无机硅化物在纺织行业中的应用

纪发达 王敬伟

(山东龙港硅业科技有限公司，山东 潍坊 261300)

纺织助剂是纺织品生产加工过程中必需的化学品，对提高纺织品的产品质量和附加价值具有不可或缺的重要作用，它不仅能赋予纺织品各种特殊功能和风格，如柔软、防皱、防缩、防水、抗菌、抗静电、阻燃等，还可以改进染整工艺，起到节约能源和降低加工成本的作用。现代纺织技术正在快速发展,纺织工业用的助剂也经历着不断的更替和变化[1]，一般来说，按最终应用纺织助剂可分为前处理助剂、印染助剂和后整理助剂。前处理助剂的主要作用是除去织物上天然或人为的杂质，充分发挥织物的优良特性，如洁白、柔软及良好的渗透性能，以适应后续工艺的需要，主要包括退浆剂、精练剂、脱胶剂、渗透剂、氧漂稳定剂；印染助剂是指在染色和印花过程中，除染料和涂料外还要使用的一系列助剂，主要包括乳化剂、分散剂、匀染剂、固色剂、荧光增白剂、涂料印花助剂、还原剂、拨染剂、防染剂、剥色剂、增染剂、防泳移剂等；后整理助剂主要通过物理、化学的加工改进织物外观与内在质量，改善手感，稳定形态，提高服用性能或赋予织物某些特殊功能，如防水、柔软、阻燃、抗菌、抗静电、防污、防油等。

1 无机硅化物在纺织行业中的应用

无机硅化物是无机化工产品中产量和消费量都较大的品种，其品种较多，且产品多是上下链的关系，是一种重要的无机材料[2]。文章所述的无机硅化物主要包括硅酸钠、偏硅酸钠、速溶硅酸钠、层硅酸钠及原硅酸钠的含硅无机物。

1.1 分散剂

分散剂是染料加工和应用中不可缺少的助剂。在纺织品印染过程中使用的商品染料，要求具有较好的再分散性；在染浴中具有良好的热稳定性，黏度小，对混纺中的其他组分沾色少；染料的溶解度小；金属离子含量低等。无机硅化物作为分散剂，可以发生离解而带电，吸附在粉体表面可以提高颗粒表面电势，使静电斥力增大，提高浆料的稳定性。无机硅化物作为纺织用分散剂，原料易得，成本低廉，具有突出的胶凝性质；另外，由于比表面积大，吸附能力强，可明显提高织物的染液能力。无机硅化物中的偏硅酸钠、层硅酸钠具有去垢、乳化、分散、湿润、渗透性等性能,对pH有缓冲能力,且分散能力强，储存稳定，容易化料；有助于颗粒粉碎，阻止已粉碎的颗粒重新聚集，保持染料分散体的稳定性；经复配后对于强度和色光无影响；对分散染料和还原染料具有扩散和稳定作用，并可缩短染料研磨时间。

1.2 氧漂稳定剂

棉纤维的漂白前处理一般采用双氧水漂白方法，该方法具有漂白效果较好、白度稳定性良好、污染少、不腐蚀设备等优点。但双氧水的性能非常不稳定，极易分解，双氧水的过早分解不仅造成漂白液失效，并且会促进纤维损伤，特别是对于棉、丝绸和黏胶组成的织物。为了防止双氧水的过早分解所添加的添加剂被称为稳定剂。虽然纯双氧水对热相当稳定，但仍有很多化合物能使双氧水的分解剧烈加速，例如重金属铁、铜、锰等，其他污垢也会对双氧水的分解起催化作用。细菌和霉菌也能产生类似的作用，这些微生物在适宜的环境中会出现在纺织厂的纺织品或容器上。

无机硅化物中的液体硅酸钠、速溶硅酸钠、五水偏硅酸钠和九水偏硅酸钠可作为稳定剂组分，其能够形成晶体结构的胶束，有很大的比表面积，具有较强的吸附能力，能吸附金属离子封闭HOO——基团，避免金属离子对双氧水产生催化反应，同时抑制HO.自由基的形成和分解，以保证双氧水稳定分解生成过氧氢离子，便于对织物的退浆、除杂和漂白。

传统上无机硅化物氧漂稳定剂以硅酸钠为主，其特点是吸附色素作用明显，漂白效果突出，但此类氧漂稳定剂有以下缺点：一是易出现硅垢，且硅垢易沉积粘附在织物上，即使加强漂洗，也难以洗净，由此可导致漂白产品手感粗糙发硬；二是其耐强碱性较差；三是硅垢能污染机械设备内壁，清洗困难。用偏硅酸钠、原硅酸钠取代传统的硅酸钠，可以在氧漂过程中减少在煮纱设备上产生的硅垢污染，并有助于提高纤维的光泽和手感。

1.3 代碱剂

常见退浆方法有酸退浆、碱退浆、氧化剂退浆和生物酶退浆。在实际生产中，可根据织物品种、浆料组成、退浆要求等选择合适的退浆方法。碱退浆可以使浆料膨化，对纤维的粘着力下降，经水洗从织物上退除。

供碱组分和缓冲组分是代碱剂的核心与基础，常由强碱弱酸盐组成。无机硅化物中的无水偏硅酸钠和正硅酸钠可作为代碱剂使用。和常规片碱相比，无水偏硅酸钠或正硅酸钠的碱性相对温和，可避免片碱分离的强碱离子对织物内部结构造成损伤。在无机电解质中，偏硅酸钠的活性碱度和pH缓冲指数最高，有较强的润湿、乳化和皂化油脂的作用，在去除、分散和悬浮污垢方面有优秀的表现，并能阻止污垢的再沉积，去污力强，缓冲能力大。

1.4 精练剂

精炼剂是纺织品在染色前精炼过程中最常用的助剂，通过精炼作用，可以将纺织品中的杂质及油污有效去除，因而被广泛应用于纺织行业。现有的精炼剂常使用脂肪醇聚氧乙烯醚或三乙醇胺油酸皂等作为精炼剂中最主要的除油除蜡配方，但是在使用过程中发现，这种配方的精炼剂除油除蜡效果并不理想，在高温下使用也受到一定的限制，耐碱性能也较差。

精炼剂不仅具有较高的除油除蜡性能，同时还具有较高的耐碱性能，强碱在高温下可以有效去除含氮杂质、果胶以及皂化织物上的脂肪酸。而无机硅化物中的硅酸钠、偏硅酸钠可以有效吸附精炼剂中的铁质和其他杂质，还能防止双氧水过快分解。双氧水可以有效地漂白织物，乳化剂可以有效地稳定精炼剂，消泡剂则能有效地抑泡，缓冲剂可以使精炼剂的酸碱变化较为温和。

1.5 固色剂

织物大多用活性染料染色。由于活性染料上带有水溶性基团，并且在染色过程中不能与纤维进行充分反应，在水洗和使用的过程中会发生染料的水解以及染料与纤维共价键的断裂，从而导致织物脱色，外观陈旧，甚至产生沾色现象。为了改进织物的色牢度，往往对织物进行固色处理。

固色剂一般为烧碱和硅酸钠的混合物，由于冷轧堆工艺是在低温条件下进行的，需要较强的固色碱剂，因此需加入与烧碱类似的强碱。硅酸钠起稳定作用，刚开始时固色速率快，渗透性以及均匀性会下降，硅酸钠在其中起到一个缓冲的作用，使得初始固色速率减缓，染色性能有所提高。经过硅酸钠溶液固色以后，固色效果非常好，上染率可以达到95%以上，固色率达到90%以上。

1.6 阻燃剂

纺织品用的阻燃剂主要有卤系(包括溴系和氯系)、磷系、氮系和硅系。卤系阻燃剂阻燃效果显著，但由于卤系阻燃剂对环境的破坏，其应用受到限制。而仅含单一组分的磷系、氮系和硅系阻燃剂阻燃性能并不理想，难以满足应用需求。传统阻燃剂价格高昂，受热易产生有毒、有害气体，且改变纺织品品质，影响使用寿命。无卤阻燃剂克服了许多传统阻燃剂存在的缺点，但在实际应用中还存在与聚合物相容性差的问题，这会对复合材料的物理机械性能带来不利影响，限制了复合材料的使用范围。

低毒性、抑烟、高效化的阻燃剂,能实现绿色阻燃,提高阻燃纺织材料及纺织制品的综合性能,是纺织纤维阻燃技术的发展方向[3]。无机硅化物利用硅的稳定、环保特性，兼具补强和阻燃作用，燃烧时二氧化硅会在材料的表面形成无定型硅保护层，有隔绝热量传递和屏蔽可燃气体扩散的双重作用，具有阻燃、耐温等特点，有效提高了高分子聚合物的热稳定性，阻止聚合物继续燃烧，而且在达到阻燃效果的同时兼具冷却、抑烟、稀释气体、防熔滴等效果，可有效减缓火势蔓延，争取更多逃生时间，且无任何有毒气体产生，彻底杜绝二次污染。

1.7 防水剂

防水整理是织物后整理的一道重要工序，织物多利用防水剂进行涂层后整理。衡量防水剂性能优劣，主要是考察其能否使织物整理后具有良好的防水、透气等性能和较长的使用寿命。

无机硅化物与织物内部的水化产物发生反应，生成硅凝胶，这些硅凝胶可以填充织物内部原有的毛细孔道和微小缝隙，从而提高材料的密度。另外，这些硅凝胶还具有一定的束缚能力，能够束缚游离在材料内部的水，从而减少水对织物造成的影响。

无机硅化物通过改性后用于纺织品，在构成纺织品的周围交联，使得其能够确保纺织品形成有效的保护覆盖层，赋予纺织品防水性和不渗透性。

1.8 纺织污水处理剂

纺织印染行业的废水水量大，色度高，水质变化大，有机污染物含量高，组分复杂，而且近年来，随着聚乙烯醇(PVA)浆料和新型助剂的使用，难以生化降解的有机污染物在废水中的含量大幅增加。用单一药剂或工艺处理比较困难且成本很高，需在对不同药剂进行组合的基础上，开发高效、经济的印染废水处理药剂。

目前，无机硅化物常单独用于饮用水、游泳池水、工业用水、锅炉循环水等废水的处理。而采用有机高分子聚合物与无机硅化物复合，发挥二者的协同效应制备的复合混凝剂，用于污水处理，具有投加量少、絮凝速度快、产生污泥少等诸多优点，还能解决纺织污水处理药剂存在的杂质捕获困难、处理方法及步骤复杂、污水处理成本高的问题。

2 纺织助剂近况及无机硅化物的发展前景

纺织品在生产加工过程中使用了多种化学品，无论从种类还是数量上分析，使用最多的是纺织助剂。据不完全统计，目前世界纺织助剂年产量超过4.5 Mt，近100个门类，约1.6万个品种，年消费量约4.3 Mt。其中欧洲和美国有8 000多个品种，日本有5 000多个品种。

我国有2 000家纺织助剂生产企业，主要集中在广东、浙江、江苏、山东、福建、上海等地。我国生产的纺织助剂可满足国内纺织市场约75%的需求。然而，我国纺织助剂在品种与质量、合成与应用技术等方面与国际先进水平仍有较大差距，特种和高档纺织助剂仍依赖进口。

随着市场对人类安全健康和生态环境保护提出越来越严格的要求，特别是欧盟REACH法规的正式实施，以及国内外市场上纺织助剂中新的禁用和限制化学品的不断引入，这些都对纺织助剂的安全性提出了更严格的要求，反映了当前市场的发展趋势和新的法律约束，因此，纺织助剂生产企业必须高度重视。纺织助剂不仅要满足国内印染行业的市场需求，还要满足纺织品出口的质量标准。就应用领域而言，我国无机硅化物产品与日本和美国略有不同，有些领域的应用几乎是空白，未来对高质量、低能耗的无机硅化物的需求也在不断扩大，将会应用于轻工业、农业、建筑行业、机械行业等领域；而在纺织工业中，可用作浆料、浸渍剂，在纺织物染色和压花时用作固染剂和媒染剂，以及用于丝绸织物加重，还可用作精练剂、毛效提升剂、代用碱、双氧水稳定剂等。总之，无机硅化物的广泛应用，使得这个行业在国民经济中占有很重要的地位。合理利用无机硅化物的特性不仅能够降低生产成本，提高经济收入，最重要的是它能赋予下游产品新的特性，实现下游产业的增产增效以及能源的循环发展。由此可见，随着无机硅深加工产品的不断发展，其产量逐年递增，品种也在不断创新，应用市场逐渐拓宽，应用前景十分广阔。

3 结语

无机硅化物可作为纺织助剂广泛用于纺织品的前处理、染色和印花、后整理、功能整理等多个环节，且配制的产品质量稳定、性能较好、性价比高。例如，纺织中使用硅化物助剂作为精纺上浆助剂，可降低纤维的断头率，提高纤维的抗张力，使其蓬松，同时具有消光作用；用来处理织物，可起到防滑、防尘、抗静电的作用。通过使用由可持续原材料制备的环境友好型化学品、环保型加工工艺并减少对工人和使用者的危害[4]，可提高加工效率和加工质量，赋予纺织品某种特殊的功能；还可提高纺织品的质量，提高生产效率，简化生产过程，降低生产成本。