無機硅化物在紡織行業中的應用

紀發達 王敬偉

(山東龍港硅業科技有限公司，山東 濰坊 261300)

紡織助劑是紡織品生產加工過程中必需的化學品，對提高紡織品的產品質量和附加價值具有不可或缺的重要作用，它不僅能賦予紡織品各種特殊功能和風格，如柔軟、防皺、防縮、防水、抗菌、抗靜電、阻燃等，還可以改進染整工藝，起到節約能源和降低加工成本的作用。現代紡織技術正在快速發展,紡織工業用的助劑也經歷著不斷的更替和變化[1]，一般來說，按最終應用紡織助劑可分為前處理助劑、印染助劑和后整理助劑。前處理助劑的主要作用是除去織物上天然或人為的雜質，充分發揮織物的優良特性，如潔白、柔軟及良好的滲透性能，以適應后續工藝的需要，主要包括退漿劑、精練劑、脫膠劑、滲透劑、氧漂穩定劑；印染助劑是指在染色和印花過程中，除染料和涂料外還要使用的一系列助劑，主要包括乳化劑、分散劑、勻染劑、固色劑、熒光增白劑、涂料印花助劑、還原劑、撥染劑、防染劑、剝色劑、增染劑、防泳移劑等；后整理助劑主要通過物理、化學的加工改進織物外觀與內在質量，改善手感，穩定形態，提高服用性能或賦予織物某些特殊功能，如防水、柔軟、阻燃、抗菌、抗靜電、防污、防油等。

1 無機硅化物在紡織行業中的應用

無機硅化物是無機化工產品中產量和消費量都較大的品種，其品種較多，且產品多是上下鏈的關系，是一種重要的無機材料[2]。文章所述的無機硅化物主要包括硅酸鈉、偏硅酸鈉、速溶硅酸鈉、層硅酸鈉及原硅酸鈉的含硅無機物。

1.1 分散劑

分散劑是染料加工和應用中不可缺少的助劑。在紡織品印染過程中使用的商品染料，要求具有較好的再分散性；在染浴中具有良好的熱穩定性，黏度小，對混紡中的其他組分沾色少；染料的溶解度小；金屬離子含量低等。無機硅化物作為分散劑，可以發生離解而帶電，吸附在粉體表面可以提高顆粒表面電勢，使靜電斥力增大，提高漿料的穩定性。無機硅化物作為紡織用分散劑，原料易得，成本低廉，具有突出的膠凝性質；另外，由于比表面積大，吸附能力強，可明顯提高織物的染液能力。無機硅化物中的偏硅酸鈉、層硅酸鈉具有去垢、乳化、分散、濕潤、滲透性等性能,對pH有緩沖能力,且分散能力強，儲存穩定，容易化料；有助于顆粒粉碎，阻止已粉碎的顆粒重新聚集，保持染料分散體的穩定性；經復配后對于強度和色光無影響；對分散染料和還原染料具有擴散和穩定作用，并可縮短染料研磨時間。

1.2 氧漂穩定劑

棉纖維的漂白前處理一般采用雙氧水漂白方法，該方法具有漂白效果較好、白度穩定性良好、污染少、不腐蝕設備等優點。但雙氧水的性能非常不穩定，極易分解，雙氧水的過早分解不僅造成漂白液失效，并且會促進纖維損傷，特別是對于棉、絲綢和黏膠組成的織物。為了防止雙氧水的過早分解所添加的添加劑被稱為穩定劑。雖然純雙氧水對熱相當穩定，但仍有很多化合物能使雙氧水的分解劇烈加速，例如重金屬鐵、銅、錳等，其他污垢也會對雙氧水的分解起催化作用。細菌和霉菌也能產生類似的作用，這些微生物在適宜的環境中會出現在紡織廠的紡織品或容器上。

無機硅化物中的液體硅酸鈉、速溶硅酸鈉、五水偏硅酸鈉和九水偏硅酸鈉可作為穩定劑組分，其能夠形成晶體結構的膠束，有很大的比表面積，具有較強的吸附能力，能吸附金屬離子封閉HOO——基團，避免金屬離子對雙氧水產生催化反應，同時抑制HO.自由基的形成和分解，以保證雙氧水穩定分解生成過氧氫離子，便于對織物的退漿、除雜和漂白。

傳統上無機硅化物氧漂穩定劑以硅酸鈉為主，其特點是吸附色素作用明顯，漂白效果突出，但此類氧漂穩定劑有以下缺點：一是易出現硅垢，且硅垢易沉積粘附在織物上，即使加強漂洗，也難以洗凈，由此可導致漂白產品手感粗糙發硬；二是其耐強堿性較差；三是硅垢能污染機械設備內壁，清洗困難。用偏硅酸鈉、原硅酸鈉取代傳統的硅酸鈉，可以在氧漂過程中減少在煮紗設備上產生的硅垢污染，并有助于提高纖維的光澤和手感。

1.3 代堿劑

常見退漿方法有酸退漿、堿退漿、氧化劑退漿和生物酶退漿。在實際生產中，可根據織物品種、漿料組成、退漿要求等選擇合適的退漿方法。堿退漿可以使漿料膨化，對纖維的粘著力下降，經水洗從織物上退除。

供堿組分和緩沖組分是代堿劑的核心與基礎，常由強堿弱酸鹽組成。無機硅化物中的無水偏硅酸鈉和正硅酸鈉可作為代堿劑使用。和常規片堿相比，無水偏硅酸鈉或正硅酸鈉的堿性相對溫和，可避免片堿分離的強堿離子對織物內部結構造成損傷。在無機電解質中，偏硅酸鈉的活性堿度和pH緩沖指數最高，有較強的潤濕、乳化和皂化油脂的作用，在去除、分散和懸浮污垢方面有優秀的表現，并能阻止污垢的再沉積，去污力強，緩沖能力大。

1.4 精練劑

精煉劑是紡織品在染色前精煉過程中最常用的助劑，通過精煉作用，可以將紡織品中的雜質及油污有效去除，因而被廣泛應用于紡織行業。現有的精煉劑常使用脂肪醇聚氧乙烯醚或三乙醇胺油酸皂等作為精煉劑中最主要的除油除蠟配方，但是在使用過程中發現，這種配方的精煉劑除油除蠟效果并不理想，在高溫下使用也受到一定的限制，耐堿性能也較差。

精煉劑不僅具有較高的除油除蠟性能，同時還具有較高的耐堿性能，強堿在高溫下可以有效去除含氮雜質、果膠以及皂化織物上的脂肪酸。而無機硅化物中的硅酸鈉、偏硅酸鈉可以有效吸附精煉劑中的鐵質和其他雜質，還能防止雙氧水過快分解。雙氧水可以有效地漂白織物，乳化劑可以有效地穩定精煉劑，消泡劑則能有效地抑泡，緩沖劑可以使精煉劑的酸堿變化較為溫和。

1.5 固色劑

織物大多用活性染料染色。由于活性染料上帶有水溶性基團，并且在染色過程中不能與纖維進行充分反應，在水洗和使用的過程中會發生染料的水解以及染料與纖維共價鍵的斷裂，從而導致織物脫色，外觀陳舊，甚至產生沾色現象。為了改進織物的色牢度，往往對織物進行固色處理。

固色劑一般為燒堿和硅酸鈉的混合物，由于冷軋堆工藝是在低溫條件下進行的，需要較強的固色堿劑，因此需加入與燒堿類似的強堿。硅酸鈉起穩定作用，剛開始時固色速率快，滲透性以及均勻性會下降，硅酸鈉在其中起到一個緩沖的作用，使得初始固色速率減緩，染色性能有所提高。經過硅酸鈉溶液固色以后，固色效果非常好，上染率可以達到95%以上，固色率達到90%以上。

1.6 阻燃劑

紡織品用的阻燃劑主要有鹵系(包括溴系和氯系)、磷系、氮系和硅系。鹵系阻燃劑阻燃效果顯著，但由于鹵系阻燃劑對環境的破壞，其應用受到限制。而僅含單一組分的磷系、氮系和硅系阻燃劑阻燃性能并不理想，難以滿足應用需求。傳統阻燃劑價格高昂，受熱易產生有毒、有害氣體，且改變紡織品品質，影響使用壽命。無鹵阻燃劑克服了許多傳統阻燃劑存在的缺點，但在實際應用中還存在與聚合物相容性差的問題，這會對復合材料的物理機械性能帶來不利影響，限制了復合材料的使用范圍。

低毒性、抑煙、高效化的阻燃劑,能實現綠色阻燃,提高阻燃紡織材料及紡織制品的綜合性能,是紡織纖維阻燃技術的發展方向[3]。無機硅化物利用硅的穩定、環保特性，兼具補強和阻燃作用，燃燒時二氧化硅會在材料的表面形成無定型硅保護層，有隔絕熱量傳遞和屏蔽可燃氣體擴散的雙重作用，具有阻燃、耐溫等特點，有效提高了高分子聚合物的熱穩定性，阻止聚合物繼續燃燒，而且在達到阻燃效果的同時兼具冷卻、抑煙、稀釋氣體、防熔滴等效果，可有效減緩火勢蔓延，爭取更多逃生時間，且無任何有毒氣體產生，徹底杜絕二次污染。

1.7 防水劑

防水整理是織物后整理的一道重要工序，織物多利用防水劑進行涂層后整理。衡量防水劑性能優劣，主要是考察其能否使織物整理后具有良好的防水、透氣等性能和較長的使用壽命。

無機硅化物與織物內部的水化產物發生反應，生成硅凝膠，這些硅凝膠可以填充織物內部原有的毛細孔道和微小縫隙，從而提高材料的密度。另外，這些硅凝膠還具有一定的束縛能力，能夠束縛游離在材料內部的水，從而減少水對織物造成的影響。

無機硅化物通過改性后用于紡織品，在構成紡織品的周圍交聯，使得其能夠確保紡織品形成有效的保護覆蓋層，賦予紡織品防水性和不滲透性。

1.8 紡織污水處理劑

紡織印染行業的廢水水量大，色度高，水質變化大，有機污染物含量高，組分復雜，而且近年來，隨著聚乙烯醇(PVA)漿料和新型助劑的使用，難以生化降解的有機污染物在廢水中的含量大幅增加。用單一藥劑或工藝處理比較困難且成本很高，需在對不同藥劑進行組合的基礎上，開發高效、經濟的印染廢水處理藥劑。

目前，無機硅化物常單獨用于飲用水、游泳池水、工業用水、鍋爐循環水等廢水的處理。而采用有機高分子聚合物與無機硅化物復合，發揮二者的協同效應制備的復合混凝劑，用于污水處理，具有投加量少、絮凝速度快、產生污泥少等諸多優點，還能解決紡織污水處理藥劑存在的雜質捕獲困難、處理方法及步驟復雜、污水處理成本高的問題。

2 紡織助劑近況及無機硅化物的發展前景

紡織品在生產加工過程中使用了多種化學品，無論從種類還是數量上分析，使用最多的是紡織助劑。據不完全統計，目前世界紡織助劑年產量超過4.5 Mt，近100個門類，約1.6萬個品種，年消費量約4.3 Mt。其中歐洲和美國有8 000多個品種，日本有5 000多個品種。

我國有2 000家紡織助劑生產企業，主要集中在廣東、浙江、江蘇、山東、福建、上海等地。我國生產的紡織助劑可滿足國內紡織市場約75%的需求。然而，我國紡織助劑在品種與質量、合成與應用技術等方面與國際先進水平仍有較大差距，特種和高檔紡織助劑仍依賴進口。

隨著市場對人類安全健康和生態環境保護提出越來越嚴格的要求，特別是歐盟REACH法規的正式實施，以及國內外市場上紡織助劑中新的禁用和限制化學品的不斷引入，這些都對紡織助劑的安全性提出了更嚴格的要求，反映了當前市場的發展趨勢和新的法律約束，因此，紡織助劑生產企業必須高度重視。紡織助劑不僅要滿足國內印染行業的市場需求，還要滿足紡織品出口的質量標準。就應用領域而言，我國無機硅化物產品與日本和美國略有不同，有些領域的應用幾乎是空白，未來對高質量、低能耗的無機硅化物的需求也在不斷擴大，將會應用于輕工業、農業、建筑行業、機械行業等領域；而在紡織工業中，可用作漿料、浸漬劑，在紡織物染色和壓花時用作固染劑和媒染劑，以及用于絲綢織物加重，還可用作精練劑、毛效提升劑、代用堿、雙氧水穩定劑等。總之，無機硅化物的廣泛應用，使得這個行業在國民經濟中占有很重要的地位。合理利用無機硅化物的特性不僅能夠降低生產成本，提高經濟收入，最重要的是它能賦予下游產品新的特性，實現下游產業的增產增效以及能源的循環發展。由此可見，隨著無機硅深加工產品的不斷發展，其產量逐年遞增，品種也在不斷創新，應用市場逐漸拓寬，應用前景十分廣闊。

3 結語

無機硅化物可作為紡織助劑廣泛用于紡織品的前處理、染色和印花、后整理、功能整理等多個環節，且配制的產品質量穩定、性能較好、性價比高。例如，紡織中使用硅化物助劑作為精紡上漿助劑，可降低纖維的斷頭率，提高纖維的抗張力，使其蓬松，同時具有消光作用；用來處理織物，可起到防滑、防塵、抗靜電的作用。通過使用由可持續原材料制備的環境友好型化學品、環保型加工工藝并減少對工人和使用者的危害[4]，可提高加工效率和加工質量，賦予紡織品某種特殊的功能；還可提高紡織品的質量，提高生產效率，簡化生產過程，降低生產成本。