книги из ГПНТБ / Гусев В.П. Технический анализ при отделке тканей и трикотажных изделий учебник

щими на внешней и внутренних поверхностях гидрофобные ве­ щества в виде замасливателей загрязнений и воздуха. Поэтому смачивание волокон водными растворами сводится к вытеснению воздуха и части замасливателей и загрязнений с поверхности во­ локон и из внутренних капилляров за счет адсорбции молекул воды и смачивателя внешней и внутренними поверхностями во­ локон. Смачивание, как и другие процессы адсорбции, сопровож­

дых нерастворимых веществ в жидкости) или в эмульсии (взвеси нерастворимых жидких частиц в другой жидкости). Вещества, спо­ собствующие образованию эмульсий, называют эмульгаторами.

в коллоидный раствор.

М о ю щ и е в е щ е с т в а способствуют удалению с волокон за­ грязнений и препятствуют обратному осаждению их из раствора на волокно.

Все эти свойства поверхностно-активных веществ связаны со способностью гидрофобных частей их молекул адсорбироваться на поверхности нерастворимых в воде веществ и загрязнений, а гид­ рофильных частей — в поверхностных слоях воды.

В ы р а в н и в а ю щ а я (эгализирующая) способность поверх­ ностно-активных веществ проявляется в замедлении процессов по­ глощения волокнами красителей из растворов, что приводит к по­ лучению более ровных окрасок волокон.

в снижении скорости разложения окислителей в присутствии по­ верхностно-активных веществ.

Комплекс свойств, которые имеют поверхностно-активные ве­ щества, приводит к их широкому применению в процессах краше­ ния и отделки волокнистых материалов.

Поверхностно-активные вещества по их способности к электро­ литической диссоциации подразделяют на н е и о н о г е н н ы е — не диссоциирующие на ионы, а н и о н а к т и в н ы е — диссоциирующие с образованием анионов, в которых содержатся гидрофобные ра­ дикалы, к а т и о н а к т и в н ы е — диссоциирующие с образованием

ных веществ в зависимости от реакции среды. Наибольшее прак­ тическое значение имеют неионогенные, анионактивные и катион­ активные вещества.

Для использования поверхностно-активных веществ большое значение имеет их способность к биохимическому окислению —

2 3 0

к окислению в присутствии аэробных бактерий, отчего зависит скорость очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества. По этой способности поверхностно-активные вещества подразделяют на легкоокисляемые — биологически «мягкие» и трудноокисляемые — биологически «жесткие».

Товарные формы поверхностно-активных веществ представляют собой порошки, водные пасты, жидкости или концентрированные водные растворы.

Неионогенные поверхностно-активные вещества являются глав­ ным образом продуктами конденсации окиси этилена (иногда окиси пропилена) с органическими веществами, имеющими длинный уг­ леводородный радикал, и реакционноспособные атомы водорода — с высшими спиртами, алкилфенолами, высшими карбоновыми кис­ лотами, амидами этих кислот и представляют собой полигликоле­ вые эфиры. Неиногенные вещества обладают обычно хорошими смачивающими, диспергирующими, эмульгирующими, солюбилизи­ рующими и моющими свойствами, незначительным пенообразованием, большой устойчивостью пены, устойчивостью к солям жест­ кости, разбавленным растворам кислот и щелочей. Полигликоле­ вые эфиры, имеющие молекулы с неразветвленными алкильными цепями, являются биологически «мягкими» веществами, а веще­ ства, в молекулах которых содержатся разветвленные алкильные цепи, относятся к биологически «жестким» препаратам.

Свойства отдельных неиногенных веществ, являющихся поли­ гликолевыми эфирами, зависят от длины гидрофобного радикала и числа этиленгликолевых остатков в молекуле. Увеличение длины гидрофобного радикала до определенного предела ведет к усиле­ нию диспергирующей способности, моющего действия и поверхност­ ной активности при повышенных температурах, но снижает смачи­ вающую способность, эмульгирующие свойства и поверхностную активность при низких температурах, растворимость в воде и ус­ тойчивость к солям жесткости. Увеличение числа этиленгликолевых остатков повышает растворимость, выравнивающую способность, пенообразующие свойства и до некоторого предела смачивающие, диспергирующие и эмульгирующие свойства. С дальнейшим уве­ личением числа этиленгликолевых групп смачивающие, эмульги­ рующие и моющие свойства ослабевают.

Растворение в воде неиногенных ПАВ объясняется образова­ нием за счет водородных связей гидратов между молекулами воды и атомами кислорода полигликолевых групп и гидроксильных групп в молекулах поверхностно-активных веществ:

R—О—СН2—СН2—О—СН2—СН2—О— сн2—сн2—он

231

Растворы некоторых неионогенных веществ мутнеют при нагрева­ нии, а затем при охлаждении снова становятся прозрачными, что объясняется ослаблением водородных связей между молекулами воды и молекулами поверхностно-активного вещества при повы­ шенной температуре, приводящим к снижению растворимости этого вещества и к выделению его из растворов. Отдельные неионоген­ ные вещества характеризуются температурой посветления при ох­ лаждении их горячего мутного раствора.

Высшие спирты с окисью этилена образуют алкилполигликолевые эфиры R—О—(—СН2СН20 —)„Н.

К продуктам конденсации высших спиртов с окисью этилена относятся препарат ОС-20 и синтанолы.

П р е п а р а т ОС - 2 0 — смесь полигликолевых эфиров высших жирных спиртов, содержащая главным образом полигликолевый эфир октадецилового спирта СНз(СН2)і70(СН 2СН20 ) 2оН. Пред­ ставляет собой воскообразную пасту. Применяется как диспергатор, эмульгатор, выравниватель и антистатик. Имеет сравнительно не­ высокую поверхностную активность. Выпускают три марки препа­ рата: А, Б и В. В текстильной промышленности обычно используют препарат марки Б, у которого оптическая плотность 10%-ного вод­ ного раствора должна быть не более 1,0, содержание золы — не более 1%, содержание железа — не более 0,003%, водородный по­ казатель— 8—9,5, йодное число — не более 2,0 мг едкого кали на 1 г препарата.

С и н т а н о л ы — продукты оксиэтилирования синтетических спиртов с 10—16 атомами углерода. Выпускаются в виде вязких жидкостей, содержащих около 50% активного вещества (синта­ нолы ДТ-7, МЦ-10) или в виде пасты (синтанол ВН-7 и ДС-10). Обладают хорошей смачивающей, диспергирующей, эмульгирую­ щей и моющей способностью, а также высокой поверхностной ак­ тивностью.

Синтанол ДС-10 представляет собой пасту от белого до слегка

леза— не более 0,005%. Температура помутнения 1%-ного водного раствора синтанола ДС-10 лежит в пределах 64—74° С.

Полигликолевыми эфирами высших жирных спиртов являются также превоцелл W—OF (ГДР) и словасол О (ЧССР), которые применяют в качестве смачивателей, эмульгаторов, моющих ве­

RC00(CH2CH20)nH. К продуктам конденсации высших жирных кислот с окисью этилена относятся биохимически разлагаемые пре­ параты — стеарокс 6, стеарокс 920, синтанокс 920.

С т е а р о к с 6 — продукт конденсации стеариновой кислоты с окисью этилена — СНз('СН2)ібС00(СН2СН20 ) 6Н. Представляет собой слегка желтоватую пасту, способную к омылению в разбав­

2 3 2

ленных растворах, особенно при повышенных температурах. При­ меняется как антистатик, мягчитель и эмульгатор.

Водный 1%-ный коллоидный раствор препарата не должен рас­ слаиваться в течение 24 ч при 18—20° С. Число омыления должно быть 80—88 мг едкого кали на 1 г вещества, а содержание влаги — не более 1 %.

С т е а р о к с 920 является смесью продуктов конденсации стеа­ риновой кислоты с окисью этилена, имеющих в своих молекулах 9 и 20 этилепгликолевых остатков. Обладает более эффективными свойствами антистатика и мягчителя, чем стеарокс-6. Устойчив

комылению даже в горячих растворах.

Си н т а н о к с 920 — продукт конденсации синтетических жир­ ных кислот с окисью этилена. По свойствам подобен стеароксу 920.

Полигликолевые эфиры продуктов конденсации пентоз (ксили-

эфир моностеарата ксилитана. Эти вещества в виде паст или вяз­ ких жидкостей применяют в качестве антистатиков, мягчителей и эмульгаторов.

Полигликолевые эфиры алкилфенолов имеют общую формулу

Ri—<f ^ - О (СН2СН20)лН,

(R*)

где R1и Rz— алкилы.

К ним принадлежат в с п о м о г а т е л ь н ы е в е щ е с т в а ОП-4, ОП-7 и ОП-Ю, представляющие собой густые маслянистые жид­ кости или пасты. Эти соединения относятся к трудно биохимически разлагаемым. Их свойства зависят от числа этиленгликолевых групп в молекуле. Эмульгатор ОП-4, имеющий в молекуле около четырех этиленгликолевых групп, нерастворим в воде и исполь­ зуется в качестве эмульгатора минеральных масел в замасливаю­ щих смесях. Вспомогательные вещества ОП-7 и ОП-10, содержа­ щие в своих молекулах соответственно около семи и около десяти этиленгликолевых групп, растворимы в воде и имеют хорошие дис­ пергирующие, эмульгирующие, смачивающие, моющие, выравни­ вающие и антистатические свойства.

Водородный показатель 1%-ного раствора ОП-7 или ОП-10 дол­ жен быть в пределах 6—8. Температура посветления 2 %-ного рас­ твора ОП-7—'55—65°С, а 1%-ного раствора ОП-Ю—80—90°С. По­ верхностное натяжение раствора концентрации 5 г/л должно быть не более 35 дин/см для ОП-7 и 37 дин/см для ОП-Ю, а содержа­ ние влаги в ОП-7 и в ОП-Ю — не более 0,5%.

Анионактивные вещества по химической природе подразделяют на мыла, алкилсульфаты и сульфонаты.

233

М ы л а являются натриевыми, калиевыми или аммониевыми солями высших жирных кислот. Натриевые мыла, наиболее рас­ пространенные, имеют общую формулу RCOONa. Применяют также мыла, представляющие собой соли аминов и высших жир­ ных кислот. В красильно-отделочном производстве используют хозяйственное мыло, содержащее смесь стеарата и пальмитата нат­ рия, олеиновые мыла, содержащие олеат натрия или олеат аммо­ ния или олеат триэтаноламина, а также мыла, полученные из син­ тетических жирных кислот — продуктов окисления парафинов.

О л е и н о в о ё т е к с т и л ь н о е м ы л о представляет собой при 20°С мазеобразное вещество, содержащее не менее 40% жирных кислот, не более 5% неомыляемых веществ и жира (от количества жирных кислот), не более 0,1% свободной щелочи (в пересчете на едкий натр), не более 1,5% углекислой соли (в пересчете на кар­ бонат натрия) и не более 0,5% нерастворимого в воде остатка.

Мыла отличаются хорошим моющим и эмульгирующим дейст­ вием, способностью удерживать в растворе загрязнения. Олеино­ вые мыла являются также эффективными антистатиками и мягчи­ телями. Триэтаноламиновые мыла растворимы в минеральных мас­ лах, а поэтому их используют в замасливающих смесях.

Однако мыла имеют ряд недостатков, ограничивающих их при­ менение: большая чувствительность к жесткой воде, выражаю­ щаяся в образовании нерастворимых кальциевых и магниевых мыл, что приводит к перерасходу мыла, к образованию пятен на волокнистых материалах, обрабатываемых растворами мыла в жесткой воде; образование осадков в присутствии солей тяже­ лых металлов; щелочная среда мыльных растворов из-за гидролиза мыла; большая чувствительность к кислотам, которые вызывают быстрый гидролиз мыла с выделением нерастворимых жирных кислот, что исключает использование мыла в кислых растворах.

Если в молекуле мыла находятся, кроме карбоксильной, дру­ гие гидрофильные группы, не обладающие свойствами солеобразования (амидные, гидроксильные, эфирные), то указанные отрица­ тельные свойства мыла уменьшаются. К мылам видоизмененной структуры относится к о н д е н с а т А, в состав которого входят натриевые соли продуктов конденсации олеиновой кислоты с ами­ нокислотами. Этот препарат, представляющий собой пасту, обла­ дает свойствами эмульгатора, моющего вещества, выравнивателя и мягчителя.

А л к и л с у л ь ф а т ы являются солями сульфоэфиров (обычно натриевыми) и имеют общую формулу R -0 S 0 3Na. Их подразде­ ляют на первичные и вторичные. Первичные алкилсульфаты по­ лучают сульфатированием высших жирных спиртов, а вторичные — сульфатированием соединений с двойной связью.

Алкилсульфаты обладают хорошей растворимостью и смачи­ вающей способностью, устойчивы в жесткой воде, в разбавленных растворах щелочей, а некоторые из них — в концентрированных щелочах; достаточно стойки в холодных растворах разбавленных кислот, но подвергаются гидролизу в горячих растворах кислот.

234

Их растворы имеют нейтральную реакцию. Эти вещества, по срав­ нению с мылами, имеют несколько более слабые эмульгирующие и моющие свойства, которые в жесткой воде значительно выше, чем у мыла.

Представителями алкилсульфатов являются препарат ТМС, сульфирол 8, авироль, ализариновое масло, препарат «Прогресс».

П р е п а р а т ТМС (алкилсульфат натрия, стиральный поро­ шок «Новость») — смесь натриевых солей сульфоэфиров высших жирных спиртов, в которых преобладает натриевая соль сульфоэфира ге/ксадецилового (цитилового) спирта СН3(СН2) isOS03Na; выпускается в порошке, имеющем до 38% активного вещества, или в пасте, содержащей до 20% алкилсульфата. Применяется как смачиватель, диспергатор, эмульгатор и моющее вещество. Ус­ тойчив в жесткой воде, слабощелочных и слабокислых растворах.

С у л ь ф и р о л в — водный раствор натриевой соли сернокислого эфира 2-этилгексанола:

СН3 (СН2)3 CHCH20S03Na

I

СН2СН3

представляет собой густую жидкость, содержащую 35% активного вещества. Применяется как смачиватель, устойчивый в сильно­ щелочной среде (при мерсеризации), а также в качестве смачива­ теля и эмульгатора при крашении и печатании.

А в и р о л ь — раствор аммонийной соли сульфобутилолеата,по­ лучаемой при сульфатировании бутилового эфира олеиновой кис­ лоты с последующей нейтрализацией сульфоэфира аммиачной водой:

СНз (СН2)8 СН (СН2)7 СОО (СН2)з СНз

I

o so 3n h 4

представляет собой густую, вязкую жидкость, содержащую не ме­ нее 60% активного вещества. Применяется в качестве эмульгатора

идля приготовления замасливающих смесей.

Ал и з а р и н о в о е м а с л о — продукт сульфатирования и гид­ ролиза касторового масла (глицерида рициновой кислоты) с по­ следующей нейтрализацией сульфоэфира. Содержит в качестве главной составной части натриевую соль сульфоэфира рициновой (оксиолеиновой) кислоты:

СНз (СН2)5 СНСН2СН = СН (СН2)7 COONa

I

0S03Na

представляет собой густую прозрачную жидкость от желтого до коричневого цвета. Выпускается двух сортов. Применяется в ка­ честве смачивателя, эмульгатора и мягчителя.

Технический продукт содержит не менее 68% жирных кислот, нейтрального жира и неомыляемых веществ для первого сорта и

235

не менее 66% для второго сорта, не менее 4% серной кислоты (в пересчете на серный ангидрид) для первого сорта и не менее 3,5% для второго сорта. Водородный показатель 5%-ной водной эмульсии вещества равен 6—7,5, а устойчивость ее— не менее 2 ч.

П р е п а р а т « Пр о г р е с с » содержит вторичные алкилсульфаты, полученные сульфатированием олефинов — продуктов кре­ кинга нефти:

СН8(СН2)яСН(СН2)мСНз

0S03Na

представляет собой густую жидкость, содержащую до 26% актив­ ного вещества; применяется как смачиватель, эмульгатор и вырав­ ниватель.

С у л ь ф о н а т ы — соли сульфокислот, имеют общую формулу RS03Na. Они разнообразны по составу — среди них есть алкиларилсульфонаты, получаемые алкилированием ароматических ве­ ществ и последующим сульфированием продуктов алкилирования, вторичные алкилсульфонаты, получаемые введением сульфогруппы в предельные углеводороды, сульфонаты циклопарафинов, обра­ зующиеся при сульфировании нафтенов, продукты конденсации высших жирных кислот с оксиили аминосульфокислотами.

Сульфонаты, как правило, имеют хорошие смачивающие и эмульгирующие свойства, высокую пенообразующую способность, но некоторые из них проявляют слабое моющее действие. Они до­ статочно устойчивы в жесткой воде, в слабощелочных и слабокис­ лых растворах, но часто обладают раздражающим действием на кожные покровы. Сульфонаты, содержащие в своих молекулах разветвленные углеродные цепи, трудно окисляются биохими­ чески.

Среди сульфонатов находят применение сульфонолы, смачива­ тель НБ, диспергатор НФ, контакт, метаупон.

С у л ь ф о н о л ы содержат алкилбензолсульфонаты натрия

R—<f V - S 0 3Na

С у л ь ф о н о л выпускают двух сортов в виде порошка, гранул или чешуек. Содержание активного вещества не менее 84% в пер­ вом и не менее 80% во втором сорте.

С у л ь ф о нол НП- 1 представляет собой пасту от светло-жел­ того до светло-коричневого цвета, а с у л ь ф о но л Н П - 3 — пасту белого цвета с содержанием активного вещества около 40%. Сульфонол НП-3 превосходит сульфонол и сульфонол НП-1 по смачи­ вающему и моющему действию, а также значительно легче окис­ ляется в очистных сооружениях и водоемах.

Сульфонолы применяют как смачиватели, диспергаторы и эмульгаторы. Они имеют высокую моющую способность даже в жесткой воде.

236

С м а ч и в а т е л ь НБ содержит сульфонат продукта конденса­ ции нафталина с бутиловыми спиртами

представляет собой корпчневато-серую пасту. Проявляет хоро­ шие смачивающие свойства, но не имеет заметных диспергирую­ щих и эмульгирующих свойств. Чувствителен к воде с жест­ костью больше 7 мг-экв/л и к солям магния, меди, алюминия.

Смачиватель НБ содержит 50—55% активного вещества и не более 0,7% щелочи (в пересчете на едкий натр).

служит в качестве диспергатора, солюбилизатора и выравнивателя при крашении.

Выпускают диспергатор НФ в виде серого порошка (марка А) — продукта нейтрализации сульфокислоты едким натром или в виде жидкости коричневого цвета, полученной при нейтрализации суль­

вых (дизельных) фракций перегонки нефти серной кислотой. Керо­ синовые контакты марок КПк-1 и КПк-2, применяемые в отделоч­ ном производстве, маловязкие жидкости от темно-желтого до коричневого цвета, содержат больше 50% сульфокислот и, кроме того, серную кислоту и нафтеновые кислоты; имеют кислую реак­ цию. Перед применением контакт предварительно нейтрализуют едким натром и содой, превращая кислоты в натриевые соли, а за­ тем действием поваренной соли (20 г на 1 л) и кипячением выде­ ляют из него масла и соли железа. Нейтрализованный контакт об­ ладает свойствами смачивателя и слабого эмульгатора; его приме­ няют при варке и крашении хлопчатобумажных материалов.

М е т а у п о н (ГДР) содержит продукт конденсации хлорангидрида олеиновой кислоты и натриевой соли метилтаурина:

С17Н33СО—N (CH2)2S03Na

СНз представляет собой пасту белого цвета или порошок и обладает

хорошими смачивающими, эмульгирующими, диспергирующими и

237

моющими свойствами. Имеет высокую пенообразующую способ­ ность.

Катионактивные вещества в своем большинстве являются со­ лями четвертичных аммониевых оснований. Реже среди них встре­ чаются соли аминов или основные комплексные соли жирных кис­ лот. Они находят применение главным образом как выравниватели окрасок, мягчители и антистатики. Только некоторые из них могут служить эмульгаторами и диспергаторами. Катионы этих веществ, имея в водном растворе заряд, противоположный заряду волокна, хорошо поглощаются поверхностью волокон и взаимодействуют с анионами кислотных, прямых и других красителей. Отдельная группа катионактивных веществ служит для придания волокнистым материалам водоотталкивающих свойств.

—О (CH2CH20)nCH2N (С2Н5)2 CeH6S03,

сн3

где п=10 для выравнивателя А и п = 20 для выравнивателя А-20. Эти вещества выпускают в виде вязких темноокрашенных жидкос­ тей, используемых при крашении кислотными, кислотными металл­ содержащими и катионными красителями. У выравнивателя А-20 выравнивающее действие слабее, но он в меньшей степени спосо­ бен к образованию осадков с некоторыми кислотными красителями, чем выравниватель А. Водный 1%-ный раствор выравнивателя А имеет рН = 4—6.

А л к а м о н ы Д, О С -2, Н, Д С, ГН содержат четвертичные аммониевые соли, являющиеся производными высших жирных спиртов. Их выпускают в виде паст или вязких жидкостей и при­ меняют как антистатики и мягчители.

К а р б о з о л и н ы О и С содержат бензолсульфокислые соли алкилимидоазолина. Представляют собой вязкие жидкости. Применяются в качестве антистатиков и мягчителей.

Ал к и л ол а м и д ы — продукты конденсации высших жирных кислот с алкилоламинами (например, с моноили с диэтанолами­ ном), являются переходными между катионактивными и неионо­ генными веществами. Обладают свойствами диспергаторов, эмуль­ гаторов и мягчителей. Находят применение при крашении и печа­ тании в качестве веществ, повышающих растворимость и диспер­ гирование красителей.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМ ВЕЩЕСТВАМ

Качество поверхностно-активных веществ характеризуют раз­ личными показателями в зависимости от вида и назначения этих веществ. В стандартах к ним предъявляют определенные требо­

2 3 8

вания в отношении внешнего вида, содержания активного веще­ ства, влаги или сухого вещества, отдельных примесей, раствори­ мости в воде, поверхностного натяжения, величины pH и смачи­ вающей способности водных растворов, способности задерживать выбирание красителей или выравнивать окраски и ряд других тре­ бований.

Для некоторых неиногенных веществ регламентируют темпера­ туру посветления их горячих растворов, а для веществ, являющихся сложными эфирами — число омыления.

УПАКОВКА И ХРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Жидкие и пастообразные поверхностно-активные вещества упа­ ковывают в стальные бочки емкостью 50—275 л и в полиэтилено­ вые канистры емкостью до 100 л. Некоторые жидкие вещества могут поставляться в бутылях (например, сульфирол 8), а пасто­ образные— в деревянных бочках на 100—200 кг (например, сма­ чиватель НБ). Порошкообразные вещества упаковывают в много­ слойные бумажные мешки с битумированными внешними слоями, в полиэтиленовые мешки и в картонные коробки с пергаментной бумагой, которые затем помещают в ящики. Кусковые продукты затаривают в картонные коробки или в деревянные ящики.

Хранят поверхностно-активные вещества в закрытой таре, в крытых складских помещениях.

ОТБОР ПРОБ ДЛЯ АНАЛИЗА

Отбор проб для анализа и испытания поверхностно-активных веществ проводят с соблюдением санитарных правил и правил, принятых для работы с химическими веществами.

При контрольной проверке поступившей партии продукта от­ бирают пробу от 10% тарных мест партии (канистр, бутылей, бо­ чек, мешков), но, как правило, не менее чем из трех тарных мест. При этом выполняют описанные выше правила отбора проб (стр. 7). Отобранные пробы тщательно перемешивают и среднюю пробу в количестве 0,5—1 л для жидких веществ или 100—200 г для твердых помещают в сухую стеклянную банку с притертой пробкой.

МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Определение класса поверхностно-активного вещества

Метод основан на качественных реакциях отдельных групп по­ верхностно-активных веществ.

К реакциям, с помощью которых можно различить классы по­ верхностно-активных веществ, относится реакция взаимодействия растворов этих веществ с раствором метиленового голубого в воде в присутствии хлороформа или дихлорэтана. Метиленовый голубой

239