Химические вещества участвуют в каждом этапе производственного процесса, от сырья до готовой текстильной продукции. Для производства нашей повседневной одежды из натурального волокна, такого как хлопок или шерсть, или синтетического волокна, такого как полиэстер или нейлон, требуется целый ряд химических процессов.
Понимание типов и промышленного использования текстильных химикатов может дать знания покупателям текстильных фабрик и поставщикам химического сырья, а также обеспечить важную концепцию для оценки контроля качества и воздействия на окружающую среду.
1. Виды текстильной химии
Текстильные химикаты можно разделить по сферам применения: Красители, вспомогательные вещества, отделочные материалы и функциональные химикаты. Каждая категория служит для различных целей в каждом производственном процессе.
Красители отвечают за придание ткани цвета, а вспомогательные вещества - это помощники при окрашивании, которые делают процесс печати более равномерным и эффективным. Отделочные агенты улучшают мягкость, внешний вид и прочность тканей. С другой стороны, функциональные химикаты могут придать ткани особые функции, например, водонепроницаемость, огнестойкость или антибактериальность.
Мировой рынок текстильной химии огромен: в 2024 году он оценивался в $26 миллиардов долларов США, а в 2030 году ожидается рост до $34 миллиардов долларов США. Крупнейшим потребительским рынком является Азиатско-Тихоокеанский регион, включающий Китай, Индию и Бангладеш, на который приходится 65% мирового рынка.
2. Почему химикаты важны в текстильном производстве?
Современная текстильная промышленность не может работать без химикатов. Волокна хлопка-сырца содержат природные примеси, жиры и пигменты. Для получения равномерной окраски они должны быть обработаны химическими веществами. Синтетические волокна, такие как полиэстер, из-за сильной гидрофобности не могут быть окрашены без вспомогательных веществ.
Помимо внешнего вида, химические вещества могут влиять на функциональность и долговечность изделия. Обработка против морщин может сделать одежду не требующей глажки, а водонепроницаемое покрытие - сохранить одежду для улицы сухой во время дождя. Огнезащитное покрытие также помогает одежде для промышленной безопасности соответствовать нормативным требованиям.
Выбор химических веществ также может повлиять на окружающую среду и здоровье человека. Некоторые традиционные текстильные химикаты содержат опасные вещества, такие как формальдегид, тяжелые металлы и галогенированные антипирены. Спрос на "зеленые" текстильные химикаты стремительно растет благодаря продвижению международных стандартов сертификации, таких как REACH и GOTS.
3. Химикаты, используемые для предварительной обработки текстиля
Предварительная обработка - это процесс подготовки перед крашением. Ее основная цель - удалить примеси из волокон, чтобы обеспечить равномерное крашение. К химическим веществам относятся:
Каустическая сода (NaOH): | Используется при мерсеризации хлопковых волокон для усиления блеска волокон и поглощения красителя. После мерсеризации поглощение красителя хлопковыми волокнами может быть увеличено более чем на 30%, что является стандартной процедурой для высококачественных хлопковых изделий. |
Перекись водорода: | Наиболее распространенное отбеливающее средство, которое может удалять натуральные пигменты, не повреждая волокна. Его можно использовать вместе со стабилизаторами перекиси, чтобы обеспечить равномерное отбеливание. После отбеливания необходимо использовать средство для удаления остатков перекиси водорода, иначе она будет мешать последующему процессу окрашивания. |
Ферменты: | Роль ферментов в предварительной обработке становится все более важной благодаря прорывам в биотехнологии. Целлюлаза может удалять поверхностную ворсистость хлопка и разглаживать поверхность ткани, а амилаза может использоваться для обеспыливания, чтобы удалять пропитывающие вещества в процессе ткачества. По сравнению с традиционной химической обработкой, обработка ферментами является более экологичной, с меньшей нагрузкой на сточные воды. |
Чистящие средства: | Они представляют собой тип поверхностно-активного вещества, способного удалять из волокон натуральные масла, воски и другие загрязнения. При предварительной обработке полиэфира чистящие средства также могут удалять прядильное масло. Неполная очистка приводит к неравномерному окрашиванию, что является одной из распространенных проблем качества на красильной фабрике. |
4. Химикаты, используемые при окрашивании текстиля
Окрашивание это самый сложный процесс в текстильном производстве, требующий наибольшего расхода химикатов. Для разных волокон требуются разные типы красителей и вспомогательных веществ.
Реактивный краситель: | Обычно он используется для целлюлозных волокон, таких как хлопок, лен и вискоза. Краситель образует ковалентную связь с волокном, благодаря чему достигается превосходная стойкость цвета. Красить необходимо в щелочной среде. В качестве ускорителя добавляется кальцинированная сода или глауберова соль. Степень фиксации составляет около 70-80%, а оставшиеся 20-30% красителя попадают в сточные воды, что делает очистку сточных вод одной из самых сложных задач для красильной фабрики. |
Дисперсный краситель: | Он предназначен для синтетических волокон, таких как полиэстер и нейлон. Из-за сильной гидрофобности окрашивание синтетических волокон требует высокой температуры (более 130°C) или использования носителя. |
Прямое окрашивание: | В основном используется для хлопкового волокна. Он прост в использовании, но его стойкость цвета хуже, чем у реактивного красителя, и требуется обработка фиксатором. Кроме того, он легко выцветает после стирки, поэтому в настоящее время он используется в основном для окрашивания недорогой бумаги, а не одежды премиум-класса. |
Кислотный краситель: | Его можно использовать для белковых волокон, таких как шерсть и шелк. Крашение должно проводиться в кислой среде (pH 3-6), а в качестве вспомогательных веществ обычно используются уксусная кислота и сульфат аммония. |
5. Химикаты, используемые в текстильной печати
Текстильную печать можно понимать как “локальное окрашивание”, при котором пигменты и узоры точно отпечатываются в определенных местах текстиля. Обычно используются такие химические вещества, как:
Пигментное связующее: | Это важнейшее вспомогательное вещество в пигментной печати, которое закрепляет пигмент на поверхности волокна. Качество связующего может влиять на стойкость и мягкость печати. |
Загуститель: | Он контролирует текучесть пигмента, обеспечивая четкий печатный рисунок и стойкость цвета. Часто встречающийся загуститель - альгинат натрия, который используется для печати реактивными красителями, в то время как синтетический загуститель применяется для печати пигментами. |
Агенты сопротивления: | Используется для резистной печати. Он образует защитный слой на области печати, чтобы предотвратить реакцию основного красителя с волокном, в результате чего получается четкий белый или светлый рисунок. |
Мочевина: | При печати реактивными красителями мочевина выполняет функцию увлажнителя, который способствует растворению красителя и стимулирует реакцию закрепления. Эффект очевиден в сухой среде. В процессе запаривания и закрепления мочевина поглощает воду, чтобы сохранить пигмент влажным, что обеспечивает полную реакцию красителя и волокна. |
6. Распространенные поверхностно-активные вещества, используемые в текстильной промышленности
Поверхностно-активные вещества являются наиболее используемыми вспомогательными веществами в текстильной химии. Они присутствуют практически в каждом производственном процессе.
Анионное поверхностно-активное вещество: | Это самый распространенный ингредиент в рафинирующих и моющих средствах, обладающий сильной очищающей способностью и низкой стоимостью. Одним из примеров является додецилбензолсульфонат натрия (SDBS). |
Неионогенное поверхностно-активное вещество: | Его характеристики стабильны в красильной ванне с высокой концентрацией соли, на которые не влияет значение pH. Обычно он используется в качестве выравнивающего и диспергирующего агента, одним из примеров является полиэтиленгликоль (ПЭГ). |
Амфотерное поверхностно-активное вещество: | Он бережно относится к коже и используется для отделки элитных тканей, таких как детская одежда и нижнее белье. |
При выборе типа поверхностно-активных веществ все более важным фактором становится способность к биоразложению. ЕС запрещает использовать этоксилаты нонилфенола (NPEO) в текстильном производстве, поскольку они могут распадаться на нонилфенол (NP), который является эндокринно-разрушающим химическим веществом.
7. Какие химические вещества используются при окрашивании полиэстера?
Полиэстер - волокно, которое потребляется больше всего во всем мире. Однако его окрашивание представляет собой серьезную проблему из-за гидрофобности и компактной молекулярной структуры. Поэтому необходимо использовать химические вещества для крашение полиэстера.
Дисперсный краситель: | Это единственный тип красителя, который может эффективно окрашивать полиэстер. Краситель диспергируется в воде в виде чрезвычайно мелких частиц, которые при высоких температурах проникают в молекулярные цепи полиэстера и после охлаждения фиксируются в волокнах. |
Диспергирующий агент: | Он обеспечивает равномерное распределение частиц красителя в красильной ванне и предотвращает их агрегацию. В качестве диспергирующего агента обычно используется лигносульфонат натрия. |
Носитель: | Он используется при атмосферном низкотемпературном (100°C) крашении, которое может временно расширить молекулярные цепи в полиэстере и позволить проникнуть красителю. К часто встречающимся носителям относятся бензилбензоат и дифенил, но их применение ограничено из-за их токсичности. |
Уменьшение клирингового агента: | Поверхностный краситель после окрашивания необходимо удалить с помощью восстановительного очистителя. Для этого требуется смесь гидросульфита натрия и каустической соды при температуре 60-80°C. |
Регулятор pH: | При крашении полиэфира требуется слабокислая среда (pH 4-5). Для регулирования значения pH обычно используется уксусная кислота, которая обеспечивает стабильность красителя и однородность цвета. |
8. Как правильно выбрать химикаты для текстиля
Помимо стоимости, выбор текстильных химикатов зависит от типа волокна, производственного процесса, экологических требований и области применения.
Основное внимание уделяется типу волокна. Химические характеристики таких волокон, как хлопок, шерсть, полиэстер и нейлон, совершенно различны. Выбор красителей и вспомогательных веществ должен соответствовать структуре волокон. Использование неправильного красителя приведет к неудачному окрашиванию и даже к повреждению волокон.
Некоторые традиционные химикаты нельзя использовать, если продукт требует сертификации OEKO-TEX, GOTS или REACH. Необходимо выбрать альтернативу, соответствующую требованиям, особенно для текстиля, экспортируемого в ЕС или США.
При выборе текстильных химикатов необходимо учитывать стоимость всего производственного процесса, а не цену единицы отдельного химиката. Например, цена единицы высокоэффективного выравнивающего агента высока, но количество переделок и затраты на очистку сточных вод могут быть снижены, и, следовательно, стоимость всего производственного процесса будет ниже.
Условия работы текстильных химикатов очень точны. Небольшая разница в температуре, значении pH или концентрации может оказать огромное влияние. Выбор поставщика с технической поддержкой более важен, чем просто поиск самой низкой цены.
При первой покупке текстильных химикатов рекомендуется попросить поставщика предоставить образец и лист технических данных (TDS). Перед серийным производством следует также провести пробное производство. Фактические характеристики разных партий химикатов могут отличаться, даже если они имеют одинаковые технические характеристики. Для массового производства необходимы стабильные поставщики и согласованность партий.
