摘 要：分析在染整加工中沉垢的種類(lèi)和形成，螯合分散劑阻垢作用的機(jī)理。通過(guò)實(shí)例說(shuō)明該助劑不僅具有封鎖金屬離子的功能，有助提高染整加工的質(zhì)量，而且具有明顯的阻垢作用。
關(guān)鍵詞：染整加工 沉垢的形成 螯合分散劑 阻垢作用
一、前言
螯合分散劑（Sequestering agent）是我們?nèi)菊庸ぶ谐Ｓ玫囊恢恢鷦?，其作用已被染整行業(yè)所認(rèn)識(shí)。如用在水處理中，螯合分散劑可軟化水質(zhì)；酶退漿時(shí)加入螯合分散劑，可防止重金屬離子（有時(shí)防腐劑中帶入）對(duì)退漿酶效果的影響，并使?jié){料容易膨化，從纖維里分離并分散成膠狀而易于去除；煮練時(shí)加入螯合分散劑可避免堿液和金屬離子形成水溶性絡(luò)合物，可以徹底去除纖維中所含的金屬離子，同時(shí)螯合煮練液中的鈣鎂離子，防止生成沉垢沉積在織物上，提高紡織品的吸水性和白度；漂白時(shí)加入螯合分散劑，可螯合Fe3+等催化H2O2分解的重金屬離子，防止金屬離子對(duì)H2O2的無(wú)效快速催化分解而造成織物局部白斑、脆損、破洞；在滌綸減堿量時(shí)加入螯合分散劑，可防止低聚物及其它雜質(zhì)污染設(shè)備；在染色時(shí)加入螯合分散劑，防止金屬離子造成染料沉淀、絮狀上浮、色光變萎、鮮艷度下降等染色問(wèn)題，并能幫助染料分散；在皂洗時(shí)加入螯合分散劑，能令印染產(chǎn)品表面浮色徹底清除，并在印花產(chǎn)品用時(shí)有白地防沾污功能等等。但螯合分散劑還有很大的一個(gè)功能，有時(shí)被印染界同行所忽視，這就是螯合分散劑的阻垢防垢、清垢功能，利用螯合分散劑的分散、懸浮等作用阻止垢類(lèi)沉積在紡織品及設(shè)備上，較長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用螯合分散劑還能清除設(shè)備上的積垢。
二、染整加工中沉垢的種類(lèi)及形成：
?。ㄒ唬┛尚纬沙凉傅慕饘匐x子的來(lái)源
染整加工中大量用到水，而水中存在著金屬離子，在染整加工的水介質(zhì)中存在的能形成沉垢的金屬離子的來(lái)源主要有：
1、未經(jīng)軟化處理的自來(lái)水或天然水中含有金屬離子及各種雜質(zhì)，經(jīng)軟化處理的自來(lái)水或天然水中殘留的金屬離子。
2、設(shè)備及水管道、汽管道、化學(xué)品管道均為金屬制造，會(huì)"溶"出金屬離子或在化學(xué)物質(zhì)作用下析出金屬離子。
3、纖維的天然雜質(zhì)中含有金屬離子或其它雜質(zhì)（如果棉上的果膠質(zhì)，滌綸的低聚物）及織物上的漿料等雜質(zhì)。
4、染化料中的雜質(zhì)，如元明粉、食鹽、燒堿、純堿等以及其它助劑中均會(huì)帶來(lái)金屬離子及雜質(zhì)。
由于這些物質(zhì)的存在，在一定條件下形成不溶物沉積到設(shè)備上（如導(dǎo)布輥、軋輥、染缸底部及染缸壁、換熱器的傳熱管表面、管道內(nèi)壁、外壁等處，還會(huì)沉積在紡織品上，這些物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為沉積物或叫沉垢。
?。ǘ┏凉傅呢?fù)面影響
由于沉垢的存在，將影響到這幾方面：
1、沉垢沉在織物上，影響到織物的吸水性，進(jìn)而影響到織物的后道加工，并影響到織物白度，甚至出現(xiàn)點(diǎn)狀、片狀的垢點(diǎn)、垢漬等病疵。
2、沉垢沉在設(shè)備中：
（1）沉垢在換熱器表面，影響到換熱器的傳熱效率。
?。?/span>2）沉積在設(shè)備內(nèi)外壁或?qū)Р驾伾希瑫?huì)造成織物擦傷，輕者導(dǎo)致布面有擦傷痕，重者造成織物發(fā)毛，影響光潔度，嚴(yán)重影響外觀。
?。?/span>3）沉積在軋輥上，會(huì)造成織物部點(diǎn)狀、條狀等軋液不均，造成染整效果不均勻。
（4）如果沉垢與銹瘤等同時(shí)存在，還會(huì)引起垢下腐蝕，更嚴(yán)重的將助長(zhǎng)某些細(xì)菌（如鐵細(xì)菌）的繁殖，最終導(dǎo)致管壁腐蝕穿孔而泄漏。
這些沉垢在沉積過(guò)程中，就要讓其懸浮、分散，阻止其生長(zhǎng)和沉積。如果一旦沉積，有的垢類(lèi)就很難去除，如CaCO3垢、硅垢（H2O2漂白，Na2SiO3作氧漂穩(wěn)定劑時(shí)形成）等，甚至需要打敲下才能去除，剩余部分也要用酸堿反復(fù)清洗才能去除，有的垢類(lèi)，如滌綸低聚物，用酸堿等都一時(shí)難以清除，所以對(duì)染整行業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)付沉積，應(yīng)以防止產(chǎn)生沉垢為主，產(chǎn)生后要清除沉垢。
?。ㄈ┤菊庸ぶ谐凉傅念?lèi)型
1、水垢
天然水中溶解有各種鹽類(lèi)，如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等。其中以溶解的重碳酸鹽如Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2為最多，也最不穩(wěn)定。
上述一系列反應(yīng)中生成的CaCO3和Ca3（PO4）2等均屬微溶性鹽，它們的溶解度比CaCl2、Ca（HCO3）2等要小得多。而且CaCO3、Ca3（PO4）2的溶解度與一般鹽類(lèi)不同，它們的溶解度不是隨溫度升高而升高，而是隨溫度的升高而降低，因此，這些微溶性鹽很容易到達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)而從水中結(jié)晶析出，特別是在熱的金屬表面更是如此。當(dāng)水流速度較小或設(shè)備表面（如傳熱表面）比較粗糙時(shí)，這些結(jié)晶沉積物就更容易沉積。
此外，水中溶解的硫酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等，當(dāng)陰、陽(yáng)離子濃度的乘積超過(guò)其本身溶度積時(shí)，也會(huì)生成沉淀沉積在熱表面上及織物表面。
而染整加工中大量使用的NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaOH等商品化學(xué)品均為工業(yè)用品，制造時(shí)就混入一些雜質(zhì)，這就使染整用水中的形成金屬沉積物的可能性大大增加，如食鹽，在從海水中曬制過(guò)程中，海水中的其它金屬氯化物等雜質(zhì)也同時(shí)進(jìn)入固體NaCl中。
這類(lèi)沉積一般均由無(wú)機(jī)鹽組成，故又稱(chēng)為無(wú)機(jī)垢，這類(lèi)垢體結(jié)晶致密，比較堅(jiān)硬，故又稱(chēng)為硬垢，不易清除。
2、硅垢
在染整加工用水中，硅酸（ 以SiO2計(jì)）含量過(guò)高，加上水的硬度較大時(shí)，SiO32-易與水中Ca2+、Mg2+等生成傳熱系數(shù)很低的硅酸鈣或硅酸鎂水垢，這類(lèi)硅垢不能用一般的化學(xué)酸洗法去清洗，而要用酸、堿交替清洗的方法。如硅酸鈣（或鎂）垢中含有Al3+或Fe2+等金屬離子時(shí)，清洗就更困難，有的甚至要用氫氟酸才能清洗。
為了避免硅垢的生成，通常限制水中SiO2含量不能超過(guò)175mg/l為宜。
當(dāng)Mg2+含量大于40mg/l，與濃度較高的鈣共存時(shí)，即使SiO2含量低于150mg/l，仍會(huì)生成硅酸鎂水垢，一般提出用控制硅酸鎂濃度積的辦法來(lái)控制，應(yīng)大致限制在下述范圍：
[Mg2+] [SiO2]<15000
式中[Mg2+]--鎂離子的濃度（以CaCO3計(jì)），mg/l
[SiO2]--硅酸濃度（以SiO2計(jì)），mg/l
但實(shí)踐證明，有時(shí)即使水中硅酸鎂的濃度積小于15000仍會(huì)生成硅酸鎂，因?yàn)楣杷徭V、鈣的形成還與設(shè)備內(nèi)溫度，水介質(zhì)的PH值以及是否存在其它離子有關(guān)。
在雙氧水漂白中，加入Na2SiO3作氧漂穩(wěn)定劑，其濃度肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于形成硅垢的最低濃度。有的氧漂穩(wěn)定劑中有Na2SiO3還加有MgCl2，MgSO4及SnCl4等鹽類(lèi)，有的號(hào)稱(chēng)非硅的氧漂穩(wěn)定劑中也加有硅酸鹽，使其也有可能產(chǎn)生硅垢 。
某些印染助劑中，加入了一些象粘土、陶土這類(lèi)物質(zhì)，雖說(shuō)是環(huán)保型的助劑，但其鹽類(lèi)含量大大增加，垢類(lèi)形成的可能性大大增加。
3、污垢
染整加工中污垢一般由顆粒細(xì)小的泥沙、纖維、塵土、不溶性鹽類(lèi)的泥狀物、膠狀氫氧化物（如Fe（OH）3，Mg（OH）2等）、雜物碎屑（如纖維絨毛等）、染料的金屬沉積物、表面活性劑的金屬沉積物、滌綸纖維的低聚物、染化料的聚集物、腐蝕產(chǎn)物、油污以及染整加工后產(chǎn)生的漿料、天然雜質(zhì)等殘留物組成。當(dāng)這些物質(zhì)沒(méi)有被分散、懸浮在水中，就容易形成污垢沉積物，特別是水走殼程，流速較慢的部位污垢沉積更厲害。如果沾附在織物上，再走經(jīng)導(dǎo)布輥、烘筒等處，就會(huì)在這些設(shè)備上產(chǎn)生沉垢。
在染整加工中，單一的水垢、硅垢、污垢是不多見(jiàn)的，一般都是混合體。
三、螯合分散劑阻垢作用的機(jī)理：
螯合分散劑的阻垢機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，說(shuō)法也比較多，本人認(rèn)為螯合分散劑阻垢作用一般通過(guò)這幾方面起作用：
(一）晶格畸變作用
垢體一般大多為結(jié)晶體，以CaCO3垢為例，它的成長(zhǎng)是按照嚴(yán)格順序，由正帶電荷的Ca2+與帶負(fù)電荷的CO3-相撞才能彼此結(jié)合，并按一定方向成長(zhǎng)。當(dāng)螯合分散劑在水中加入時(shí)，它當(dāng)中的成分（如有機(jī)膦酸成分）物質(zhì)會(huì)吸附到CaCO3晶體的活性增長(zhǎng)點(diǎn)上與Ca2+螯合，抑制了晶格向一定的方向成長(zhǎng)，因此使晶體歪曲（畸變），長(zhǎng)不大，也就是說(shuō)晶體被螯合分散劑的有機(jī)膦酸表面去活劑的分子所包圍而失去活性。同樣，這種作用也可阻止其它垢類(lèi)晶體的沉淀。另外，部分吸附在晶體上的化合物，隨著晶體增長(zhǎng)而被卷入晶格中，使CaCO3晶格發(fā)生位錯(cuò)，在垢層中形成一些空洞，分子與分子之間的相互作用減少，使硬垢變軟。
而在聚羧酸類(lèi)螯合分散劑中，聚羧酸是線性高分子化合物，它除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外，其余部分則圍繞到晶粒周?chē)蛊錈o(wú)法增長(zhǎng)而變圓滑。因此晶粒增長(zhǎng)受到干擾而歪曲，晶粒變得細(xì)小，形成的垢層松軟，極易被水流沖洗掉。
我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，有機(jī)膦酸為主要成分的螯合分散劑中的有機(jī)膦酸鹽具有臨界值效應(yīng)（即微量螯合分散劑即可阻止垢類(lèi)生成），就是只需用幾個(gè)mg/l的有機(jī)膦酸就可阻止幾百mg/l的碳酸鈣沉淀，有機(jī)膦酸比聚磷酸鹽（如STPP）阻垢性能好 。我們做過(guò)試驗(yàn)，在鈣硬度1375mg/l的水中，投加5mg/l的螯合分散劑（寧波興華化學(xué)公司螯合分散劑SX，有機(jī)膦酸鹽為主成分），在90℃溫度下經(jīng)過(guò)120h，鈣硬度中50~80%不會(huì)沉淀，而在同樣條件下投加5mg/l聚磷酸鹽STPP等則無(wú)效。而且有機(jī)膦酸鹽類(lèi)螯合分散劑與其它藥劑共用時(shí)有良好的協(xié)同效應(yīng)（即總劑量不變情況下，藥劑各自單獨(dú)使用，其效果不如二者混合在一起使用的效果好）。如螯合分散劑與聚磷酸鹽復(fù)合，與聚羧酸鹽復(fù)合等，效果均有增加。并且有機(jī)膦酸鹽類(lèi)螯合分散劑在較高劑量下具有良好的緩蝕性能，并且屬于無(wú)毒或極低毒藥劑，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易水解，耐高溫，不會(huì)因水解生成磷酸鹽而導(dǎo)致產(chǎn)生菌藻過(guò)度繁殖（富營(yíng)養(yǎng)化）等環(huán)境問(wèn)題。
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有機(jī)膦酸鹽在水中能離解出H+，本身成帶負(fù)電荷的陰離子。
這些負(fù)離子能與Ca2+、Fe3+、Mg2+等金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物，從而提高了CaCO3晶粒的析出時(shí)的過(guò)飽和度，也就是說(shuō)增加了CaCO3在水中的溶解度。另外，由于有機(jī)膦酸吸附在CaCO3晶粒增長(zhǎng)點(diǎn)上，使其畸變，即相對(duì)于不加藥劑的水平來(lái)說(shuō)，形成的晶粒要細(xì)小的多。從顆粒分散度對(duì)溶解度影響的角度看，晶粒小也就意味著CaCO3溶解度變大，因此提高了CaCO3析出時(shí)的過(guò)飽和度。
而聚羧酸溶于水后發(fā)生電離，形成帶負(fù)電荷的分子鏈，
如 -COOH→-COO-+H+
這些帶負(fù)電荷的分子鏈可與Ca2+形成能溶于水的絡(luò)合物，從而使成垢化合物的溶解度增加起到阻垢作用。
?。ㄈ?、靜電斥力作用
螯合分散劑的分子在水中電離成陰離子后，由于物理或化學(xué)的作用，有強(qiáng)烈的吸附性，它會(huì)吸附到懸浮在水中的一些漿料、果膠質(zhì)、低聚物、染料締聚體、塵土等雜質(zhì)的粒子上，使粒子表面帶有相同的負(fù)電荷，因而使粒子間相互靜電排斥，避免顆粒碰撞積聚成長(zhǎng)，顆粒呈分散狀態(tài)懸浮于水中。性能良好螯合分散劑能使顆粒長(zhǎng)久地分散在水中，即使產(chǎn)生沉淀，也能減緩顆粒的沉降速度。的如我們自制螯合分散劑ZF，在含有100mg/l鈣硬度水中，投加1mg/l，85℃下，可保持24h無(wú)沉積。
?。ㄋ模?、分散作用
除靜電斥力以外，螯合分散劑（如聚丙烯酸）具有分散懸浮作用，能對(duì)低聚物、染料締合體、膠狀物等起到強(qiáng)烈分散作用，使其不凝結(jié)，加上吸附了螯合分散劑大分子的垢類(lèi)顆粒產(chǎn)生了空間位阻，呈分散狀態(tài)的垢類(lèi)顆粒更不易碰撞凝結(jié)而懸浮水中不沉降，易被水沖走。
（五）、清垢作用
螯合分散劑的分子，與金屬離子（未結(jié)垢的或垢體上、垢體中的）發(fā)生螯合，形成立體結(jié)垢的雙環(huán)或多環(huán)螯合物，這些大分子絡(luò)合物是疏松的，可以分散在水中或進(jìn)入垢體中，使垢體變松軟而易去除，故長(zhǎng)期使用螯合分散劑能起到清除原來(lái)積垢的作用。
由于以上原因，螯合分散劑具有了阻垢清垢功能。
四、應(yīng)用試驗(yàn)實(shí)列
1、在練漂聯(lián)合機(jī)和軋染機(jī)上應(yīng)用
在寧波、杭州、蕭山、紹興等地染整廠，在練漂聯(lián)合機(jī)、軋染機(jī)上加工織物時(shí)，不同工序加入螯合分散劑SX(寧波興華化學(xué)有限公司提供)1-3g/l，不僅起到了螯合分散劑的螯合作用，而且保持了設(shè)備無(wú)沉垢，導(dǎo)布輥清潔光亮，烘筒無(wú)沾污物，織物加工病疵明顯減少。說(shuō)明起到了阻垢清垢作用。
2、在繩狀Q113及溢流染缸使用
繩狀Q113及溢流染缸中做練漂或染色。
H2O2漂白時(shí)用Na2SiO3作穩(wěn)定劑，原來(lái)一個(gè)月清洗一次染缸，否則硅垢沉積，摩擦使布面發(fā)毛、沉積使傳熱不暢等現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，設(shè)備也會(huì)因出現(xiàn)積垢而使傳動(dòng)阻力增加，而加入1-3g/l螯合分散劑SX后，不僅不產(chǎn)生硅垢，原有沉積垢體也逐漸清除。原來(lái)很易產(chǎn)生的硅垢使織物手感和吸水性變差問(wèn)題也得到解決。
在染色時(shí)加入螯合分散劑SX，不僅染疵減少，而且沉積到設(shè)備的有色污垢明顯減少，減輕了清缸的負(fù)擔(dān)，稍有沉積，也比原來(lái)清垢時(shí)易于清除。
在原有積垢的缸體中，有的設(shè)備因結(jié)構(gòu)原因無(wú)法清垢，加入螯合分散劑SX用于染整加工后，原有老垢逐漸松軟，逐步被去除。
五、結(jié)論：
1、螯合分散劑不僅具有一系列的封鎖金屬離子的功能，有助染整加工的進(jìn)行和質(zhì)量提高，而且具有明顯的阻垢、清垢作用，有利于清潔生產(chǎn)，減輕設(shè)備的清垢工作。
2、螯合分散劑的阻垢、清垢機(jī)理說(shuō)法較多，本人認(rèn)為主要通過(guò)晶格畸變，增加溶解度，靜電斥力，分散懸浮的方面的作用進(jìn)行。
3、螯合分散劑的阻垢清垢作用已得到實(shí)驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)所證明。
4、印染行業(yè)用的優(yōu)秀螯合分散劑，必須能最大限度地絡(luò)合金屬離子，防止金屬離子對(duì)染整質(zhì)量產(chǎn)生影響，而且必須還具有阻止和消除產(chǎn)生沉垢的功能。
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