表面活性劑在紡織物染整加工中的應用

表面活性劑在紡織物染整加工中的應用

潤濕劑、精鹽劑、乳化劑、均勻染料、分散劑、增稠劑、精鹽劑和陰離子制劑、分散劑、分散劑、分散劑、，以及柔軟劑、抗靜電劑、防水劑、，阻燃劑和樹脂洗脫劑。由于表面活性劑的環(huán)保性能，紡織物的綠色加工與使用表面活性劑的環(huán)保性能密切相關(guān)。因此,在紡織物染整加工中選用符合環(huán)保要求的包括表面活性劑在內(nèi)的各類助劑和化學藥品就顯得特別重要。表面活性劑的環(huán)保性能,主要是指表面活性劑本身的毒性大小和可生物降解的程度。表面活性劑殘留在織物上將危及人體,表面活性劑隨著廢水排出而不被降解則污染環(huán)境危害生物。1非離子表面活性劑的生物降解性殘留在處理浴中的表面活性劑,隨著廢水排出,應該說大部分在污水處理場經(jīng)受分解,但如果未經(jīng)處理而直接排入河道,則表面活性劑的生物降解性就顯得特別重要。表面活性劑的生物降解性,在開始使用合成洗滌劑時為解決烷基苯磺酸鈉(ABS)產(chǎn)生大量泡沫的問題而已經(jīng)引起人們的注意。經(jīng)過對表面活性劑分子結(jié)構(gòu)與生物降解性關(guān)系及分解機理的研究,后來采用易生物分解的直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)代替高度支鏈的ABS,泡沫問題迎刃而解。關(guān)于表面活性劑生物降解性的評價,已經(jīng)提出的主要有兩種方法,一種是用甲基藍活性物質(zhì)(MBAS)作為指標的初級(一級)評價法,和以TOC、BOD/TOD作為指標的最終評價法。表面活性劑的生物降解性與其化學結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)有關(guān),其主要表現(xiàn)在:a)表面活性劑的疏水基在性質(zhì)上越接近脂類,則越容易生物降解,因此直鏈烴基的表面活性劑在較少的處理時間內(nèi)比支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物降解更快和更為完全;b)表面活性劑的親水基(極性部分)對生物降解的趨勢也有重要的影響,最通常應用的非離子表面活性劑具有一個聚氧乙烯鏈(POE)作為其親水基,其生物降解的速度和程度取決于這個鏈長,鏈越長則越難于生物分解?，F(xiàn)就以若干典型的表面活性劑為例闡述化學結(jié)構(gòu)與生物降解性的關(guān)系,從而說明它們生物降解的難易。烷基苯磺酸鹽(ABS)是陰離子表面活性劑中極其重要的品種,由于原料和合成路線的不同,產(chǎn)生了兩種結(jié)構(gòu)和性能不同的產(chǎn)品。一種產(chǎn)品是1940年開發(fā)的以C在良好的污水處理情況下,純的直鏈ABS可以達到99%的除去率,但實際的LAS產(chǎn)品含有少量降解較慢的ABS雜質(zhì),所以在常規(guī)的污水處理中降解率在90%～97%范圍,其余的分解速率就相當緩慢。而BAS,在同樣的處理條件下降解率約為65%。當然,在足夠的時間(1年左右)BAS也會全部生物分解。研究表明,烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)中只有支鏈處于烷鏈的一端(末端)時才明顯降低其生物降解速率。支鏈越接近苯環(huán)影響越小,相鄰苯環(huán)的支鏈就不會影響其生物分解性。BAS的生物降解性差就是由于在烷鏈的末端存在高度的支鏈。非離子表面活性劑按其分類,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、烷基單乙醇酰胺、烷基二乙醇酰胺、烷基二甲胺氧化物和糖脂等,由于結(jié)構(gòu)的不同,它們生物降解的性能差異很大。在直鏈醇乙氧基化物中,疏水鏈的長度從C與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。伯醇乙氧基化物中帶有少量(12%以下)的甲基支鏈,對生物降解性沒有明顯的影響。但分子中苯酚的存在,就會明顯降低直鏈烷基酚乙氧基化物的生物降解性(從每30天70%～80%降至30%左右),而帶有支鏈烷基的壬基酚更為嚴重地降低其生物降解性(降至約5%/30天)。糖—脂肪酸酯(蔗糖—單月桂酸酯、蔗糖—單棕櫚酸酯、蔗糖—單硬脂酸酯)的生物降解性極好(80%～90%/30天),可歸于易于分解的一類中。把氧丙烯基(PO)引入非離子表面活性劑中形成氧丙烯—氧乙烯嵌段共聚物時,會影響原有的非離子表面活性劑的性能如起泡力、濁點和流點等等,對生物降解性也產(chǎn)生負效應,其影響程度取決于氧丙烯的量(氧丙烯嵌段的尺寸)和支鏈化程度。對于直鏈醇脂肪醇或羰基合成醇氧丙烯—氧乙烯(PO/EO)加成物,能夠完全生物降解的最大的氧丙烯嵌段,如果位于氧乙烯鏈的中部,只能有約4個等效長度。2.8PO加成物(脂肪醇—3.7EO/2.8PO/3.7EO)在充分的馴化時間后,>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)在一級降解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)的一級降解率(32天后)卻<80%。如果疏水基帶有支鏈,要有效地生物降解,只能嵌段更少的PO。陽離子表面活性劑由季銨脂族含N化合物或者類似結(jié)構(gòu)的脂環(huán)或芳環(huán)體系例如吡啶或咪唑啉組成帶正電荷的水溶性基因,以及至少一個或兩個C各類表面活性劑的生物降解性示于表1、表2。2表面活性劑的水生生物毒性與乙氧基化物含量(c)表面活性劑開發(fā)半個多世紀以來,作為洗滌劑大量使用的當初就發(fā)現(xiàn)對皮膚產(chǎn)生明顯的刺激作用,后來逐步認識到在接觸過程中對人體安全性的潛在危險以及隨著廢水排入河流中對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的影響。表面活性劑的毒性或安全性,常以試驗動物口喂的半數(shù)致死劑量(LD表面活性劑的化學結(jié)構(gòu)與其水生生物毒性的關(guān)系可歸納如下:a)疏水性越大(HLB值越高)的表面活性劑,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)與非離子表面活性劑相比,結(jié)構(gòu)相似的陰離子表面活性劑,由于疏水性降低而毒性較低。陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鈉(LAS)對魚的急性毒性,鏈長C非離子表面活性劑聚氧乙烯(6EO)壬基酚對鯉魚的LC非離子表面活性劑硫酸化時毒性降低,如脂肪醇聚氧乙烯(6EO)醚(LAE)對水蚤的LC陽離子表面活性劑乙氧基(15)牛脂叔胺(TAM-15)和乙氧基(150)牛脂叔胺(TAM-150)的HLB值分別為14.3和17.8,TAM-15對水蚤的水生生物毒性(LC帶相反電荷的陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑的混合,由于電中和和吸附效應可以明顯地降低它們的毒性,如陽離子性很強的十四烷酰胺二甲基芐基氯化銨(NADBAC)與等摩爾的陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SLS)混合,其急性靜態(tài)毒性LC另一種處理方法為氯漂處理,如將500ml、10000mg/L的乙氧基化硫醇(LC各類表面活性劑的毒性示于表3,若干表面活性劑對人體皮膚的刺激強度列于表4,若干表面活性劑的魚毒性列于表5。3其他表面活性劑表面活性劑品種有上千種,但直鏈烷基苯磺酸鹽(LAS),聚氧乙烯脂肪醇(AE)、聚氧乙烯脂肪醇醚硫酸酯鹽(AES)和烷基硫酸鹽(AS)占絕大部分。聚氧乙烯烷基酚(APE)原來也是重要品種,由于生物降解性差毒性高,其降解產(chǎn)物也有毒性,在10年前已開始逐步淘汰?；诃h(huán)保、安全和節(jié)能的考慮,易生物降解毒性低、刺激性少的表面活性劑越來越得到重視。除了對現(xiàn)有品種的改良,如為了降低刺激性,AES鈉鹽改為三乙醇胺鹽或氨鹽,LAS改成鎂鹽,以及降低原有產(chǎn)品刺激性雜質(zhì)含量如AES中二早在1992年第三屆國際表面活性劑大會上,從表面活性劑的性能、經(jīng)濟和環(huán)境質(zhì)量三要素考慮,除了提出用直鏈烷基苯磺酸鈉代替支鏈烷基苯磺酸鈉外,開發(fā)和應用易生物降解的α-烯基磺酸鹽(AOS)和由天然原料制備的α-磺基脂肪酸酯鹽(MES)等。近幾年來開發(fā)的具有代表性的表面活性劑有以下一些。a)烷基多糖苷(APG)和葡糖酰胺(AGA)及甲基葡糖酰胺(MEGA)。它們是親水基由植物原料制成的糖系表面活性劑,APG是由糖(從淀粉)和高級醇(從天然油脂)制造的,它與聚氧乙烯脂肪醇(AE)等非離子表面活性劑不同,親水基是糖環(huán)。MEGA是糖與甲胺在還原條件下反應后和脂肪酸酯縮合而成。這兩種非離子表面活性劑生物降解快而完全,毒性低刺激性少,性能優(yōu)異,能與各種表面活性劑復配,具有優(yōu)良的協(xié)同作用。b)α-磺基脂肪酸酯鹽(α-SFM或MES)。它是由天然油脂得到的脂肪酸甲酯經(jīng)磺化制成的表面活性劑,特點是在低濃度下即具有表面活性,耐硬水性好,對配方中酶的活性無影響。c)聚氧乙烯脂肪醇醚