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纺织品涂层整理剂的生态问题和解决方法

文章出处:永利皇宫官网责任编辑:人气:-发表时间:2015-07-31 22:19【


摘要  纺织品涂层整理是一种重要的整理技术。本文阐述了涂层整理剂的生态要求,对涂层整理剂的生态问题进行了分析,并指出解决的方法和取代品。

关键词  纺织品  涂层整理剂  生态问题  解决方法

1   引言

  纺织品在生产加工过程中会接触到各种各样的化学品,特别是后整理加工,它作为一个典型的化学处理过程,会用到种类繁多的后整理剂,它们中有不少品种含有或会产生对人体和生态环境有害的化学物致的毒性和毒理学研究,并颁布了禁用和限制使用的纺织品后整理剂的法规,其中以欧盟的ECO-Label和国际生态纺织品研究和检验协会的ECO-Tex  Standard  100最为著名,尤其是前者由欧盟委员会作为法规发布,各成员国视为本国政令,属政府行为,这样从法律上对纺织品的后整理剂提出安全性和生态性的技术要求,使纺织品在生产、流通和消费过程中能够保障人体健康和人身安全。目前在这些法规和标准中对抗皱压烫整理、柔软整理、阻燃整理、防水拒油整理、抗菌除臭整理、防霉整理、防蛀整理、防螨整理、抗病毒整理等都明确提出了禁用或限用的化学物质[1],但对涂层整理不够清楚。涂层整理是纺织品的一种重要的后整理技术,目前世界涂层整理的纺织品已占纺织品总量的30%,涂层剂消耗量以质量计已达纺织助剂总量的约50%,涂层整理剂究竟有否生态问题,该采用何种方法来解决或用何种化学物质来取代是众所关心的纺织品后整理剂生态问题之一。

2   涂层整理剂的生态评估

    涂层整理剂作为一种重要的纺织助剂,它的生态要求与其他的纺织助剂一样有下列八条[1]

    ①高生物降解性,包括平均生物降解度和初始生物降解度。

    ②低毒性,包括急性毒性、反复接触性毒性、致癌性、刺激性、过敏性、诱变性、鱼毒性、水生细菌和藻类毒性等。

    ③低甲醛或无甲醛。

    ④不能含有环境激素。

    ⑤可萃取重金属的含量不能超过允许限量。

    ⑥24种致癌芳香胺的含量或在特定(即还原)条件下裂解产生的24种致癌芳香胺的含量不能超过允许限量30mg/kg(ECO-Tex Standard 100中要求不超过20mg/kg)

    ⑦不能含有可吸附有机卤化物。

    ⑧不能含有其他有害化学物质,包括危险物质、挥发性有机化合物、磷酸盐、聚磷酸盐、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸等。

    这八条要求从绿色化学的角度来说可以概括成四点,即

    ①涂层剂的分子结构是否对人体有毒和对环境有害。

    ②涂层剂在生产和使用过程中是否会产生或分解释放出对人体有害和对环境污染的化学物质。

    ③涂图层剂在纺织品上是否会残留有毒或有害化学物质。

    ④涂层剂能否被回用或再生?能否被转化为无害物质或能否被生物降解?

3   涂层整理剂的生态问题和解决方法

    涂层整理剂是一种涂复或粘合在织物表面具有独特性能的成膜性高分子材料制剂,一般由两种以上单体共聚而成。它具有一定粘附力,能形成连续薄膜。目前用作涂层整理剂的高分子材料以聚丙烯酸酯(PA)和聚氨酯(PU)两大类为主,聚丙烯酸酯是国内涂层厂家广泛使用的涂层剂品种,其涂层胶具有不泛黄、耐老化、透明耐洗、粘着力强等优点,但耐水压低且耐寒性差、手感不爽、弹性低,不过由于聚丙烯酸酯涂层胶的成本较低,目前生产和销售的吨位最大。至于聚氨酯涂层胶由于它能够形成与多羟基化合物、异氰酸盐、胺的多种结合,固此性能优异、用途广泛,其中耐低温、高弹性、高模量是其最显著的优点,但它的成本较高,近年在涂层行业中它的应用获得了较快的增长。除外,涂层胶中还有有机硅树脂类、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯、其他乙烯类聚合物、天然橡胶和合成橡胶等,这些涂层整理剂若制造不妥或处理不当都会产生生态问题。 

    ①聚丙烯酸酯涂层剂的生态问题和解决方法 

    聚丙烯酸酯涂层剂有溶剂型和水性型之分,溶剂型聚丙烯酸酯类涂层剂在进行涂层加工时要采用醋酸乙酯、二甲基甲酰胺(DMF)、丁酮(MEK)、甲苯(TOL)、异丙醇(IPA)等有机溶剂作介质,会造成对环境的污染,例如树脂涂层胶PBA,它为无色透明液状胶体,用丙烯酸酯和丙烯腈进行水相聚合然后干燥配胶而成,在进行涂层加工时,要采用上述高溶解性有机溶剂稀释,对人体和环境都有害;又如WP-01防水涂层胶是一种溶剂型丙烯酸酯共聚物,用于羽绒服装、雨伞和蓬布等化纤织物作防水涂层性能优良,不过涂层加工时使用的有机溶剂会对环境和人体产生危害。这些溶剂型涂层整理剂虽然工艺性能比较好,但有机溶剂的用量大,它们既是些危险物质,其中不少是挥发性有机化合物,而且有毒,危害人体健康和周围环境,存左着严重的生态问题,因此使用者想方设法来减少或消除有机溶剂,例如:

    Ⅰ. 物理处理法,如采用烟道气的喷淋吸收法、单一溶剂法、焚烧法等,但效果都不理想. 

    Ⅱ. 开发水性涂层胶,由于它具有无毒、不燃、加工过程安全等特点,已被越来越多的涂层厂家所接受,特别是近年来随着丁酮、甲苯等有机溶剂价格的飞速上扬,水性涂层胶的价格优势日趋明显,其应用范围从最初的纯棉织物的涂层整理不断扩大到化纤面料的涂层整理,用量也不断增加,但它与溶剂型涂层胶相比,在成膜性、成膜速度、成膜后膜的机械强度与各种纤维的附着力、耐磨性、耐水洗性、耐溶性及表面光泽等物理性能方面要逊色,因此,开发高性能的水性涂层胶是很迫切的市场要求,还需要努力[2]

    Ⅲ. 开发100%含固量的涂层剂即不用有机溶剂或分散媒介(即水)的涂层剂,它们是用预聚体或单体代替有机溶剂作为稀释剂,有时再混以具有一定分子量齐聚物,使整个涂层材料具有必要的流动性,然后直接涂于织物的表面经加热或辐射线的作用固化完成聚合反应,这项开发工作虽然已持续了多年但仍未成功。最近发展很快的熔融体涂层才真正实现了无溶剂也不用水做分散剂媒介的目标,这种方法所用的原料主要是热塑性聚氨酯粒料,然后根据需要采用下列三种方法之一进行涂层:

    Ⅰ.挤出法即单螺杆挤出机后接槽口模,热塑性粒料在挤出机中塑化熔融,然后通过槽口模形成流涎膜,用一对辊筒将膜压在基布上。

    Ⅱ. 多辊复合法即在熔融槽中或用一对熔融辊将粒料熔融,由辊与辊之间的缝隙来控制膜的厚度,然后通过加压辊、转移辊、轧纹辊等和基布复合后冷却与进一步加工。这种设备由于价格低,是目前熔融体涂层设备的主流。

    Ⅲ. 圆网涂头法即在圆网和刮刀之间安装一根送料管,熔融体通过此管进入圆网,再依靠刮刀压力将熔融体通过圆网粘在基布上,此法要求圆网与周边区域都保持在一定的温度之内,否则涂布操作很难稳定地进行。

    由于采用熔融体和层压设备进行涂层,不再使用有机溶液,对环境友好和在经济上、节能上、产品质量上的优点是显而易见的,不过目前熔融体涂层设备的价格比较高、生产的品种也较少,不能期待它完全取代溶剂型涂层和水分散体涂层,是需要进一步开发的涂层工艺新方向。另一种不用溶剂和不用水的涂层新工艺是气一固相涂层法,特别是大气压下采用等离子体加工技术的气一固相涂层法,它们既经济又无公害,使传统整理加工时繁复的过程变得十分简单,虽然它们适用于可汽化的涂层材料如金属涂层剂和非金属涂层剂,但对涂层加工时需用大量有机溶剂的涂层剂来说无疑是解决其生态问题的有效途径之一[3]

    ②聚胺酯涂层剂的生态问题和解决方法

溶剂型的聚胺酯涂层剂由于在涂层加工时要用大量的有机溶剂,会产生与溶剂型聚丙烯酸酯涂层剂相似的生态问题,解决的方法也相似。另外对聚胺酯涂层剂来说由于结构上的原因还有其特殊的生态问题。众所周知, 聚胺酯涂层剂是一种高分子弹性体,使得涂层织物具有伸缩性大、手感好、强度高、耐溶剂、耐低温,并能形成多孔性薄膜、防水透湿性好的特点,因此它在涂层整理中的应用逐年增长,然而由于该弹性体是由柔软链段(软段)和刚性链段(硬段)组成网络结构的嵌段聚合物而形成,软段由聚醚型或聚酯型多元醇组成,硬段由二异氰酸酯组成,常用的二异氰酸酯2.4-和2.6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4.4′-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、1.6-己烷基二异氰酸酯(HDI)、还有4.6.6-三甲基-2-环己烯酮二异氰酸酯(IPDI)、1.5萘二异氰酸酯(NDI)和4.4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)等,用得最多的是TDI和MDI,它们分别由2.4-二氨基甲苯和4.4′-二氨基二苯甲烷为原料通过光气化反应制成,不过转化率不高,一般为70-80%,残留在二异氰酸酯中的未反应物如未除净就会残留在聚氨酯涂层剂中,带来难以处理的生态问题,因此必须对于TDI和MDI进行提纯处理,另外寻找光气化反应的高效催化剂以提高氨基转变为异氰酸酯基的转化率也是一条重要的途径[4]


 

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