纺织技术库

     摘要   分析了精练剂的作用机理，介绍了常用精练剂的成分，重点讨论了润湿参透性，指出磷酸酯型表面活性剂与其他表面活性剂复配技术已经成为目前精练剂研究的主流。

  精练是印染前处理工艺中非常重要的工序，目的在于去除棉纤维中所含杂质，如棉籽壳、棉蜡、果胶、蛋白质、退浆工序中未除尽的浆料以及织物上所小沾污的油渍等。近20年来，随着碱氧——浴、冷轧堆等高效短流程前处理工艺的推广，提高精练速度，节约能耗，减少用水量，缩短工艺流程等成为突出的问题，必须寻求一种渗透讯速、乳化力强，去污力高，耐高温和浓碱，耐硬水，低泡沬，生物降解性好，安全无毒的高效快速精练剂。要达到上述性能及要求，单一表面活性剂已不能满足，为些，须从协同效应和增效作用出发，研制复配多种表面活性剂及其他无机及有机助剂，以开发新颖的高效精练剂。

  作为精练剂，除了对表面活性剂的物理化学性能及应用性能的要求比较全面以外，还应考虑价格、来源等多种因素。总的要求应该是综合应用功能优越，成本合理。高效精练剂设计分析单一的表面活性剂，从结构和性能上预示其具有良好的润湿、渗透、乳化、分散和净洗的表面活性剂，以一定比例复配，使其更好地发挥协同和增效作用。助剂厂复配精练剂或印染厂自行复配精练剂，均应遵循此原则。因此，精练剂是一个传统而又与时俱进的课题，而表面科学的发展使我们能够从传统的反复尝试法过渡到基于科学的理解。

1实验部分

1.1复配实验部分

  实验材料和药品：退浆未精练棉布；未煮练帆布；仲烷基磺酸钠SAS（工业级），西安楚龙达化工有限公司；JFC磷酸酯，聚醚类AEO-9（工业级），西安石油化工厂；有机溶剂；无机物NaOH,Na₂SiO₃,Na₂CO₃,NaHSO₃.

  原料选择：复配表面活性剂通常是以一定比例的非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂进行复配。磷酸酯类表面活性剂JFC具有耐碱、耐硬水及渗透力好的特点，磺酸盐类表面活性剂SAS去污、润湿好，在这两者的基础上配以非离子表面活性剂AEO-9，三者确定为精练剂的主要成分。再配以有机溶剂、无机物更好地膨胀化棉籽壳及对钙镁离子的螯合能力，提高织物的毛效和白度。

  复配过程将SAS加水搅匀后，加入JFC磷酸酯、AEO-9及有机溶剂，并在恒温（50℃）水浴锅中搅拌，过几分钟后，再将预先用水溶解好的无机物慢慢加入其中并不断搅拌，直至混合均匀，停止搅拌和加热，冷却后即可得复配精练剂。

1.2应用测试方法

  毛效：将精练后的试样剪成经向30cm、纬向5cm的布条，在离一端1cm处沿纬向用铅笔作一平行线，并在此末端沿纬向固定一根重约3g的短玻璃棒作重荷，将试样另一端用架子固定在一横架上使其垂直悬挂，下端浸入5g/L的重铬酸钾溶液中，使液面与铅笔正好对齐。测量30min内重铬酸钾溶液沿经向上升的高度，以cm表示。数值越大，精练效果越好。

  白度：在ZBD-1型白度仪上测量。将试样按要求叠成8层，在试样的不同部位保持经纬方向一致的情况下取5个点测量，取其平均值，数据越大，白度越好。

  渗透性：透性的测试采用标准帆布沉降法。即将直径35mm的未经煮练圆形帆布置于待测溶液中，样品质量浓度为5/L，测试在不同质量浓度的氢氧化钠及温度下进行，记录帆布沉降到底部所需的时间，即沉降时间。时间越短，表明样品的润湿渗透性越好。

  耐碱性：取不同质量浓度的氢氧化钠溶液20mL置于试管中，分别加入精练剂0.5g/L，摇动试管，在不同的温度下放置一段时间，观察溶液是否保持澄清。若保持澄清则说明该精练剂可以在该质量浓度下使用使用；若有混浊、絮凝、漂油、分层等现象，则说明该精练剂不能在该质量浓度下使用。

  起泡力：取2.5g样品，加入500mL蒸馏水，用ROSS-MILES法测其室温下泡沫的高度，即为起泡力。

2结果与讨论

2.1煮练配方及工艺流程的确定

  由表1可知，随着煮练时间的延长，织物的白度和毛效都增加。当超过90min时，白度和毛效变化不大，且棉籽壳已去除干净，所以选定90min为最适合的煮练温度。

表1  不同煮练时间对煮练效果的影响

注：NaOH 20g/L，精练剂5g/L，95℃，浴比1：25.

  由表2可知，随着煮练温度的提高，织物的白度和毛效都增大。当超过95℃时，白度和毛效变化不大，且棉籽壳已去除干净，从节能方面考虑，选95℃为最适合的煮练温度。

表2  不同煮练温度对煮练效果的影响

注：NaOH 20g/L，精练剂用量5g/L，90min，浴比1：25.

  综合表1和表2，煮练配方、工艺及工艺流程如下：配方NaOH 20g/L，精练剂5g/L，Na₂SiO₃0.5g/L，NaHSO₃0.5g/L，4A沸石0.5g/L；工艺：温度95℃，时间90min，浴比1：25；工艺流程：煮练液的配制→升温搅拌→95℃煮练→热水洗→冷水洗→烘干。

2.2精练剂组分的结构与性能

2.2.1耐碱性

  表面活性剂的耐碱性包含两个方面。一方面是化学结构的稳定性，主要表现为强碱对亲水基因才破坏，例如，含有羧酸酯等基结构的物质，在浓碱液中易水解，结构被破坏，从而失去表面活性；含有磷酸酯、硫酸酯盐类表面活性剂在浓碱液中稳定性比较高，具有良好的耐碱性。另一方面是在水液中的聚集态稳定性，主要表现为盐效应破坏表面活性剂的溶剂化作用，使表面活性剂漂浮或下沉而与水分离。含聚氧乙烯链段的非离子表面活性剂靠氧乙烯链段与水形成氢键而溶于水，在浓碱液中溶解度下降大，而阴离子表面活性剂主要靠极性基因的阴离子化而溶于水，碱性条件有利于其水溶性，但是在浓碱液中由于强烈的盐效应影响阴离子基因的阴离子化，也会影响其水溶性。对于相同亲水基结构的表面活性剂，疏水链越短，水溶性越好；疏水链支化度越高，水溶性越好；自然可以耐受较高质量浓度的碱或盐。

2.2.2润湿渗透性原理

  当一滴液体滴加于一个固体物表面时，可以用杨氏方程式描述为：cosθ=(γ_SG－γ_LS)/γ_LG式中：θ为液－固之间的接触角膜；γ_LG为液体的表面张力；γ_LS为液－固体之间的表面张力。

  在以接触角表示润湿性时，习惯上将θ=90℃定为润湿与否的标准。Θ＞90℃不润湿；θ＜90℃可润湿。由上式可知，此时γ_SG＞γ_LG+γ_LS，θ越小，即液体表面张力越小，润湿性能越好。合成纤维属疏水性高分子，具有高能表面或低的表面张力，不易被水润湿；尽管棉纤维为亲水性纤维，但原棉在精练前被一层疏水性棉蜡所包裹，也不易被碱液润湿和渗透。在精练液中加入表面活性剂，使精练液的表面张力极大地降低，也由于表面活性剂在界面的吸附作用，大大降低了液体和纤维之间的界面张力，使得润湿较容易进行。对于纺织物这种多孔体系，可以使用毛细管模型来描述。液体在毛细管中上升的液柱静压P与接触角θ、γ_SG、γ_LG及毛细管半径r存在下列关系：P=２γ_LG cosθ/r=２(γ_SG－γ_LS)/r，可见精练织物要具有毛效的判据是要具有液柱静压，即θ＜90℃，或者γ_SG＞γ_LS，液体能够润湿毛细管内壁，且弯液面向下，这与平板润湿模型的结论是一致的。此时，毛细管半径变小或降低液体表面张力都能提高液柱静压，在利于提高毛效。当液体不能润湿湿毛细管内壁时，毛细管内弯液面向上，不产生抟细管效应，故作为精练剂的表面活性剂应具有有良好的快速降低液体表面张力的能力。通过表面活性剂的润湿作用，织物中的油蜡与纤维的粘附力减弱，界面逐渐缩小，使油蜡从织物上胶落下来。此时油蜡的微粒与水的接触面增大，表面能增高，是一种很不稳定的体系。精练剂中的表面活性剂由于具有乳化和分散作用，在水中容易形成胶束，将油蜡包裹在胶束中，形成比较稳定的体系，可以防止油粒在织物上再沉积。另一方面，借助于表活性剂的润湿作用，在一定的温度和足够的时间条件下，烧碱与纤维上的杂质充分作用使其分解，并使其分解物溶解或借助于表面活性剂分散在精练中，通过水洗而去除。

２.２.３表面活性剂化学结构对润湿渗透性的影响

  精练剂首先要对织物纤维充分润湿，一般的合成纤维具有弱极性表面，不容易被水或碱液润湿；棉纤维的干净表面极性较强，可被水润湿，但是在覆盖了油脂后转变为非极性表面，了不易润湿。实际上，精练液对纤维的有效润湿涉及到表面活性剂在固体表面和液体表面的吸附以及在溶液中形成胶束的相对能力大小。表面活性剂对非极性固体表面的润湿，首先是其非极性尾链依靠范德华力吸附在非极性固体界面，极性头插入水中，使其界面转变为极性，有利于水溶液的铺展；或者插入到油脂与纤维界面，使油脂从纤维界面脱附。要强调的是对固体仅限于较弱的物理吸附。由于在水中普通纤维表面常常带负电荷，如使用阳离子性表面活性剂，将与纤维表面的阴离子形成静电结合的吸附层，使纤维表面成为疏水性，因而阳离子表面活性剂不适合用作润湿剂。良好的润湿剂应该有适当的亲水－疏水平衡值（HLB值7~9），对非极性固体水都具有适中的亲和力。疏水链烷基碳数在4~12之间较好，最好为7~9碳链，除了有良好的表面活性和适当的HLB值以外，也具有较快的润湿渗透速度；对于高质量浓度盐、碱等电解质溶液 ，以碳数在4~6为好。由于在浓电解质溶液中降低了水溶性，这种短链表面活性剂取得了亲液－疏液性质的平衡。从亲水基因在表面活性剂分子内的位置考虑，当亲水基位于分子端位时，表面活性剂容易形成稳定的胶束，具有优良的乳化净洗力和较差的渗透润湿力，随着亲水基向分子中部迁移，在溶液中胶束的稳定性降低，润湿渗透性能逐渐上升。当亲水基处于分子的正中部时，其润湿浸透力达到了最佳。换言之，疏水部分为支链烷基的表面活性剂渗透性更好。

2．2．4表面活性剂的复配

  以上重点讨论了精练剂的润湿渗透性，实际上，织物的精练是一个非常复杂的物理化学过程，在表面化学方面，精练剂的乳化性、分散性、螯合金属离子的能力等都是非常重要的性质，这些性质单靠某种表面活性剂是难以完成的，常常是将几种不同类型的精练剂，其中使用最多的是磷酸酯类表面活性剂。磷酸酯类表面活性剂在高温、浓碱条件下具有很好的润湿渗透作用，同时与其他阴、非离子表面活性剂有很好的协同作用，将磷酸酯与其他表面活性剂复配能大大增强煮练液的润湿、乳化、净洗作用。有机磷化合物具有很好的协同效应，其磷原子在化合物中形成sp³d杂化共价键或配位键，这种特性使其化合物结构尽可能均一，且极易吸收或螯合其他分子。对阴离子而言，有3种胶束模型描述其作用：（1）夹心型，化合物进入胶团内核；（2）栏栅型，化合物窗插在表面活性剂分子间；（3）吸收型。化合物吸收于胶团的表面。这种新的胶团化现象决定了复配物的特性，形成新的临界胶束质量浓度和克拉夫特（Kraft）点。各种精练剂的性能见表3.

表3  各种精练剂的性能测试（25℃）

注：各种精练剂用量均为3g/L。

  由表3可知，几种表面张力相当。JFC磷酸酯具有较高的耐碱性和浊点，泡沫少，渗透力好；JFC渗透最好，起泡力最小，但不耐碱和高温；TX－10和AEO－9均无特殊优点；ABC虽具有较高的浊点，但渗透性差，泡沫较丰富。所以选用JFC磷酸酯。

2.3 精练剂的作用机理

精练过程是纺织品在一定温度下与碱和精练助剂进行的一个复杂的化学和物理化学过程，它包括渗透、净洗。膨化、乳化、皂化、分散、螯合和脱色等作用，其中渗透和净洗是较为重要的作用，精练过程第一步是在表面活性剂作用下，练液及化学药剂向纤维内部渗透，使纤维及杂质膨化；第二步为净洗作用，即纤维经充分润湿后，其天然杂质经过热和化学品的皂洗、乳化、萃取、分散等作用而被去除。精练剂的作用是帮助碱液渗透到纤维内部，促进蜡状物的皂化，棉籽壳、蛋白质和果胶等的分解，使已脱离纤维的杂质分散在煮练液中，防止重新附着在纤维上。因此，一只优良的精练剂，不仅要求其具有良好的降低溶液表面张力的能力和渗透到纤维内部的速度，而且还要求对纤维上的天然杂质能起到皂化、乳化、分散等作用。

去除纤维素共生物（棉蜡、果胶、木质素、色素、棉籽壳等）主要用剂为烧碱，起一部分被纤维素吸附，一部分用来分解蛋白质，皂化油脂，中和氨基酸和脂肪酸。多糖醛酸等，所以必须有一定的过量。要求精练助剂必须具有良好的润湿、乳化、分散作用，促进碱剂对棉的精练作用；还要求在低温下渗透力强，耐高温强碱、耐氧漂和较强的洗涤力。

2.4 精练剂应用指标测试及比较

由表4可知，复配精练剂的白度和毛效比KRD-1助剂要好，由于有机、无机助剂的润湿、膨化作用，使得对棉籽壳的去除也有效，除杂均匀，可与进口助剂媲美。

表4  精练剂应用指标测试

3结论

3.1依据表面活性剂的润湿渗透性原理、耐碱性，复配高效快速精练剂.

3.2磷酸酯类表面活性剂与其他表面活性剂复配具有协同增效作用，能大大增强煮练液的润湿、渗透和净洗作用，性能良好.

3.3复配的精练剂耐碱、耐高温，有机溶剂的存在能较好地去除棉籽壳，煮后织物的毛效、白度均良好.

   参考文献：

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