染整工艺原理上课件第一章-第二节-表面活性剂

1、第二节 表面活性剂表面张力：液体表面分子受到的垂直于表面且指向液体内部的合力使表面分子有沿此力向内收缩的自然趋势，由此产生的与液面相切的收缩液面的力即为表面张力。第二节 表面活性剂表面张力：液体表面分子受到的垂直于表液-液界面interface液-液界面interface表面自由能(surface energy)：液体的表面张力，就是液体表面的自由能。固体表面与空气的界面之间的界面张力，就是固体表面的自由能。表面自由能(surface energy)：染整工艺原理上课件第一章-第二节-表面活性剂染整工艺原理上课件第一章-第二节-表面活性剂三、表面活性剂分类(一) 按分子中亲水基组成分1. 阴离

2、子型助剂水中电离后亲水基团是带有负电荷的表面活性剂。例： 肥皂： RCOONa RCOO Na 洗衣粉： RSONa RSO Na（阴离子表面活性剂是应用历史最久、使用量最大、价格最低廉的表面活性剂，它具有极好的去污、乳化、分散、增溶等作用，在染整助剂中主要用作洗涤剂及润湿剂、渗透剂、乳化剂和分散剂等。）例：净洗剂209、 渗透剂T、分散剂NNO三、表面活性剂分类(一) 按分子中亲水基组成分2.阳离子型助剂 水中电离后亲水基团是带有正电荷的表面活性剂。例：抗静电剂： ( R ) + NO3 R + NO3-（阳离子表面活性剂洗涤能力不太强，价格较贵，一般不用作洗涤剂,主要作腈纶染色的匀染剂和后

3、整理剂（柔软剂、固色剂、防水剂、抗静电剂、杀菌防霉剂等） ！不能用于阴离子型染料（活性、直接等）同浴染色：ArCOONa ArCOO Na ArCOO + R + ArCOOR2.阳离子型助剂3. 非离子型助剂 亲水基不带电荷，但能与水结合。酒精：CH3CH2OH + H2O CH3CH2O H-O-H 匀染剂 CHO（CHCHO）h H-O-H 渗透剂JFC4. 两性表面活性剂：亲水基既带有正电荷，又带有负电荷4. 复配型：以非离子和阴离子复配居多。例：高效精练剂。3. 非离子型助剂types of surfactantsanionic surfactantscationic surfact

4、antsnonionic surfactantsamphosurfactants-+-+types of surfactantsanionic su(二)按表面活性剂应用分1. 纺织助剂如浆料、水溶性蜡。2.前处理助剂如高效精练剂、渗透剂、氧漂稳定剂、螯合剂。3.染色助剂 如助溶剂、匀染剂、分散剂、浴中柔软剂、固色剂、净洗剂、消泡剂。4.印花助剂 如涂料印花黏合剂、增稠剂、防染盐。5.整理助剂 如荧光增白剂、树脂整理剂、柔软剂、抗静电剂、防水剂等。(二)按表面活性剂应用分四、表面活性剂溶液的性质定向吸附四、表面活性剂溶液的性质定向吸附临界胶束浓度 水表面张力达到最低值，表面活性剂形成胶束所需的

5、最低浓度叫做SAA的临界胶束浓度（CMC）。使用表面活性剂时，其浓度应稍大于CMC。SAA的CMC一般为0.02%-0.4%。临界胶束浓度interface tension in solutions of surfactantssurfactant conc.cmcc cmcc cmcinterface tension in solutionstypes of aggregates of surfactants层状hexagonalic mesophase立方体types of aggregates层状hexagonaltypes of aggregates of surfactants圆盘棒

6、状types of aggregates of surfact五、表面活性剂基本作用SAA的润湿和渗透作用润湿现象：表面上一种流体被另一种流体替代的过程五、表面活性剂基本作用SAA的润湿和渗透作用接触角(contact angle)接触角(contact angle) 90o，不润湿 90o，润湿=0o或不存在，铺展 90o，不润湿润湿剂：能使液体迅速而均匀地润湿某种固体表面的SAA。渗透剂：能使液体迅速而均匀地渗透某种固体内部的SAA。实际上，润湿和渗透作用同时发生,因此，润湿剂又称渗透剂,一般SAA都有润湿作用。润湿性能好SAA，R碳链不长，亲水基在中间。润湿剂：能使液体迅速而均匀地润湿某

7、种固体表面的SAA。a. 水滴滴在坯布，水滴成球形；b.含渗透剂的水滴在布面，水滴迅速展开，渗透入织物 内部。aba. 水滴滴在坯布，水滴成球形；abSSA的乳化、分散、增溶作用乳化：一种液体以微小液滴分散在另一种与其不相溶的液体中所形成体系叫做乳状液（乳浊液、乳液或乳化液）。 （水溶性大的乳化剂则水为外相，形成所谓水包油（ow）型乳液；油溶性大的乳化剂则油为外相，形成油包水型（wo)乳液。）分散：一种固体以微小颗粒分散在另一种液体中所形成体系叫做分散液。从本质上讲，乳化与分散并无区别，都是两个不相溶的相在表面活性剂的作用下以一定的形式相互混合与包含。为叙述方便，才将液体对液体的混合叫乳化，固

8、体在液体中的混合叫分散。SSA的乳化、分散、增溶作用乳化：一种液体以微小液滴分散在乳化剂：能使互不相溶的两种液体中任何一种液体乳化成0.1-10m液体微粒，均匀地分散在另一种液体中的物质。分散剂：能使固体微粒均匀稳定地分散在液体中的物质。乳化剂：能使互不相溶的两种液体中任何一种液体乳化成0.1-1涤纶用分散染料不溶于水，易形成沉淀；加入扩散剂后，充分搅拌超细染料粒子后能“溶解”于水，形成稳定的悬浮液。 （精练剂在煮练中既有渗透作用，还有对杂质的乳化、分散作用。）染料粒子沉淀 扩散剂增溶 稳定分散液涤纶用分散染料不溶于水，易形成沉淀；染料粒子沉淀 增溶作用增溶现象 当水中表面活性剂的浓度超过其C

9、MC以后,不溶或微溶于水的有机物质在水中的表观溶解度明显提高，胶束的这种作用叫做“增溶”或“加溶”.增溶条件与胶团有关,即在CMC以上,与表面张力无关。增溶作用增溶现象增溶机理非极性增溶：油性物质溶入胶束内部亲油基之间所引起的。极性增溶：醇等分别与SAA的亲水基和亲油基相邻，形成混合胶束。吸附增溶：增溶物如苯酚被吸附在胶束亲水基和水的界面。增溶机理非极性增溶：油性物质溶入胶束内部亲油基之间所引起的。solubilization in micellessolubilization in micellessolubilization in micellessolubilization in mic

10、ellessolubilization in Lamellar phasessolubilization in 增溶与乳化区别:增溶是以胶团存在为前提，乳化无此条件。乳化是分散相，以液滴形式分散在液体中，是乳液。增溶，被增溶物逐个溶解到胶团中，增溶是溶液，类似于透明的真溶液。乳液是不稳定体系，乳液是两相;分散体系、增溶是稳定的一相，是溶液。增溶与乳化区别:SSA的洗涤去污作用去污作用是润湿、乳化、分散、增溶等共同作用的结果。纤维杂质+表面活性剂纺织纤维表面活性剂+ 杂质表面活性剂SSA的洗涤去污作用去污作用是润湿、乳化、分散、增溶等共同作洗涤过程1）织物充分润湿，使纤维、浆料和某些固体污杂质膨

11、化;（SAA起作用）2）在机械力的作用下,污杂质从织物上分离下来,并扩散到洗液中去;（加SAA，使过程容易。)3)使已扩散到洗液中污杂质不再沉结到织物上。(污杂质被乳化、分散在洗液中。)(SAA起作用）洗涤过程染整工艺原理上课件第一章-第二节-表面活性剂去污可以看作是在油（O）/纤维（S）界面代之以油（O）/水（W）和水（W） /纤维（S）界面的过程。这一过程的示意图如下：油污在疏水性固体表面上so比在亲水性固体表面so小，水在亲水性固体表面ws比在疏水性固体表面ws小。所以在疏水性固体表面上Ww值大，油污难以去除。去污可以看作是在油（O）/纤维（S）界面代之以油（O）/水（effect of

12、 washing agentsfibre surfacechange of moistering balance of course change of contact angle effect of washing agentsfibresurfactant solutionre-moisteningsolubilizationsolubilized stuff and adsorption layerdirt removalsurfactant solutionre-moisteniSSA的柔软作用柔软作用: 吸附在纤维表面，使纤维和纱线表面平滑，降低了相互摩擦力。(例：a. 针织物编织前

13、纱线过蜡（上柔软剂、浆料添加物）； b. 染色后进行柔软整理，减少缝纫时针洞产生。)SSA的其他作用1. 抗静电：用于 涤纶等疏水性纤维的整理；2. 阻燃：提高LOI指数等等。SSA的柔软作用六、常见表面活性剂及其在染整加工中的应用（一）阴离子表面活性剂高级脂肪酸盐类肥皂，磺酸盐类（ABS）烷基硫酸酯盐类烷基磷酸酯盐类胰加漂T（209洗涤剂）， 808洗涤剂六、常见表面活性剂及其在染整加工中的应用（一）阴离子表面活性高级脂肪酸盐类肥皂缺点：不耐硬水，（RCOO）2Ca或(RCOO)2Mg， 粘辊筒，布身发硬，手感差。不耐酸，遇到强酸，生成RCOOH。还原染料染色后皂煮，肥皂 5g/L+纯碱2.

14、5 g/L；活性染料染色后皂煮，只用肥皂，活性染料不耐碱。肥皂粉将代替洗衣粉。是环保型洗涤剂高级脂肪酸盐类肥皂缺点：磺酸盐类（ABS）（1）烷基苯磺酸盐类基本原料为石油直链烷基苯 （ 十二烷基苯磺酸钠） 洗涤效果好，在酸、碱、硬水中稳定，有较强的发泡能力和去污能力。对棉织物洗涤能力略次于肥皂，对毛织物洗涤效果比肥皂好。有一定的毒性。LD50=1.49，48h LD50=2.2mg/L，100%致死浓度为4.0g/L。与人体接触较长时间，对皮肤有刺激。ABS是目前洗衣粉主要成分。精练剂、洗涤剂、染色助剂磺酸盐类（ABS）（1）烷基苯磺酸盐类（2）烷基萘磺酸盐类拉开粉BX（Nekal BX）：（双

15、）异丁基萘磺酸钠 对酸、碱、硬水都较稳定,有良好的润湿、乳化和分散能力。 染色中用作润湿剂和分散剂。（2）烷基萘磺酸盐类拉开粉BX（Nekal BX）：（双（3）烷基磺酸盐类（AS ） RSO3 Na (R：C14 C18 )RH+2SO2+O2+H2O RSO3H +H2SO4 R是直链，洗涤剂R是支链，渗透剂 优点：耐酸、碱、硬水，成本低，价格便宜，容易被生物降解。存在问题：磺化位置不固定，直链和支链都有，洗涤、润湿效果都有一定，但都不是最好，去污力不如肥皂（3）烷基磺酸盐类（AS ） RSO3 Na 烷基硫酸酯盐类ROSO4NaR：C12 十二烷基硫酸酯钠，月桂醇硫酸酯钠SDS或SLS

16、+十二醇-发泡剂例：Wetting agent 蓖麻油硫酸酯钠盐。CH3-(CH2)5-CH-CH2-CH=CH-(CH2) 7-COONa OSO3Na耐硬水，耐酸，但遇强酸也要水解。良好的净洗和乳化能力烷基硫酸酯盐类ROSO4Na烷基磷酸酯盐类磷酸单酯盐类磷酸双酯盐类磷酸三酯盐类 有优良的分散、渗透洗涤性能，起泡力小，耐碱、耐高温、耐还原剂、氧化剂，应用于棉、T/C高温煮练。烷基磷酸酯盐类磷酸单酯盐类胰加漂T（Igepon T）209洗涤剂C17H33COCl+HNCH2CH2SO3Na （油酸氯 ） CH3 （ N-甲基牛胆酸） C17H33CONCH2CH2SO3Na CH3 （胰加漂

17、T）引入磺酸基，克服了硫酸酯遇强酸水解缺点，净洗效果更好，耐硬水，耐酸。胰加漂T（Igepon T）209洗涤剂（二）阳离子型SAA 胺盐、季铵盐两类柔软剂、匀染剂、防水剂、抗菌剂 1227、1631、1831， CH3 CH3C16H33N +CH3 Cl- C16H33 N+ CH2 Cl- CH3 CH3（二）阳离子型SAA 胺盐、季铵盐两类（三）两性SAA 两性表面活性剂主要是指同时兼有阴离子性和阳离子性，在等电点以上和以下的水溶液中，分别表现出阴离子和阳离子表面活性剂的性能，而在其等电点的水溶液中，则表现出非离子表面活性剂的性能。（三）两性SAA 两性表面活性剂主要是指同时兼有阴离子

18、性和阳两性表面活性剂分子的阴离子部分羧酸盐基团，阳离子部分胺盐氨基羧酸型两性表面活性剂；阳离子部分季铵盐甜菜碱型两性表面活性剂。两性表面活性剂毒性低、刺激性小、生物降解性好，能与任何表面活性剂配伍，又有很好的乳化、渗透、洗涤、杀菌等性能。在染整加工中用作柔软剂、抗静电剂、金属络合染料的匀染剂等。两性表面活性剂分子的阴离子部分羧酸盐基团，阳离子部分胺盐(四)非离子型SAA 在前处理和染色中，主要用阴离子、非离子型SAA。1. 聚乙二醇(聚氧乙烯、聚环氧乙烷)型Ethylene Oxide EORXH+n EO RX（CH2 CH2O）n HROH、 RNH2 、 RCOOH (四)非离子型SAA

19、 在前处理和染色中，主要用阴离子、非离1）润湿剂（渗透剂）JFCC7-9H15-19O（CH2 CH2O）5 HJFC,作为退浆,精练,漂白的润湿,渗透剂。1）润湿剂（渗透剂）JFC2）平平加O （Peregal O）、 匀染剂O 、 匀染剂102 C18H35-37O（CH2 CH2O)n H 平平加OC12H25O（CH2 CH2O)22 H 匀染剂OC12-18H25-37O(CH2CH2O)25-30H 匀染剂102平平加O-30、25、20、15、10 RO（EO）n H匀染、乳化、润湿、扩散作用。2）平平加O （Peregal O）、 匀染剂O 、 匀染剂3)TX-10(Trito

20、nX-10)TX-3,5,7,18系列C8-9H17-19PhO（CH2CH2O)10H净洗剂、润湿剂、乳化剂。 4)匀染剂AC CH2 CH2 (CH2CH2O) n H4R-NH2 +（n+1 ）EO RN CH2 CH2 (CH2CH2O) n H蛋白质纤维保护剂3)TX-10(TritonX-10)TX-3,5,7,12.多元醇甘油、季戊四醇、山梨糖醇、失水山梨糖醇。两种类型：Span（司本），水溶性小，W/O乳化剂； Tween（吐温）,水溶性大，O/W乳化剂。2.多元醇七、 SAA的化学结构与性能关系（一） SAA的亲水和疏水性能1.亲疏平衡值HLB离子型表面活性剂的HLB值在14

21、0之间，非离子型表面活性剂的HLB值在020之间，数值越大表示亲水性越强，数值越小表示疏水性越强。hydrophilichydrophobiclipophilic七、 SAA的化学结构与性能关系（一） SAA的亲水和疏水性对于聚乙二醇和多元醇类非离子表面活性剂1.HLB=（E/5）100E：氧乙烯基（C2H4O）质量分数2.HLB聚乙二醇相对分子质量20表面活性剂相对分子质量亲疏平衡值HLB计算公式：对于聚乙二醇和多元醇类非离子表面活性剂亲疏平衡值HLB计算公对于离子型表面活性剂（复杂） 把表面活性剂的分子结构分解成为一些独立的基团，由于每个基团的亲水、疏水能力各不相同，它们对HLB值均有各自

22、的贡献，通过实验先测定各个基团对HLB值的贡献能力并换算成标准数据，这些数据被称作“基团数”。其中亲水基的基团数为正值，疏水基的基团数为负值，计算某一表面活性剂的HLB值时，只需将与之有关的各基团数代入下式： HLB（亲水基基团数）（疏水基基团数）7对于离子型表面活性剂（复杂）2. HLB值与性能关系HLB 1.5-3 3.5-6 7-9用途 消泡剂 W/O乳化剂 润湿剂 8-18 13-15 15-18 O/W乳化剂 洗涤剂 增溶剂2. HLB值与性能关系(二) SAA疏水基团的结构与性能间的关系1.疏水基团强弱脂肪类（石蜡烃烯烃）带脂肪链的芳香类芳香类带弱亲水基者2.亲者相近(二) SAA

23、疏水基团的结构与性能间的关系(三) SAA分子结构和相对分子重量与性能间的关系亲水性位置在一端，洗涤性好；在中间，润湿性好直链，洗涤、乳化好；支链,润湿性好分子量比较小,作为润湿、渗透剂为宜；分子量比较大,作为洗涤、乳化、分散剂为宜。(三) SAA分子结构和相对分子重量与性能间的关系八、 SAA的安全性及其生物降解清洁生产节能、降耗、减污、增效1.安全性急性毒性、鱼毒性、水生微生物及藻类毒性半致死 量 LD50 g/kg鱼毒性ECO50mg/L1100mg/L八、 SAA的安全性及其生物降解清洁生产节能、降耗、减污、染整工艺原理上课件第一章-第二节-表面活性剂阳离子表面活性剂LD50约为0.2

24、2.0g/kg ，毒性最强；阴离子表面活性剂的LD50约为g/kg；非离子表面活性剂为LD50 ，毒性最小，但随聚氧乙烯链的增加,毒性也增加。阳离子表面活性剂LD50约为0.22.0g/kg ，毒性最对皮肤刺激性和对粘膜损伤表面活性剂对皮肤的刺激性和对粘膜的损伤,与其毒性大体相当,阳离子型的作用大大超过阴离子型和非离子型总的来说,长直键产品,其刺激性比短直链和有支键的小;合成洗涤剂（烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠）的刺激性比脂肪酸皂类大。非离子表面活性剂比较温和。致畸性和变异性 含氯有机物和含酚物质会对动物造成畸形和致癌对皮肤刺激性和对粘膜损伤对水生物的毒性 纺织助剂随废水排放造成的对鱼类在内的水生

25、物有影响。三聚磷酸钠等含磷无机物，会造成水质“富营养性”而对水生物产生毒害。表面活性剂也会造成对鱼在内的水生物有害影响，除了毒性以外，表面活性剂使水的表面张力下降，若达到0 时，水生物就很难生存。对水生物的毒性2.生物降解性分初级降解、次级降解、完全降解三个步骤。表面活性剂的生物降解性是指表面活性剂能被微生物氧化分解,最终生成二氧化碳、水和无机元素,使之成为完全无害的物质。脂肪皂类的生物降解最快，可以遵从脂肪酸的氧化法则，即每次减少两个碳原子，直至最后生成CO2与H2O。322222C 22O2.生物降解性表面活性剂化学结构与生物降解的关系是：对于碳链疏水基，直链较支链易于生物降解；对于非离子

26、表面活性剂中的聚氧乙烯链，链越长，越不易生物降解。阴离子表面活性剂中，羧酸基最容易分解，磺酸基和硫酸基需细菌参与才能完全分解，需时较长。而磷酸酯类表面活性剂的生物降解要比硫酸酯和碳酸盐容易。非离子表面活性剂的生物降解包括疏水碳链和聚氯乙烯部分，碳链降解规律基本上与阴离子表面活性剂相同，支链碳链则不易生物降解。氧乙烯单元数在以下者，生物降解速度无明显差别；超过后，降解速度随数增长而明显减缓，这一规律也同样适用于烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解。脂肪醇聚氧乙烯酸的生物降解情况比较好，是非离子表面活性剂的环保助剂可考虑的品种。表面活性剂化学结构与生物降解的关系是：九、绿色表面活性剂烷基多糖苷类表面活性剂A

27、PG 是一淀粉或葡萄糖和天然脂肪醇为原料绿色表面活性剂，无毒、无刺激、生物降解快而彻底。烷基葡萄糖酰胺MEGA醇醚羧酸盐AEC九、绿色表面活性剂作业:1-4,1-5,1-7,1-8,1-9作业:4. 在实际测定液体在固体上的接触角时为什么要确保表面的洁净？答：如果固体表面不洁净，被另一种液体（l）污染，使测定不出真实的sl 、sg ，（而是sl和sg ，）根据扬氏式计算出角不是洁净固体上的接触角4. 在实际测定液体在固体上的接触角时为什么要确保表面的洁净sg sl = lgcos cos =( sg- sl）/lg如果固体表面不洁净，被另一种固体（s）污染，根据不均匀固体表面接触角计算式cos

28、 = Xa cos + Xb cosXa 、Xb表面积分数角也不是洁净固体上的接触角sg sl = lgcos cos =( 5.采用一些特殊手段在纤维(如聚酯纤维)表面形成微小的刻蚀后为什么也就可以提高水对该纤维的润湿性能？答：固体表面的粗糙化会增加其真实的表面积。以r来表示粗糙化固体表面的真实面积与表观面积之比，叫做粗糙因子。在这种情况下，扬氏式可以写成r（sg sl） = lgcos式中： 粗糙表面上接触角r =cos/ cosr 1， 900 ， 变小，易润湿，也就是提高水对该纤维的润湿性能。5.采用一些特殊手段在纤维(如聚酯纤维)表面形成微小的刻蚀后7.在水为介质的洗涤过程中，为什么油污在疏水性固体表面上比在亲水性固体表面上难以去除