煮練是棉印染前處理的重要工序，它是用化學(xué)和物理化學(xué)方法去除棉纖維上的共生物、雜質(zhì)和殘存漿料，精練提純棉纖維的過程。從纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，棉纖維本身應(yīng)該有很好的吸水性，而事實上，棉制品經(jīng)退漿后，雖然巳去除了大部分漿料，但棉纖維的共生物，如油蠟、果膠、棉籽殼等尚未去除.它們影響棉纖維的潤濕性。煮練的目的就是去除除色素以外的大部份天然雜質(zhì)和織造時外加的雜質(zhì)，破壞初生胞壁。使棉纖維成為潔凈、吸水性良好的產(chǎn)品，以利于印染的加工，煮陳后的棉制品其毛細(xì)管效應(yīng)一般在10cm左右(8cm為合格指標(biāo))。
煮練時使用的主要煮練劑是燒堿，另外還添加不少輔助的助劑如水玻璃、亞硫酸鈉、絡(luò)合劑、表面活性劑、軟水劑等等。燒堿在高溫下使棉蠟中的脂肪及脂肪酸變化、使含氮物質(zhì)水解，使棉籽殼中的木質(zhì)素溶解;亞硫酸鹽能使木質(zhì)素磺化成磺酸鹽，并防止纖維素的堿性氧化.防止氧化纖維素的形成;水玻璃能吸附雜質(zhì)及分解物，還能凝聚練液中的鐵質(zhì)，防止布發(fā)脆，提高潔白度;多聚磷酸鹽作為絡(luò)合劑，防止鈣鎂鹽的再沉積和軟化硬水;表面活性劑使占棉蠟44%的高級脂肪醇乳化，使纖維潤濕，使分解物防止再沾污，和提高練液的凈洗作用。
在80年代初，上海紡織工業(yè)專科學(xué)校(今上海紡織高等專科學(xué)校)與南京鐘山化工廠(今金陵石油化工公司化工二廠)合作研制成功了煮練助劑FZ-831和832，獲得了南京市重大科技成果獎，產(chǎn)品生產(chǎn)到現(xiàn)在，巳形成一定規(guī)模。但沒有公開過研制報告，今將研制的情況報導(dǎo)如下，以供研制新助劑的同志和印染工作者參考。
一、測試方法
l、原料
這次研制用的棉布都采用印染廠常用的工業(yè)制品。
試驗用的化工原料也都采用工業(yè)用的產(chǎn)品，以便與大生產(chǎn)相符合。
2、潤濕性測定
采用AATCC-17-1971紗線沉降法，但紗用量減為2g。各種助劑液濃度為0.5%，釣重1.5g，桂錘重2.0克。
3、乳化力測定法
助劑液濃度為0.1%，吸取40毫升于100毫升有塞量筒中，再加入40毫升礦物油，蓋好瓶塞，猛搖五次，靜置1分鐘，再搖五次，再靜置1分鐘，如此重復(fù)五次后，立即開動秒表，記錄分離出10毫升水液的時間，用時間長短來表示乳化能力的好壞。
4、分散力的測試法
測定對鈣皂的分散能力。在100毫升有塞量筒中加入1.25%肥皂液10毫升和O.24%氯化鈣溶液10毫升，搖勻后，鈣皂即凝聚上浮，逐漸滴入所測助劑試液(濃度為1%)，直到液面無鈣皂為止，用所需試液的量表示其分散能力。
5、織物上油蠟含量的測定
采用索氏萃取器，以四氯化碳為溶劑，織物約10克(精確稱重)每小時四氯化碳循環(huán)4～5次
6、去污力測定法
(1)碳黑污液的制備：取3.2克CMC加蒸餾水15毫升加熱溶解成溶液。取2.3克碳黑于研缽中加入95%的工業(yè)酒精10升，研磨后加入水25毫升，研磨半小時后加入上述CMC溶液，再研磨25分鐘，移入燒杯中，用蒸餾水洗清研缽，再稀釋至總體積為750毫升，加入酒精75毫升，稀釋到1500毫升即為碳黑液。
(2)污液的制備：取重量比為l:l:1的蓖麻油，礦物油和羊毛脂，以磷脂為乳化劑，磷脂用量為混合油重的200%(取磷脂10克加50%酒精25毫升，在水浴鍋上加熱)，加入混合油5克，攪勻后，慢慢滴入55℃的500毫升碳黑污液中，10分鐘加完后，再繼續(xù)攪拌30分鐘即制成污液。
(3)去污力的測定：取漂白的布條在上述污液中浸軋，烘干后，剪成8×8厘米，用白度計測定白度.而后放入0.4%試驗助劑50毫升中.于100℃±l℃洗滌10分鐘，取出布樣，水洗、燙干，再測定白度。
7、毛細(xì)管效應(yīng)測這定法
按紡織部部頒標(biāo)準(zhǔn)法測定。
二、煮練助劑主組分的確定
(一)現(xiàn)有煮練助劑商品主組分結(jié)構(gòu)的解析
當(dāng)時我們將國外商品主組分進(jìn)行了初步分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時的煮練助劑就其化學(xué)組分來說有三大類型：
陰離子與非離子表面活性劑的拼混物.如Fuman 483(Henkel公司)是烷基苯磺酸鈉與烷基苯酚聚氧乙烯醚的混合物。Leophen u(BASF公司)為27%的烷基磺酸鈉，32～34%的十二醇聚氧乙烯醚(EO=6～7)，9～10%的辛酚聚氧乙烯醚(EO=10)的混合物，具有良好的潤濕及凈洗能力。Leophen KB(BASF公司)為陰離子表面活性劑與聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的混合物.Lanaryl KB(Alliance—Fran-color公司)為非離子乳化劑與陰離子表面活性劑混合物,專用于煮布鍋煮練.Levapon TH(Bayer公司)為烷基苯磺酸鈉與少量脂肪醇和烷基苯酚的聚氧乙烯醚混合物.Kingoil A-17(三洋公司)為陰離子與聚氧乙烯型表面活性劑的混合物。這一類助劑在煮練劑中所占的比重較大，是當(dāng)時煮練劑的主要大類，至今還占主要地位，但比重在不斷下降。
2、非離子型表面活性劑，如Sandophen CBH(Sandoz公司)是EO數(shù)不同的脂肪醇聚氧乙烯醚，能耐200g/L的燒堿，Sonmorl FL(日華公司)也是非離子潤濕與乳化劑的混合物。這類助劑改進(jìn)了一般非離子表面活性劑耐高溫濃堿性不夠的缺點，至今還仍是重要的煮練劑。
3、陰離子表面活性劑，為Diseron PL(Rudoly公司)是烷基苯磺酸納與熱穩(wěn)定的油脂溶劑的混合物。Sandopan CBN liq(Sandoz公司)是脂肪醇及其聚氧乙烯醚的磷酸脂鹽，適用于滌/棉連續(xù)煮練，耐堿穩(wěn)定性極高。
(二)文獻(xiàn)資料的解析
翻閱了有關(guān)文獻(xiàn)，從結(jié)構(gòu)上分析，可用作煮練助劑的表面活性劑不外是下述幾類：
1、陰離子表面活性劑
脂肪羧酸鹽(即皂類)是最早用于煮練劑的原料，但由于羧基的缺點而逐步為其他類別的陰離子表面活性劑所取代，主要的缺點是：耐酸性差，遇堿土金屬和重金屬離子會生成沉淀.繼而使用的是烷基磺酸鹽或烷基苯磺酸鹽，以及脂肪醇或烷基苯酚的硫酸酯鹽，后者與前者比較，耐金屬離子性能相近，溶解度也相當(dāng)好，但后者易為堿所水解，因而耐堿性不如前者，它們都可用作煮練劑。后來在聚氧乙烯基上進(jìn)行硫酸醇化，也就是說將原來的非離子表面活性劑進(jìn)行硫酸醇化而使之成為陰荷性表面活性劑，這樣使之兼有陰離子助劑和非離子助劑的優(yōu)點。
另一類陰離子表面活性劑是磷酸酯鹽，有脂肪醇或烷基酚的磷酸酯或它們和聚氧乙烯醚的磷酸酯鹽，這類表面活性劑抗電解質(zhì)及抗硬水性較強(qiáng)，為低泡性的助劑，在表面活性劑中所占比重不大，但在印染前處理助劑中卻被人注目，這是因為它兼具好的乳化、分散、凈洗和潤濕性且耐堿耐酸，又能生化降解。
2、非離子表面活性劑
非離子表面活性劑是煮練劑中重要主組分之一。從化學(xué)結(jié)構(gòu)來說，非離子表面活性劑可分為：(1)脂肪醇聚氧乙烯醚[R—O(CH2CH2O)nH]，這類助劑穩(wěn)定性較好。較易生化降解，水溶性也好，并具有較好的潤濕性能。(2)脂肪酸聚氧乙烯醇[RCOO(CH2CH20)nH]，此類助劑的特點是其分子組成中含有酯基(-C00-)，在酸、堿性熱溶液中皆易水解，它在煮練劑中的地位就不突出，因而在文獻(xiàn)中很少使用此類助劑。(3)烷基苯酚聚氧乙烯醚，
它耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，即使在溫度較高時也不易破壞。它的性能是隨EO數(shù)的變化而變化。例如壬烷基苯酚的加成物，EO數(shù)=1～6時為油溶性，不溶于水;EO數(shù)=8時，則可得到的是可溶于水的化合物，濁點在50℃以上;EO=8～9者，潤濕性與去污力皆好，乳化性能也不錯，故應(yīng)用極廣;EO>10者，濁點逐漸增高，甚至超過100℃，潤濕性與去污力逐漸下降;EO>15者，應(yīng)用較少，僅作特殊用途的乳化、分散劑。這類助劑常用作煮練劑的主組分。(4)聚氧乙烯烷基胺
此類助劑在EO數(shù)(x.y.n數(shù))較小時，不溶于水而溶于油，還可溶于強(qiáng)酸性溶液而帶有陽荷性;EO數(shù)較大時，則非離子屬性的性能增強(qiáng)，在堿性溶液中不再析出，表面活性不受破壞，陽離子性相對減弱，這類助劑在蛋白質(zhì)纖維中使用較多，但也有專利介紹用于煮練劑，特別是它的磷酸酯化產(chǎn)物。(5)聚氧乙烯烷基酰胺
此類助劑常有較好的起泡性.多用作穩(wěn)泡和起泡劑，耐堿性水解，文獻(xiàn)中介紹用于煮練劑的很少。(6)多醇表面活性劑，含有4個以上羥基的多元醇及其與環(huán)氧乙烷的加成物，商品有Span及Tween兩類，價格貴，常用作乳化劑，文獻(xiàn)中很少見到有此類助劑用作煮練劑的。(7)聚醚型表面活性劑，即環(huán)氧丙烷與環(huán)氧乙烷共聚物，其聚氧丙烯基(PO)是疏水性基團(tuán)，而聚氧乙烯基(EO)是親水性基。親油、親水的大小通過PO數(shù)和EO數(shù)加以控制，共聚合方式有多種。但在文獻(xiàn)中很少介紹此類助劑作為煮練劑。
3、拼混物
文獻(xiàn)介紹的煮練劑組分幾乎全部都是拼混物，即使是陰離子表面活性劑為主成分的也是拼混物;(1)陰離子助劑的拼混，例如烷基磺酸鈉與烷基苯磺酸鈉的拼混，烷基苯磺酸鹽與烷基聚氧乙烯醚磷酸酯或硫酸醇鹽的拼混。(2)非離子助劑的拼混，即使是碳原子效相同的同類非離子助劑也用EO數(shù)不同的助劑拼混。也有非同類的非離子表面活性劑拼混。(3)陰離子與非離子助劑的拼混，例如磺酸鹽類與非離子助劑的拼混，硫酸酯類與非離子助劑的拼混。拼混的目的，一是降低成本，二是起增效作用，三是提高濁點，是考慮生化降解。從文獻(xiàn)介紹的主組分化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，單純追求潤濕效果的不多，在磺酸鹽中幾乎沒有使用C8～C10烷基的疏水基團(tuán)。多數(shù)是使用C12左右的原料進(jìn)行加工，以非離子助劑的EO數(shù)來看，也是兼顧到潤濕、分散、乳化等性能，而很少單獨(dú)追求潤濕效果。由此可見，潤濕性不是煮練劑追求的唯一目標(biāo)。
從上述商品的結(jié)構(gòu)和文獻(xiàn)所介紹的煮練劑的結(jié)構(gòu)來分析，我們認(rèn)為新研究的煮練劑應(yīng)該是：陰離子和非離子助劑的拼混物或是兩種類型的陰離子助劑拼混物，例如磺酸鹽與硫酸醇鹽或磷酸酯鹽的混合物。這便是煮練劑FZ-831、832助劑試制前的研究路線的設(shè)計思想。
(三)一些助劑的測試效據(jù)
我們測試了常見助劑(表一)的潤濕性，乳化性、分散性、去污性、油蠟去除率和煮練效果(以毛效為指標(biāo))。其結(jié)果見表二。
表一
它們的性能測試數(shù)據(jù)如表二所示。
表二
從表二可以清楚地看出：烷基苯酚聚氧乙烯磷酸酯類的各種性能都比較好，它的主要特點是：
(1)耐堿性能較好.在20g/L燒堿液中。80℃時，其潤濕能力有所提高.而其他助劑多數(shù)是降低的，但它的潤濕能力不夠強(qiáng)。
(2)乳化，去污和分散能力較強(qiáng)，油蠟去除率較高，因而具有較好的煮練效果。
(3)毛效較高
在這一結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧乙烷數(shù)是非常重要的因素之一，它影響助劑的潤濕性.乳化力，分散性和去污力，當(dāng)然會影響到煮練效果，如圖一所示。另外，R基中的碳原子數(shù)，以及鹽的金屬離子都會影響煮練效果。
圖一
三、聚氧乙烯醚磷酸酯類表面活性劑的合成
這類表面活性劑有單酯和雙酯兩種：
由相應(yīng)的脂肪醇或烷基苯酚與環(huán)氧乙烷先進(jìn)行加成反應(yīng)，制成聚氧乙烯醚，然后再將產(chǎn)品進(jìn)行磷酸酯化，用物料比來控制制成單酯或雙酯的比例。
1、環(huán)氯乙烷的加成反應(yīng)(或稱聚合)
反應(yīng)在搪瓷釜內(nèi)進(jìn)行，釜上裝有溫度計、壓力表、攪拌器，有加熱及冷卻裝置，并附有真空抽吸，氮?dú)夥趴障到y(tǒng)。
加成反應(yīng)時，先將脂肪醇或烷基苯酚用真空抽入釜內(nèi)，加入催化劑氫氧化鈉或氫氧化鉀，啟動攪拌器，抽真空將釜內(nèi)空氣抽盡約20分鐘后，加熱升溫到130℃，通入氮?dú)猓缓笥娩撈客ㄈ氕h(huán)氧乙烷，釜壓保持在1.5～1.7kg/cm2，釜溫在150～170℃，環(huán)氧乙烷的加入量按脂肪醇的摩爾計算，1摩爾脂肪醇通入44克環(huán)氧乙烷即加成1個EO數(shù)。當(dāng)環(huán)氧乙烷按需要的EO數(shù)加完后，取樣分析。合格后冷卻到80℃即可出料。
2、酯化反應(yīng)
醇化反應(yīng)在搪瓷釜內(nèi)進(jìn)行，釜上裝有溫度計、壓力表、攪拌器，加熱及冷卻裝置，并有真空抽吸及氮?dú)夥趴障到y(tǒng).
酯化反應(yīng)時將上述加成物加入反應(yīng)釜中，升溫到50℃，慢慢加入五氧化磷(P2O5)或三氯氧磷(POCl3).加料時間約2-3小時，加畢后在20分鐘內(nèi)使物料升溫到60～70℃，在此溫度下反應(yīng)4～5小時，取樣分析單、雙酯含量，合格后即可放料，該反應(yīng)為工業(yè)上常用的方法，但往往得到單酯和雙酯的混合物，控制物料比可適當(dāng)調(diào)整單雙醇比例。
3、中和反應(yīng)
磷酸酯化后加水稀釋，在40℃用燒堿中和或用氨水中和，使產(chǎn)品pH值控制在6～7.5。
四、煮練助劑FZ-83l、FZ-832的應(yīng)用試驗
煮練助劑FZ-831，主要成分是20%含量的上述磷酸酯銨鹽，專用于煮布鍋煮練。FZ-832的主要成分是磷酸酯鹽與烷基苯磺酸鈉的混合物，專用于連續(xù)軋蒸法J形箱、R反應(yīng)箱、履革式以及軋卷法等煮練的助劑，目前短流程前處理工藝中也可應(yīng)用。
1、煮練助劑用量的影響
煮練助劑FZ-831，在煮布鍋煮練時(實驗室試驗條件：織物40×40/133×76紗府綢，燒堿濃度15g/L，浴比1:4，在高溫高壓鍋中于壓力1.5kg/cm2條件下煮練3小時)，測試FZ-83l不同用量時毛效的情況。結(jié)果如圖二所示。如用量為1.5g/L，毛效接近12cm，用量增加，毛效隨之提高，在10g/L時，可達(dá)14.6cm.若只需8cm左右的毛效，在工廠煮布鍋的條件下，F(xiàn)Z-831只要用lg/L，若用肥皂粉作為煮練劑，則在同濃度時毛效要低2～3cm。若把有效成份考慮在內(nèi)，則在相同的有效濃度時其差異更大。
煮練劑FZ-832的試驗條件：織物40×40/133×76紗府綢，燒堿濃度，30g/L，軋余率110%，卷成布卷后置于蒸箱中于100～102℃汽蒸煮練1.5小時，測試不同煮練助劑在不同用量時的毛效，其結(jié)果如表三
表三
如果煮練條件改為浸漬法，即浸于煮練液中，然后加熱到100℃沸煮1.5小時，則各種煮練劑的煮練效果都比上述致?lián)岣撸鳩Z-831卻變化不大，各助劑之間的差異卻縮小，但毛效仍以FZ-832最高。
2、煮練時間的影響
按上述小樣試驗條件進(jìn)行不同時間煮練，F(xiàn)Z-831的結(jié)果如圖三所示。
可見煮練時間對毛效的影響在開始三小時內(nèi)較大，而三小時以上則影響較小。不過在大生產(chǎn)中，還須考慮到練液循環(huán)及織物堆置緊密程度等各種因素，所以實際生產(chǎn)能否縮短時間尚待工廠試驗加以證實。
3、煮練鍋內(nèi)蒸汽壓力的影響
我們測試了高溫高壓染缸不同壓力的煮練效果，F(xiàn)Z-831的情況如圖四：
由圖四可知在用量為1.5g/L時，煮布鍋內(nèi)蒸汽在1.5kg/cm2以內(nèi)時，壓力的影響較大，而用量提高到6g/L，就幾乎不受壓力的影響了。因此，煮練助劑FZ-831特別適用蒸汽供應(yīng)條件較差的工廠，只要用量提高，毛效照樣可達(dá)到13cm。這是目前各廠使用的肥皂粉，601凈洗劑等所無法實現(xiàn)的。
4、起泡性能
煮練中要求助劑的泡沫少，我們在自制的起泡儀上測定了多種常用助劑的起泡能力，測定方法如下：
將表面活性劑配制成0.14%的水溶液。取50mL倒入起泡儀中帶刻度的玻璃管中，打開底部空氣閥，空氣泡進(jìn)入助劑溶液而起泡，控制空氣流量(壓力)為0.5L/min，同時啟動秒表，記錄通氣15秒和30秒時的泡沫高度.至泡沫高達(dá)45cm后，通氣結(jié)束。泡沫會逐漸破裂，隔20秒鐘后讀取泡沫消去的高度。其結(jié)果如表四：
表四
可見，F(xiàn)Z-831的起泡力最少，泡沫也容易消失，而FZ-832次之。
煮練劑FZ-831、832巳長期在工廠中使用，在煮布鍋煮練時，F(xiàn)Z-831的用量最低為1.5g/L(對練液計)，最高為3g/L，視煮練要求和蒸汽供應(yīng)情況而定，要求毛效高的，蒸汽供應(yīng)情況較差的要提高些用量，如果用量提高到5g/L則煮練時間可以縮短。
煮練劑FZ-832則用于繩狀連續(xù)煮練設(shè)備，用量為4～6g/L(對液量計).也有用3g/L的，在短流程工藝中，可提高到7-8g/L，在冷軋堆中使用時，可用10g/L(對液量計)。
使用FZ-831或832均可獲得滿意的毛效，前處理產(chǎn)品質(zhì)量都比一般助劑為佳，毛效、白度、去雜和去棉籽殼等都有提高。而且助劑的質(zhì)量基本穩(wěn)定，價格也較公道，因此當(dāng)時使用廠一致反映煮練成本比肥皂粉降低。
