染整用水和表面活性剂

关于染整用水和表面活性剂

§2-1染整用水背景：染厂在染整加工中用水量很大，平均每生产1000m印染布约耗水20t左右。从煮练、漂白到染色、印花、整理以及锅炉供汽都要耗用大量的水。水质的好坏直接影响到产品质量、锅炉使用安全性与效率和染化料、助剂的消耗。第2页,共38页，2024年2月25日，星期天一、水质及其对纺织品染整加工的影响

(一)水的硬度1.暂时硬度

水中含有钙、镁的酸式碳酸盐，这种水称为暂时硬水。其硬度称为暂时硬度

Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2↑2.永久硬度

以硫酸盐、硝酸盐或氯化物形式存在于水中的钙、镁离子称为称永久硬水，其硬度称永久硬度。须经化学处理才能除去。水的硬度＝暂时硬度＋永久硬度水的硬度表示方法:

1升水中所含的钙、镁盐换算成碳酸钙的毫克数第3页,共38页，2024年2月25日，星期天(二)水质对染整加工方面的影响1.对皂煮的影响

肥皂与水中的钙、镁离子会生成不溶性钙皂、镁皂沉积在织物上。2.对漂白的影响

漂白时起催化作用，引起纤维的脆损和织物发黄。3.对染色的影响

易使某些染料和助剂沉淀。造成色泽鲜艳度和牢度下降并导致染色不匀和染化料浪费。4.对锅炉用水的影响锅炉用水会产生水垢，降低热传导率，浪费能源，甚至发生爆炸事故。第4页,共38页，2024年2月25日，星期天二、染整加工对水质的要求1.无色、无臭、透明；2.pH值6.5～7.4；3.铁、锰盐的含量不超过0.1mg/L；4.水的硬度视具体要求而定：

煮练、染色、印花、皂洗宜采用软水。锅炉用水要用极软水。一般水洗可用硬水。第5页,共38页，2024年2月25日，星期天三、水的软化㈠软水剂软化法：1、石灰、纯碱沉淀法：

Na2CO3＋Ca2+(Mg2+)→

CaCO3(MgCO3)↓＋2Na+2、络合法：

Na4[Na2（PO3）6]+Ca2+→

Na4[Ca（PO3）6]＋2Na+

第6页,共38页，2024年2月25日，星期天

㈡离子交换树脂软化法：离子交换树脂中的活性基团上的离子能够与水溶液里的同性离子发生交换作用，而去除水中的钙镁离子R-SO3H

R-SO3-+H+

2R-SO3-+Ca2+→（R-SO3）2Ca2R-SO3-+Mg2+→（R-SO3）2Mg第7页,共38页，2024年2月25日，星期天§2-2表面活性剂一、表面活性剂的基本知识二、表面活性剂的基本作用三、表面活性剂的分类和常用表面活性剂的性能第8页,共38页，2024年2月25日，星期天一、表面活性剂的基本知识㈠表面张力、表面活性与表面活性剂

1.表面张力—是垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切并使液面收缩的力。

图2-1分子在液体内部和表面所受吸引力场不同图1－2液体的表面张力第9页,共38页，2024年2月25日，星期天

2.表面活性—能使溶剂表面张力降低的性质。3.表面活性剂—加入很少量时就能显著降低溶剂的表面张力(或界面张力)，并改变体系的表面或界面状态(从而产生润湿、乳化、分散、增溶、起泡、消泡、洗涤等一系列作用)的物质称为表面活性剂。图2-2各类物质水溶液的表面张力

第10页,共38页，2024年2月25日，星期天㈡表面活性剂的结构特征：疏水部分亲水基图2-3表面活性剂结构特征如肥皂：

CH3-CH2-CH2-----COO-Na+(其中C原子数在8-20)第11页,共38页，2024年2月25日，星期天图2-4表面活性剂溶液的胶团化过程

1.界面吸附—引起溶液表面张力降低。

2.胶团化—表面活性剂在溶液中会从单体缔合成为胶态聚集物。

临界胶束浓度—表面活性剂形成胶束时的最低浓度，也是溶液的表面张力降低到最低时的浓度。

在临界胶束浓度时许多性质发生突变，如表面张力、电导率、渗透压和洗涤作用。

㈢表面活性剂溶液的性质第12页,共38页，2024年2月25日，星期天二、表面活性剂的基本作用图2–6接触角与界面张力之间的关系㈠润湿和渗透作用

1.润湿作用液体沿着固体表面展开，把空气－固体界面代之以液体－固体界面的过程，叫润湿作用。

表面活性剂之所以具有润湿和渗透作用，是由于表面活性剂显著地降低了水的表面张力的缘故。第13页,共38页，2024年2月25日，星期天在气（V）、液（L）、固（S）三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用

表示。接触角第14页,共38页，2024年2月25日，星期天图2–6接触角与界面张力之间的关系润湿方程第15页,共38页，2024年2月25日，星期天θ＝０°时，液滴在固体表面铺展，称为完全润湿；θ＝１８０°时，液滴呈球状，称为完全不润湿；０°<θ<９０°时，液滴在固体表面上呈凸透镜状，称为润湿；θ>９０°时，称不润湿。A、固体表面张力

为一常数，由固体的种类决定。B、当水中加入表面活性剂，水的表面张力显著下降，固－液界面张力降低。从润湿方程可以看出，这将使θ减小，故能显著提高对固体的润湿性。(润湿方程

)第16页,共38页，2024年2月25日，星期天为什么棉坯布的润湿性能差？第17页,共38页，2024年2月25日，星期天2.渗透作用—对多孔体系固体的润湿P=2

·

cosθ/r

当θ<90°时，cosθ>0，上升压力P为正，且随毛细管半径下降而增大。

对织物来说，只要能产生良好的润湿，液体便能通过相互贯通的毛细管自动发生渗透作用，从而有利于染整加工的进行。

润湿作用发生在物体的表面，而渗透作用是在物体内部，两者可使用相同的表面活性剂，因而润湿剂也可称为渗透剂。

在纺织品毛细管中的上升压力与表面张力的关系为：第18页,共38页，2024年2月25日，星期天㈡乳化和分散作用1.乳化作用

使一种液体以极细小的液滴均匀分散在另一种互不相容的液体中形成分散液的作用，称为乳化作用。

水包油型(油/水型)，以Ｏ/Ｗ表示；乳液的类型油包水型(水/油型)，以Ｗ/Ｏ表示。图2–7肥皂作乳化剂时的乳液情况

第19页,共38页，2024年2月25日，星期天2.分散作用

将不溶性固体以微小粒子均匀地分散在液体中所形成稳定分散体系的作用称为分散作用。

如：涤纶用分散染料不溶于水，易形成沉淀；加入分散剂后，充分搅拌超细染料粒子后能“溶解”于水，形成稳定的悬浮液。染料粒子沉淀分散剂增溶稳定分散液图2-8分散作用过程第20页,共38页，2024年2月25日，星期天图2-9增溶作用的方式示意增溶于胶束内核增溶在“栅栏”处增溶在胶束表面增溶在极性基之间a.非极性有机化合物的加溶；b.长链的醇、胺等极性有机两亲分子加溶；c.既不溶于水又不溶于油的小分子极性化合物的加溶；d.非极性有机物还可加溶于聚氧乙烯醚的外壳之中。㈢增溶作用

具有能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状的作用。第21页,共38页，2024年2月25日，星期天（四）洗涤作用自固体(又称为基体)表面上去除污垢的过程。它包括机械作用及表面化学的作用（润湿、乳化、分散、增溶等作用）。第22页,共38页，2024年2月25日，星期天1.洗涤机理图2-10固体污垢的去除机理平衡时满足下列关系:gso=

gsw

-gwocos

使gwo和gsw降低，而gso未变。为维持新的平衡，-cosθ值必须增大，即接触角θ从＜90°变为＞90°。在某种适宜条件下，接触角接近180°，即洗涤剂几乎完全润湿固体表面时，油污膜变为油珠自行脱离。第23页,共38页，2024年2月25日，星期天2.洗涤过程①基体—污垢+洗涤剂基体—洗涤剂+污垢—洗涤剂②再籍机械力将它们分离；通过乳化、分散、增溶，防止污垢再沾污，被清洗去除。图2-11污垢卷离过程示意第24页,共38页，2024年2月25日，星期天图2-12洗涤剂的防止再沾污过程

洗涤过程是一个可逆过程，洗涤的逆过程称为污垢再沉积（或织物再沾污）。因此，一种优良的洗涤剂应具备两种作用：

A、降低污垢与织物表面的结合力，具有使污垢脱离织物表面的能力；

B、是具有防止污垢再沉积的能力。第25页,共38页，2024年2月25日，星期天(五)其他作用1.柔软作用

a.针织物编织前纱线过蜡（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；

c.羊毛的仿羊绒整理。2.抗静电作用用于涤纶等疏水性纤维的整理，亲水性提高、舒适、抗静电性提高。

第26页,共38页，2024年2月25日，星期天3、起泡和消泡作用第27页,共38页，2024年2月25日，星期天(一)

表面活性剂的分类按表面活性剂在水中电离与否分类：

离子型：阴离子型、阳离子型、两性型

非离子型；2.按应用分：纺织助剂、印染助剂等等。3.按用途分：润湿、渗透、乳化、分散、增溶、洗涤等等。三、表面活性剂的分类和常用表面活性剂的性能第28页,共38页，2024年2月25日，星期天1.阴离子表面活性剂⑴

羧酸盐类①脂肪羧酸盐结构通式为R-COONa②烷基酰胺羧酸盐C17H33CO(NR1CR2HCO)n-ONa

或C17H33CONR1H(CONR2H)nCOONa③烷基醚羧酸盐R(OCH2CH2)nOCH2COONa⑵

硫酸酯盐①脂肪醇硫酸盐ROSO3-M+

②仲烷基硫酸盐R1C(R2)HOSO3Na

③

硫酸化油(二)

常用表面活性剂（乳化、扩散、渗透、洗涤）第29页,共38页，2024年2月25日，星期天

⑶

磺酸盐类

①烷基磺酸钠

R-SO3Na(R=CnH2n+1,n=15～20)②

烷基苯磺酸钠

③

烷基萘磺酸盐

如双异丁基萘磺酸钠(拉开粉BX)：

（4）

磷酸酯类：

第30页,共38页，2024年2月25日，星期天2.阳离子表面活性剂

主要用途匀染剂、抗静电剂、柔软剂、防水剂、杀菌剂等。

⑴烷基铵盐类⑵季铵盐类3.非离子表面活性剂⑴聚乙二醇型非离子表面活性剂R-(OCH2CH2)n-OH，其中R=C10～C18

⑵

烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式为：第31页,共38页，2024年2月25日，星期天

３.亲疏平衡值(HLB)与性能间的关系

疏水基的分子量愈大，疏水性愈强、水溶性愈差；但亲水基分子量大的，则不一定亲水性大(除非离子表面活性剂)。

非离子表面活性剂的HLB值：

完全疏水的石蜡，HLB=0；完全亲水的聚乙二醇，HLB=20，所以聚乙二醇型表面活性剂的HLB值介于0～20。第32页,共38页，2024年2月25日，星期天

亲疏平衡值与性能间的关系如下图：18515110HLB用途15～18增溶剂13～15洗涤剂8～18油/水型的乳化剂7～9润湿剂

3.5～6水/油型的乳化剂1.5～3消泡剂第33页,共38页，2024年2月25日，星期天４.非离子表面活性的浊点