CMC

羧甲基纤维素类表面活性剂在印染加工中的应用

班级：B轻化101 姓名：付大卫学号：1010802121

摘要：本文着重介绍了羧甲基纤维素类表面活性剂的应用背景，以及在作为吸附脱色处理剂，印花工艺和印花糊料时的具体应用，并将其与海藻酸钠糊的应用性能做比较，突出表现了羧甲基纤维素类表面活性剂的优越性。

关键词：高分子表面活性剂 CMC 羧甲基纤维素印染

1 前言

天然高分子化学改性是制备天然高分子表面活性剂的常用方法,近年来,由于国内外日益重视化学品对环境和人体的危害,采用天然产物制备高分子表面活性剂成为热点。淀粉衍生物、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素衍生物常作为保护胶体用于乳化和分散加工中,在适当条件下,将这类水溶性纤维素衍生物与带长链烷基的疏水性反应物进行高分子化学反应,可提高其表面活性并制得具有预期性能的含长链烷基纤维素类高分子表面活性剂[3]。

2 羧甲基纤维素类表面活性剂

2.1 CMC-g-CPAM对活性染料的吸附脱色处理

活性染料在纺织品染色中的应用日益广泛, 但该类染料分子结构中大多含有磺酸基和羧基等水溶性基团, 因而具有良好的水溶性, 含该类染料的废水是印染废水处理中的难点[1] 。

聚丙烯酰胺是最有代表性的高分子絮凝剂, 它以优异的性能在水处理中得到广泛的应用, 但其价格偏高, 使用也受诸如处理介质pH 值、离子杂质和温度等各种条件的影响。纤维素接枝聚丙烯酰胺, 由于部分取代了价格较高的合成材料, 使产品的成本大大降低[2]。从分子结构来看, 作为分子骨架的天然高分子纤维素,结合了大量的聚丙烯酰胺分子, 分子结构相对稳定, 也容易改性为阴离子、阳离子型产品。这对处理不同电性、pH值和组成的废水具有十分重要的意义。由于印染污水的胶体带负电荷, 一般采用阳离子型混凝剂, 以强化固液分离的效果。天然高分子阳离子改性产品与合成阳离子产品相比, 具有工艺简单和成本较低等优点[4]。

阳离子季铵化树脂CMC-g-CPAM 吸附树脂脱色率及吸附容量均随染料浓度的增加而增大。在保持树脂用量不变的情况下, 增大染料浓度, 可以有更多的染料分子与树脂相互作用, 所以吸附容量增大。且随着染料浓度的增加, 染料的脱色率也不断增加。

树脂对染料的脱除不仅仅依靠其与染料分子活性基团间的相互作用, 还有架桥、絮凝等作用。当染料水溶液中加入阳离子树脂后, 染料分子迅速结合到树脂上,

伸展的树脂分子链上可同时吸附多个染料分子, 依靠高分子链的连接作用形成某种聚合体, 进而结合成絮状物, 即所谓的架桥、絮凝作用。由此可以推测, 该阳离子树脂对于处理高浓度的染料水溶液具有很大的优势。树脂对染料的脱除不只是依靠树脂与染料活性基团间的相互作用, 树脂还有架桥、絮凝作用, 使染料分子团聚, 然后沉降, 从水溶液中脱除。

总之，季铵化阳离子树脂对活性染料有很好的吸附脱色性能,脱色率达90% - 98% , 对活性红SP-3B染料的吸附容量可达14mg /g[8]。CMC-g-CPAM 树脂对不同活性染料的吸附脱色性能差异微小, 这种差异可能来源于染料分子结构及浓度的差别[7]。染料在树脂中以小颗粒状态团聚, 说明树脂对染料的脱除不仅依靠树脂与染料活性基团间的相互作用, 还有架桥、絮凝作用[9]。

2.2 高取代CMC用作活性染料印花糊料

印花糊料是一种在印花色浆中起增稠作用的高分子化合物,能溶于水或在水中充分溶胀、分散而形成稠厚的胶体溶液, 作为印花色浆的主要成分, 在很大程度上决定了印花织物的色光、表面给色量、花型轮廓清晰度、印制均匀性以及织物的手感等[5] ,是影响印制效果的一个重要因素。自活性染料印花问世以来, 国内外普遍采用海藻酸钠作为印花糊料, 但是, 海藻酸钠不耐强酸、强碱和重金属离子; 易霉变,储存稳定性差; 原糊的结构黏度较低, 接近于牛顿流体的流变性能, 不利于圆(平) 网印花, 特别是高目数网印[6]; 用于平网印花流动性较大, 存在渗透性、透网性、得色量、鲜艳度不够理想等缺陷, 因此其应用受到一定的限制。近年来, 海藻酸钠的货源开始紧张, 价格攀升, 为此, 研制一种性能好、价格低的新糊料替代海藻酸钠用作活性印花的糊料, 是印染行业急需解决的问题[2] 。

在寻找海藻酸钠替代品的过程中, 合成糊料、改性淀粉和瓜尔豆胶成为国内外相关研究的焦点, 而羧甲基纤维素却少有人问津。影响羧甲基纤维素使用性能的一个重要因素就是它的取代度, 取代度是指连接在每个纤维素单元上羧甲基钠基团的平均数量。目前可用作糊料的商品化羧甲基纤维素产品大多是低取代度产品, 取代度一般为0.6—0.8[10],分子中仍存在大量的活泼羟基, 易与活性染料发生反应, 不适用于活性染料印花, 因此, 人们忽视了羧甲基纤维素作为活性染料印花糊料的应用潜力。事实上, 在取代度较高(≥1) 时, 羧甲基纤维素可以用作活性染料的印花糊料。

2.2.1 成糊率

高取代CMC的取代度在1.3 以上,也就是每个纤维素单元环上平均至少有1.3个羧甲基钠基团, 而海藻酸钠的单元环上只有1个,所以CMC 糊料大分子的静电

斥力较大, 从而形成较大的三维网格, 网裹住更多的水分, 宏观上表现出较大的黏度。而在相同含固量的情况下, CMC 原糊的黏度是随着聚合度的增大而增大的[8]。

2.2.2 黏度曲线、流变曲线和PVID 值

海藻酸钠的PVID 值较高,结构黏度小, 不适宜平网和手工印花, 且用于印制线条或精细花纹时, 难以获得令人满意的印制效果。高取代CMC的PVID 值较低,结构黏度较大,适用于圆网、平网和手工印花, 且容易印得清晰的花纹和线条[9]。由此可以推断, Cellcosan 系列原糊较海藻酸钠更适合亲水性纤维纺织品的精细花纹印花。

2.2.3 原糊的抱水性

糊料在制糊过程中, 随着糊料的溶胀, 糊料高分子之间或分子链段交接处, 由于分子间引力形成三维网状结构, 除高分子链的水化层外, 还网裹着大量水而成凝胶状, 产生很高的结构黏度。这些在水化层和网裹着的水分是原糊结构中的水分, 在织物上不会渗出, 但如果糊料高分子形成的三维网状结构裹不住部分水分, 就会使这部分水分游离出来, 在织物的毛细管效应作用下, 由这些水分的渗化造成染料随水分渗化, 使印花花纹轮廓不清, 花样模糊。

2.2.4原糊的化学相容性

印花用色浆中除含有原糊和染料以外, 还存在一些印花助剂, 如活性染料直接印花色浆中需要添加的助溶剂尿素、固色剂碳酸氢钠以及色光保护剂防染盐S 等[14]。这些助剂的存在会对原糊的性能产生一定程度的影响。 Cellcosan 系列原糊对各类化学药品的适应性与海藻酸钠相近。

2.2.5 脱糊率

对于印花工艺来说, 印花糊料只是在印花过程中必用的物质, 印花后必须将糊料洗除, 否则将影响印花织物的手感, 脱糊性越好, 织物手感越柔软。脱糊性实验是了解糊料是否容易被洗除的一个测试手段。对于活性印花来说, 脱糊性也可以在一定程度上反映糊料和活性染料的反应情况[15]。

2.3 Cellcosan TM在纺织印花工艺中的运用

Noviant 公司的Cellcosan TM是一组精制级羧甲基纤维素产品系列，是作为各类纺织印花色浆的增稠剂、液流改善剂和稳定剂而特别研制的，具有良好的均衡性和易控性。

在酸性条件下，CMC 和海藻酸钠都具有良好的稳定性。但当pH 值处于高位时，海藻酸钠溶液的粘度显著降低。海藻酸钠溶液若储存 2周，这期间其浓度降低超过4 倍，而CMC 溶液的粘度仅出现了微小的变化[17]。可见，Cellcosan系列产品色浆粘度稳定性要好于海藻酸