（纺织化学与染整工程专业论文）纺织品护理中d5洗涤特性的研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 十甲基环五硅氧烷( d 5 ) 是一种无色、无嗅、易挥发的无油性的液体环状硅氧烷，可 与洗涤剂一起将纺织品上的油污和杂质洗去。由于它具有良好的挥发性，大约5 0 9 0 的d 5 都会在使用中或者使用后逃逸进入大气，仅有极少量被冲洗进入废水中。在大气 中，d 5 被认为是一种对臭氧层无害的有机挥发性化合物，因为它在空气中存在的寿命很短， 很快就能被分解。在土壤中，d 5 在一个星期内会完全分解成无机硅酸盐、水和二氧化碳等 无害物质。因此d 5 作为一种安全和环保的化学品，己广泛应用于健康和美容产品中。 最近，因一个偶然的发现，d 5 的应用开始扩展到纺织品沈涤领域。比较成熟的应用之 一是替代有严重生态和环境问题的四氯乙烯作为干洗介质，对传统干沈技术进行革命性的 改造。 d 5 具有不同于四氯乙烯的独特性能，已有的研究发现，它不仅可用于干洗，也可以作 为一种新型介质用于非干性洗涤。但是，有关d 5 洗涤的特性尤其是它对纤维织物理化性 能及整理品功能的影响如何，目前鲜有报道。本课题拟通过系统的实验研究，对比分析d 5 洗涤与常规干洗和水洗在洗涤性能上的差异以及对织物性状和功能的影响大小来评价d 5 洗涤的优劣。 通过分析d 5 洗涤中各种条件参数( 时间、温度、用量) 以及表面活性剂对织物去污 效果的影响，确定了d 5 洗涤的最佳工艺条件是：时间3 0 m i n 、温度4 0 、d 5 用量与织物 的比为1 0 ：1 ，表面活性剂$ 1 0 1 的用量占d 5 用量的1 。并通过与常规干洗和水洗的对比 来评价d 5 洗涤的去污效果。 论文考察了d 5 洗涤对各种纺织品性能的影响以表征和评价d 5 沈涤特性。考察和研究 的纺织品涵盖了最常见的棉织物和涤纶织物的染色印花产品以及它们的功能整理产品， 涉及的功能整理包括：拒水拒油整理、抗皱整理、亲水性整理、柔软整理以及涂层整理。 分析结果显示：与水洗相比较，d 5 洗涤可提高拒水拒油整理织物的耐久性、能提高柔软整 理织物的柔软度、对染色织物具有表面增深效果；但是，d 5 洗涤会降低亲水整理织物的亲 水效果、对涤纶染色织物表面的分散染料有较强的洗落作用：此外，对不同涂层整理剂整 理的织物以及不同抗皱整理剂整理织物，d 5 洗涤的影响表现出很大差别。 论文运用s e m 、f t i r 、e d s 、x r d 、d s c 等分析手段和各种机械物理测试方法，考 察d 5 洗涤前后织物的悬垂性、断裂强力、透气性、尺寸稳定性、刚柔性等指标的变化， i 浙江理工大学硕十学位论文 对比水洗前后纺织品的性能变化，评价d 5 洗涤对纤维和纺织品本身性能的影响。结果显 示：织物的表面形貌、表面结构、结晶度以及织物热性能基本上没有发生变化。 研究显示，d 5 洗涤是一种具备良好应用前景的、可以替代传统干洗并同时具备水洗功 能的环保型洗涤技术。 关键词：纺织品保护，十甲基环五硅氧烷( d 5 ) ，洗涤，干洗，功能性整理，环保 浙江理工大学硕十学 奇论文 t h e s t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd 5 - w a s h i n gi nt e x t i l el a u n d e r i n g a b s t r a c t d 5 ( d e c a m e t h y l e c y c l o p e n t a s i l o x a n e ) i s a l lo d o r l e s s ，c o l o r l e s s ，n o n o i l y c y c l i cs i l o x a n e f l u i d ，i tc a l lc a r r i e sd e t e r g e n tt oc l o t h e sa n dr i n s e sa w a ys u s p e n d e dd i r ta n do i l st r a p p e db yt h e d e t e r g e n t b e c a u s eo fi t sv o l a t i l i t y , 5 0 0 p 9 0 o ft h ed 5u s e di nt h e s ea p p l i c a t i o n sw i l le v a p o r a t e a f t e ra p p l i c a t i o n , w i t ho n l ys m a l la m o u n t sb e i n gw a s h e do f ft o e n t e rw a s t e w a t e r i nt h e a t m o s p h e r e ，d 5u n d e r g o e sd e g r a d a t i o nw i t h i nd a y sa n di ti s s a f et o o z o n o s p h e r e i nt h es o i l ， d e g r a d a t i o na n dv o l a t i l i z a t i o no c c u r sw i t h i naw e e k ，a n dd 5u l t i m a t e l yd e g r a d e st oi n o r g a n i c s i l i c a t e ，o rs a n d ，w a t e r , a n dc a r b o nd i o x i d e t o x i c o l o g i c a ls t u d i e sa b o u td 5s h o w e dn oe v i d e n c e f o rh e a l t hr i s kt oh u m a na n dw i l d l i v e s s o ，嬲as a f ec h e m i c a lp r o d u c t s d 5h a sb e e nu s e di n p l e n t yo f h e a l t h ya n dp e r s o n a lc a r ep r o d u c t s h o w e v e r b a s e do nan e wd i s c o v e ra b o u td 5p r o p e r t y , d 5i sb e i n gi n v o l v e di n t ot h e a p p l i c a t i o na r e ao ft e x t i l el a u n d e r i n gr e c e n t l y t h em o s tm a t u r ea p p l i c a t i o ni s t or e p l a c et h e p e r c h l o r e t h y l e n e ( p e r c ) a san o v e lm e d i u mf o rd r yc l e a n i n gt os t a r tu pt h er e v o l u t i o ni nd r y l a u n d e r i n g d u et oi t su n i q u ec h a r a c t e r i s t i cd i f f e r e n tf r o mp e r c ，d 5c a nn o to n l yb eu s e df o rd r y c l e a n i n g b u ta l s ou s e df o rn o n d r yc l e a n i n ga san e wm e d i u m i ti ss t i l lu n k n o w nw h a ti st h e c h a r a c t e r i s t i co fd 5 - w a s h i n ga n dh o wd 5 一w a s h i n gi m p a c t so nt e x t i l ep r o p e r t i e sa n df u n c t i o n s ， i n t h i sa r t i c l e ，t h r o u g ht h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i so ft h ec h a n g e si nf i b e r t e x t i l ep r o p e r t ya n d p e r f o r m a n c ea f t e rd 5 一w a s h i n gw i t ht h o s ea f t e rw a t e r - w a s h i n ga n dd r y c l e a n i n g ，t h ei m p a c t so f d 5 一w a s h i n go nt e x t i l e sw a se s t i m a t e d t oo p t i m i z et h ed 5 w a s h i n gp r o c e s s ，t h ei n f l u e n c eo fp r o c e s sp a r a m e t e r sa n dt h es u r f a c e a g e n to nc l e a n i n g - r e s u l t sw a si n v e s t i g a t e di nt h et h e s i s t h ep a r a m e t e r ss t u d i e da r et e m p e r a t u r e ， c l e a n i n g t i m ea n dt h ea n a o u n to fd 5 t h eo p t i m a lp r o c e s s i n gc o n d i t i o n sa r e ：c l e a n i n g t i m e 3 0 r a i n s ，t e m p e r a t u r e4 0 c ，t h er a t i o ( f a b r i c ：d 5 ) 1 0 ：i ，t h ea m o u n to fd e t e r g e n ts 1 0 11 o fd 5 e v a l u a t i o na b o u tt h ec l e a n i n ga b i l i t yo f d 5 一w a s h i n gw a sm a d eb yc o m p a r i n gt h ec l e a n i n gr e s u l t s w i t ht h a to f w a t e r - w a s h i n ga n dd r y c l e a n i n g t h ei m p a c t so fd 5 - w a s h i n go nt h ef u n c t i o n a lf i n i s h e df a b r i c sa sw e l ld y e da n dp r i n t e d t e x t i l e sw e r ea n a l y s e di nt h et h e s i s t h ei n v e s t i g a t i o na r e ac o v e r e df a b r i c sw i t hd i f f e r e n t 浙江理工大学硕十学位论文 f u n c t i o n a l f i n i s h e si n c l u d i n gw a t e r - r e p e l l e n ta n do i l r e p e l l e n tf i n i s h e s ，a n t i c r e a s ef i n i s h e s ， m o i s t u r em a n a g e m e n tf i n i s h e s ，s o f t e n e rf i n i s h e sa n dc o a t i n gf i n i s h e s t h er e s u l t sr e v e a l e d ： c o m p a r e dw i t hw a t e r - w a s h i n g ，d 5 一w a h i n gh a dl e s sn e g a t i v ei m p a c to nw a s h i n gd u r a b i l i t yo f w a t e r - r e p e l l e n ta n do i l r e p e l l e n tf i n i s h i n gb e n e f i t e dt os o f t e n e rf i n i s h e df a b r i c 。a n ds a t u r a t e dt h e c o l o rs h a d et ot h ed y e df a b r i c so p t i c a l l y b u t ，d 5 - w a s h i n gw a sn o ta d v a n t a g e o u st om o i s t u r e m a n a g e m e n tf i n i s h e sa n df a d e dt h ec o l o ro fd y e dp o l y e s t e rf a b r i cp r o b a b l yd u et ot h eh i g h e r s o l u b i l i t yo fd i s p e r sd y e si nd 5t h a ni nw a t e r t h ei m p a c t so na n t i c r e a s ef a b r i ca n dc o a t i n g s w e r ed i f f e r e n tb e t w e e nd i f f e r e n tf i n i s h i n ga g e n t s i nt h et h e s i s ，t h ef a b r i c sd r a p a b i l i t y , t e n s i l es t r e n g t h ，g a sp e r m e a b i l i t y , d i m e n s i o n a ls t a b i l i t y , s o f t n e s sw a se x a m i n e d ，a n dt h r o u g hc o m p a r i n gt h ec h a n g e so ft e x t i l e sp e r f o r m a n c eb e t w e e n d 5 一w a s h i n ga n dw a t e r - w a s h i n g t h e i m p a c to fd 5 一w a h i n go nt e x t i l e sp e r f o r m a n c ew a s i n v e s t i g a t e d s e m 、f t i r 、e d s 、x r da n dd s c w e r eu s e dt os t u d yt h ei n f l u e n c eo f d 5 一w a s h i n g o nt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so ff i b e r sa n df a b r i c s ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a td 5 一w a s h i n gd o e s n t g i v es e r i o u si m p a c to nf a b r i cc o n s t r u c t i o n ，f i b e rs u r f a c em o r p h o l o g y , c r y s t a l l i n e s t a t ea n dt h e r m a l p r o p e r t y i tw a sc o n c l u d e dt h a td 5 w a s h i n gc o u l dr e p l a c et r a d i t i o n a ld r y - c l e a n i n ga n dm i g h ta l s o h a v es o m es i m i l a rf u n c t i o n sa sw a t e r - w a s h i n g i ti sa ni n n o v a t i v e ，v e r s a t i l ea n de n v i r o n m e n t a l f r i e n d l yw a s h i n gm e t h o dw i t hag r e a tp e r s p e c t i v e k e yw o r d s ：t e x t i l ec a r e ；d e c a m e t h y l e c y c l o p e n t a s i l o x a n e ；l a u n d e r i n g ；d r y c l e a n i n g ； f u n c t i o n a lf i n i s h i n g ；e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及 成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：禹驰云 日期：) 一。7 年7 月“日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密目 学位论文作者签名：而场云 日期：p 再j 月f 彩日 指导老师签苎兰毫乒缸 日期：矿，月刃日 浙江理工大学硕十学位论文 第一章文献综述 1 1 前言 “绿色”产品及其消费是2 1 世纪工业生产发展的重大主题，并己逐渐成为国际贸易 的新潮流。注重绿色消费的倾向正影响着纺织品和成衣的设计、生产、消费、使用和最终 处理各个领域，这不仅是环保和可持续发展的需要，同时也是加入w t o 后中国应对新的 国际贸易壁垒即“绿色壁垒”和“技术壁垒”的需要。 这一新的消费倾向不仅关注产品本身，也十分关注其 n q - 过程以及使用过程中的生态 和环保特性。随着对纺织服装产品生命周期评估技术渐趋成熟，纺织品贸易中环境标志认 证所关注的将不仅仅是最终产品本身，而将涵盖产品的整个生命周期，包括原料选用、产 品加工、服用以及废弃过程。洗涤护理作为纺织服装产品生命周期的一个重要环节，不 仅对保持和增加纺织服装产品的服用价值来说意义重大，而且因为该过程不仅消耗大量的 洗涤介质，还向环境排放多种有害的化学品残余，同样存在生态和环保问题，正受到纺织 行业、消费群体和环境保护组织越来越多的关注。因此，顺应纺织品生命周期的“绿色” 要求，开发新型的纺织品“绿色”洗涤护理技术已经成为该领域的重要任务和发展趋势。 纺织品的洗涤以洁净和护理为目的，无论是工业洗涤还是家庭沈涤，都存在环境问题 和对纺织品的性能影响问题。对水洗而言，除了水资源的消耗问题，还需考虑洗涤剂残余 的排放对环境尤其是水体的污染问题；对干洗而言，首当其冲的是干洗介质的环保和生态 危害问题。长期以来，纺织品干洗使用的介质是全氯乙烯，美国g r e e n e a r t h ”公司于t 9 9 9 年研究开发了d 5 取代四氯乙烯( p c e ) 的干洗技术，目前，该技术仍处于探索阶段，详细的 研究，国内外鲜有报道。但是已有的研究表明，d 5 洗涤技术不仅可以取代四氯乙烯，成为 新型的干洗介质，也可能取代水，在非干洗领域发挥一定作用；而且这种洗涤技术是对环 境无污染的绿色环保技术1 1 1 ；因此，研究d 5 对织物的洗净机理和d 5 对织物纤维化学和 物理结构特性以及织物纤维上其他化学物质性能的影响，对于建立一种全新的、不损伤 织物纤维性能并对生态环境保护有益的洗涤技术、保障社会和经济的可持续发展有重大 意义。 1 2 纺织品洗涤概述 从广义上讲，洗涤是从被洗涤对象中除去不需要的成分并达到某种目的的过程。通常 浙江理工大学硕十学位论文 意义的洗涤是指从载体表面去污除垢的过程。在洗涤时，通过一些化学物质( 如沈涤剂等) 的作用以减弱或消除污垢与载体之间的相互作用，使污垢与载体的结合转变为污垢与沈涤 剂的结合，最终使污垢与载体脱离 2 , 3 1 。因被洗涤对象和要清除的污垢是多种多样的，因此 洗涤是一个十分复杂的过程，洗涤作用的基本过程可简单表述如下：洗涤过程通常可分为 两个阶段，一是在洗涤剂的作用下，污垢与其载体脱离；二是脱离的污垢被分散、悬浮于 介质中。洗涤过程是一个可逆过程，分散、悬浮于介质中的污垢也有可能从介质中重新沉 积到被洗物上。因此，优良的洗涤体系( 洗涤介质+ 洗涤剂) 除了具有使污垢脱离载体的 能力外，还应有较好的分散和悬浮污垢、防止污垢再沉积的能力。现实生活中，污垢种类 和成分较为复杂，洗涤方法和沈涤剂的选择应依具体情况而定。 1 2 1 污垢 1 2 1 1 污垢种类 即使是同一种物品，如果使用环境不同，则污垢的种类、成分和数量也会不同。就衣 服的污垢而言，就有来自人体的污垢如汗、皮脂、血，来自食品的污垢如水果渍、食用油 渍、调味品渍、淀粉，有化妆品带来的污垢如唇膏、指甲油、护肤品，从大气中吸附的污 垢如烟尘、灰尘，其它如墨水、茶水、涂料、铁锈等也都可能成为纺织品的污垢，可以龅 形形色色，种类繁多。各种各样的污垢通常可分为固体污垢、液体污垢和特殊污垢三大类。 1 ) 固体污垢常见的固体污垢有灰、泥、土、铁锈和炭黑等颗粒。这些颗粒表面大多 带有电荷，多数为负电，容易吸附在纤维物品上。一般固体污垢较难溶于水，但可被沈涤 剂水溶液分散、悬浮。质点较小的固体污垢，因吸附作用强，去除起来较为困难。 2 ) 液体污垢液体污垢大都是油溶性的，包括动植物油、脂肪酸、脂肪醇、矿物油及 其氧化物等。其中动植物油、脂肪酸类能与碱发生皂化作用，而脂肪醇、矿物油则不为碱 所皂化，但能溶于醇、醚和烃类有机溶剂，并被洗涤剂水溶液乳化和分散。油溶性液体污 垢一般与纤维物品具有较强的作用力，在纤维上吸咐得较为牢固。 3 ) 特殊污垢蛋白质、淀粉、血、人体分泌物如汗、皮脂、尿以及果汁、茶汁等就属 于这类污垢。这类污垢大多能通过化学作用而较强地吸附在纤维物品上，故洗涤起来比较 困难。特殊污垢很少是单独存在的，往往是混合在一起，共同吸附在物品上；污垢有时在 外界的影响下还会氧化，分解或腐烂，从而产生新的污垢。 2 浙江理1 = 大学硕七学位论文 i 2 i 2 污垢的粘附作用 衣服、手等物体之所以能沾上污垢，是因为物体与污垢之间存在着某种相互作用，导 致污垢在物体上的粘附。污垢在物体上的粘附作用多种多样，但总的来说主要可分为物理 性粘附和化学性粘附两种【4 聊。 1 ) 物理粘附 烟灰、尘土、泥沙、炭黑等在衣服上的粘附就属于这一种。一般来说，通过这一方法 粘附的污垢，与被粘污的物体之间的作用力相对较弱，污垢的去除也比较容易。根掘作用 力性质的不同，污垢的物理粘附又可分为机械力粘附和静电力粘附。 2 ) 化学粘附 化学粘附是指污垢通过化学键如共价键、离子键或氢键等作用到物体上的现象。如极 性固体污垢、蛋白质、铁锈等在纤维物品上的粘附：由于纤维中含有羧基、羟基、酰胺等 基团，这些基团和油性污垢的脂肪酸、脂肪醇等容易形成氢键，化学作用力一般比较强， 因此污垢在物体上结合得较为牢固。用通常的方法很难去除这类污垢，需采用特殊的方法 加以处理。污垢粘附的牢固程度与污垢本身的性质和被粘附物体的性质有关。一般固体颗 粒容易在纤维性物品上粘附，固体污垢质点越小，则粘附得越牢固；反之，粘附性越差。 对于亲水性物品如棉花、玻璃等来说，其表面上的极性污垢要比非极性污垢粘附得更为牢 固，而非极性污垢在疏水性物品表面上( 如聚酯、聚丙烯等) 的结合要强于极性污垢。比如 在水介质中，非极性污垢如炭黑与石油等非极性油污的粘附强度比极性污垢如极性脂肪、 粉尘、粘土等要大，更不容易洗除。 1 2 1 3 污垢的去除 洗涤的目的在于去污除垢。在一定温度的介质中，利用洗涤剂所产生的各种物理化学 作用，减弱或消除污垢与被洗物品的作用力，在一定的机械力作用下( 如手搓、沈衣机的 搅动、介质的冲击) ，使污垢与被洗物品脱离，达到去污的目的。由于具体的污垢多种多 样，而污垢的存在形式也是多种多样，再加上被洗涤对象结构上的复杂性，因此对于污垢 的去除应根据具体的情况选择合适的洗涤剂和采取适当的洗涤方法。 1 ) 液体污垢的去除【4 5 ，7 】 液体污垢大多为油性污垢。油污能润湿大部分的纤维物品，在纤维材料的表面上或多 3 浙江理工大学硕十学位论文 或少扩散成一层油膜。对于这类油污来说洗涤作用的第一步，是沈涤液对基质和污垢的润 湿，或是洗涤液渗透到基质和污垢的界面，在这一步，洗涤介质的润湿能力是关键。为说 明方便起见，将纤维的表面看成为平滑的固体表面。在液、气、固三相混合系中，不同介 质的相表面都因受力不均衡而存在界面张力( y ) 。气泡与颗粒一旦接触，由于界面张力 而产生表面吸附作用。三相间的吸附界面构成的交线称润湿周边。通过润湿周边作液、固 界面张力( y s l ) 作用线和液、气界面张力( y l g ) 作用线，二作用线的交角为接触角( o ) 。液 体在固体表面的润湿程度可以接触角( e ) 来量度，如图l - 1 。当液、气、固三者达到平衡 时，固体表面的润湿状况可用润湿方程式( y o u n g 方程) 表达： y s g y s l = y l g c o s 0 此时的接触角为平衡接触角。习惯上将9 0 定为是否润湿的标准：o 9 0 。c 时称为不润湿：平衡接触角o = o 时，则为完全润湿。当 c o se = 1 时，此时的表面张力成为临界表面张力。只有当液体的表面张力等于或低于固体 的临界表面张力时，液体在固体表面上的扩散才可以自发进行，才能彻底润湿。 洗涤作用的第二步是油污的去除。液体污垢的去除是以一种卷缩( r o l l i n g u p ) 的方 式来实现的。液体油污原来是以铺开的油膜形式存在于表面上，在洗涤液对固体表面优先 润湿作用下，逐渐卷缩成为油珠，被洗涤液替换下来，在一定外力作用下最终离丌表面， 如图l 。2 所示。在这个过程中，由于表面活性剂容易吸附在固体表面和油污膜面上，傻固 体洗涤介质和油洗涤介质的界面张力降低。为了维持固体洗涤介质油三相界面上作用 力的平衡，油污与固体界面上的接触角有变大的趋势，也即油污会逐渐卷缩，达到一定程 度时就能脱离固体表面。 4 浙江理工大学硕十学位论文 图1 2 表面上的油膜在洗涤液作用下卷缩成油珠 实际上，油污多种多样，再加上不同性质的载体表面，因此油污在表面上的吸附强度 也不同，去除它们的难易程度也就不一。当液体油污与载体表面的接触角为1 8 0 c 时，污 垢可以自发地脱离载体表面；若它们之间的接触角在9 0 c 1 8 0 c 的范围内，则污垢不能 自发脱离表面，但可以被液流冲走( 如图1 3 所示) ： 图1 3 ( o ) 9 0 u ) 在液流的冲击下，油滴从基质表面完全去除 当接触角小于9 0 c 时，液流只能冲走大部分的油污，仍有- - + 部分油污留在表面( 如 图1 4 所示) 。只有通过作更多的机械功，或是通过较浓的表面活性剂溶液的增溶作用j 能将这一小部分的残留油污除去。同时通过洗涤剂的增溶作用，油性污垢可以稳定的溶解 于洗涤介质之中。 图1 4 ( 0 9 0 c ) 在液流的冲击下，大部分油滴 从基质表面去除，小部分残留于基质表面 5 浙江理工大学硕十学位论文 2 ) 固体污垢的去除 液体污垢的去除，主要是通过洗涤液对污垢载体的优先润湿。而固体污垢的去除机理 则有所不同，这是由于两种污垢与基质表面的粘附性质不同。对于液体污垢，粘附强度可 以很清楚地定量地表示为固液界面的粘附自由能：而固体污垢在固体基质表面粘附要复 杂得多，粘附作用主要来自范德华力，其它的力要弱的多；静电引力可以加速空气中的灰 尘在固体表面的粘附，但并不增加粘附强度。 对于固体污垢的去除，主要是由于表面活性剂在污垢固体质点及基质表面上的吸附。 在洗涤过程中，首先发生的也是沈涤液对污垢和基质表面的润湿，在固液界面上形成扩 散双电层。由于污垢质点与基质表面所带电荷一般相同，从而在二者之间增强了排斥力， 使粘附强度减弱，污垢就比较容易自基质表面去除【2 l 。另一方面，当离子型表面活性剂自 洗涤剂溶液中吸附于污垢质点及基质表面，同时也增加了两者之f b j 的表面电势，从而使污 垢质点更容易自表面脱落。所以一般用阴离子表面活性剂配制的洗涤剂更适合清洗固体污 垢，因为纤维在水中一般带有负电荷，而固体污垢也带有负电荷，加入阴离子表面活性剂 可使二者界面电势明显增加，有利于洗脱和防止污垢再沉积。相比之下非离子表面活性剂， 上述作用就差。但被吸附的非离子表面活性剂往往在表面上形成较好的空问障碍，这对于 防止污垢质点再沉积有利。阳离子表面活性剂则恰恰相反，它将使表面电势降低或消除， 于洗涤不利。 对于固体污垢的去除，与污垢质点大小关系很大。一般来说，污垢质点越大，越容易 从表面除去，这与洗涤时洗液对污垢质点的冲击力有关。固体污垢的去除，除了表面活性 剂的作用外，机械力( 洗涤液流的冲击力) 也十分重要。这是因为固体污垢的质点不是流 体，由于污垢与被沈物表面的粘附，洗涤液很难渗入污垢质点与被洗固体表面之间，所以 必须加机械作用来帮助洗涤液渗透，从而减弱表面与污垢之f 日j 的结合力，使污垢易于脱离。 洗涤时，洗液内部的流动速度有一个梯度，越靠近固体表面，液流的速度越小，在固体表 面处，液体流速为零，而离开表面的距离越大，则液体流速越大。因此，大的污垢质点不 仅因截面积大而承受较大的冲击力，而且因其体积大而能受到离被洗物表面较远处的高速 液流的作用，冲击力更大一些，而容易洗掉。小的污垢只能依靠低速的液体作用，洗涤的 难度增加。实际上直径小于o 1 9 m 的污垢粒子是很难从衣料上去除的。 6 浙江理工大学硕十学位论文 1 2 2 洗涤剂 1 2 2 1 洗涤剂发展历程 根据国际表面活性剂会议( c i d ) 用语，所谓洗涤剂，是指以去污为目的而设计复 配的制品，由必须的活性成分( 活性部分) 和辅助成分( 辅助部分) 构成。作为活性组分 的是表面活性剂：作为辅助组分的有助剂、抗沉淀剂、酶、填充剂等，其作用是增强和提 高洗涤剂的各种效能。 人们最早使用的洗涤剂是肥皂。随着有机合成表面活性剂的开发成功，合成沈涤剂逐 步进入人们的生活。2 0 世纪5 0 年代四聚丙烯的大量生产，促进了合成沈涤剂在全世界的 高速发展；1 9 5 3 年，美国合成洗涤剂的产量首次超过了肥皂。作为合成洗涤剂主要品种之 一，液体洗涤剂出现于2 0 世纪4 0 年代末，到2 0 世纪8 0 年代，液体洗涤剂在洗涤工业中 已经占据了重要地位；到了2 0 世纪9 0 年代，由于液体洗涤剂在形式、功能、结构上都有 了新的变化，在洗涤剂产品中的重要性进一步提高2 ，3 1 。从洗涤剂的品种来看，液体产品品 种远多于固体产品。 尽管我国液体洗涤剂产品近年来有了较大的发展，但与国外相比，在产品原料供应与 使用、配方技术与工艺、产品性能与品种、产品使用与服务等方面还有一定的差距。需要 在研究与学习国外经验技术的基础上，加大原料开发、配方技术研究以及应用丌发的力度， 加速我国液体洗涤剂的发展。 1 2 。2 。2 洗涤剂的洗涤原理 1 ) 降低洗涤介质的表面张力，改善水对洗涤物品表面的涧湿性 洗涤剂对洗涤物品的润湿是洗涤剂可否发生作用的先决条件，洗涤剂对洗涤物品必须 具有较好的润湿性，否则洗涤剂的洗涤作用难以发挥。对人造纤维( 如聚丙烯、聚酯) 和 未经脱脂的天然纤维等，因其具有的临界表面张力低于水的表面张力，因而水在其上的湿 润性都不能达到令人满意的程度。加入洗涤剂后一般都能使水的表面张力降至3 0 d y n c m 以下。因此除聚四氟乙烯外，洗涤剂的水溶液在物品的表面都会有很好的润湿性，促使污 垢脱离其表面，而产生洗涤效果。 2 ) 洗涤剂能增强污垢的分散和悬浮能力 洗涤剂具有乳化能力，能将物品表面上脱落下来的液体油污乳化成小油滴而分散悬浮 浙江理t 大学硕十学位论文 于水中。若是阴离子型洗涤剂还能使油水界面带电而阻止油滴的并聚，增加其在水中的 稳定性。也可使进入水相中的固体污垢表面带上同种电荷，当污垢质点靠近时因产生静电 斥力而难以聚集，提高了固体污垢在水中的分散稳定性。对于非离子型洗涤剂，可以通过 较长的水化聚氧乙烯链产生空间位阻使油污和固体污垢分散并稳定于水中。因此沈涤剂可 以起到阻止污垢沉积于物品表面的作用吼 1 2 3 洗涤介质及洗涤方法 织物的洗涤按照所用介质的不同主要有水沈和干洗两种洗涤方式。两种洗涤的方法各 有优点，同时也都存在不足之处。下面我们针对两种洗涤方法来详细介绍。 1 2 3 1 水洗 水洗即在水中洗涤，就是织物以水为洗涤介质，借助沈涤剂的润湿、乳化等作用，再 加上机械作用力，将衣服洗涤干净。目前国内用于水洗的沈涤剂中含有大量的磷酸盐类化 合物，而含有这类化合物的污水排放到水中能造成藻类繁殖力度大幅度提高，使生态失去 平衡，造成大气污染，近年来洗涤技术开始向无磷和无污染方面发展。 众所周知，水洗的优点很多。首先，水的来源比较丰富，利用率高；其次，水无色无 嗅无毒，应用十分方便；另外，水作为洗涤介质，对亲水性污垢的沈除能力高。但是水洗 也有其固有的缺点：首先，从去污力方面来说，水沈对一些疏水性污垢的去除效果较差； 其次是常用水的硬度较高可能造成洗涤后织物上面留有钙镁离子等的杂质；第三是对有些 经过染整加工后并己干燥的织物，尤其是近年来出现的高档棉、麻、毛等产品，这些织物 经过水洗后，往往会发生比较明显的收缩，从而导致用这些面料制成的服装变形和走样【9 】o 综合以上三点考虑，人们慢慢的开始寻找一种比较适合于这些织物沈涤的方法，这样慢慢 就出现了干洗。 1 2 3 2 干洗 所谓干洗就是不用水做介质，而是使用干洗溶剂来完成整个洗衣过程。本世纪2 0 年 代中期，随着汽车工业的发展，汽油成为一种价廉易得的溶剂，由于其亲水性小，首先被 用作干洗剂，但由于它易燃不久即被淘汰；其它来自石油的烃类溶剂，虽不像汽油那样 易燃，但亦有着火危险，且蒸发慢，不易从织物上除去，因而不宜用作干沈剂；由于氯、 溴、磷有防火作用( 如卤代烃就不易燃) ，同时又是良好的溶剂，因而可考虑用作干沈剂； 卤代烃中的四氯化碳极性小，具有适宜的汽化速度，所以曾度作为主要的干沈剂，其缺 r 浙江理工大学硕十学位论文 点是人长期吸入四氯化碳蒸汽，可能导致肝脏硬化，水解生成的光气和赫酸腐蚀设备，因 而也逐渐被淘汰i 。目前我国干洗所使用的溶剂多以四氯乙烯和石油干洗为主，而这两种 干洗溶剂都有一定的弊端。 传统四氯乙烯( p e r c h l o r o e t h y l e n e ，以下简称p c e ) 干洗以其出色的清沈效果为干洗 业提供了良好的服务而被广泛应用，但是已有研究表明，四氯乙烯在自然界中长期存留可 以对动物和人类产生危害。p c e 对人体的危害主要是通过呼吸道吸入和皮肤接触进行，损 害中枢神经、肺、皮肤、粘膜、消化道和肝、肾等。它对人体毒害首先是对中枢神经的麻 醉作用，表现为头痛、眩晕、颤抖、恶心、呕吐、疲劳和失去知觉等，严重时会造成死亡。 据报道，当人处于浓度为2 5 0 0 m g l 的p c e 环境中，2 小时后会有麻醉感。接触p c e ，会 使皮肤脂肪脱除，使皮肤干燥，易受细菌感染，造成皮炎，以至引起中毒o3 1 。 刘永泉( 1 9 9 7 ) 对北京市某区3 0 个服装干洗店和2 个电影厂p c e 作业现场进行劳动卫 生学调查，结果表明，p c e 对肝脏代谢有一定影响，推测p c e 可诱发人肝脏过氧化物小体 增生，可能对人类具有致癌危险性。据报道( 徐业林，1 9 9 6 ) ，工人在工作中接触浓度为 1 5 7 2 。6 0 m g l 的p c e ，有疲乏、头晕、恶心和酩酊感，7 人中有6 人肝功能异常。另有 研究结果表明，估计每9 5 0 万人中至少有一人死于p c e 引起的癌症( k l o o s ，1 9 9 7 ) 【1 4 】。 目前，p c e 已经作为已知的对地球臭氧层具有破坏作用的挥发性组分，被美国环境保 护局( e p a ) 的“癌症评估小组”列为致癌物b ：级。德国、日本、美国和加拿大已将包括p c e 在内的卤代烯烃干洗剂列入生态纺织品的控制项目。 近年来，石油干洗的发展越来越快，石油干洗店也层出不穷。石油干沈技术也被认为 符合国家环保要求。石油干洗剂中几乎不含芳香族成分，基本上是碳氢化合物，洗涤中基 本无污染气体及废气排出，对臭氧层没有破坏，且没有污染性残余物留在洗涤过的衣物上， 对人体无副作用，是现在被普遍认同的一种环保干洗剂。但是石油干洗也有很多缺点。首 先石油是一种不可再生资源，随着时间的增长，石油的价格会慢慢上升，造成沈涤成本越 来越大。其次是由于石油是纯碳氢化合物，其沸点低、易燃，在洗涤过程中由于操作不当 容易发生燃烧、产生爆炸，危害人身安全。另外还有反映石油干洗在去污方面有“洗不净” 的现象。 由此可见，开发应用洗涤领域更清洁安全和高效的“环境无害技术”( e n v i r o n m e n t a l s a f e t yt e c h n o l o g i e s ，e s t s ) 势在必行。开发的关键在于找到一种能够替代p c e 和石油干 9 浙江理工大学硕士学位论文 洗剂的清洁、安全和高效的新型洗涤介质。 最近，美国的研究者在实验中偶然发现了十甲基环五硅氧烷( d 5 ) 可以取代四氯乙烯作 为新一代干洗介质的特性。因其具有环保优势，立刻引起美国工业沈涤界的关注，成立了 专门开发该项技术的g r e e n e a r t h 公司，并得到了诸如通用、宝洁等一些大公司的支持，逐 渐进入工业干洗领域，呈现出很好的发展势头。 1 3d 5 简介及其应用情况概述 1 3 11 ) 5 的结构与性质 d e c a m e t h y lc y c l o p e n t a s i l o x a n e ( d 5 ) ，又名十甲基环五硅氧烷，是一种以二甲基二氯 硅氧烷为主要原料，在经过水解合成工序制得的水解物基础上经过分离、精馏，或者是在 水解物经过裂解后或在二甲基二氯硅烷( d m c ) 基础上再分离、精馏后制得的有单独定义 的环状化合物。其结构如图1 5 所示【1 5 】： h 3 c c h 3h 3 c c h a - - j - _ 。 s 1 。s 1 o n s c 。麓i c h 。 c h 8h 8 c c h 8h 3 c 。 d e c a m e t h y lc y c lo p e n t a s ilo x a n e ( d 5 ) 图1 5d 5 分子式 d 5 是以硅氧( s i o ) 键为主链，硅原子上直接连接有机基的有机一无机化合物。当十 甲基环五硅氧烷( d 5 ) 含量达到5 0 以上时为无色透明或乳白色液体，可燃，无异味，不 溶于水，可溶于苯等有机溶剂。表1 1 列出了d 5 的一些常见物理性质。 1 0 浙江理工大学硕七学位论文 表1 1d 5 的性质 外观无色透明液体 色度 气味 环体总含量( ) 密度( 2 0 0 c ，g e r a 3 ) 粘度( 2 5 0 c ，1 1 1 1 1 1 2 s ) 折光率( 2 0 0 c ) 表面张力( 2 5 0 c d y n c m ) 闪点( 闭杯。) 熔点( ) 沸点( 1 0 1 3 k p ) l o 无 ( d 5 ) 9 0 0 9 4 0 0 9 9 0 5 1 0 i 3 9 0 一1 4 1 0 1 8 7 2 - 3 8 2 1 0 1 3 2d 5 的毒性和环境影响特性研究概述 虽然d 5 用作干洗的研究有了一定的进展，但是研究者对它的毒性问题一直十分关注。 由于d 5 是一种在个人消费和工业上得到广泛使用的硅氧烷，关于其安全性的研究从未停 止。近年来，有关d 5 毒性的研究报道层出不穷，大部分研究表明d 5 在应用中是安全环保 的。曾经有超过3 0 多篇的论文研究报道给出了肯定的结论。但是在b r o w ns l ，s i l v e r m a n b g t 6 1 等人报道了d 5 在人体丰胸手术中可能会对人体的某些组织产生危害，以及美国科学 家c h a r l e sn ，f a l a n ya n dg el i 等人通过对实验室的老鼠试验”】，认为老鼠长时闽在 高浓度的d 5 中可能导致肝脏酶增加和子宫瘤等症，人们又丌始对d 5 的安全问题丌始怀疑。 因此引发了有关d 5 毒性的新一轮研究热。 对于上面现象科学家们又进行了大量的实验室动物试验，通过长时间观察到的变化探 明上述的老鼠试验中涉及到的肝脏酶增加，这种酶能提供新陈代谢和消除来自体内的物 质。而随着暴露在d 5 中时间的增长，肝脏酶的增加会减小。这种变化对健康