助剂及其在纺织染整工业中的应用

第一章总论日常生活中常用的肥皂、洗衣粉均可清洗污垢，食盐可以作为固色剂。这些物质都属于助剂，其中大部分是表面活性剂，本书我们主要讨论印染工业中常用的表面活性剂及其应用。第一节助剂及其在纺织染整工业中的应用一、纺织染整助剂概述1、定义：纺织工业从纺丝、纺纱、织布、印染到成品的各道加工工序中，都要用到各种辅助化学品，它赋予纺织品各种优异的应用性能，这种辅助化学品通称为纺织染整助剂。2、作用：提高纺织品的质量，改善加工效果，提高生产效率，简化生产过程，降低生产成本。二、纺织染整助剂分类1、根据生产工艺分：（1）纺织助剂（2）印染助剂2、印染助剂（1）无机物：食盐：固色、纤维素纤维用直接染料、活性染料染色时起促染作用。盐酸：中和作用保险粉（Na2S2O4）连二亚硫酸钠：还原能力强，一般用于染料还原,剥色及还原清洗中。在酸性、碱性及温度作用下容易分解，印花时不能使用。（2）有机物：草酸酒精：用于染料的助剂，印花调浆的有机溶剂。甘油（丙三醇）三、印染助剂的主要用途润湿、渗透：织物一般在溶液中处理，即要考虑溶液对织物的润湿渗透。乳化、分散泡沫与增溶——消泡：泡沫法是目前最具潜力的，可降低织物的带液率，达到节能的效果。洗涤：干洗适用于高档织物。柔软：手感柔软、滑爽且耐洗。还有固色、防水、防霉、抗静电等作用。四、印染助剂的现状我国印染助剂的品种、用量远低于发达国家，存在不少问题，印染后整理受到一定的局限，所以重点要用好印染助剂。而这些助剂中品种、用量最多的是表面活性剂，所以我们有必要学习表面活性剂的基本理论和性能。第二节表面活性剂的分类复习：印染助剂在染整工业中的主要用途（提问）导入：印染助剂中用量最多的表面活性剂的基本知识一、表面活性剂的定义1、表面张力（第二章详讲）物质与物质接触的面称为界面。自然界中的聚集状态为：固体、液体、气体；界面有：固—液、固—气、固—固、液—气、液—液；其中物质与气体组成的界面称表面。2、定义：当溶剂中（一般为水）加入很少量这种物质时，就能增加表面活性，大大降低溶剂的表面张力或液—液界面张力，改变体系的界面状态，从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡，以及增溶、净洗等一系列作用。二、表面活性剂的结构特点和表示方法1、基本结构表面活性剂是一种两亲分子，既亲水又亲油；一端是亲水基（极性的）；另一端是亲油基（非极性的），形成不对称结构。2、一部分溶于水，另一部分易从水中逃离，具有双重性。例：三、面活性剂的分类由于表面活性剂特殊的结构，既有亲水基又有亲油基，其种类又很多，由它们组成的表面活性剂更多，目前按ISO分类法将表面活性剂分成四大类：离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、结构混合型、特殊类型；实际中以离子型、工业用途分类最普遍1、离子类型分为：阴离子型表面活性剂：在水中电离，产生具有活性作用的阴离子基团者。阳离子型表面活性剂：在水中电离，产生具有活性作用的阳离子基团者。两性型表面活性剂：在水中电离，产生具有活性作用的基团同时带有阴、阳离子。非离子型表面活性剂：在水中不电离，具有活性作用的基团不带电荷但能发生水化作用。2、工业用途分润湿剂、渗透剂、匀染剂、固色剂、抗静电剂、分散剂、柔软剂等四、面活性剂的结构A、阴离子表面活性剂（价廉，与碱合用能增强去污力，织物洗后手感较好）I、羧酸盐类RCOOM肥皂：在软水中具有丰富的泡沫和良好的洗涤能力，用于棉织物效果尤佳，但在硬水中容易形成沉淀，降低去污力。如：雷米邦A：具有中等去污力，在硬水中稳定性高，蛋白质纤维洗后光泽，弹性及手感均有改善。II、磺酸盐类RSO3M601洗涤剂、ABS常作为棉布煮练剂和净洗剂拉开粉BX：常用作渗透剂胰加漂T：是一种有名的染整助剂，溶液呈中性，去污、乳化、渗透能力很强，匀染性好，抗硬水，洗后织物的光泽、手感均好。III、硫酸酯盐类ROSO3MIV、磷酸酯盐类ROPO3MB、阳离子表面活性剂（应用较少）季铵盐类具有很好杀菌力和抗静电作用。C、两性型表面活性剂D、非离子型表面活性剂聚乙二醇类（—OCH2CH2—）n平平加O：C18H37（—OCH2CH2—）nOH，是染整工业中常用的，其洗涤、乳化、渗透能力很强。E、特殊类型实际中常用的是阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，还选用两者的配伍使用称“协同效应”，近年来在阴离子表面活性剂中，引入聚氧乙烷结构（—OCH2CH2—）n，可改善其使用性能，扩大其用途。作业：1、表面活性剂的定义、结构特点是什么？2、画出水中加入表面活性剂后，表面张力与溶液浓度的关系曲线？3、画出水中加入表面活性剂后排列，并标出两个部分？4、按ISO分类法分类表面活性剂，并写出阴离子表面活性剂的通式？第三节表面活性剂的一般性质复习：表面活性剂的定义、结构特点、表示方法、ISO分类法（提问）导入表面活性剂的一般性质一、溶解度表面活性剂在水中溶解度的一般规律：在一定温度下，溶解度随亲油基相对增大而降低。解释：表面活性剂是两亲分子亲油基相对增大，亲水基相对减小，亲水性降低。若温度变化，溶解度随类型而异。1、离子型表面活性剂一般情况下，温度升高，离子型表面活性剂溶解度增大，但至一定温度后，溶解度增加很快。从图中可知：（1）溶解度随温度变化有一明显的突变点，此时的温度称为克拉夫特点。（2）同系物中，碳原子数增加，溶解度的转折点相应的温度上升。2、非离子型表面活性剂一般情况下，非离子型表面活性剂在低温时易溶，温度升至一定程度后，溶解度下降，表面活性剂溶液混浊，表面活性剂析出、分层。解释：温度升高，分子热运动加剧，分子间作用力下降（氢键被破坏），亲水性下降。浊点：表面活性剂析出、分层且溶液发生混浊时的温度称为浊点。结论：克拉夫特点和浊点分别是离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的特征反映。二、化学稳定性1、酸、碱稳定性（1）、一般阴离子表面活性剂在强酸中不稳定：羧酸盐易析出游离酸；硫酸酯盐易水解；磺酸盐稳定。而在碱液中均稳定。如：RCOO-+H===RCOOH（2）、阳离子表面活性剂中酸液中稳定而在碱液中不稳定，但季铵盐耐酸、耐碱性均好。（3）、非离子型表面活性剂在酸、碱液中均较稳定，但环氧乙烷加成物例外。（4）、两性型表面活性剂一般受PH值变化而改变性质。在等电点时，形成内盐而沉淀析出。注意：分子中含有酯键的表面活性剂，在强的酸或碱中均容易发生水解。2、无机盐稳定性多价金属离子对羧酸类表面活性剂影响很大，容易产生盐析。3、化学稳定定性分子结构：C—S、C—F、—O—等键牢固，不易被破坏，所以离子型表面活性剂中磺酸盐类和非离子型中聚氧乙烯醚型抗氧性好，结构稳定。4、生物活性包括：毒性、杀菌力，且两者相对应。如：阳离子表面活性剂中季铵盐类毒性大，但杀菌力好。A、生物降解性定义：表面活性剂在自然界的微生物作用下，有机碳化合物被逐渐分解，转化成CO2和H2O等对环境无公害的物质。会不会影响环境污染和生态平衡直接决定其是否能投入市场。如:卵磷脂类是两性型表面活性剂，是蛋白质的一种成分，有减肥的效果，也是一种天然产物，不仅无毒性还是一种营养物质，而且生物降解性很高。作业：1、离子型、非离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的规律分别是什么？2、什么是克拉夫特点和浊点？3、什么是生物降解性？4、表面活性剂有哪些一般性质？第四节印染助剂对环保的影响复习：离子型、非离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的关系表面活性剂的化学稳定性(酸、碱稳定性，无机稳定性等)一、全球性环境问题书上常说：人口、资源、环境已是当今世界环境科学所关注的三大问题。地球上人口较少时，资源足够为人们提供充足的必需品，几乎很少提及环境问题，但随着人口增长，生产力发展，人类盲目利用自然资源，生产和生活排放的污染物超过了自然界的容许量，环境污染越来越严重。二、印染工业对生态平衡的影响（尤其对水的影响）自然情况下，水体中各种生物数种、数量是相对平衡。在某些洗涤剂中,往往加入一定量的助洗剂三聚磷酸钠和助溶剂尿素。而三聚磷酸钠本身无毒,对人体无害,生物降解性也较好,但三聚磷酸钠中的磷和尿素中的氮却能引起江河水体富营养化,使水中藻类和浮游生物急剧生长与繁殖,水体溶解氧的能力下降,水质恶化,造成鱼类及其他水生物大量死亡,因此印染厂应尽量控制尿素用量,助洗剂三聚磷酸钠也应停用或少用,尽可能使用无磷洗涤剂。同样在双氧水漂白中使用的含磷类稳定剂,亦会影响生物降解性,使排放废水增加负荷,应引起足够的重视。水体富营养化：一种生物营养物质过多积蓄而引起水质的污染现象。在天然水体中的自养型生物主要是藻类，它们是通过光合作用合成本身的原生质，但水体富营养化后，藻类大量繁殖，占据大量水域空间，使鱼类生活空间减小，不过富营养化只适宜某些藻类生存，其他则死亡，如：以硅藻、绿藻为主转为以蓝藻为主，而蓝藻的分解产物具有毒性，使水体处于严重缺氧，也会影响鱼类生存。三、对人体健康的影响毒性包括急性毒性ＬＤ50、鱼毒性ＬＣ50和细菌、藻类的毒性ＥＣＯ50等。表面活性剂的毒性大小顺序为：阳离子表面活性剂＞阴离子表面活性剂＞非离子表面活性剂。各种表面活性剂的最高允许排放浓度为：阴离子表面活性剂8.5～43.7ｍｇ/Ｌ,阳离子表面活性剂6.5～8.5ｍｇ/Ｌ,非离子表面活性剂＜100ｍｇ/Ｌ。甲醛是过敏症的主要诱发物，浓度高于300mg/kg时，它会造成人体粘膜的强烈搔痒，引起呼吸道发炎及皮肤炎，导致结膜炎、鼻炎、肝炎、手指及脚趾疼痛等，甲醛还被怀疑会诱发癌症。各国政府对织物都限制了甲醛的容许含量。我国ＴＪ36-79标准中规定,甲醛最高允许浓度在居民区为0.05ｍｇ/ｍ３,印染车间为3ｍｇ/ｍ３。Ｅｃｏ-Ｔｅｘ规定儿童服装含游离甲醛不超过20×10-６,接触皮肤的服装为75×10-６,其他服装为300×10-６。常有报纸报道，搬进新家后人会产生呼吸不畅，凶闷等反应，主要是装潢用纺织品、涂料中含有甲醛。如：免烫整理服装如果使用高甲醛含量的整理剂，不仅价格低廉，且平挺度效果颇佳，但这样处理的服装，在加工、穿着或使用过程中，面料释放的甲醛会对人体产生不良作用。印染助剂中能产生游离甲醛的品种：（1）柔软剂Ｓ-１、ＨＲＱ、ＴＲ、ＭＳ-８０、ＭＳ-２０、ＤＴＤ等均为硬脂酰胺与甲醛的反应物,由于柔软处理后一般不经水洗,因此织物上的残留甲醛量较多。（2）ＭＦ、ＤＭＥＵ、２Ｄ、ＴＭＭ、ＨＭＭ等树脂整理剂在制造过程中都与甲醛反应,仅甲醛含量的多少不等而已。固色剂Ｙ、Ｍ是双氰胺与甲醛的缩合物,含醛量较高。（3）阻燃剂ＴＨＰＣ为四羟甲基氯化膦,由磷与甲醛、盐酸反应,虽然阻燃效果好,但甲醛含量高,同时在可逆分解反应时生成甲醛与盐酸,还可能生成致癌性的双氯甲醚。（4）防水剂ＰＦ由硬脂酸酰胺与甲醛吡啶盐酸盐反应,同时释放有毒吡啶（９０ｍｇ/ｍ３能使人中毒）；防水剂ＡＥＧ、７０３等均由醚化六羟甲基三聚氰胺等反应而成,含有甲醛；防水剂ＦＴＣ、ＦＴＧ、ＭＤＴ等均含有甲醛,应予重视。（5）粘合剂大多是自交联型,在丙烯酸酯类中加入羟甲基丙烯酰胺共聚,因此织物上难免残留甲醛。粘合剂ＭＹ、ＲＦ等这类Ｎ-羟甲基粘合剂,虽可满足300×10-６游离甲醛的要求,但仍超过75×10-６,属Ｅｃｏ-Ｔｅｘ禁用助剂。（6）分散剂ＮＮＯ、Ｎ等有时在织物上残留的甲醛量也难低于规定的极限值,要足够的重视。（7）重金属离子，在助剂中重金属离子一般含量较少,纺织品上能残留的金属有Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｐｂ和Ｃｄ等,在各类染料中分别含有这类金属的浓度含量各不相同。毛纺中的酸性媒介染料染色,所用的媒染剂为重铬酸钾或重铬酸钠,有时也用铬酸钠,均为六价铬的氧化物,毒性较大；照相雕刻中使用的感光胶,以重铬酸铵为光敏剂；铬酐（三氧化铬）是花筒镀铬的原料,都属禁用品。四、印染助剂工业的生态评估环境问题给人类生存已造成巨大危害，拯救和保护我们赖以生存的环境是刻不容缓的。近年来，西方发达国家的市场营销学中出现“绿色营销”的新观念。保护环境，减少公害，维持健康和谐的社会环境，以不断提高人类的生活质量。“绿色营销”给纺织印染助剂的选用提出了一个新的准则。即除了要考虑助剂产品的质量、性能、价格