CN103938442A - 一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，通过添加阳离子型氟碳表面活性剂对纤维制品进行脱水处理，表面活性剂的浓度为0.001-20g/L，脱水后以纤维制品带液率的大小判断脱水效率的高低。本发明方法既能有效降低水的表面张力，又能降低织物在水中的表面能，两者的共同作用更能有效提高脱水效率；具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

Description

一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法

技术领域

本发明涉及一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法；具体是一种利用氟碳表面活性剂降低纤维制品在脱水干燥过程中的能耗的方法，属于表面活性剂化学领域和轻工节能减排领域。

背景技术

随着中国经济发展方式的转变，以牺牲环境为代价加快经济发展的时代已渐渐远去，而“节能减排”是我国调整经济结构、实现经济发展方式转变的重要突破口。一般来说，轻工行业尤其是染整环节的能耗非常巨大，且大部分用于水洗、烘燥以及热处理。因此，减少在纺织染整工业中脱水干燥的能耗意义重大。

目前从总体看来，提高纤维脱水效率基本从脱水干燥机器的改进以及烘燥过程的优化着手，或是从纤维材料方面着手（如开发吸湿快干纤维等）来提高纤维的干燥效率。这些方法都局限于物理、机械、热力学等学科，且至今，相关的理论研究已非常系统和深入，并在实际生产中得到了较好的成果和广泛的应用，继续深入的空间已十分有限。因此人们开始试图开辟新的路径去实现节能目标。

棉纤维为亲水性纤维，浸湿后纤维中的水分包含两种，一种是与纤维素分子之间形成化学键而被称作结合水，这部分水在烘干时不易蒸发也不易被离心脱水甩出；另一种是自由水，这部分水只是简单地吸附或游离在纤维的表面和大分子间隙中，主要包括流动水和毛细管水。它们只是吸附在纤维表面，不与纤维分子发生作用，较容易去除；因此在进行烘燥前的脱水过程中，脱去的主要就是纤维中自由水。

织物（此公式讲的是织物）在经离心脱水后所含的带液率（WaterRetention）可用以下公式简单计算：

$\mathrm{Water\; Re\; tention}=A\frac{\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{gh}{\left(\mathrm{\μ\ρ}\right)}^{1/2}}$

式中：γ–液体表面张力；ρ–纤维密度；θ–水与织物表面的接触角；g–离心脱水速度；μ–纤维线密度；h–织物总厚度；Α–常数。

式中的Α是与具体织物相关的特性常数；对于给定的织物以及洗涤脱水条件，离心脱水速度（g）、纤维线密度（μ）、纤维密度（ρ)以及织物平行于离心脱水机外缘的总厚度（h)均为确定值，则织物脱水后的水分保有率主要与水的表面张力（γ）和水与织物表面的接触角（θ）相关。因此，织物的脱水效率主要与纤维和水的表面/界面性质有关，水的表面张力（γ）越小、织物与水的界面接触角（θ）越大（当θ＜90°时），离心脱水后的保水率越低。

D.O.Sha等人研究了水的性质及纤维的种类对织物脱水效率的影响，他们发现，随着溶液表面张力的降低，织物脱水后所带残余液体（水分）也降低，不同类型织物脱水后带液率也不尽相同。利用十二烷基苯磺酸钠等表面活性剂可提高织物脱水效率（相对纯水可提高5%左右）。吸湿性较好的织物由于其保湿型较高而相对较难脱去。除此之外，织物表面性质的不同也将导致其脱水效率的不同，浙江理工大学的刘今强等人研究织物经不同浓度的拒水剂和柔软剂处理后，织物的脱水效率以及干燥速率等均有相应提高，利用有机硅表面活性剂BD3078可提高脱水效率（相对纯水可提高15%左右）。

但现有技术缺乏对脱水实验方法的优化，以及对水的表面张力和纤维制品的表面能两方面因素对脱水效率综合影响的考察。以至于脱水效率相对较低，且表面活性剂的用量也相对较高。本发明从化学的角度，采用氟碳表面活性剂作为添加剂，研究脱水时液体的表面张力及织物的实时表面能两者间的共同作用，以达到提高纤维制品脱水效率的目的。

发明内容

针对提高织物脱水效率的现有技术所存在的问题，本发明基于表面活性剂化学原理，研究提高纤维制品脱水效率，为克服现有技术的不足，提供一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，该方法既能有效降低水的表面张力，又能降低织物在水中的表面能，两者的共同作用更能有效提高脱水效率；具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，通过添加阳离子型氟碳表面活性剂对纤维制品进行脱水处理，表面活性剂的浓度为0.005-20g/L，脱水后以纤维制品带液率的大小判断脱水效率的高低；

所述的阳离子型氟碳表面活性剂，其结构为式（Ⅰ）：

式中R为各类亚烃基或磺酰胺基或芳基或其混合中的一种；R₁、R₂、R₃为甲基、乙基或丙基中的一种；式中n的范围为3≤n≤20；X为卤素原子或磺酸盐阴离子基团。

所述的阳离子型氟碳表面活性剂结构式（Ⅰ）中，R基团的结构式为式（Ⅱ），其中m=3；R₁、R₂、R₃为甲基；n=8；X为碘离子；

所述的阳离子型氟碳表面活性剂用阴离子氟碳表面活性剂、非离子氟碳表面活性剂、两性离子氟碳表面活性剂中的一类表面活性剂的替换。

所述的阴离子型氟碳表面活性剂优选采用结构式为C₈F₁₇SO₃NH₄的阴离子型氟碳表面活性剂；非离子型氟碳表面活性剂优选采用结构式为C₈F₁₇SO₂NHCH₂CH₂CH₂Si(OCH₂CH₃)₃的非离子型氟碳表面活性剂；两性离子型氟碳表面活性剂优选采用结构式为C₈F₁₇SO₂NHCH₂CH₂CH₂N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-的两性离子型氟碳表面活性剂。

所述的脱水方法采用离心脱水，轧辊脱水，真空脱水中的一种；

所述的表面活性剂浓度优选为0.01-2g/L。

所述的表面活性剂浓度进一步优选为0.05-0.5g/L。

所述的纤维制品采用棉织物、涤纶、锦纶腈纶或含纤维纸张中的一种。

所述的纤维制品优选为棉织物。

本发明的有益效果是：本发明提供的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，而且由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂尤其是阳离子型氟碳表面活性剂，降低纤维制品在水中的表面能，使水更易从织物表面脱去，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本发明的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高（最高可提高纤维制品脱水效率相对纯水达20%）的特点。

附图说明

图1为织物在水中的接触角测试示意图（采用捕正辛烷液滴法测接触角）；

表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作近一步详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2)将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为0.1g/L的阳离子氟碳表面活性剂YF-007溶液中(购于湖北优世达科技有限公司），分子式为：C₈F₁₇SO₂NH(CH₂)₃N(CH₃)₃I^-，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用棉织物，对本实施例浸有阳离子型氟碳表面活性剂YF-007（0.1g/L）的棉织物采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角，如图1所示，图1为织物在水中的接触角测试示意图，其中1为纤维制品样，2为样品溶液，3为吹泡针头；对含有阳离子型氟碳表面活性剂YF-007（0.1g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂尤其是阳离子型氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

实施例2

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为0.05g/L的阳离子氟碳表面活性剂YF-134溶液中(购于湖北优世达科技有限公司)，分子式为：C₈F₁₇SO₂NH(CH₂)₄N(CH₃)₃I^-，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用棉织物，对本实施例浸有阳离子型氟碳表面活性剂YF-134（0.05g/L）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有阳离子型氟碳表面活性剂YF-134（0.05g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂尤其是阳离子型氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

实施例3

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为1g/L的阴离子氟碳表面活性剂YF-95溶液中(购于湖北优世达科技有限公司)，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用含纤维纸张，对本实施例浸有阴离子型氟碳表面活性剂YF-95（1g/L）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有阴离子型氟碳表面活性剂YF-95（1g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

实施例4

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后浸泡在浓度为0.001g/L的阴离子氟碳表面活性剂YF-93溶液中(购于湖北优世达科技有限公司)，浸泡5min后将装有纤维制品取出并放置在支架上至无水滴下；3）将纤维制品进行轧辊脱水，；4）将脱水后的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用涤纶织物，对本实施例浸有阴离子型氟碳表面活性剂YF-93（0.001g/L）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有阴离子型氟碳表面活性剂YF-93（0.001g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

实施例5

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后浸泡在浓度为5g/L的非离子型氟碳表面活性剂YF-002溶液中(购于湖北优世达科技有限公司)，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将纤维制品取出进行真空脱水；4）将脱水后的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用锦纶织物，对本实施例浸有阳离子型氟碳表面活性剂YF-002（5g/L）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有非离子型氟碳表面活性剂YF-002（5g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

实施例6

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为0.01g/L的两性离子型氟碳表面活性剂YF-006溶液中(购于湖北优世达科技有限公司)，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用腈纶织物，对本实施例浸有两性离子型氟碳表面活性剂YF-006（0.01g/L）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有两性离子型氟碳表面活性剂YF-006（0.01g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

本实施例提供的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法不仅能最大限度降低溶液的表面张力，还在水的表面张力较低的情况下，由于纤维制品吸附氟碳表面活性剂，改变纤维制品湿态状态下的表面能，从而更有效地提高纤维制品的脱水效率，本实施例的方法具有操作简单，表面活性剂用量低，脱水效率高的特点。

对比例1

本对比例包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在纯水中，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用棉织物，对本对比例浸有纯水的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对纯水测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

对比例2

本对比例包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为1g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用含纤维纸张，对本对比例浸有表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（1g/L）（碳氢表面活性剂，天津市科密欧化学试剂有限公司）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（1g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

对比例3

本对比例包括如下步骤：1）将纤维制品称干重后放入具有筛孔的离心管内；2）将装有纤维制品的离心管浸泡在浓度为1g/L的表面活性剂BD3078溶液中，浸泡5min后将装有纤维制品的离心管取出并放置在支架上至无水滴下；3）将步骤2）中得到的装有纤维制品的离心管放入离心机内以510rpm的转速离心1min后取出；4）将步骤3）中离心后的离心管内的纤维制品取出称重，并计算带液率，通过带液率的大小判断脱水效率的高低，本实施例所述的纤维制品采用涤纶织物，对本对比例浸有表面活性剂BD3078（1g/L）（碳氢表面活性剂，杭州包尔得有机硅有限公司）的纤维制品采用捕泡法测试浸泡在水中的接触角；对含有表面活性剂BD3078（1g/L）的溶液测试表面张力大小，所得结果见表1，表1为不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表。

由表1中实施例1与对比例1、对比例2、对比例3的对比结果可知，氟碳表面活性剂不仅使水的表面张力降低，还使浸泡了氟碳表面活性剂的纤维制品脱水后的带液率降得更低，最低使带液率降到65%左右，相比纤维制品浸泡纯水脱水后的带液率81.34%提高了15%-20%。相对浸泡了传统碳氢表面活性剂（如十二烷基苯磺酸钠、有机硅表面活性剂BD3078）的纤维制品脱水后的带液率提高了5%-10%左右。不仅如此，活性剂的用量也相对降低了。

由表1可知，纤维制品在水中的接触角与水的表面张力并无特殊规律，但纤维制品在水中的接触角与脱水后的带液率呈一定“线性关系”；纤维制品在水中的接触角越低，表现为越疏水，从而体现出表面能越小，因而在脱水时水滴越容易被离心脱去；由此可得，影响纤维制品脱水效率的因素有两个，即水的表面张力和纤维制品在水中的表面能，要想获得更好的脱水效率，须在降低水的表面张力的同时，也能降低纤维制品在水中的表面能，使水分更易从纤维制品表面脱离。

此外，以上实施例只选用了具有代表的几种氟碳表面活性剂，采用其他类似的氟碳表面活性剂或氟碳表面活性剂的复配体系得到的

表面活性剂体系同样能达到相近的效果。

表1不同表面活性剂浸泡后的纤维制品相关测试结果表

Claims (8)

1.一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：通过添加阳离子型氟碳表面活性剂对纤维制品进行脱水处理，表面活性剂的浓度为0.001-20g/L，脱水后以纤维制品带液率的大小判断脱水效率的高低；

所述的阳离子型氟碳表面活性剂，其结构为式（Ⅰ）：

；

    式中R为各类亚烃基或磺酰胺基或芳基或其混合中的一种；R₁、R₂、R₃为甲基、乙基或丙基中的一种；式中n的范围为3≤n≤20；X为卤素原子或磺酸盐阴离子基团。

2.根据权利要求1所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的阳离子型氟碳表面活性剂结构式（Ⅰ）中，R基团的结构式为式（Ⅱ），其中m=3；R₁、R₂、R₃为甲基；n=8；X为碘离子；

。

3.根据权利要求1所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的阳离子型氟碳表面活性剂用为阴离子氟碳表面活性剂、非离子氟碳表面活性剂、两性离子氟碳表面活性剂中的一类表面活性剂的替换。

4.根据权利要求3所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的阴离子型氟碳表面活性剂的结构式为C₈F₁₇SO₃NH₄；非离子型氟碳表面活性剂的结构式为C₈F₁₇SO₂NH(CH₂)₃Si(OCH₂CH₃)₃；两性离子型氟碳表面活性剂结构式为C₈F₁₇SO₂NH(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-。

5.根据权利要求1所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的脱水方法采用离心脱水，轧辊脱水，真空脱水中的一种；所述的表面活性剂浓度为0.01-2 g/L。

6.根据权利要求5所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的表面活性剂浓度为0.05-0.5 g/L。

7.根据权利要求1所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的纤维制品采用棉织物，涤纶、锦纶、腈纶或含纤维纸张中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种利用氟碳表面活性剂提高纤维制品脱水效率的方法，其特征在于：所述的纤维制品为棉织物。