染整用水与表面活性剂

1、1 1 第二章第二章染整用水和表面活性剂染整用水和表面活性剂 授授 课课 要要 点点 染整用水的基本要求和水质软化方法染整用水的基本要求和水质软化方法; ; 染整助剂的作用及常用产品染整助剂的作用及常用产品; ; 表面活性剂的基本观念和主要功能。表面活性剂的基本观念和主要功能。2 23 3第一节第一节 染整用水染整用水 纺织工业总用水量为纺织工业总用水量为9292亿吨，其中新鲜水量亿吨，其中新鲜水量6666亿吨，位居全国各行业第二位。亿吨，位居全国各行业第二位。 印染工业总用水量印染工业总用水量6464亿吨，占纺织业的亿吨，占纺织业的7070，新鲜水取用量新鲜水取用量5858亿吨，占纺织业亿吨

2、，占纺织业8888，水的回收，水的回收利用率仅利用率仅1010。 平均平均每生产每生产1000m1000m印染布约耗水印染布约耗水20t20t，其中练，其中练漂占一半。漂占一半。4 4染整用水水质指标染整用水水质指标 除要求无色、无臭、透明、除要求无色、无臭、透明、pHpH6.56.57.47.4之外，之外，还要求达到如下指标。还要求达到如下指标。 项项 目目 ppm（mg/ /L） 总硬度总硬度铁铁锰锰碱度碱度溶解的固体物质溶解的固体物质 025(060)0.10.02356465150 5 5环境污染环境污染Environmental Pollution A systematic and

3、comprehensive analysis of the company impact to the environmentfabricauxiliariesdyestuffsenergywaterhuman powerknow howfinished fabricwastewaterwastewaste air6 6印染废水特点：印染废水特点： 水量大、有机污染物含量高、色度深、水量大、有机污染物含量高、色度深、水质变化大等。水质变化大等。印染行业生产和废水排放现状印染行业生产和废水排放现状 2007年统计的各行业企业工业废水排放总量为56030.2万吨，其中制造业废水排放量为53946.

4、2万吨，占统计企业废水排放总量的96.3%。工业废水排放量各行业分担率见图。图1 工业废水行业排放分担率情况9 9印染废水的质量指标印染废水的质量指标(effluent standard)(effluent standard)由于在印染加工中使用的染料由于在印染加工中使用的染料, ,助剂和各类化助剂和各类化学药品种类繁多学药品种类繁多, ,所以印染废水中的成分相当所以印染废水中的成分相当复杂复杂, ,结合废水处理要求结合废水处理要求, ,一般要求评价其温一般要求评价其温度度, ,酸碱度酸碱度, ,有机物含量有机物含量, ,总固体量总固体量, ,色度和有色度和有害物质等水质指标害物质等水质指标.

5、 .温度温度: : 特别是夏天采取降温措施特别是夏天采取降温措施; ;酸碱度酸碱度: : ( (一般用碱较多一般用碱较多) )中和中和; ;有机物有机物( (是是最主要的污染物最主要的污染物, ,常用需氧量或含常用需氧量或含碳量来表示碳量来表示););纺织行业化学需氧量排放情况纺织行业化学需氧量排放情况 采用重铬酸钾为氧化剂采用重铬酸钾为氧化剂, ,能较完全氧化废水中的有机物能较完全氧化废水中的有机物所需的用量所需的用量. .o化学需氧量化学需氧量( (COD)。图2 工业行业化学需氧量排放分担率情况生物化学需氧量生物化学需氧量(BOD)(BOD)u生物化学需氧量生物化学需氧量(BOD): (

6、BOD): 单位体积水中耗氧有机物单位体积水中耗氧有机物生化分解过程所消耗的氧量生化分解过程所消耗的氧量 ( (单位：单位：mgLmgL-1-1) )u5 5日生化需氧量日生化需氧量(BOD(BOD5 5): 25): 25，用于反映耗氧有机，用于反映耗氧有机物质的含量物质的含量碱的关系。的关系。uBODBOD5 5 3 mgL10 mgL10 mgL-1-1，水质很差，鱼类无法存活，水质很差，鱼类无法存活悬浮物和总固体量悬浮物和总固体量在印染生产中在印染生产中, ,部分固体物质落入印染废水中部分固体物质落入印染废水中, ,一部分溶解于废水中一部分溶解于废水中, ,为溶解性固体为溶解性固体,

7、,另一部分另一部分不溶解而悬浮于水中称悬浮物不溶解而悬浮于水中称悬浮物; ;悬浮物与溶解性固体之和为总固体量悬浮物与溶解性固体之和为总固体量. .1313u 浮游生物大量繁殖，水面呈现蓝色、红色、浮游生物大量繁殖，水面呈现蓝色、红色、 棕色等。棕色等。u 水体过分肥沃，藻类繁殖特别迅速。水体过分肥沃，藻类繁殖特别迅速。u 富富营营养化水体的上层处于溶解氧过饱和状养化水体的上层处于溶解氧过饱和状 态，下层处于缺氧状态，底层则处于厌氧态，下层处于缺氧状态，底层则处于厌氧 状态，会造成大量鱼类死亡。状态，会造成大量鱼类死亡。u 大量藻类尸体沉积水体底部，会使水深逐大量藻类尸体沉积水体底部，会使水深逐

8、 渐变浅，水体会演变成沼泽，引起水体生渐变浅，水体会演变成沼泽，引起水体生 态系统的变化。态系统的变化。富营养化对水体的影响富营养化对水体的影响1414水体富营养化的内在机理：水体富营养化的内在机理：N、P等矿质元素等矿质元素含量过多含量过多藻类大量繁殖藻类大量繁殖导致导致藻类生长、繁殖消藻类生长、繁殖消耗氧耗氧O2减少减少厌氧型微生物代谢厌氧型微生物代谢加强，产生臭味，加强，产生臭味，使水质变坏使水质变坏好氧菌分解死亡藻好氧菌分解死亡藻类消耗氧类消耗氧 鱼类等水生鱼类等水生生物死亡生物死亡产生产生H2S,CH4等等有毒物质有毒物质15152006年，杭嘉湖平原，水年，杭嘉湖平原，水葫芦疯狂生

9、长，铺盖了整葫芦疯狂生长，铺盖了整个河面个河面,阻塞了河道，影响阻塞了河道，影响了航运了航运.1616Step 1. Coagulation 凝结凝结Step 2. Sedimentation 沉降沉降Step 3. Filtration 过滤过滤Step 4. Disinfection 消毒消毒Step 5. Storage 储藏库储藏库水处理技术水处理技术(waster water treatment)(waster water treatment)国内外工业废水深度处理概况国内外工业废水深度处理概况废水深度处理是将常规工艺不能有效去除的氮、磷及难以被微生物降解的有机物、病原菌、矿物质等加

10、以去除，以提高和保证水质的水处理方法，往往以废水回收和再次回用为目的。国内外工业废水深度处理的技术方法及发展概况：物理处理：包括均和调节、过滤、离心以及澄清法；化学处理：包括中和处理、化学沉淀处理和氧化还原处理；物化处理：包括混凝、浮选、吸附、离子交换和膜分离技术；生物处理：包括活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、稳定塘与湿地处理。印染废水特点和深度处理及回用水质要求印染废水特点和深度处理及回用水质要求印染基本工艺印染基本工艺 由右图所示工艺流程可见，织物染色产生的废水包括：n前处理废水W1n前处理清洗废水W2n染色废水W3n一次清洗废水W4n二次清洗废水W5 一般情况下，染色废水水质碱性很

11、强，色泽较深，其中含有残余染料、助剂及微量有毒物质。印染废水深度处理及回用技术优缺点印染废水深度处理及回用技术优缺点印染废水深度处理的物化法印染废水深度处理的物化法 物理法主要包括:吸附法、膜分离法、混凝法、臭氧氧化法、电吸附法、膜分离法、混凝法、臭氧氧化法、电解法解法等吸附法：国外主要采用活性炭吸附法吸附法：国外主要采用活性炭吸附法(多半用于三级处理)，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。膜分离法膜分离法：膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化

12、和添加助剂。但是，由于印染废水水质较复杂，往往含有较多的助剂、油份、以及金属离子，在利用生物法对印染废水进行处理后，上述物质与微生物分泌物往往形成复杂的复合物，很容易造成膜的污染。 印染废水深度处理及回用技术优缺点印染废水深度处理及回用技术优缺点 70年代以来，国内对印染废水以生物处理为主，占80%以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数。 好氧生物处理优缺点：对BOD去除效果明显，一般可达80%左右，色度和COD去除率不高，尤其如PVA等化学浆料、表面活性剂、溶剂及匹布碱减量技术的广泛应用，不但使印染废水的COD 达到20003000 mg/L，而且BOD/COD也由原来的0.40.5下降到0.2

13、以下，单纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以达标；高运行费用及剩余污泥处理或处置问题。 o印染废水的生物处理法印染废水的生物处理法21212121一、水一、水 源源1.1.地面水地面水江、河、湖水江、河、湖水 特点：悬浮杂质含量较高，矿物质含量较少，特点：悬浮杂质含量较高，矿物质含量较少，水质的处理较容易。水质的处理较容易。2 2地下水地下水泉水和井水泉水和井水 特点：含悬浮性杂质极少，水质澄清，但矿物特点：含悬浮性杂质极少，水质澄清，但矿物质含量多、硬度大，须软化后再使用。质含量多、硬度大，须软化后再使用。3 3 自来水自来水 质量好，但成本高。质量好，但成本高。 印染废水特点和深度处理及

14、回用水质要求印染废水特点和深度处理及回用水质要求 印染用水主要指标印染用水主要指标: :感观性状指标（色度、感观性状指标（色度、pHpH、透明度等）；、透明度等）；铁和锰（与染浅色布时产生铁和锰（与染浅色布时产生“斑点斑点”有关）；有关）；硬度硬度 我国尚未颁布印染废水的回用标准，国外也未有相关的标准。 印染工艺用水分为：前处理、染色、印花、后处理用水，染色用水水质要求高，基本上使用软化水，印染废水深度处理回用水一般可使用在前处理、印花、后处理等工段。2323 水质不合格对染整加工的影响水质不合格对染整加工的影响 某些助剂（如肥皂）遇到钙、镁离子会生成不溶性的某些助剂（如肥皂）遇到钙、镁离子会

15、生成不溶性的钙、镁盐而沉积在织物上，会钙、镁盐而沉积在织物上，会造成斑渍，沾污织物，影响造成斑渍，沾污织物，影响手感手感。 硬水能使某些染料发生沉淀，硬水能使某些染料发生沉淀，造成染色不匀造成染色不匀等。等。 铁、锰等离子，在漂白时不但铁、锰等离子，在漂白时不但影响织物的白度影响织物的白度，还能，还能诱发纤维的脆损诱发纤维的脆损。 硬水能硬水能在锅炉体内壁及炉管的内表面形成水垢在锅炉体内壁及炉管的内表面形成水垢，降低，降低热传导率，甚至由于导热不匀酿成锅炉爆炸。热传导率，甚至由于导热不匀酿成锅炉爆炸。2424 针织物染整用水硬度要求针织物染整用水硬度要求 染色染色, ,皂洗用水皂洗用水 20

16、mg/L20 mg/L 一般洗涤用水一般洗涤用水 100 mg/L100 mg/L2525用水量大，水质要求高用水量大，水质要求高主要用于煮练、漂白、染色工序，其中大部主要用于煮练、漂白、染色工序，其中大部分用于水洗过程中。分用于水洗过程中。 25-30 m25-30 m3 3 水水/100/100kgkg棉布棉布 （2 2.2-2.3m.2-2.3m3 3水水/100/100m m棉布）棉布） 20-30 20-30 m m3 3 水水/100/100kgkg羊毛织物羊毛织物 10-20 m10-20 m3 3 水水/100kg/100kg合纤织物合纤织物2626二、水质硬度二、水质硬度 暂

17、时硬度暂时硬度：由酸式碳酸盐所表示的硬度，经煮：由酸式碳酸盐所表示的硬度，经煮沸后可以去除，故称为暂时硬度。沸后可以去除，故称为暂时硬度。 永久硬度永久硬度：由钙、镁等的氯化物、硫酸盐或硝：由钙、镁等的氯化物、硫酸盐或硝酸盐等杂质所表示的硬度，虽经煮沸也不发生沉淀，酸盐等杂质所表示的硬度，虽经煮沸也不发生沉淀，必须经化学处理才能去除。必须经化学处理才能去除。 总硬度总硬度： 用暂时硬度和永久硬度的总和表示。用暂时硬度和永久硬度的总和表示。 水质水质硬度的表示方法硬度的表示方法： 通常以通常以一百万份水中碳酸钙（镁盐换算成碳酸钙）一百万份水中碳酸钙（镁盐换算成碳酸钙）的份数的份数来表示。来表示。

18、 简称简称ppmppm（或（或mg/Lmg/L）。）。27272828三、染整加工对水质的要求三、染整加工对水质的要求 1、硬水和软水区分表、硬水和软水区分表 水水 质质 ppm（mg/ /L） 极软水极软水软软 水水略硬水略硬水硬硬 水水 极硬水极硬水 15155050100100200 200 水质的分析方法水质的分析方法 1 1、 总硬度的测定（总硬度的测定（ E E DTADTA法）法）1 1）测定原理在）测定原理在H H1010的条件下，指示剂铬黑的条件下，指示剂铬黑T T（EBTEBT）能和水中的）能和水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+形成红色的络合物，滴形成红色的络合物，滴

19、定时加入乙二氨四羧酸二钠盐（定时加入乙二氨四羧酸二钠盐（EDTAEDTA）后，转变成）后，转变成EDTAEDTA与与CaCa2+ 2+ 、 Mg Mg2+2+的络合物而放出铬黑的络合物而放出铬黑T T指示剂本身指示剂本身的纯兰色，这时即为终点。的纯兰色，这时即为终点。2 2）操作方法）操作方法 (1) (1) 取水样取水样100ml100ml，置于，置于250ml250ml的锥形瓶中；的锥形瓶中； (2)(2)加入加入5mlNH5mlNH4 4OHOHNHNH4 4CLCL缓冲液，控制缓冲液，控制H H1010； (3) (3) 加入加入5 5滴滴0.5%EBT0.5%EBT指示剂；指示剂；

20、(4) (4) 用用0.05N0.05N的的EDTAEDTA标准溶液进行滴定，瓶中的颜标准溶液进行滴定，瓶中的颜色变化过程为：红色色变化过程为：红色紫色紫色蓝色（终点），记录消蓝色（终点），记录消耗的耗的EDTAEDTA的毫升数即：的毫升数即：V VEDTAEDTA（mlml）；）；3 3）计算）计算 总硬度（以CaCO3、ppm计） 25VEDTA（ml） 水样毫升数当量63.10)(mgCaCOVNEDTA2 2、总碱度（对甲基橙指示剂）、总碱度（对甲基橙指示剂）是指水中碳酸盐以及氢氧化物等碱性物质含量而言的。是指水中碳酸盐以及氢氧化物等碱性物质含量而言的。1 1）测定原理在水中加入适量甲

21、基橙指示剂，用标准酸溶液来滴）测定原理在水中加入适量甲基橙指示剂，用标准酸溶液来滴定，可以测定出上述物质的总含量。定，可以测定出上述物质的总含量。2 2）操作方法）操作方法（1 1）取水样）取水样100ml100ml，置于，置于100ml100ml的锥形瓶中；的锥形瓶中；（2 2）加入）加入3 3滴甲基橙指示剂；滴甲基橙指示剂；（3 3）用）用0.1N0.1N的的HH2 2SOSO4 4标准溶液进行滴定，瓶中的颜色变化过程为：标准溶液进行滴定，瓶中的颜色变化过程为：橘黄色橘黄色橘红色（终点），记录消耗的橘红色（终点），记录消耗的HH2 2SOSO4 4的毫升数即：的毫升数即：V HV H2 2

22、SOSO4 4（mlml）；）；3.3.总含固量总含固量指水中可溶性固体和悬浮固体的总和。测定时，取一定指水中可溶性固体和悬浮固体的总和。测定时，取一定量（量（100 ml100 ml）水样，置于预先已称量的蒸发皿中，移于烘箱）水样，置于预先已称量的蒸发皿中，移于烘箱内，于内，于1051050 0C C烘至恒重，冷却至室温后，迅速称取其重量。烘至恒重，冷却至室温后，迅速称取其重量。总含固量（以总含固量（以CaCOCaCO3 3、ppmppm计）计）式中：式中：WW蒸发皿与总固体总量之和；蒸发皿与总固体总量之和；WW1 1蒸发皿重量；蒸发皿重量；水样毫升数6110)()(gWW3333四、水质软

23、化四、水质软化 为了保证染整用水的质量，应根据需要为了保证染整用水的质量，应根据需要采用适采用适当的方法降低水中的钙、镁等离子的含量当的方法降低水中的钙、镁等离子的含量，这种，这种处理过程称为水质的软化处理过程称为水质的软化。3434 1、沸煮法沸煮法（去除暂时硬度）：（去除暂时硬度）： Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 （沸煮）（沸煮） CaCOCaCO3 3HH2 2O OCOCO2 2 2、化学法化学法（去除永久硬度）（去除永久硬度） ： （1）沉淀法沉淀法： CaSOCaSO4 4NaNa2 2COCO3 3 CaCO CaCO3 3NaNa2 2SOSO4 4使用该法软化水

24、，可使水的硬度降到使用该法软化水，可使水的硬度降到10ppm10ppm以下。以下。（2 2）络合法络合法 （如采用六偏磷酸钠）（如采用六偏磷酸钠） NaNa4 4NaNa2 2（POPO3 3）6 6 CaCa2 2 NaNa4 4 CaCa（POPO3 3）6 6 2Na2Na NaNa4 4NaNa2 2（POPO3 3）6 6 MgMg2 2 NaNa4 4 MgMg（POPO3 3）6 6 2Na2Na3535(3)(3)石灰石灰- -纯碱沉淀法纯碱沉淀法石灰的作用石灰的作用去除造成暂时硬度的重碳酸盐去除造成暂时硬度的重碳酸盐Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2Ca(OH)Ca(

25、OH)2 2 2CaCO 2CaCO3 32H2H2 2O Og(HCOg(HCO3 3) )2 2Ca(OH)2 Ca(OH)2 gCOgCO3 3 CaCOCaCO3 32H2H2 2O O(4)(4)、胺的醋酸衍生物、胺的醋酸衍生物 4-1.EDTA4.2 4.2 氨三乙酸钠氨三乙酸钠3939 3 3、离子交换法离子交换法（1 1）使用使用阳离子阳离子交换树脂交换树脂 阳离子交换树脂阳离子交换树脂可交换水中的各种阳离子可交换水中的各种阳离子，如，如CaCa2 2、MgMg2+2+等。等。其作用原理如下：其作用原理如下： 先将比较稳定的钠型树脂用酸转型为活性较高的氢型树脂：先将比较稳定的钠

26、型树脂用酸转型为活性较高的氢型树脂： R RSOSO3 3NaNaHH SOSO3 3HHNaNa 然后将硬水缓慢通过氢型树脂层，产生离子交换作用，使然后将硬水缓慢通过氢型树脂层，产生离子交换作用，使水软化：水软化： 2R2RSOSO3 3HHCaCa2 2 ( (SOSO3 3) )2 2CaCa 2 2HH阳离子交换树脂阳离子交换树脂如国产如国产732732离子交换树脂，是具有磺酸基的强酸性离子交换树脂，是具有磺酸基的强酸性阳离子交换树脂，能交换水中的钙、镁等阳离子。可阳离子交换树脂，能交换水中的钙、镁等阳离子。可以用以用NaClNaCl进行活化进行活化. . 4141 （2 2）. .使

27、用使用阴离子阴离子交换树脂交换树脂 可交换水中的各种阴离子，如可交换水中的各种阴离子，如ClCl、SOSO4 42 2等。等。 首先也将比较稳定的氯型用碱转型为活性较高的氢氧型树首先也将比较稳定的氯型用碱转型为活性较高的氢氧型树脂：脂： R RCHCH2 2N(CHN(CH3 3) )ClClOHOH CHCH2 2 N (CH N (CH3 3) )3 3OHOHClCl再与经阳离子软化的水或硬水缓慢接触，发生离子交换，使再与经阳离子软化的水或硬水缓慢接触，发生离子交换，使软水变为中性或进一步净化水质：软水变为中性或进一步净化水质： 2R2RCHCH2 2N(CHN(CH3 3) ) 3 3

28、OHOHSOSO4 42 22 2HH CHCH2 2N(CHN(CH3 3) ) 3 3 2 2 SOSO4 42 2HH2 2O O阴离子交换树脂阴离子交换树脂如国产的如国产的717717离子交换树脂，是具有季铵盐结构的强离子交换树脂，是具有季铵盐结构的强碱性阴离子交换树脂，具有与水中阴离子交换的能力。碱性阴离子交换树脂，具有与水中阴离子交换的能力。 (3)(3)、泡沸石法、泡沸石法使用该法软化水，可使水的硬度降到使用该法软化水，可使水的硬度降到2ppm2ppm以下。以下。(4)(4)、磺化煤法、磺化煤法将褐煤用浓硫酸在将褐煤用浓硫酸在1501501801800 0C C下处理后得到的下处

29、理后得到的产物为产物为HH型产品；若再用烧碱处理得到的为型产品；若再用烧碱处理得到的为NaNa型产品。型产品。可分别用可分别用HH（K K）、）、NaNa（K K）表示。其软化作用如下）表示。其软化作用如下所示。所示。离子交换法的优点离子交换法的优点 可再生之后循环使用。可再生之后循环使用。 适合于工业化大规模生产。适合于工业化大规模生产。 第二节第二节 染整助剂染整助剂4646 一、基本定义一、基本定义 染整加工中使用的辅助化学品或专用化学品。染整加工中使用的辅助化学品或专用化学品。 二、其他说法二、其他说法 1 1、染整加工中、染整加工中除染料和颜料（色素）之外的除染料和颜料（色素）之外的

30、所有所有化学品。化学品。 2 2、染整加工中使用的、染整加工中使用的精细化学品精细化学品。 主要作用：主要作用： 提高纺织品的质量，提高纺织品的质量， 改善加工效果，改善加工效果， 提高生产效益，提高生产效益， 简化工艺过程，简化工艺过程， 降低生产成本，降低生产成本， 提高服用性能，提高服用性能， 便于三废处理。便于三废处理。4747 染整助剂的分类染整助剂的分类 练漂助剂：练漂助剂：退浆剂、煮练剂、漂白剂、增白剂、洗涤退浆剂、煮练剂、漂白剂、增白剂、洗涤剂、渗透剂等。剂、渗透剂等。 印染助剂：印染助剂：匀染剂、促染剂、洗涤剂、渗透剂、乳化匀染剂、促染剂、洗涤剂、渗透剂、乳化剂、分散剂、固色

31、剂、黏合剂、增稠剂、助溶剂等。剂、分散剂、固色剂、黏合剂、增稠剂、助溶剂等。 整理助剂：整理助剂：防皱剂、柔软剂、阻燃剂、拒水剂、防油防皱剂、柔软剂、阻燃剂、拒水剂、防油剂、杀菌剂、树脂整理剂等。剂、杀菌剂、树脂整理剂等。 染整助剂的类型特点染整助剂的类型特点 50%50%以上都是以上都是表面活性剂表面活性剂； 以表面活性剂作为主要成分。以表面活性剂作为主要成分。4848v全世界表面活性剂产量全世界表面活性剂产量：20052005年，超过年，超过12501250万万t t，其中，其中，北美北美310310万万t t，欧洲，欧洲240240万万t t，亚洲，亚洲440440万万t t，中国中国1

32、20120万万t t。v表面活性剂用途表面活性剂用途：逐渐由家用向工业用转移。工业用表：逐渐由家用向工业用转移。工业用表面活性剂占总表面活性剂需求量的面活性剂占总表面活性剂需求量的50 50 5555，家用占，家用占29293232，个人护肤用占，个人护肤用占l4l41616。v工业应用工业应用：用于工业助剂约占：用于工业助剂约占7575，其中，其中5050用于纺织用于纺织工业。用于工业清洗剂约占工业。用于工业清洗剂约占2020左右。左右。v发展趋势发展趋势：国际上表面活性剂的发展倾向于生态安全、：国际上表面活性剂的发展倾向于生态安全、无环境污染、生物降解完全、功能性强、化学稳定性及热无环境污

33、染、生物降解完全、功能性强、化学稳定性及热稳定性良好，而成本低的产品。稳定性良好，而成本低的产品。 5050第三节第三节 表面活性剂表面活性剂 一、一、表面活性剂的定义表面活性剂的定义 少量使用即可显著降低溶剂（一般为水）的少量使用即可显著降低溶剂（一般为水）的表面张力或两相间界面张力的一类物质。表面张力或两相间界面张力的一类物质。 一个玻璃杯灌满水后，将硬币一个玻璃杯灌满水后，将硬币顺着杯子的边缘放入杯中，你会顺着杯子的边缘放入杯中，你会发现杯中已装入数数枚硬币后，发现杯中已装入数数枚硬币后，尽管水面高出杯口，堆起来很高，尽管水面高出杯口，堆起来很高，呈现向上凸起的形状，但仍不溢呈现向上凸起

34、的形状，但仍不溢出来出来 。这是因为液体表面层存在。这是因为液体表面层存在表面张力，好像在水的表面上覆表面张力，好像在水的表面上覆盖了一层弹性膜。当把小物体放盖了一层弹性膜。当把小物体放入水中后，虽然水已超出杯口，入水中后，虽然水已超出杯口，“堆堆”的很高，但仍没有破坏的很高，但仍没有破坏“弹性膜弹性膜”，因此水也不会溢出，因此水也不会溢出来。来。 表面张力表面张力 f f b b 刚好使皂膜破裂时的刚好使皂膜破裂时的力力 L L 活动金属杆的长度活动金属杆的长度 = f= fb b/2L/2L 表面张力是指一种使表面分表面张力是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并子具有向内运动的趋势，并使

35、表面自动收缩至最小面积使表面自动收缩至最小面积的力。的力。表面自由能表面自由能 W=fW=fS=S=2L2LS SW=W=A A W W为所做的功，或称为所做的功，或称增加的表面自由能增加的表面自由能 为表面张力；为表面张力； A A为增加的表面积。为增加的表面积。 表面活性与表面张力表面活性与表面张力l表面张力：表面张力： 指垂直通过液体表面上任一单位长度、指垂直通过液体表面上任一单位长度、与液体面相切的，收缩表面的力。与液体面相切的，收缩表面的力。 一定成分的液体一定成分的液体在一定温度、压力下有一定的在一定温度、压力下有一定的 值，通常以达因值，通常以达因/ /厘米厘米（dyn/cmdy

36、n/cm）为单位。）为单位。l表面张力计算式：表面张力计算式：xL皂膜皂膜A AdAdxFdAdWL/2Fl 从大量试验结果看，可把各种物质水溶液的表面张从大量试验结果看，可把各种物质水溶液的表面张力与浓度的关系归纳为三种类型（见图）力与浓度的关系归纳为三种类型（见图）l 表面活性：表面活性：能在溶液表（界）面发生选择性吸附，能在溶液表（界）面发生选择性吸附，起到降低表（界）面张力的作用称为表面活性。起到降低表（界）面张力的作用称为表面活性。l 表面活性剂：表面活性剂：在在较低较低浓度下能浓度下能显著改变显著改变表（界）面表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以性质或与此相关、由

37、此派生的性质的物质，都可以称为表面活性剂。称为表面活性剂。各种物质水溶液浓各种物质水溶液浓度度c c与表面张力与表面张力的关系的关系/N.m-1c/mol.L-1无机盐、酸、碱等无机盐、酸、碱等低碳醇、羧酸等低碳醇、羧酸等表面活性剂表面活性剂l各种表面现象：各种表面现象： 不润湿不润湿 润湿润湿凸面（储汞）凸面（储汞）凹面（储水）凹面（储水）附加压力总是指向曲率中心一边附加压力总是指向曲率中心一边去污、乳化、分散等性能都与润湿现象密切相关。去污、乳化、分散等性能都与润湿现象密切相关。毛细管上升毛细管上升毛细管下降毛细管下降二、表面活性剂的基本知识二、表面活性剂的基本知识（一）（一）表面活性剂的

38、分子结构表面活性剂的分子结构表面活性剂的分子结构包括长链疏水基团和亲水性离表面活性剂的分子结构包括长链疏水基团和亲水性离子基团或极性基团两个部分。由于它的分子中既有亲子基团或极性基团两个部分。由于它的分子中既有亲油基又有亲水基，所以，也称双亲化合物。通常，表油基又有亲水基，所以，也称双亲化合物。通常，表面活性剂分子的两个部分的基团是不对称的。疏水基面活性剂分子的两个部分的基团是不对称的。疏水基可以有许多不同结构，例如，直链、支链、环状等；可以有许多不同结构，例如，直链、支链、环状等；亲水基也有各种不同原子团，可以位于疏水基链末端，亲水基也有各种不同原子团，可以位于疏水基链末端，也可以移向中间任

39、一位置，可大可小，也可以有几个也可以移向中间任一位置，可大可小，也可以有几个亲水基。亲水基。 亲水基亲水基疏水基（亲油基）疏水基（亲油基）表面活性剂分子结构的特点：表面活性剂分子结构的特点：它们大都是长链的有机化合物，烃链长度一般不它们大都是长链的有机化合物，烃链长度一般不少于少于8 8个碳原子；个碳原子；分子中同时具有亲水基团和亲油基团。分子中同时具有亲水基团和亲油基团。 6060亲水基：与水有较大亲和力的原子团，亲水基：与水有较大亲和力的原子团，如如-COONa-COONa，-SO-SO3 3NaNa，-O-O-等；等； 疏水基（亲油基）：与油有较大亲和力疏水基（亲油基）：与油有较大亲和力

40、的原子团，如烃基的原子团，如烃基CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2- -CHCH2 2- -等。等。表面活性剂一般按离子的类型分类，即表面活性剂表面活性剂一般按离子的类型分类，即表面活性剂溶于水时，凡能离解成离子的叫做溶于水时，凡能离解成离子的叫做离子型表面活性剂离子型表面活性剂，凡不能离解成离子的叫做，凡不能离解成离子的叫做而而离子型表面活性剂按其在水中生成的表面活性离子种离子型表面活性剂按其在水中生成的表面活性离子种类，又可分为阴离子、阳离子和两性离子表面活性剂类，又可分为阴离子、阳离子和两性离子表面活性剂三大类。此外还有一些特殊类型的表面活性剂，如元三大类。此外还有一些特殊类型的

41、表面活性剂，如元素表面活性剂、高分子表面活性剂和生物表面活性剂素表面活性剂、高分子表面活性剂和生物表面活性剂等。等。 6262 各种表面活性剂分子各种表面活性剂分子 结构如何表示结构如何表示? ?6363表面活性剂表面活性剂 离子型离子型 （水中能电离水中能电离） 非离子型非离子型（水中不电离水中不电离）多元醇型多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯型聚氧乙烯聚氧乙烯- -聚氧丙烯型聚氧丙烯型阴离子型阴离子型阳离子型阳离子型两性型两性型表面活性剂的分类表面活性剂的分类表面活性的主表面活性的主要性质：要性质：v形成吸附膜形成吸附膜v形成胶束形成胶束空气空气(a) (a) 极稀溶液极稀溶液水水(b) (b)

42、稀溶液稀溶液小型胶束小型胶束吸附于表面的表面吸附于表面的表面活性剂单分子膜活性剂单分子膜(c) (c) 临界胶束浓度的溶液临界胶束浓度的溶液(d) (d) 大于临界胶束浓度的溶液大于临界胶束浓度的溶液 表面活性剂的浓度变化与聚集态的关系表面活性剂的浓度变化与聚集态的关系l 疏水作用疏水作用导致表面活性剂在溶液表面吸附成膜、在溶液中导致表面活性剂在溶液表面吸附成膜、在溶液中缔合成胶束。缔合成胶束。l 临界胶束浓度（临界胶束浓度（cmccmc值）值）：表面活性剂达到形成单分子膜的：表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度。最低浓度。l 胶束聚集数胶束聚集数：每种表面活性剂胶束由不同数目的单分子表：每种

43、表面活性剂胶束由不同数目的单分子表面活性剂组成。面活性剂组成。l 胶束的大小形状随溶液浓度变化而改变胶束的大小形状随溶液浓度变化而改变，一般从球形变为，一般从球形变为扁球状、棒状、六角棒状直至层状胶束（已属于扁球状、棒状、六角棒状直至层状胶束（已属于液晶相液晶相）。）。l 影响胶束聚集数的因素影响胶束聚集数的因素：表面活性剂的结构、电解质、有：表面活性剂的结构、电解质、有机添加剂、温度等。机添加剂、温度等。胶束结构的变化形态胶束结构的变化形态浓度浓度cmccmc，形成胶束，大小，形成胶束，大小1 1100nm100nm 单体单体二（三）聚体二（三）聚体胶团胶团棒状胶团棒状胶团棒状六角团棒状六角

44、团H2H2OO层状胶团层状胶团1.0-3.5nm1.0-3.5nmH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O水柱的六角堆水柱的六角堆积积H2O微乳状液微乳状液表面活性剂结晶表面活性剂结晶油油醇醇表面活性剂溶液中形成的胶团结构表面活性剂溶液中形成的胶团结构十二烷基硫酸钠水溶液的性十二烷基硫酸钠水溶液的性质与浓度的关系质与浓度的关系2.3 表面活性剂的物化性质表面活性剂的物化性质a）HLB亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值 HLB表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。 表面活性剂表面

45、活性剂HLB在在140之间（通过亲油基碳数的多之间（通过亲油基碳数的多少调节）。少调节）。 非离子的非离子的HLB在在120之间（可以通过聚环氧乙烷或之间（可以通过聚环氧乙烷或羟基数的多少调节）。羟基数的多少调节）。2.3.1 衡量表面活性剂亲水亲油性的物理量衡量表面活性剂亲水亲油性的物理量HLB 值范围值范围适用的场合适用的场合HLB 值范围值范围适用的场合适用的场合36油包水型乳化剂油包水型乳化剂1315洗涤洗涤79润湿、渗透润湿、渗透1518增溶增溶815水包油型乳化剂水包油型乳化剂6969 表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相

46、同的单位来衡量，所以基团的不同，很难用相同的单位来衡量，所以Griffin提出了用一个相对的值即提出了用一个相对的值即HLB值来表示表值来表示表面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂，面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：的计算公式为：HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5例如：石蜡无亲水基，所以例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的其余非离子型表面活性剂的HLB值介于值介于020之间之间非非离子表面活性剂的离子表面活性剂的HLB值具有加和性，因而可值具有加和性，因而

47、可利用以下公式来计算两种和两种以上表面活性剂利用以下公式来计算两种和两种以上表面活性剂混合后的混合后的HLB值：值： AABBABABHLBWHLBWHLBWW 不同不同HLBHLB值的值的表面活性剂的表面活性剂的用途用途 HLB只是针对表面活性剂自身的亲水亲油平衡而言，只是针对表面活性剂自身的亲水亲油平衡而言，而没有考虑体系的成分、温度等因素，具有一定的局而没有考虑体系的成分、温度等因素，具有一定的局限性。限性。：PIT是指在某一特定的体系中，表面活性剂的亲是指在某一特定的体系中，表面活性剂的亲水、亲油性质达到平衡时的温度。水、亲油性质达到平衡时的温度。在等量的油和水中加入在等量的油和水中加

48、入35的的SAA，配，配制成制成O/W型乳状液，在不断搅拌下缓慢加热升温，当型乳状液，在不断搅拌下缓慢加热升温，当体系由体系由O/W型转变为型转变为W/O时的温度即为该体系的时的温度即为该体系的PIT。：PIT与水相、油相性质，溶液温度，乳化剂与水相、油相性质，溶液温度，乳化剂用量等多种因素密切相关，与用量等多种因素密切相关，与HLB值也有一定关系。值也有一定关系。b）PIT相转变温度相转变温度非离子表面活性剂非离子表面活性剂的溶解度的溶解度随温度升高而降低，溶液由澄清变混浊时的温度即随温度升高而降低，溶液由澄清变混浊时的温度即浊点浊点CH2H2OOCH2CH2CH2OH2OCH2H2OOCH

49、2CH2CH2OH2OCH2H2OOCH2CH2CH2OH2OCH2 聚氧乙烯链中氧与水分子形成氢键聚氧乙烯链中氧与水分子形成氢键B）Krafft点（点（K. P. 点）点）：离子型表面活性剂离子型表面活性剂的溶的溶解度随温度的增加而增加，溶解度随温度变化解度随温度的增加而增加，溶解度随温度变化的转折点即为的转折点即为Krafft点（临界溶解温度）。点（临界溶解温度）。离子型表面活性剂溶解度曲线及离子型表面活性剂溶解度曲线及K.P.点点 表面活性剂能够显著降低体系的表面或界面表面活性剂能够显著降低体系的表面或界面张力，并对两相界面性质产生影响，在实际张力，并对两相界面性质产生影响，在实际应用中

50、能显示出各种优异的性能，如应用中能显示出各种优异的性能，如乳化、乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电溶、去污、柔软、抗静电等。随着科学技术等。随着科学技术的发展和高新技术领域的不断开拓，其应用的发展和高新技术领域的不断开拓，其应用已经渗透到国民经济的各个领域。已经渗透到国民经济的各个领域。 一滴液体滴在某种固体表面上，很容易铺展开来，使表一滴液体滴在某种固体表面上，很容易铺展开来，使表面润湿，叫作该液体对固体有润湿作用。面润湿，叫作该液体对固体有润湿作用。染整加工中，多为纤染整加工中，多为纤维（固体）表面上的气体（一种流体）被

51、水（另一种流体）所维（固体）表面上的气体（一种流体）被水（另一种流体）所取代的过程。取代的过程。 固、液、气三相交固、液、气三相交界处，自固界处，自固- -液界面经过液液界面经过液体内部到气体内部到气- -液界面的夹角液界面的夹角叫作接触角，以叫作接触角，以表示表示接触角与三相交界处固接触角与三相交界处固- -气、气、固固- -液、液液、液- -气表面张力之间气表面张力之间有如下关系有如下关系( (杨氏方程杨氏方程) )： SG SL = LG cos液滴的接触液滴的接触角角表面活性剂在润湿方面的应用表面活性剂在润湿方面的应用 在染整加工中常用的润湿渗透剂产品有在染整加工中常用的润湿渗透剂产品

52、有渗透剂渗透剂JFCJFC、渗透剂渗透剂T T、拉开粉、拉开粉BXBX、渗透剂、渗透剂58815881、丝光渗透剂、丝光渗透剂MPMP等。等。液体中加入表面活性液体中加入表面活性剂剂L L和和SLSL都显著降都显著降低低使使角变小达到提角变小达到提高液体润湿性能的高液体润湿性能的作用作用 coscos（S SSLSL）L L 当水滴中加入表面活性剂后，当水滴中加入表面活性剂后，SLSL、LGLG降低，降低，SGSG 不不变，为恒定值。为了维持新的平衡，变，为恒定值。为了维持新的平衡，coscos值必然变大，值必然变大，即接触角即接触角变小。因此说明表面活性剂能够降低界面变小。因此说明表面活性剂

53、能够降低界面张力，使接触角变小，增大液体对固体表面的润湿作张力，使接触角变小，增大液体对固体表面的润湿作用。用。 由接触角由接触角可以估计润湿性的大小可以估计润湿性的大小。9090叫作叫作润湿，润湿，越小说明润湿性越好。越小说明润湿性越好。0 0则叫作完全润则叫作完全润湿。湿。9090叫作不润湿，而叫作不润湿，而180180叫作完全不润叫作完全不润湿。湿。 润湿力的测定：润湿力的测定：由于直接测定接触角比较麻烦，所以由于直接测定接触角比较麻烦，所以表面活性剂的润湿力常用表面活性剂的润湿力常用润湿时间润湿时间来衡量。测定润湿来衡量。测定润湿力的方法，通常用力的方法，通常用纱带沉降法纱带沉降法或或

54、帆布沉降法帆布沉降法。 v在农药中的应用在农药中的应用 许多植物、害虫和杂草表面常覆盖一层低表面能的许多植物、害虫和杂草表面常覆盖一层低表面能的疏水蜡质层疏水蜡质层，这使其表面不易被水和药液润湿。为此，这使其表面不易被水和药液润湿。为此需要在药液中添加润湿剂和渗透剂，润湿剂会以疏水需要在药液中添加润湿剂和渗透剂，润湿剂会以疏水的碳氢链通过分子间力吸附在蜡质层的表面，而亲水的碳氢链通过分子间力吸附在蜡质层的表面，而亲水基则伸入药液中形成定向吸附膜取代了疏水的蜡质层。基则伸入药液中形成定向吸附膜取代了疏水的蜡质层。由于亲水基与药液间具有很好的相容性，药液能够在由于亲水基与药液间具有很好的相容性，药

55、液能够在其表面铺展。其表面铺展。 用作农药润湿剂和渗透剂的主要是阴离子表面活性用作农药润湿剂和渗透剂的主要是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。剂和非离子表面活性剂。 8484定义：定义： 表面活性剂能使不相混溶的液体形成表面活性剂能使不相混溶的液体形成具有一定稳定性的乳状液的这种作用具有一定稳定性的乳状液的这种作用被称作表面活性剂的乳化作用被称作表面活性剂的乳化作用乳状液的油乳状液的油/ /水界面示意图水界面示意图乳状液乳状液水包油型乳状液，以水包油型乳状液，以O/W表示表示油包水型乳状液，以油包水型乳状液，以 W/O表示表示套圈型套圈型O/W/OW/O/W8686（1 1）乳剂的基本组成）

56、乳剂的基本组成水相水相 water phase（W）水或水溶液；水或水溶液；油相油相oil phase（O）与水不相混溶的有机液体与水不相混溶的有机液体乳化剂乳化剂emulsifier防止油水分层的稳定剂防止油水分层的稳定剂（2 2）乳剂的类型）乳剂的类型根据结构分类根据结构分类根据乳滴的大小分类根据乳滴的大小分类8787基本型基本型O/W内相内相外相外相水包油水包油W/O内相内相 外相外相油包水油包水复合型复合型W/O/W内水相内水相油相油相外水相外水相水包油包水水包油包水O/W/O内油相内油相水相水相外油相外油相油包水包油油包水包油根据结构分类根据结构分类8888O/WO/W型型乳剂和乳剂

57、和W/OW/O型型乳剂的区别乳剂的区别 O/WO/W型乳剂型乳剂W/OW/O型乳剂型乳剂外观外观乳白色乳白色油状色近似油状色近似稀释稀释可用水稀释可用水稀释可用油稀释可用油稀释导电性导电性导电导电不导电或不导电或几乎不导电几乎不导电水溶性颜料水溶性颜料外相染色外相染色内相染色内相染色油溶性颜料油溶性颜料内相染色内相染色外相染色外相染色8989决定乳剂类型的因素是什么？决定乳剂类型的因素是什么？乳化剂的种类乳化剂的种类乳化剂的性质乳化剂的性质相体积比相体积比()()相体积比相体积比()分散相体积分散相体积 乳剂总体积乳剂总体积1009090 染整加工中常用的乳化剂、分散剂以染整加工中常用的乳化剂

58、、分散剂以油水型居多，如平平加油水型居多，如平平加O O系列、系列、OPOP系列、系列、扩散剂扩散剂NNONNO、分散剂、分散剂CNFCNF、分散剂、分散剂WAWA等。等。 91911 1. .普通乳普通乳(emulsion)(emulsion)：1 1100100 m m，乳白色不透明，乳白色不透明液体。液体。2.2.亚纳米乳亚纳米乳(subnanoemulsion)(subnanoemulsion)：又称亚微乳又称亚微乳(submicroemulsion)(submicroemulsion)，0.10.10.50.5 m m，常作为胃肠，常作为胃肠外给药的载体，如环孢菌素静脉注射脂肪乳。外

59、给药的载体，如环孢菌素静脉注射脂肪乳。3.3.纳米乳（纳米乳（nanoemulsion)nanoemulsion)：又称微乳又称微乳(microemulsion)(microemulsion)，1010100nm100nm。 表面活性剂在乳化方面的应用表面活性剂在乳化方面的应用1. 1.在农药中的应用在农药中的应用2.2.在食品工业中的应用在食品工业中的应用3.3.在化妆品中的应用在化妆品中的应用4.4.在金属加工中的应用在金属加工中的应用5.5.乳化沥青乳化沥青6.6.在原油开采中的应用在原油开采中的应用7.7.在乳液聚合中的应用在乳液聚合中的应用9393 天然乳化剂亲水性强，在水中粘度大，

60、对乳化液有天然乳化剂亲水性强，在水中粘度大，对乳化液有较强的稳定作用，宜新鲜配制使用或加入防腐剂。较强的稳定作用，宜新鲜配制使用或加入防腐剂。 (1)(1)阿拉伯胶阿拉伯胶(acacia gum) ： 为阿拉伯酸的钙、镁、钾等盐的混合物，适用于乳化为阿拉伯酸的钙、镁、钾等盐的混合物，适用于乳化植物油、挥发油形成植物油、挥发油形成O/WO/W型乳剂，作为内服乳剂的乳化型乳剂，作为内服乳剂的乳化剂，常用浓度为剂，常用浓度为5%5%15%15%。 在在pH4pH41010范围内乳液较稳定，单用时易分层，常与西范围内乳液较稳定，单用时易分层，常与西黄蓍胶、果胶、琼脂等合用。该胶含有氧化酶，易使黄蓍胶、