选的优良表面活性剂。AEC 去污力强,配伍性好,钙皂分散力强,被发达国家誉为/21世纪绿色表面活性剂0。此外,还可做还原染料染色的匀染剂,与烷基硅氧烷复配用作织物柔软剂。113茶皂素、多肽基表面活性剂茶皂素与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

6、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Promois EMCP,Promois EFLS,均有优良的洗涤、乳化性能。2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,并能赋于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4。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011%012%就能获得理想的效果,还有再润湿和抗静电作用,但存在

7、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。211季铵酯用谷氨酸或天冬氨酸与C 1214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5。将Me 2N(C H 23N(C H 2CH 2OH2与月桂酸1B 1

8、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6。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7。212三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,可赋于织物很好的柔软性8。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9。此外,一种新型柔软剂酰胺乙基咪唑啉季铵盐,结构如下:可替代DHTDMAC,此类表面活性剂毒性小,易降解。德国CHT R Breitlich Gmbh 开发的一种可生物降解的阳离子活性柔软剂Tubin g al B,有很高的直接性,对荧光增白剂无

9、影响,经处理后的织物手感柔软而膨松。3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10;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,有鱼毒性,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

10、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。311APGAPG 是由葡萄糖的半缩醛羟基和脂肪醇羟基,在酸的催化下失去一分子水而得到的产物。它具有优良的表面张力,一般表面活性剂的最低20第25卷科技广场日用化学品科学 烷醇酰胺在纺织染整中的应用 椰油酸烷醇酰胺用于短纤、长丝纺丝,具乳化、平滑、耐水解特性,能削除静电,降低比电阻,调整HLB 值。椰油酸二乙醇酰胺复配纤维油剂和纺丝用油剂的组分,具有抗静电性,适于生产干洗剂,(与油酸二乙醇胺复配,对水溶性油污的去除率较LAS 提高10%。油酸二乙醇酰胺光滑剂(用它处理的织物,动摩擦因数为0128,空白为01

11、35、净洗剂和抗静电剂。脂肪烷醇酰胺硫酸酯润湿剂、精炼剂和羊毛脱脂剂。(总260表面张力都在30mN/m40m N/m,而APG 的最低表面张力低于30m N/m,有较好的去污力与泡沫力,无浊点,乳化能力优于TX-10、平平加O 、吐温-20和司盘-60,可与其他表面活性剂有较好的协同效应。生物降解实验表明可完全降解。各类产品均无致癌性1113。APG 可用作绢纤维的精炼剂,适度地除去胶丝蛋白,得到绢所特有的柔软、闪光及良好的染色性。此外有文献报道棉布在C 1216APG 1125%、三聚氰胺树脂1125%和甲醇9715%溶液中浸泡30min 后取出,除去液体,在150e 烘箱中烘30s,布的

12、干、湿防皱率均提高50%14。APG 与季铵酯配比为1B 31B 10,可用作棉织物的柔软剂和抗静电剂15。美国专利报道,117份8份C 822脂肪胺与1份APG 混合,能赋于织物一定的柔软性,并防止其焦化16。APG 与烷基硫酸盐混合,可用作纤维丝光前处理中的渗透剂17。6%94%APG 与6%94%烷氧基化醇、6%94%氯代乙氧基异癸醇(泡沫抑制剂、水混合后用于织物洗涤漂白处理,使得织物具有优异的白度,混合物具有在高温下稳定、高搅拌下泡沫少及生物降解性好的特点18。312烷醇酰胺国外商品名为Ninol 6501,Ninol 6502,其通式为:RCON(C n H n OH2,n =23此

13、类产品有良好的增稠作用,配方中含质量分数5%10%,产品黏度可百倍增长,当AES-Na 中加入氯化钠时其增稠效果尤为显著。此外在聚合物中加入少量烷醇酰胺,40d 内的静电荷积累远小于3kV(3kV 为吸尘现象开始的静电荷累积电压,同时抗氧化,耐机械磨损作用很稳定,且兼有优良的增泡、稳泡、去污、钙皂分散性及乳化性19。表2烷醇酰胺在纺织染整中的应用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,并且在应用中所有等级都显示出良好的表面活性的功能性,011

14、0%的蔗糖酯溶液表面张力大致为33mN/m34mN/m,比吐温和聚氧乙烯醚类、十二烷基苯磺酸盐高;0110%浓度的蔗糖单酯对碳酸钙具有良好的分散力,可与聚氧乙烯系非离子表面活性剂媲美;在低浓度时,牛脂蔗糖酯的洗净力比烷基苯磺酸盐、高级醇硫酸盐、肥皂、A -磺酸肉豆蔻酸盐和聚氧乙烯壬基酚醚都好,因此是极好的表面活性剂和乳化剂;无嗅、无味、无毒和对皮肤无刺激性,具有卓越的生物可降解性,不会造成环境污染20。日本明成公司开发的称为/可食用0的蔗糖酯柔软剂(¯ µ -SS-15安全性高,容易分解,对皮肤无刺激性。112%防水剂、010001%SE 与乙醇混合喷洒在羊毛织物上,可防尘

15、,无异味21。以7B 3混合蔗糖硬脂酸酯与蔗糖软脂酸酯,用所得溶液处理涤/棉织物,织物具有良好的吸水性与柔软性22。4两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-B -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p

16、H 值介质中使用23。以环氧丁二酸钠盐与己胺反应,得到一个氨基上联有多个羧基的新型两性表面活性剂,可作为织物的柔软剂24。含有聚氧乙烯链的两性表面活性剂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-与石蜡、含硅消泡剂等成分复配用于纤维素纤维,可使其具有较好的柔软性和亲水性,且与荧光增白剂相容性良好25。5高分子表面活性剂511淀粉醚淀粉醚以可再生资源淀粉为原料,纺织前处理过程中性能优越,加之目前发展起来的干法、半干法生产工艺节能、清洁而使

17、其备受瞩目。研究表明26,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3179倍、114倍和213倍,固色率分别达到9015%、77%和9717%,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27。512聚醚以聚氧丙烯为疏水基、聚氧乙烯为亲水基的一种高分子型非离子表面活性剂,是一类低泡沫、无味、毒性小及易生物降解的产品。国外商品名为/Pluronic 0,其结构通式

18、为:R(C 2H 4Oa (C 3H 6Ob (C 2H 4Oc Ha +b +c =2080相对分子质量为2000L 643000L 64(L 为液状,去污性最好;F 68(F 表示片状分散性最好。当结构中末端是环氧乙烷时,去污力好,消泡性差;而当末端是环氧丙烷时,去污力变差,消泡性变好。此外,聚醚也是优良的柔软、平滑剂,但价格相对较高。6新型表面活性剂611Gemini 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,其结构如下: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

19、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2830。612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31。美国3M 公司配制的Scotch g ard(全氟羧酸铬络合物,及全氟烷基

20、丙烯酸酯共聚体,具有优异的防水、防油性能,且耐洗涤,织物手感柔软。此外可作织物防污、滑爽及耐洗等整理剂。传统织物净洗剂为四氯乙烯,易对环境造成危害,以氟表面活性剂(结构如下代之,除洗涤外,还可减少蛋白质纤维对水的吸收,从而避免了以往因过热干燥而导致的纤维强度下降的缺点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

21、能使整个表面活性剂具有很强的表面活性,结构如下:(C H 33Si-O-Si(C H 32C H 2C H 2COONa;德国专利报道,用聚硅氧烷与烷基糖苷配比为015B 11010B 110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33。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34。硅表面活性剂Neodol 23-3,silwet L 77与硅(总261第6期科技广场徐世美,张淑芬,杨锦宗: 表面活性剂在纺织染整中的应用油等复配乳液可用于织物的防皱处理35;一种新型的含铵基、环氧基的硅整理剂可赋于织物良好的手

22、感,抑制泛黄以及提高织物的吸水性36。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250m g/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。7展望环境问

23、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0和/环保产品0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Tencel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,从而赋于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

24、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。(4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

25、在需求大。参考文献:1陈荣圻1禁用染料及其代用品M1北京:中国纺织出版社,199812唐育民,陆宁宁1绿色印染助剂的开发与原料选用J1印染助剂,2000,17(5:6-1013Mairal A K,Shah J C1Role of some ecofriendl y chemicals in p reand after treatm ents of textilesJ.Man-made Textiles in India, 2001,44(4:136-138.4达泰纳A1表面活性剂在纺织染加工中的应用M1北京:纺织工业出版社,198815Puchta R,Krin g s P,Sandkuhl

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