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        織物柔軟劑的發(fā)展回顧和方向探討

        2019-02-26 11:40:30陳國雄
        印染助劑 2019年2期
        關(guān)鍵詞:效果

        陳國雄

        (原上海助劑廠,上海201419)

        紡織品經(jīng)過前處理和一系列染整加工后,去除了天然油脂、蠟質(zhì),使手感變得粗糙,降低了原有的平滑感。另外,有些織物需要經(jīng)過高溫處理,如樹脂整理、合成纖維熱定型、腈綸汽蒸膨化以及涂料印花等,也會使手感變得粗硬。為了克服上述缺點,需要使用柔軟劑來加以改善。柔軟劑是指能吸附于紡織品纖維表面并使纖維表面平滑,降低纖維摩擦系數(shù),使紡織品手感更舒適的紡織助劑。在紡織助劑中,柔軟劑品種最多,用量最大。

        柔軟劑大多是疏水基為16個碳原子以上的表面活性劑,從整理浴吸附到纖維表面形成疏水性柔軟平滑薄膜,顯示出平滑柔軟效果[1]。

        1 柔軟劑的作用機理

        柔軟劑的作用應(yīng)從表面活性劑在纖維上的吸附特性開始闡述。陽離子表面活性劑在織物纖維表面上吸附是使織物產(chǎn)生柔軟性和抗靜電性的先決條件,但吸附效應(yīng)與陽離子表面活性劑分子結(jié)構(gòu)、處理溫度、pH等因素有關(guān),因為在水中多數(shù)纖維表面帶負電荷,可以通過陽離子表面活性劑的正電荷加以吸附,因結(jié)合力強,能耐高溫、耐洗滌,整理后織物手感豐滿、滑爽、蓬松,同時也改善了織物的抗靜電效果,改進織物的耐磨性及撕破強力[2-3]。

        陰離子表面活性劑通過整理浴吸附到纖維表面,成油膜時疏水基部分往往在內(nèi)側(cè),而親水基部分都在外層,因親水基在纖維表面時對平滑性有妨害,所以用陰離子表面活性劑處理纖維不能賦予纖維良好的柔軟性。

        非離子型柔軟劑的手感和陰離子型近似,它們對纖維的吸附性差,耐久性低,對合成纖維幾乎沒有作用,主要應(yīng)用于纖維素纖維的后整理,在纖維油劑中起乳化和平滑作用。

        兩性型柔軟劑具有兩個或兩個以上官能團,在水溶液中通過不同介質(zhì)發(fā)生不同形式的電離,可以呈現(xiàn)陰離子或陽離子表面活性劑的特性。兩性型柔軟劑親水性較好,能生物降解,是正在發(fā)展中的一類柔軟劑。

        2 柔軟劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與柔軟性能

        陽離子型柔軟劑對各種天然纖維、合成纖維的結(jié)合力很強,降低摩擦系數(shù)最為有效,能耐高溫和洗滌,對合成纖維具有一定的抗靜電效果[4]。但是有些陽離子柔軟劑具有泛黃、使染料變色、抑制熒光增白、降低耐日曬色牢度的缺點。柔軟效果還與兩個烷基長鏈有關(guān),直鏈烷基的柔軟效果比支鏈好,帶飽和基團比帶不飽和基團好。溶液呈微酸性時吸附效果最好,而在堿性條件下,織物表面的吸附不僅不均勻,而且易產(chǎn)生解吸現(xiàn)象。陽離子型柔軟劑以靜電引力吸附在纖維表面,親水性基團朝向纖維,疏水性基團朝向空氣,對大部分纖維具有親和性,使用少量陽離子型柔軟劑就有較好的效果[5]。陽離子型柔軟劑中,雙烷基二甲基季銨鹽類柔軟劑能賦予織物最佳的柔軟性,其次是咪唑啉化合物和二酰胺基烷氧基季銨鹽類柔軟劑。陽離子型柔軟劑用量一般較少(0.1%~0.2%),它們常以單分子或者幾個分子層在纖維表面成膜,形成垂直定向吸附層,吸附層厚度為5~10 nm,足夠產(chǎn)生柔軟作用[6]。季銨鹽柔軟劑在棉布上的吸附速率,低濃度時比高濃度快得多。EVANS W P研究發(fā)現(xiàn),季銨鹽柔軟劑的吸附量順序為羊毛>黏膠>棉>醋纖>滌綸>腈綸。因為合成纖維在溶液中負電荷很弱,致使其吸附量較少。有人對3種柔軟劑的吸附行為進行了動力學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)3種季銨鹽柔軟劑的吸附速率常數(shù)大小為:烷基咪唑啉季銨鹽>酰胺基季銨鹽>烷基季銨鹽。陽離子型柔軟劑能大大降低靜摩擦系數(shù),處理后的織物手感非常柔軟,并且?guī)в邢炠|(zhì)般的潤滑感。

        陰離子型柔軟劑使用歷史最長,潤濕性好,由于纖維在水中帶負電荷,所以陰離子表面活性劑難以被纖維吸附,因此柔軟效果較差。陰離子型柔軟劑在加工白色織物時具有獨特的滑溜感,還可提高熒光增白劑效果。陰離子型柔軟劑對合成纖維幾乎沒有作用,主要用于纖維素纖維的后整理,在纖維油劑中起乳化和平滑作用。

        非離子型柔軟劑與各種化學(xué)品相容性良好,為多元醇酯類,如季戊四醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯以及聚乙二醇類。非離子型表面活性劑具有良好的配伍性,可以與其他助劑復(fù)配,效果良好[7]。將少量非離子型表面活性劑加入到離子型表面活性劑溶液中,整個體系的臨界膠束濃度(cmc)會明顯下降,這是因為兩種表面活性劑在溶液中形成混合膠團,離子之間的電性斥力減弱,容易形成膠團。反之,將離子型表面活性劑加入到非離子型表面活性劑中,非離子型表面活性劑的濁點也會提高。

        兩性型柔軟劑是為了改進陽離子型柔軟劑的缺點而發(fā)展起來的,對合成纖維的親和力強,沒有泛黃、使染料變色或抑制熒光增白劑等缺點,能在寬pH介質(zhì)中使用,但柔軟效果不如陽離子型柔軟劑[8]。重要的是兩性型表面活性劑獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu),在與其他類型的表面活性劑復(fù)配時,能產(chǎn)生不可替代的協(xié)同性或復(fù)配性[6]。咪唑啉兩性表面活性劑性質(zhì)溫和、毒性低、刺激性小、生物降解性好,對金屬Fe、Cu、Al等具有緩蝕作用,能乳化、分散、滲透、殺菌,耐硬水及高含量電解質(zhì)。根據(jù)親水基團不同可分為羧酸型、磷酸酯型、磺酸型和硫酸酯型。為控制最終產(chǎn)品的顏色,咪唑啉柔軟劑的制備除用N2保護外,可以添加0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硼氫化鈉。咪唑啉季銨化反應(yīng)屬于雙分子親核取代反應(yīng),反應(yīng)速率取決于親核試劑的強弱和離去基團的離去能力,離去基團為Cl-時反應(yīng)較慢,而離去基團為硫酸二甲酯時反應(yīng)較快,咪唑啉與硫酸二甲酯的反應(yīng)速率至少比氯甲烷快100倍。

        高分子型柔軟劑由聚乙烯、有機硅等樹脂制成乳液,不僅有較好的柔軟效果,而且還有一定的防皺和防水性能。聚乙烯乳液是將聚乙烯進行氧化處理,使分子部分羧基化增加親水性,平滑效果好,國內(nèi)稱之為柔軟劑PE。有機硅類柔軟劑主要是聚硅氧烷及其衍生物,主要分為聚二甲基硅氧烷、活性聚硅氧烷和氨基改性聚硅氧烷等。

        3 國內(nèi)柔軟劑的發(fā)展概況及現(xiàn)狀

        我國早在50年代就開始生產(chǎn)柔軟劑,將石蠟、硬脂酸、白油、表面活性劑和水經(jīng)快速攪拌而成,用于針織內(nèi)衣織物的后處理。自60年代起,我國開始發(fā)展外銷經(jīng)樹脂整理的印染產(chǎn)品。由于柔軟劑能改善織物的若干物理性能而成為必須添加的助劑之一。最先引進的國外商品是德國赫司脫(Hoschst)公司的柔軟劑Persistol vs,屬于乙烯亞胺反應(yīng)型柔軟劑,具有一定的拒水作用,國內(nèi)在60年代中期自行試制了柔軟劑vs,年產(chǎn)量一度達到千余t之多。后來由于vs類產(chǎn)品中存在一定量的游離乙烯亞胺,國外資料明確報道了有致癌作用,國內(nèi)各應(yīng)用廠家也屢有發(fā)生皮膚過敏及影響健康的情況,于1986年正式停產(chǎn),從而開始謀求其他柔軟劑,如表1所示。

        表1 我國先后推出的柔軟劑產(chǎn)品(部分選擇)

        4 柔軟劑的發(fā)展方向

        織物柔軟劑在國外發(fā)展比較成熟,品種也繁多,處理不同纖維、不同織物選擇不同類型的柔軟劑。

        季銨鹽類柔軟劑是一種效果明顯的柔軟劑,例如雙十八烷基二甲基季銨鹽柔軟效果突出,僅用1%~2%(omf)就能起到理想的柔軟效果,且毒性低、刺激性小,使用在嬰兒尿布的柔軟加工中,50年代美國、60年代日本就已開始使用[9]。但也存在一定的缺點,如增加了纖維的疏水性,降低了纖維的吸濕性,生物降解困難以及穿著不舒適。隨著復(fù)配技術(shù)的發(fā)展,可制備出性能更優(yōu)、功能更全的柔軟劑。如雙十八烷基二甲基季銨鹽添加N-十二烷基二甲基氯化銨,可使吸濕性、抗靜電性、易泛黃性得到改善;如加入雙烷基(含酯基)甲基叔胺、單烷基(含酯基)雙甲基叔胺(按一定比例混合),柔軟性顯著提高?,F(xiàn)在國內(nèi)外已研制開發(fā)出可生物降解的柔軟劑,具有兩個長鏈烷基(含酯基)的季銨化合物及具有兩個長鏈烷基(含酯基)的酰胺基季銨化合物。如將烷氧基化的雙酰胺類柔軟劑和雙長鏈(含酯基)烷基雙甲基季銨類柔軟劑復(fù)配,生物降解性好,冷水可溶,儲存穩(wěn)定。

        目前開發(fā)新型可生物降解的柔軟劑已成為一種趨勢。在研制的新型柔軟劑中,烷基鏈和季氮之間至少含有一個酯基,酯基在廢水中極易被微生物分解為C16、C18脂肪酸和陽離子代謝物,脂肪酸進一步代謝為CO2。二烷基酯基季銨鹽不僅生物降解性好,而且原料成本低,固體物含量高,復(fù)配性好,具有很好的發(fā)展前景。

        含酰胺基的陽離子柔軟劑正在發(fā)展中,由脂肪酰胺基替代脂肪基,可改進柔軟劑的耐熱性,酰胺基存在可使分子的熔點大大提高,使分子具有一定的剛性,從而使織物彈性提高,手感豐滿厚實。雙酰胺類柔軟劑的柔軟性、流動性不如雙十八烷基雙甲基胺,如將雙酰胺類柔軟劑和烷基酰胺乙基咪唑啉類柔軟劑復(fù)配,其柔軟性、流動性可得到改善[10]。陽離子柔軟劑的類型很多,也在持續(xù)發(fā)展中,性能在不斷改進,品種在不斷增多,這些都和應(yīng)用有著直接的聯(lián)系。柔軟劑在外形方面由普通乳化型、濃縮型趨向片狀型,俗稱軟片,即將柔軟劑基體與乳化劑、增溶劑混合,再配以抗氧劑等制成固體,經(jīng)切片或造粒而成,使用時先溶于熱水形成10%的溶液,再用常溫水稀釋。含有酰胺基的單烷基季銨鹽在常溫水中攪拌即可分散,為應(yīng)用帶來了方便。

        5 結(jié)束語

        (1)近幾十年來,有機硅柔軟劑發(fā)展非常迅速,已成為當(dāng)今世界柔軟劑的主流產(chǎn)品,我國近十幾年來也大量生產(chǎn)并不斷開發(fā)出新產(chǎn)品,目前已發(fā)展應(yīng)用到第4代有機硅微乳液。近年來,又開發(fā)出含有多種活性基團的有機硅柔軟劑,使其兼具多種活性基團的優(yōu)點。如聚醚-氨基改性有機硅柔軟劑可賦予織物良好的柔軟、豐滿、彈性,而且處理后的織物耐洗性及吸汗性好,可以減少乳化劑用量。氨基-環(huán)氧基改性有機硅柔軟劑使織物平滑、柔軟,提高織物的耐洗性和抗靜電性。

        (2)優(yōu)良的柔軟劑應(yīng)兼具降低纖維表面張力,減小摩擦,賦予織物抗靜電性能,但單一組分的柔軟劑難以全面具備上述多種作用,因而柔軟劑商品常由多種組分復(fù)配而成。特別是從降低纖維表面張力的作用來看,不同纖維用不同的柔軟劑。由多種組分復(fù)配而產(chǎn)生的增效作用,既可降低成本,又可獲得滑柔兼顧的效果,增加產(chǎn)品附加值。一般氨基有機硅和蠟類柔軟劑復(fù)配使用會產(chǎn)生較好的效果。由此來看,今后柔軟劑會出現(xiàn)更多的商品,而且都朝著大分子方向發(fā)展。

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