表面活性剂在纺织物染整加工中的应用

表面活性剂在纺织物染整加工中的应用

润湿剂、精盐剂、乳化剂、均匀染料、分散剂、增稠剂、精盐剂和阴离子制剂、分散剂、分散剂、分散剂、，以及柔软剂、抗静电剂、防水剂、，阻燃剂和树脂洗脱剂。由于表面活性剂的环保性能，纺织物的绿色加工与使用表面活性剂的环保性能密切相关。因此,在纺织物染整加工中选用符合环保要求的包括表面活性剂在内的各类助剂和化学药品就显得特别重要。表面活性剂的环保性能,主要是指表面活性剂本身的毒性大小和可生物降解的程度。表面活性剂残留在织物上将危及人体,表面活性剂随着废水排出而不被降解则污染环境危害生物。1非离子表面活性剂的生物降解性残留在处理浴中的表面活性剂,随着废水排出,应该说大部分在污水处理场经受分解,但如果未经处理而直接排入河道,则表面活性剂的生物降解性就显得特别重要。表面活性剂的生物降解性,在开始使用合成洗涤剂时为解决烷基苯磺酸钠(ABS)产生大量泡沫的问题而已经引起人们的注意。经过对表面活性剂分子结构与生物降解性关系及分解机理的研究,后来采用易生物分解的直链烷基苯磺酸钠(LAS)代替高度支链的ABS,泡沫问题迎刃而解。关于表面活性剂生物降解性的评价,已经提出的主要有两种方法,一种是用甲基蓝活性物质(MBAS)作为指标的初级(一级)评价法,和以TOC、BOD/TOD作为指标的最终评价法。表面活性剂的生物降解性与其化学结构和物理化学性质有关,其主要表现在:a)表面活性剂的疏水基在性质上越接近脂类,则越容易生物降解,因此直链烃基的表面活性剂在较少的处理时间内比支链或环状结构的化合物降解更快和更为完全;b)表面活性剂的亲水基(极性部分)对生物降解的趋势也有重要的影响,最通常应用的非离子表面活性剂具有一个聚氧乙烯链(POE)作为其亲水基,其生物降解的速度和程度取决于这个链长,链越长则越难于生物分解。现就以若干典型的表面活性剂为例阐述化学结构与生物降解性的关系,从而说明它们生物降解的难易。烷基苯磺酸盐(ABS)是阴离子表面活性剂中极其重要的品种,由于原料和合成路线的不同,产生了两种结构和性能不同的产品。一种产品是1940年开发的以C在良好的污水处理情况下,纯的直链ABS可以达到99%的除去率,但实际的LAS产品含有少量降解较慢的ABS杂质,所以在常规的污水处理中降解率在90%～97%范围,其余的分解速率就相当缓慢。而BAS,在同样的处理条件下降解率约为65%。当然,在足够的时间(1年左右)BAS也会全部生物分解。研究表明,烷基苯磺酸盐结构中只有支链处于烷链的一端(末端)时才明显降低其生物降解速率。支链越接近苯环影响越小,相邻苯环的支链就不会影响其生物分解性。BAS的生物降解性差就是由于在烷链的末端存在高度的支链。非离子表面活性剂按其分类,典型的如伯醇乙氧基化合物、仲醇乙氧基化合物、烷基酚乙氧基化合物、烷基单乙醇酰胺、烷基二乙醇酰胺、烷基二甲胺氧化物和糖脂等,由于结构的不同,它们生物降解的性能差异很大。在直链醇乙氧基化物中,疏水链的长度从C与仲醇乙氧基化物相比,伯醇乙氧基化物的生物降解性要更好一些。伯醇乙氧基化物中带有少量(12%以下)的甲基支链,对生物降解性没有明显的影响。但分子中苯酚的存在,就会明显降低直链烷基酚乙氧基化物的生物降解性(从每30天70%～80%降至30%左右),而带有支链烷基的壬基酚更为严重地降低其生物降解性(降至约5%/30天)。糖—脂肪酸酯(蔗糖—单月桂酸酯、蔗糖—单棕榈酸酯、蔗糖—单硬脂酸酯)的生物降解性极好(80%～90%/30天),可归于易于分解的一类中。把氧丙烯基(PO)引入非离子表面活性剂中形成氧丙烯—氧乙烯嵌段共聚物时,会影响原有的非离子表面活性剂的性能如起泡力、浊点和流点等等,对生物降解性也产生负效应,其影响程度取决于氧丙烯的量(氧丙烯嵌段的尺寸)和支链化程度。对于直链醇脂肪醇或羰基合成醇氧丙烯—氧乙烯(PO/EO)加成物,能够完全生物降解的最大的氧丙烯嵌段,如果位于氧乙烯链的中部,只能有约4个等效长度。2.8PO加成物(脂肪醇—3.7EO/2.8PO/3.7EO)在充分的驯化时间后,>90%DOC被除去,而4.2PO的加合物(脂肪醇—3.8EO/4.2PO/5.6EO)只有50%～55%的DOC被除去。3.5PO的加成物(羰基合成醇—5.2EO/3.5PO/5.4EO)在一级降解32天后,生物降解率就>90%,而5.0PO的加成物(羰基合成醇—4.9EO/5.0PO/6.9EO)的一级降解率(32天后)却<80%。如果疏水基带有支链,要有效地生物降解,只能嵌段更少的PO。阳离子表面活性剂由季铵脂族含N化合物或者类似结构的脂环或芳环体系例如吡啶或咪唑啉组成带正电荷的水溶性基因,以及至少一个或两个C各类表面活性剂的生物降解性示于表1、表2。2表面活性剂的水生生物毒性与乙氧基化物含量(c)表面活性剂开发半个多世纪以来,作为洗涤剂大量使用的当初就发现对皮肤产生明显的刺激作用,后来逐步认识到在接触过程中对人体安全性的潜在危险以及随着废水排入河流中对环境生态系统的影响。表面活性剂的毒性或安全性,常以试验动物口喂的半数致死剂量(LD表面活性剂的化学结构与其水生生物毒性的关系可归纳如下:a)疏水性越大(HLB值越高)的表面活性剂,其水生生物毒性越大;b)乙氧基化物中乙氧基越多,其水生生物毒性越低;c)与非离子表面活性剂相比,结构相似的阴离子表面活性剂,由于疏水性降低而毒性较低。阴离子表面活性剂烷基苯磺酸钠(LAS)对鱼的急性毒性,链长C非离子表面活性剂聚氧乙烯(6EO)壬基酚对鲤鱼的LC非离子表面活性剂硫酸化时毒性降低,如脂肪醇聚氧乙烯(6EO)醚(LAE)对水蚤的LC阳离子表面活性剂乙氧基(15)牛脂叔胺(TAM-15)和乙氧基(150)牛脂叔胺(TAM-150)的HLB值分别为14.3和17.8,TAM-15对水蚤的水生生物毒性(LC带相反电荷的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂的混合,由于电中和和吸附效应可以明显地降低它们的毒性,如阳离子性很强的十四烷酰胺二甲基苄基氯化铵(NADBAC)与等摩尔的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)混合,其急性静态毒性LC另一种处理方法为氯漂处理,如将500ml、10000mg/L的乙氧基化硫醇(LC各类表面活性剂的毒性示于表3,若干表面活性剂对人体皮肤的刺激强度列于表4,若干表面活性剂的鱼毒性列于表5。3其他表面活性剂表面活性剂品种有上千种,但直链烷基苯磺酸盐(LAS),聚氧乙烯脂肪醇(AE)、聚氧乙烯脂肪醇醚硫酸酯盐(AES)和烷基硫酸盐(AS)占绝大部分。聚氧乙烯烷基酚(APE)原来也是重要品种,由于生物降解性差毒性高,其降解产物也有毒性,在10年前已开始逐步淘汰。基于环保、安全和节能的考虑,易生物降解毒性低、刺激性少的表面活性剂越来越得到重视。除了对现有品种的改良,如为了降低刺激性,AES钠盐改为三乙醇胺盐或氨盐,LAS改成镁盐,以及降低原有产品刺激性杂质含量如AES中二早在1992年第三届国际表面活性剂大会上,从表面活性剂的性能、经济和环境质量三要素考虑,除了提出用直链烷基苯磺酸钠代替支链烷基苯磺酸钠外,开发和应用易生物降解的α-烯基磺酸盐(AOS)和由天然原料制备的α-磺基脂肪酸酯盐(MES)等。近几年来开发的具有代表性的表面活性剂有以下一些。a)烷基多糖苷(APG)和葡糖酰胺(AGA)及甲基葡糖酰胺(MEGA)。它们是亲水基由植物原料制成的糖系表面活性剂,APG是由糖(从淀粉)和高级醇(从天然油脂)制造的,它与聚氧乙烯脂肪醇(AE)等非离子表面活性剂不同,亲水基是糖环。MEGA是糖与甲胺在还原条件下反应后和脂肪酸酯缩合而成。这两种非离子表面活性剂生物降解快而完全,毒性低刺激性少,性能优异,能与各种表面活性剂复配,具有优良的协同作用。b)α-磺基脂肪酸酯盐(α-SFM或MES)。它是由天然油脂得到的脂肪酸甲酯经磺化制成的表面活性剂,特点是在低浓度下即具有表面活性,耐硬水性好,对配方中酶的活性无影响。c)聚氧乙烯脂肪醇醚