第五章润湿剂与渗透剂

1、第五章润湿剂与渗透剂第五章润湿剂与渗透剂 第一节概述第一节概述 润湿是固体表面上一种流体被另一种流体取代的过程。因此，润湿是固体表面上一种流体被另一种流体取代的过程。因此，润湿作用至少涉及三相，其中润湿作用至少涉及三相，其中两相是流体两相是流体，一相是固体一相是固体。一般指。一般指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。水或水溶液是常见的取代气体的液体。取代。水或水溶液是常见的取代气体的液体。一、润湿剂一、润湿剂 对纺织品而言，由于纤维是一种多孔性物质，具有巨大的表对纺织品而言，由于纤维是一种多孔性物质，具有巨大的表

2、面积，使溶液沿着纤维迅速展开，渗入纤维的空隙，把空气取代面积，使溶液沿着纤维迅速展开，渗入纤维的空隙，把空气取代出去，将空气纤维表面的接触代之以液体纤维表面的接触，出去，将空气纤维表面的接触代之以液体纤维表面的接触，这个过程叫做润湿。用来这个过程叫做润湿。用来增进润湿现象的助剂增进润湿现象的助剂叫润湿剂。叫润湿剂。二、渗透剂二、渗透剂 织物由无数纤维组成，纤维之间存在着众多毛细管，如果液织物由无数纤维组成，纤维之间存在着众多毛细管，如果液体润湿了毛细管壁，则体润湿了毛细管壁，则液体就能够在毛细管内沿毛细管壁上升到液体就能够在毛细管内沿毛细管壁上升到一定高度，从而使高出的液柱产生静压强，促使溶液

3、渗透到纤维一定高度，从而使高出的液柱产生静压强，促使溶液渗透到纤维内部，此即为渗透。内部，此即为渗透。 纺织品在染整加工过程中不但要润湿织物表面，还需要使溶纺织品在染整加工过程中不但要润湿织物表面，还需要使溶液渗透到纤维空隙中。液渗透到纤维空隙中。 凡是能促使液体表面润湿的物质，也能促使液体向织物内部凡是能促使液体表面润湿的物质，也能促使液体向织物内部渗透；也就是说大部分情况下润湿剂就是渗透剂。渗透；也就是说大部分情况下润湿剂就是渗透剂。第二节润湿机理第二节润湿机理一、接触角与杨氏方程一、接触角与杨氏方程1、接触角、接触角图图 51固体（固体（S）、液体（）、液体（L）和气体（）和气体（V）间

4、三相平衡示意图）间三相平衡示意图式中：式中：接触角；接触角；2、杨氏方程、杨氏方程图图 52液滴在固体表面达到平衡状态时示意图液滴在固体表面达到平衡状态时示意图如果液滴在空气中达到平衡后，则满足如果液滴在空气中达到平衡后，则满足Young公式：公式： 从润湿角度考虑：从润湿角度考虑：900，且越小润湿效果越好；，且越小润湿效果越好；从拒水作用考虑：从拒水作用考虑：900，且越大拒水效果越好；，且越大拒水效果越好；当当0 时，液滴在固体表面铺平；时，液滴在固体表面铺平；当当1800时，液滴在固体表面上呈球状，而滚动；时，液滴在固体表面上呈球状，而滚动； 从从Young公式可以看出：在拒水过程中公

5、式可以看出：在拒水过程中L是不变的，从拒水是不变的，从拒水要求来说，要求来说，越大（越大（COS值赿小值赿小）越有利于水滴的滚动流失，也）越有利于水滴的滚动流失，也就是说就是说SLS越小越好。越小越好。因此，可选用表面张力较低的拒水整理剂如含氟的化学物质，因此，可选用表面张力较低的拒水整理剂如含氟的化学物质，将其整理到织物的表面，降低织物的表面张力将其整理到织物的表面，降低织物的表面张力S来达到拒水整理来达到拒水整理的效果。的效果。二、润湿过程二、润湿过程 润湿包括沾湿、浸湿和铺展三种过程。当液体与固体接触，润湿包括沾湿、浸湿和铺展三种过程。当液体与固体接触，润湿过程发生时，体系的自由能总是降

6、低的，因此可以用自由能润湿过程发生时，体系的自由能总是降低的，因此可以用自由能降低值来表示润湿的程度。降低值来表示润湿的程度。1、沾湿过程及其自发进行的条件、沾湿过程及其自发进行的条件沾湿就是当液体与固体接触后，将沾湿就是当液体与固体接触后，将液气液气和和固气固气界面变为界面变为固液固液界面的过程。界面的过程。在日常生活中常见的如大气中的露珠附着在植物的叶子上；在日常生活中常见的如大气中的露珠附着在植物的叶子上；雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是沾湿过程。雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是沾湿过程。图图 53沾湿过程示意图沾湿过程示意图将将Young公式代入上式可得：公式代入上式可得：2、浸湿过程及其自发

7、进行的条件、浸湿过程及其自发进行的条件 浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固固气界面被浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固固气界面被固液界面所代替。固液界面所代替。 1）硬固体表面的浸湿）硬固体表面的浸湿 硬固体表面即为非孔性固体的表面。其实质是硬固体表面即为非孔性固体的表面。其实质是固气固气界面完界面完全被全被固液固液界面所代替，而液体表面在浸湿过程中无变化，如图界面所代替，而液体表面在浸湿过程中无变化，如图24所示。所示。图图 54硬固体润湿过程示意图硬固体润湿过程示意图此过程体系自由能的降低为：此过程体系自由能的降低为： 2）软固体表面的浸湿）软固体表面的浸湿软固体表面即为孔性固

8、体的表面，它的浸湿过程常称之为渗软固体表面即为孔性固体的表面，它的浸湿过程常称之为渗透过程，可与毛细现象联系在一起。透过程，可与毛细现象联系在一起。图图 55软固体润湿过程示意图软固体润湿过程示意图3）铺展过程及其自发进行的条件）铺展过程及其自发进行的条件铺展过程是铺展过程是气固气固界面被界面被固液固液界面代替的过程，这个过程界面代替的过程，这个过程的能量变化可用铺展系数的能量变化可用铺展系数 S 来表示：来表示：图图 56液体在固体上铺展过程示意图液体在固体上铺展过程示意图三、水介质中的表面活性剂三、水介质中的表面活性剂图图 56表面活性剂在水中的状态示意图表面活性剂在水中的状态示意图第三节

9、润湿剂的分类第三节润湿剂的分类一、润湿剂的分子结构特征一、润湿剂的分子结构特征 润湿剂：润湿剂： 能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂称为润湿剂；称为润湿剂； 渗透剂：渗透剂：能使液体渗透或加速渗入孔性固体内表面的表面活能使液体渗透或加速渗入孔性固体内表面的表面活性剂称为渗透剂。性剂称为渗透剂。 润湿剂和渗透剂主要是通过降低润湿剂和渗透剂主要是通过降低L和和SL而起作用的。而起作用的。分子结构特征：分子结构特征：1）疏水链为碳氢链较短的直链，亲水基位于分子的末端；）疏水链为碳氢链较短的直链，亲水基位于分子的末端；2）疏水链应具有侧链，且亲水基应位

10、于分子的中部；）疏水链应具有侧链，且亲水基应位于分子的中部；图图 57润湿剂的分子结构示意图润湿剂的分子结构示意图二、润湿剂的分类二、润湿剂的分类1、阴离子表面活性剂、阴离子表面活性剂 烷基硫酸盐或脂肪醇硫酸盐烷基硫酸盐或脂肪醇硫酸盐磺酸盐磺酸盐阴离子阴离子S.A.A 磷酸盐磷酸盐脂肪酸酯硫酸盐脂肪酸酯硫酸盐羧酸皂类羧酸皂类烷基苯磺酸碱金属盐和胺盐烷基苯磺酸碱金属盐和胺盐烯烃磺酸钠烯烃磺酸钠烷基萘磺酸钠烷基萘磺酸钠二丁基萘磺酸钠二丁基萘磺酸钠磺酸盐苄基萘磺酸钠磺酸盐苄基萘磺酸钠二烷基丁二酸酯磺酸钠二烷基丁二酸酯磺酸钠蓖麻油丁二酸酯磺酸钠蓖麻油丁二酸酯磺酸钠烷基酚聚氧乙烯醚丁二酸半酯磺酸钠烷基酚

11、聚氧乙烯醚丁二酸半酯磺酸钠脂肪酰胺脂肪酰胺N甲基牛磺酸钠甲基牛磺酸钠2乙基己醇聚氧乙烯醚磷酸酯乙基己醇聚氧乙烯醚磷酸酯磷酸酯乙二醇单丁酯磷酸酯钠盐磷酸酯乙二醇单丁酯磷酸酯钠盐任基酚聚氧乙烯醚磷酸单酯任基酚聚氧乙烯醚磷酸单酯2、非离子表面活性剂、非离子表面活性剂第四节润湿剂的合成第四节润湿剂的合成一、阴离子表面活性剂一、阴离子表面活性剂二、非离子表面活性剂二、非离子表面活性剂第五节润湿性能的表征方法第五节润湿性能的表征方法一、接触角（一、接触角（）表征法）表征法1、长度测量法、长度测量法二、纱线沉降法二、纱线沉降法 1、帆布沉降法、帆布沉降法 将规定质量的帆布放入一定浓度的助剂溶液中，帆布被溶液

12、将规定质量的帆布放入一定浓度的助剂溶液中，帆布被溶液润湿增重而下沉，记下它们从接触溶液到沉降所需的时间。润湿增重而下沉，记下它们从接触溶液到沉降所需的时间。助剂助剂溶液对试样的润湿性越好，沉降时间越短。溶液对试样的润湿性越好，沉降时间越短。 图图 5-8帆布沉降测试示意图帆布沉降测试示意图 2、纱线沉降法、纱线沉降法 取一定质量的棉绞纱，下面挂以悬钩和铅锤，放入盛有润湿取一定质量的棉绞纱，下面挂以悬钩和铅锤，放入盛有润湿剂水溶液的高型量筒中，同时开启秒表。纱线被润湿增重后开始剂水溶液的高型量筒中，同时开启秒表。纱线被润湿增重后开始松弛下沉，当线上的悬钩沉到筒底部时，按停秒表，所需时间称松弛下沉，当线上的悬钩沉到筒底部时，按停秒表，所需时间称为沉降时间。为沉