染整助剂课件

染整助剂,胡啸林,目录,第一章绪论第二章助剂化学基础第三章表面活性剂类助剂第四章高分子类助剂第五章整理用助剂习题,第一章绪论1.1染整助剂定义及其作用1.2染整助剂的发展历史1.3助剂的分类,1.1染整助剂定义及其作用,定义在染整加工中，除染料或其它主体化学品以外的所有化学品，统称为染整助剂，简称助剂。作用在染色中，除染料以外，还需要加入匀染剂等助剂，以使染料上色均匀，节约染料用量。,在印花时，色浆中需加入增稠剂，才能使印制花纹精细，轮廓清晰。目的：(1)缩短工序、提高生产效率；(2)节能节水、降低生产成本；在服装成型的四个主要过程中，印染环节的水资源消耗占到85%，能源消耗占80%，化学品消耗占65%。(3)改善品质、增加最终制品的附加值；赋予特殊的性能和效果；减少环境污染、保护自然生态环境。,1.2染整助剂的发展历史,染整助剂的应用已有很长的历史，肥皂、动植物油、淀粉等很早就能使用。据史籍记载，中国在春秋末期就出现了“石染”，即采用蛋白、熟漆和树胶等作为粘合剂，将朱砂、黑墨等矿物颜料涂染在织物上，制成絢丽多彩的纺织品。肥皂：很早就有人使用。大约在四五千年前，有人采用脂肪与木碳和石碳共沸的方法制取肥皂；但肥皂不耐硬水及酸，其它如淀粉等古代的纺织品整理剂均属于天然化合物，而且几乎没有进行改性加工，因此，其应用性能不稳定，所加工的纺织品质量不理想，这就促使人们寻找其它代用品。,西方工业革命以来，近代化学工业的发展促使精细化工的迅速发展，1870年出现了硫酸化蓖麻油（土耳其红油），被公认为第一个近代意义上的纺织品整理剂。它能耐硬水和酸，并且具有渗透、乳化、分散等性能，是最早出现的合成纺织助剂长时间里作为润湿、匀染及柔软剂。,第一次世界大战是纺织品整理剂的表面活性剂大发展时期，那时一些国家，如德国感到油脂供应不足，于是全力发展合成洗涤剂。德国BASF制造了一系列短链烷基苯磺酸：烷基苯磺酸钠（ABS），“洗涤之王”胰加漂T（油酰氯C17H33COCI和N-甲基牛胆酸H3C-HN-CH2CH2-SO3Na）；,再如英ICI公司（英国化学工业公司）生产了LissapalLS，它是油酰氯，和,反应而得，米黄色粉末，易溶于水，乳化、渗透、匀染、柔软。这些产品均有良好的性能，至今仍在纺织工业中使用。,1920-1940年间:大力合成各种表面活性剂.在这以后,各种类型的表面活性剂不断增多，用途也随之扩大,表一活产量和消费量最大的是美国,1970年表一活产量为176.3万T,1975年为197.3万T,1982年为253万T。日本表面活性剂产量居世界第二位,1981年总产量77万T。,我国表面活性剂的生产始于五十年代末期,最初使用在洗涤剂上。经过二十多年的发展,民用与工业表面活性剂的生产已具备了一定的规模。在纺织工业生产中，各种类型的表一活得到了广泛应用。二十世纪中叶，高分子科学的进步，促使合成聚合物不断出现。首先，丙烯酸系聚合物和乙烯类聚合物在纺织工业中得到广泛应用，然后，聚硅氧烷和聚氨酯发展很快，逐渐成为纺织品整理剂中最重要的四大聚合物。,二十世纪八十年代以来，聚合物类纺织品整理剂得到了巨大发展，应用领域逐渐扩大，遍及纤维、织造、染整及其它纤维的化学加工中，大有与表面活性剂产品并驾齐驱之势，在纺织工业中受到越来越广泛的重视。近年来，随着合成纤维工业的发展，尤其是纺织品的后整理逐渐向高级化、多样化及功能性加工的方向发展，各种新型整理剂陆续开发与应用，树脂整理剂、柔软剂、防水剂、防油剂、抗静电剂、阻燃剂等已组成了纺织助剂的一个大类。,但必须指出，我国助剂化学的研究起步较晚，助剂产品还不多，与国外相比，或是按国民经济的发展衡量，都还存在着差距，基本原料不足，品种少，种类不全。比如匀染剂：50种（日一公司）、3种（上海纺织助剂厂），柔软剂品种多，但高质少。因此，为赶超世界先进水平，必须大力开展理论和应用方面的研究，尽快生产更多的纺织助剂，以满足生产的需要。,在研究助剂中，必须做到：成本低：化工原料环境保护好：二十世纪九十年代，随着全民环境保护意识的增强和政府环境保护法规的颁布，环保型纺织品整理剂的开发成为热点，欧洲和日本率先研究制造，商品化程度逐渐提高。质量高：更新换代能耗少：高低温,总之，随着高新技术的兴起，作为精细化工领域的一个重要分支的染整助剂的发展突飞猛进，新品种层出不穷，产量逐年增加，质量大为改进，正朝着多功能、系列化、配套化和环保型的方向发展。,1.3助剂的分类,纺织助剂主要包括两大类：一类是纤维纺织加工助剂，例如纺丝油剂、卷绕油剂、编织油剂等。用这些油剂的目的，主要是为了提高纺织加工效率。另一类是纤维染整加工助剂，如渗透剂、匀染剂、柔软剂等。目的是：缩短加工周期，提高产品质量，改善服用性能。本课程主要谈染整加工助剂。,染整助剂有几种分类方法：,按组成中是否含有表一活按照纺织品的染整加工工序来分也有从助剂的化学特性来分（助剂形态分类）,第一种：按组成是否含有表面活性剂含表面活性剂(非，阴，阳，两性)：如净洗剂、润湿剂、匀染剂、乳化剂，阳离子型柔软剂。非表面活性剂：螯和剂、助溶剂、树脂整理剂，阻燃剂等这种分类方法过于笼统，对实际应用并无多大意义，但突出了助剂的离子属性。,第二种：按照纺织品的染整加工工序来分如练漂助剂，染色助剂，印花助剂，后整理剂等。练漂助剂：退浆剂、精练剂、脱胶剂、渗透剂、氧漂稳定剂等；染色助剂：匀染剂、分散剂、固色剂、载体、防泳移剂等；印花助剂：印花糊料、增稠剂、涂料印花粘合剂等；后整理剂：树脂整理剂、防水剂、防油剂、阻燃剂、柔软剂等。这种分类方法，主题突出，对使用者比较方便，被广泛采用。,第三种：从助剂的化学特征来分纤维加工助剂：抗静电剂、柔软平滑剂、防水拒水剂。高分子助剂：粘合剂、交联剂、增稠剂及化学浆料。表面活性助剂：发泡、消泡剂、润湿及再润湿剂、乳化剂、分散剂，净洗剂等。染料加工助剂：匀染剂、促染剂、增浓剂、固色剂等。氧化还原及螯合助剂：漂白助剂、防拔染助剂及螯合助剂等。感光助剂：光敏交联剂、感光树脂、非银盐感光胶片等。,参考书：,1、程靖环编染整助剂纺织工业出版社2、陈荣圻编表一活化学与应用纺织工业出版社3、刘正超编染化药剂纺织工业出版社4、A.达泰纳表一活在纺织染加工中的应用纺织工业出版社5、董永春编纺织品整理剂的性能与应用中国纺织工业出版社，19996、M.J.Rosin：Surfactantsandinterfacialphenomena。,第二章助剂化学基础2.1分子间引力2.2氢键2.3水和水合作用2.4表面活性2.5表面活性剂的分子结构与性质的关系2.6纤维表面的动电现象,2.1分子间引力助剂与纤维、染料；助剂及水的相互反应，大部分是通过分子间引力而发生的。因此对分子间引力作深入介绍是必要的。,在物质聚集态中，分子与分子间还存在着一种较弱的吸引力，这种吸引力导致实际气体并不完全符合理想气体的状态方程式，早在1873年VanderWalls就提出了著名的范德华状态方程式（P+an2/V2）(V-nb)=nRTa、分子间引力的量度，常数b、压缩气体所占据的有效体积。,分子间引力叫范德华引力，关于该力的本质，一般认为有下面三种力组成：2.1.1、静电力2.1.2、诱导力2.1.3、色散力,2.1.1、静电力：1912年Kesson认为极性分子的永久偶极矩间有静电相互作用2.1.2、诱导力：1920年Debby发现非极性分子在极性分子的诱导的影响下也会变成极性分子，产生力的作用。,2.1.3、色散力,实验发现，对极性分子来说，用EK和ED计算出来的力教实验值小得多，同时惰性气体分子的电子云分布是球形对称，即没有偶极矩，应该没有静电力和诱导力。这二个事实，使London在1930年用量子力学的近似算法，证明分子间存在着第三种力，即色散力，它产生的原因：原子和分子都在振动，每一瞬间核和电子的位置是不同的，因此分子具有瞬间周期变化的偶极矩，偶极矩能使附近分子瞬间极化，附近分子的极化反过来又使瞬变偶极矩的变化幅度增加。色散力就是这样反复作用产生的。,总的来说，分子间引力具有下述特征：(1)这是存在于原子、分子之间的一种作用(2)这是互相吸引的，作用能级只在数Kcal/mol之间。(3)与共价键不同，分子间引力一般没有方向性和饱和性。(4)分子间引力作用范围只在几个之间。色散力是最重要的力，对纤维加工教重要。,2.2、氢键,甲酸蒸气在3时，经电子衍射法，测得93%是以二聚分子形式，这种二聚分子是藉氢键而形成的：这种氢原子可以同时和二个电负性很大而半径较小的原子如O、F、N相结合，这种结合叫氢键。,产生氢键的本质，一般认为：XHYY中带负电共价键强的分子间引力因为H的半径很小为0.3，Y可以充分接近它，产生相当强的静电力。,氢键具有饱和性和方向性。饱和性表现在XH只能和一个Y原子相结合，这是因为H原子非常小，而X和Y却相当大；方向性是指XH与Y的相互作用，只有当XH-Y在同一直线上最强烈，Y有孤独电子对。,氢键的距离比共价键要长一些，但比分子间引力要短，氢键的结合能在5-10Kcal/mol之间，比分子间引力的结合能大一些，但属于分子间引力范围之内。H键有分子间氢键和分子内H键:,2.3水与水合作用,2.3.1液体水的结构2.3.2疏水基团的水合作用,液体水有很多特异性质，分子量18，但具有非常高的沸点、融点、热容量等，这种特异性能，归因于水的结构有很强的H键，能与许多化合物起缔合反应。过去曾单纯认为水作为介质参与了反应过程。实际上水分子参加反应历程是复杂的多,也微妙的多，有很多现象还没有从本质上加以认识，尤其在助剂方面，对水作一些讨论是非常必要的。,实际上纺织工业的加工过程，差不多每道工序直接或间接地和水打交道，由于能源及水源问题，近年来做过大量有机溶剂代替水作为反应介质的研究，但由于成本及劳动保护问题，迄今未见大量推广。可以说水还是最重要的反应介质，今后若干世纪也可能仍旧如此。,水分子结构：O原子有二对孤独电子对，与邻近个水分子形成四面结晶体，具有相当规则性：冰。近程有序相互连结形成一个多面体，此种多面体同水、甲烷、乙烷等常温高压形成的结晶水合物的结晶构造是相同的。在多面体的空穴中，单分子的水分子可自由落入，但数目受到限制。,在不同温度下，水分别以H2O、（H20）2、（H20）4（H20）8缔合体的形式存在。不同温度存在不同比例之间的平衡。6014020284温度对不同缔合水分子比例的影响,2.3.2疏水基团的水合作用,jazzman提出了疏水结合的概念，他认为蛋白质水溶液中蛋白质分子间的相互作用以及蛋白质和其它物质间的相互作用主要是以疏水结合实现的。当疏水性物质加入到水溶液中，疏水性分子周围排列着规则性高似冰一样的结晶构造，好象大海中冰山一样，称为Ice-berg。表面活性剂疏水部份也是呈现同样状态。,1、溶解度的差异：当简单碳氢化合物溶于水时，其溶解度的次序为乙烷丙烷甲烷。因为对水的结构空孔的适应性乙烷最理想，丙烷稍大一些，甲烷稍小一些。2、溶解热效应：在室温附近，水的纲状结构改变不大时，空穴内落入碳氢分子藉分散力与周围分子进行微弱的相互作用，同时水分子以相互间的H键生成稳定的纲状结构。此种稳当性高的水分子比自由水分子有较高的规则性，形成Ice-berg。碳氢化合物溶于水时，需要拆散强的水分子间的氢键引力及碳氢化合物分子间的色散力引力。,甲烷乙烷丙烷苯甲苯H0（kcal/mol）-2.86-2.25-2.37-1.27-2.09-1.45+0.58+0.64S25-18.4-16.8-,形成新的弱的水碳化合物间的相互作用的力，无疑地此种溶解应为吸热反应。实际情况并非如此，当溶解时形成Ice-berg放出热量，为放热反应。,碳氢化合物对水的亲和力是相当小的。放热原因决不是由于亲和力的作用，完全是熵的变化所致。在水中有这么大的值变化，不仅限于烃类，一切含有疏水基因的极性化合物，例如表一活，都有同样情况，不过程度不同而已。,3、体积变化：这种类冰体与普通冰不同之处，在于水结冰时体积每摩尔水增加1.6ml，而生成类冰体时，体积每摩尔减少2.0ml。这说明由于疏水基因而引起水分子排列的紧密程度是相当剧烈的。,2.4表面活性,2.4.1表面活性剂的基本特征2.4.2胶束及临界胶束浓度,表面活性剂的基本特征亲水剂、疏水剂高级脂肪酸的构造：锯齿状分类在水溶液里发生缔合,2.4表面活性,表面吸附,1.表面吸附水和无机盐、低级酸的溶介均质溶液。表面活性剂在水中会形成单分子层膜。膜层的形成导致表面浓度上升，（此种将物质吸附在液体表面的物质叫表面活性剂）,C,123,CMCCriticalmicelleconcentration,CMC,吉布斯于1879年用热力学方法导出了反映溶液表面张力随浓度的变化率d/dc与间关系的公式。Gibbs吸附式：=-（C/RT）（d/dc）：表示表活溶液的表面浓度+值，则为正吸附，表面浓度溶液浓度值，则为负吸附，表面浓度-N+CI-OPO3Na、-COONa-OH、-O-,1)不同的亲水性基因，具有不同的对水亲和力，并对表一活的性质直接产生影响。2)疏水基一定，亲水基数量增加，HLB值增加,CMC值增加，表面活性减少。,3)亲水基位置在疏水基末端的，比靠近中间的去污力好，但渗透性差。（因为不易在溶液中形成胶束，而在表面定向排列，较大地降低表面张力）4)离子性表一活，温度增加，亲水性增加，溶解度增加，非离子型表一活，温度增加，水溶性减少。,1）KrafftPoint2）浊点（CloudPoint）,两个概念：,离子型表面活性剂达到CMC时（溶解度急速增大时）的温度称之为KrafftPoint,1)KrafftPoint,如棕榈酸钠皂C15H31COONa：冷水微温水,微溶至不溶；60时溶解5%；64时溶解10%；69时溶解20%。,2）浊点（CloudPoint）,浊点：非离子表一活溶液，当达到一定温度时，透明的溶液会变为混浊的乳白状，该温度称之为“浊点”。,2.5.3疏水基与性能的关系,HLB值相同的表面活性剂，其性质也各不相同，主要是由于其化学结构不同所致。疏水基的种类很多，主要为脂肪烃，按其憎水性能强弱顺序可列举如下：,(1)氟代烃基CF3CF2CF2CF2CF2-(2)聚二甲基硅氧烷基(3)脂肪烃基十二烷基C12H25疏水性：烷烃烯烃芳香烃十二烯基C18H35(4)带有脂肪烃侧链的芳香烃基十二烷基苯基壬基苯酚基(5)芳香烃基：萘基，苯基苯酚基，苄基苯酚(6)憎水基中带有弱亲水性基团,2.6纤维表面的动电现象,2.6.1双电层2.6.2纤维zeta电位与pH值、电解质的关系2.6.3Zeta电位与纺织工业的关系,一般情况，两相接触处，电荷分布不均匀，发生电位差。纤维浸在水中时，纤维表面产生电荷。产生的原因在于纤维本身电离或从溶液中选择性吸附离子。或偶极子的定向吸附吸附了正离子，带正电荷；吸附了负离子则带负电荷。由于整体是中性的，因此在固体表面附近还有等当量的反离子，形成了双电层。,2.6.1双电层,反离子在溶液中受到两方面力的作用，一方面是表面离子的吸引力，力图把它们拉向表面，另一方面是离子本身的热运动，使它们离开表面到溶液中去，这两方面作用的结果使反离子在表面形成平衡的分布。双电层在电场的作用下，会发生移动，正电层向电场的负电极移动，负电层向电场的正电极移动，这种现象叫做动电现象。,纤维表面多带负电荷，反离子是阳离子电荷。化合价高的阳离子易吸附，吸附后zeta电位就开始下降，Al3+等强的电解质会导致电位由负变正。,2.6.2纤维zeta电位与pH值、电解质的关系,阳离子Li+阴离子2+2+Ba2+阴离子SO42-CH3CO-CL-Br-NO3-CLO3-I-SCN-、,吸附强弱顺序：,纤维的吸湿、净洗及染色等均与Zeta电位有关。如：染色时，直接染料纤维素纤维，染料和纤维具有同一符号的电荷时，则Zeta电位变大，由于吸附的位能障垒变高，则染色困难，为了降低电位，可通过添加助剂、电解质或调节pH达到降低Zeta电位或使符号逆转，以达到改善染色效果。,2.6.3Zeta电位与纺织工业的关系,如：净洗性棉、晴纶、涤纶用十二烷基硫酸酯洗涤，添加剂采用CMC、Na2CO3、Na5P3O10，发现加了CMC的Zeta电位变大，净洗效果好，而其它Zeta电位变小；一般说来，净洗效果好的织物ZETA电位则较高。酸性染料染羊毛，加元明粉缓染；活性染料染色，加元明粉促染；润湿作用：纤维同表一活疏水基结合，亲水基朝水提高润湿性。,3.1润湿剂、渗透剂、再润湿剂3.2净洗剂3.3乳化剂、分散剂3.4起泡剂、消泡剂及泡沫稳定剂3.5增溶剂,第三章表面活性剂类助剂,3.1润湿剂、渗透剂、再润湿剂,1.定义:润湿纺织品在染整加工过程中，要求含有染化药剂的溶液能迅速沿着纤维表面展开，透入纤维，且将空气取代走，这个过程即为润湿,润湿剂（WettingAgent）：是指那些能使液体迅速而均匀地润湿某种固体物质的表面活性剂。,渗透剂（PenetratingAgent）：是指那些能使液体迅速而均匀地渗透至某种固体物质内部的表一活。,#两者所用表面活性剂的种类与作用几乎是相同的。,再润湿剂（RewettingAgent）：指那些能附着在纤维织物上，经过干燥后，能使干燥的纤维织物在水中迅速均匀地被润湿的物质。主要有：磺酸盐型，硫酸酯型。,如：新毛巾放在水盆内，要求能水后迅速地被润湿。,事实上极少单独使用再润湿剂，大多数场合是和柔软剂或其它助剂配合使用可在一般润湿剂或渗透剂中挑选。,、纤维中存在着空气、纤维表面被疏水的油脂玷污。,纯棉坯布难以润湿的原因：,2.润湿及渗透原理,gs=lg.cos+slcos=(gs-sl)/lgcos,润湿=0完全润湿090o不润湿=180o完全不润湿,纺织物由无数纤维组成，可以想象纤维之间构成了无数毛细管，如果液体润湿了毛细管壁，则液体能够在毛细管内上升至一定高度，从而使高出的液柱产生静压强，促使溶液渗透到纤维内部。lg,P=2lg.cos/r,（1）接触角；（2）纱带沉降法5克未经煮练的纱带，3克砝码，记录开始与砝码相碰时的时间。（3）帆布沉淀降法四边形帆布+重锤测定沉淀时间（4）毛效法,测试方法,3.溶液性质与润湿剂、渗透剂的关系,随着被渗透的溶液种类不同，要求使用不同种类的渗透剂。在染整加工过程中使用渗透剂时，必须考虑溶液的pH值及无机盐的含量，否则会影响渗透剂的溶解度，严重时还会使渗透剂分解。,如：带酯基的渗透剂（渗透剂T）不能用于强碱性溶液中，因为碱能使酯发生皂化。,再如：用于强酸性溶液，就不能用硫酸酯盐类表面活性剂，如把十二醇硫酸酯钠盐C12H25OSO3Na+HCl（H2SO4）C12H25OH+NaCl（Na2SO4）,渗透剂种类和溶液的pH值关系从表中可以看出:,中性碱性阴离子型渗透剂；中性酸性非离子型。表中没有列出阳离子和两性渗透剂，这是因为它们会得到相反效果，且价格高，无实用价值。,4.常用润湿剂、渗透剂,这类助剂应用最多，染整工业中如退降、精练、亚漂：染料的润湿或分散、染色、树酯整理等在阴离子表一活系统中，主要有：,淡黄色液体，可溶于水，渗透快速、均匀，某些不需漂白的原棉制品（生坯），经过它的溶液浸渍或浸轧处理，可以不经煮练、直接进行染色。缺点：泡沫多（辛醇、磷酸三丁酯），高温时遇碱易水解。,1）快速渗透剂T,白色或黄色固体，溶于水呈半透明溶液，对碱、弱酸均稳定，具有高度发泡力、去污力、润湿力等。洗涤效果比ABS、烷基磺酸钠为好，但价高，耐酸性差，稳定性。,2）十二烷基硫酸酯钠盐：,3）十二烷基苯磺酸钠：易溶于水，能耐酸和硬水的作用，去污能力较烷基磺酸钠高。4）渗透剂BX：淡黄色，易溶于水，对酸、碱、硬水都较稳定。,5）太古油（土耳其红油）：对硬水和溶液pH的变化比肥皂稳定，水溶性较好。6）JFC：耐酸、碱、硬水。7）壬基苯酚和环氧乙烯的加成物。,几种主要润湿剂、渗透剂的渗透力,帆布沉降法测得。,例酶退浆：pH6.57.2，T2555，最佳T：5055，由于阴离子渗透剂会使退浆液的pH值下降、阳离子渗透剂具有杀菌作用，对酶有不良影响，所以都采用非离子型渗透剂，如JFC等。且加与不加渗透剂，退浆效果悬殊很大。,非离子渗透剂在退浆中的作用0h1h1.5h2.0h退浆用酶（孝素，2%）+退浆用酶+非离子渗透剂+(2%+0.2%)条件：布40支平布，渗透剂、壬基苯酚T2O分缩合物，浴比：1：25，T：65，退浆30分钟后对碘的显色反应。,5.特殊用润湿剂、渗透剂,能够在高浓度盐类溶液、强碱、强酸性溶液、强氧化剂溶液中使用的属特殊用渗透剂。在上述各种溶液中，使用一般用渗透剂易于产生化学分解，或难于溶解的现象。如：聚乙二醇醚型非表一活，在碱性或无机盐存在时溶解度则大受影响，在高浓度碱溶液、无机盐溶液中几乎不能溶解。,壬基苯酚环氧乙烷缩合物的溶解性及水溶液中物质的影响：,一般讲，聚乙二醇型非离子表一活，在碱性或无机盐类溶液中使用时，溶解度要降低，所以要增加环氧乙烷缩合克分子数，以712mol（水中最佳性能）增加至1240mol，方能获得最好的溶解、渗透性能。,1）煮练用渗透剂,为了提高精练效果，加速烧碱液渗透入纤维内部，有利于天然杂质的去除和净化，在精练液中需加入能耐碱、耐高温的渗透、乳化和扩散性均好的表一活,润湿和溶入织物表面的能力扩散和悬浮固体物质的能力乳化及去除油脂、蜡质的能力络合和去除硬水中碱土金属的能力各种性能的表一活拼混如：Sandoz的SandopanCBH是阴、非离子及一些其它物质的混合物以协同效应发挥其综合性的效果。,优良的精练用表一活必须具备：,阴离子型表面活性剂的疏水烷基碳键短些和具有支键结构渗透性好，去污性差故需拼用非离子表一活，进一步提高乳化性、携污性。如BASF的KieralonB，烷基苯磺酸钠+烷基酚类聚氧乙烯。,2）丝光用渗透剂,丝光是以20%30%的NaOH在常温或低温条件下浸渍，纤维即迅速膨润并急剧收缩，此时施以张力光泽提高，染色性能提高。丝光过程中，碱液能否迅速均匀渗透是个重要问题。在这样的浓碱液中，一般的渗透剂完全不溶，需要选用一些特殊的渗透剂。,条件、特点：溶解性能好，（并具有较好的稳定性）润湿、渗透性好耐浓碱低泡沫或无泡沫此类渗透剂的结构：一部分为碱溶性基团（-OH，-COOH，SO3Na），另一部分为碱不溶性基团，主要指烷基，但憎水基团要较短小。,目前普遍采用的是含有510个原子的低烷基磺酸盐和硫酸盐的阴离子表一活：R（C5C10）-SO3Na、R（C5C10）-OSO3N但一般不单独使用，多与溶剂配合使用。例如：C5H11OSO3Na100份C4H9OSO3Na80份C4H9OCH2CH2CH2CH2OH20份,混合,3）羊毛炭化用渗透剂,为了去除混入羊毛的纤维素杂质，利用羊毛本身耐酸的特性，用低浓度硫酸溶液来处理原毛，然后干燥，硫酸浓缩使纤维素杂质炭化分解，达到净化羊毛的目的。,由于原毛附有羊毛酯，H2SO4溶液较难于渗透，需加入渗透剂。羊毛炭化用渗透剂,均匀地润湿羊毛。对纤维素杂质液要能充分渗透。,通常使用耐强酸性的聚乙二醇醚型非离子渗透剂，例如：壬基苯酚环氧乙烷缩合物或磺酸型阴离子渗透剂。表：渗透剂在碳化溶液中的作用渗透剂渗透剂浓度（%）渗透时间（S）不用渗透剂0不能沉降普通非离子型渗透剂0.511碳化用非离子型渗透剂0.50.8条件:帆布沉降法,常温,5%硫酸水溶液,6.再润湿剂,在一般润湿剂中选择。一般：磺酸盐型：十二烷基苯磺酸钠硫酸酯型：高级脂肪醇硫酸钠盐壬基苯酚环氧乙烷缩合物蓖麻油环氧乙烷缩合物。,测试方法有：,帆布法上升法水滴法：测定一定大水滴的扩散时间。,3.2净洗剂,从固体表面除去异物（固体、液体、以及高分子）的操作称为净洗。衣服洗涤、人体清洁（尿素、盐分、皮（蛋白质）、脂肪酸）、餐具。织物在染整加工过程中，净洗也是一个重要的环节，如：煮练净洗、染色皂洗水洗。,1.净洗机理,由于污垢的种类与性质非常复杂，有关表一活净洗作用的机理至今尚未能充分加以阐明。从十九世纪初叶至今，对洗涤机理提出了众多的学说。,1)液体油垢的去除,a净洗剂对油垢的吸附：被洗织物浸在水溶溶液中，由于净洗剂的渗透作用使其分子在油污水界面上定向吸附.b油污的润湿:由于净洗剂的定向吸附和界面张力的降低,使油污润湿,并进入污垢的间隙.,c.油污的脱除:净洗剂渗透到污垢与纤维之间,使其产生静电排斥,提高了纤维和污垢的负性电荷,使其间的吸附力变弱,伴随着机械作用，进一步将污垢卷取引离纤维，最终从纤维表面脱落。d.油污的分散乳化：借助净洗剂的定向吸附和胶体性质，使脱离纤维表面的油污分散在水溶液中，并形成稳定的分散体系，防止污垢再吸附在纤维上,液体污垢和固体污垢在物理性质和化学性质上存在很大的差异，因此它们的去除机理也不相同对固体表面的粘附性质不同。固体污垢点接触粘附液体油污面接触粘附污垢质点与固体表面的粘附强度，时间时，粘附增强。血迹、墨迹、铁锈应及时除去。,2)固体污垢的去除,A.净洗剂在固体污垢质点及固体表面上的吸附B.静电斥力作用P165C.机械揉搓作用,a.净洗剂在固体污垢质点及固体表面上的吸附。洗涤液能否润湿污垢质点及固体表面是关键加入表一活可以做到。,b.静电斥力作用P128,固体污垢或纤维的表面在水中都带负电荷.但二者的Zeta电位都受表一活影响，尤其为表一活离子电荷所影响，一般，加入阴离子表一活往往提高污垢质点与固体表面的界面电势，从而减弱了它们之间的粘附力，有利于污垢质点自表面除去，同时也使去除了的污垢质点不易重新沉积于表面。,而非离子型表一活不能明显地改变界面电位，故除污能力不及阴离子型表一活。但被吸附的非离子表一活在表面上形成较大的空间障碍，有利于防止污垢质点的再沉积，故洗涤效果也较好。而阳离子型：使表面电位下降或消除,不利于洗涤，甚至于比单纯用水还差。,c.机械揉搓作用,即使再好的表面活性剂,如果不加机械作用，也很难除去。因为污垢固体质点不是液体，溶液很难渗入质点与表面之间，必须加机械力以助溶液渗入，从而从表面去除固体污垢。质点大去除易受冲击大；小于0.1um去除难受冲击小。,2.净洗力的测定,采用人工污布进行去污试验。把特制的污垢均匀地涂在布上，制成所谓人工污布。标准人工污布的制备：把棉布浸在下列污液中，经过均匀污染，制成反射率为30+2%的污布。,人工污液的配方（P242）高度硬化牛脂1份液体石蜡3份炭黑0.8份CCl4余量/800份。净洗力理论上:净洗前的吸附量一净洗后的附量100净洗前的吸附量实际上:净洗后布的反射率一净洗前布的反射率100污染前布的反射率一净洗前布的反射率,3.净洗剂的种类及其作用,净洗剂的种类多，主要有阴离子型、非离子型。其中以阴离子型洗涤剂价格便宜，使用较多。其次是非离子型，两性洗涤剂用量最小，阳离子型无实际应用。1）高级脂肪酸肥皂（碳原子数在C18到C12之间）历史最长，软水中去污能力很强，特别是对棉织物，几乎没有一种合成洗涤剂能与之相比。,溶解度高的月桂酸肥皂低温使用溶解度低的硬脂酸肥皂高温使用,肥皂还具有优良的乳化力和渗透力缺点：不耐硬水钙皂，镁皂,2）脂肪醇硫酸脂盐净洗力随高级醇硫酸脂的烷基碳链长度增而增加，直到C16时达到最高值，但溶解度则相应显著降低。故一般使用温度较肥皂稍高，广泛用于丝、毛一类精细织物的洗涤，同时增进手感.在硬水中稳定，其镁盐比钠盐更能溶解于水。随着碳链增加，发泡力降低，乳化力增强。,3）烷基苯磺酸钠（Alkylbenzosulfonate）目前使用最广泛的家用ABS，主要成份十二烷基苯磺酸钠,发泡、润湿、乳化、去污均良好。可制成颗粒状、液体和浆状洗涤剂。水溶液呈中性，且有很好的耐硬水性。,芳香基如以萘代替苯，则溶解度降低，去污力下降。若缩短碳链，增大芳香基，成品去污力反而不好，且对皮肤有脱脂作用，只能作润湿剂，如拉开粉（二丁基萘磺酸钠）,4）胰加漂T,C17H33CON（CH3）CH2CH2SO3Na酰胺形式较稳定，耐酸、碱、硬水、氧化剂等，有优异的去污、渗透、乳化、扩散等能力。,5）TX-10能耐酸、碱、氧化剂，40以上浊点，温度升高，净洗力升高。在浊点附近可达最高净洗能力，对织物具有良好的净洗力、乳化力、去污力，是净洗剂105的重要配料6）净洗剂JUC12H25O（CH2CH2O）6H能耐酸、碱、泡沫少，去污力好，但价格比阴离子洗涤剂高，同阴离子表面活性剂共用，效果更好。,除了作为净洗用的主要成份表面活性剂以外，在洗涤剂配方中加入的非表面活性的添加剂称为助洗剂。一般洗涤剂中表面活性剂占10%-30%，助洗剂占30%-80%。,4助洗剂,1）无机助洗剂三聚磷酸钠Na5P3O10，焦磷酸钠Na4P2O7，Na2CO3，Na2SiO3，Na2SO4（1）分散、悬浮污垢（2）螯合多价金属离子三聚磷酸钠：室温钙值为13.5,(为100g螯合剂能络合的钙离子克数.)（3）增加织物和污垢的表面电荷,提高净洗力及防止污垢再次沉积,（4）降低表面活性剂的CMC，提高表面活性，增加污垢微粒的分散稳定性。（5）缓冲pH值，使洗液保持在碱性范围。十二烷基磺酸钠%硫酸钠%三聚磷酸钠%棉布去污力4060/16.5%40204042.0%,2)有机助洗剂再污染防止剂:羧甲基纤维素，聚乙二醇使电位升高，增大分散稳定性，防止再沉积发泡剂：月桂酰二乙醇胺荧光增白剂钙皂分散剂：聚丙烯酸钠、油醇聚氧乙烯醚,1）棉织物（纤维）的煮练ABCDNaOH（38Be波美度）10%10%10%10%高级醇硫酸脂钠1%1%高级醇EO18加成物0.2%高度硫酸化油1%润湿性53秒8.4秒2.0秒3.2秒吸水性5.010.028.327.3白度70.5%72.7%75.3%74.2%常压,1:25982h,5净洗剂的应用举例,ABNaOH3%3%高度硫酸化油/0.3%加压1:15减重率4%4.5%115-120润湿性12秒2.75秒60分吸水性24mm60mm白度8889,2)合成洗衣粉的配比,直链烷基苯磺酸钠15%硫酸钠44%三聚磷酸钠16%碳酸钠4%水玻璃6%羧甲基纤维素1.2%荧光增白剂0.1%香料上色剂,2)合成洗衣粉的配比,Homework,一名词解释润湿剂渗透剂再润湿剂净洗剂助洗剂乳化剂分散剂转相乳化法自然C14乳化法机械乳化法净洗力二试解释表面活性剂的润湿、渗透机理？,三煮练用渗透剂必须具备哪些条件？试举例说明。四丝光用渗透剂必须具备哪些条件？试举例说明。五试说明液体油污的净洗机理？六助洗剂在洗涤中有何作用？七如何检验乳化液的类型？如何提高乳化液的稳定性？,3.3乳化剂、分散剂,1.概念(表面活性剂的一项很重要的用途是作为乳化剂、分散剂来使用。)乳化剂：能使互不相溶的两种液体中的一种以0.1至数十微米的微滴均匀稳定地分散在另一种液体体系中的物质。其过程称之为乳化作用。所形成的乳状物称为乳状液。,分散剂：能使固体微粒均匀稳定地分散在液体体系中的物质。这种作用称之为分散作用。所形成的悬浮物称为悬浮液。,尤其是乳状液的应用特别广泛，如：煮练时，油脂蜡质均需经乳化作用而去除；常用印花粘合剂也是高分子聚合物的乳液，涂层用涂层剂也是乳液，其它象油漆、化妆品、牛奶等均是乳状液，而涂料、染料则是以悬浮液形式存在。,2.乳化液的类型,O/W：当油类的液体分散在水中时，则称油为分散相（内相），水为外相。W/O：当水分散在油中时，则其乳化液称为水/油型，油为连续相，水为分散相。多重型O（W/O）/W：油水互为内外相。染整工业中所用乳液除了油溶性染料染色外，大部分都属于O/W型乳液。,使用亲水性强的乳化剂。容器中先加水与乳化剂，然后在搅拌下慢慢滴加油。容器器璧易被水润湿，如玻璃、不锈钢等。条件相反时，则易生成W/O型乳化剂。,适合于生成O/W型乳化液的条件主要有：P141,3.乳化液的制备和转相P152,（1）乳化方法根据加料顺序与方式，大致可分为以下三种方法：,（1）转相乳化法：最简单、应用最多的一种方法,将乳化剂加入到被乳化物中，溶后边高速搅拌边加入水。将理论量的水加毕后得乳状液。所加的水最初以极细微粒子分散于油中，成W/O型乳液，继续加入水，乳状液慢慢变稠，接着粘度突然下降，转相成O/W型。,把乳化剂预先溶入油中制成液态产品，然后把它投入水中，就自然成为乳液。用于容易流动的油状液体如矿物油。,（2）自然乳化法,由于水不断从油的表面浸入油的内部而引起的。若乳化剂预先溶入游中，不能形成良好的自然乳化效果，亦可加入极少量水一起溶解使水在油相中事先形成水的通道，使水易于浸入，以改善自然乳化效果。纺织工业中使用的纤维油剂、和毛油、梳毛油等均属于此类。,产生自然乳化作用的原因：,（3）机械乳化法（强制乳化法）用乳化机械进行的乳化方法。如匀化器、胶体磨等。其原理是：用机械的力量把被乳化物“磨”或“切”至极细微粒子而分散到连续相中去。这种粒子很小，所以制成的乳液相当稳定。匀化器：高压小孔挤出循环进行胶体磨：定子、转子。3微米以下为好。,（1）乳化剂的变化肥皂钙皂（O/WW/O）（2）油相与水相的容积比变化（3）温度的变化转相破乳，烷基酚的（EO）63%-5%在15-20为O/W30时为W/O型。（4）乳化剂浓度的变化,2）乳液转相的条件,稀释法：将乳化液用连续相相同的液体进行稀释，如能在水中扩散者为O/W型，否则为W/O型。导电法：油的电阻远较水大。染色法：加入油溶性染料（Sudan）或水溶性染料（Methylorange）2-3小粒，根据哪一类染料能使连续相均匀着色，来判断乳化液类型,4.乳化液类型的检验,5.乳化液的性质乳化液的重要物理性质除乳化液的类型以外，还有粒子直径、粒子分布、光学与电性质、粘度、稳定性等。,(1)粒子的直径与分布,稳定的乳化液，粒径在0.1-10m内。但1m以下的粒子，呈剧烈的布朗运动，彼此撞击而易于凝聚合并直至消失；5m以上的粒子易产生沉降现象或分油，故稳定的粒径多2m左右。,（2）光学与电性质若二相液体的折光率相同，则与乳化液的粒子直径无关，呈透明状；若折光率不同，外观将按粒子直径不同而异。,乳液粒子一般均带有一定电荷，若将其放置在电场，可见粒子向相反符号的电极方向移动。,粘度特性与乳化液的实际用途有着极其重要的关系，其影响因素有：连续相的粘度分散相的粘度内外相的容积比乳化剂在液-液界面上形成界面膜的性质分散相的颗粒大小分布,（3）粘度,(4)稳定性,乳化液在热力学上是一种不稳定体系，因为：为了得到乳状液，要把一种液体高度分散于另一种液体中，大大地增加了体系的界面，也即高速搅拌对体系作功，增加了体系的总能量，这部分能量以界面能形式保存于体系之中。被分散的液珠自发地有一种聚集的倾向，以减少界面（能），由于小液珠的聚集，乳状液遭到破坏。导致：,导致：聚集（小液滴聚集破坏）絮凝：分散微滴互相连结形成新的较大的液滴。排液：两相相互排斥，逐步向相同的一相集合的过程，结果产生分油现象。,两种液相的密度差要小连续相的粘度宜高两种液相间界面张力要小表面活性剂能达目的：如煤油/水40mN/m以上，但选择适当的表面活性剂可降到1mN/m。,乳化液稳定的条件：,（4）粒子的界面上有比较扩散的双电层（产生界面电荷）。如：石蜡油-86mV（水）-151mV（0.036mol/L油酸钠）棉籽油-74mV（水）-140mV（0.036mol/L油酸钠）由于在一个体系中乳状液滴带有相同符号的电荷,故当液滴接近时就相互排斥,防止凝聚,提高了乳状液的稳定性,(5)粒子表面的吸附层具有一定程度的机械强韧性，界面膜强度高。十二烷基硫酸脂钠液中加十二醇，界面膜能防止分散液珠相互碰撞时而产生的凝聚。当浓度低时，吸附的分子较少，强度差，稳定性差；当浓度增高时，膜强度增高，实践证明，CMC时具有最佳的乳化效果。,6.常用乳化剂P120-1257.分散剂及其应用P136-146,在染料加工和染料应用中，分散剂是不可缺少的助剂。有的分散剂兼有分散性和移染性等多种功能，既可作为染料加工用分散剂，也可作为印染中的匀染剂。分散染料和还原染料几乎是不溶或微溶于水。半成品原染料颗粒大约在100微米左右，不能满足印染工艺的要求，因此需要经研磨、将原染料颗粒粉碎至大约2微米左右，研磨时需要加入分散剂。其作用是使染料颗粒分散，有助于颗粒粉碎，同时阻止已经粉碎的颗粒再行凝聚而保持染料分散体稳定。,分散剂的作用机理离子型分散剂在染料颗粒浆中，亲水基端趋向于水，而亲油基端趋向于染料，在染料颗粒表面形成定向排列的同离子层，彼此相互排斥，阻止颗粒沉降，使分散体系稳定。非离子型及高分子型分散剂在染料浆中，则非极性部分指向染料颗粒，极性部分指向水，产生水合作用，起到阻止颗粒凝聚的作用。当前应用最多的是阴离子型，其次是非离子型和高分子型分散剂。阳离子型分散剂、两性型分散剂在染料加工中应用较少。,（2）主要品种分散剂主要有表面活性剂、无机分散剂（硅酸盐、聚磷酸盐）、高分子分散剂（PVA、CMC、萘磺酸甲醛缩合物、聚羧酸及其盐类）。,3.4起泡剂、消泡剂及泡沫稳定剂当搅动表面活性剂的水溶液，或直接吹入空气时就产生气泡。啤酒、汽水、泡沫灭火器等。纺织品加工过程中消耗的水量，取决于加工方式。加工方式决定所用机械的种类和机械的排列情况，所有这些决定了用水量。,在常规的纺织品湿加工中，纺织品经脱水后，至少含有相当于其自重的水，这部分水要在烘干过程中除去，因此要增加燃料费用。这就要求我们选用合适的加工方式，使纺织品在加工结束时留在上面的水量尽可能少些。低给液工艺中以泡沫法最具潜力。染色时：发泡剂能使少量的染液转变为体积很大的微泡体系，这种微泡能够在很短的时间内均匀地分布在织物表面，从而大大减少了能耗、废水，降低了染料或化学药品的泳移，总成本降低。,1.泡沫的形成,空气被含有表面活性剂的液膜分割包围着。,两个气泡之间由于向外的疏水基之间存在引力而使气泡集合而成泡沫。,表面活性剂的起泡性，是由于表面活性剂能够降低液体表面张力，并在气-液界面形成定向分子吸附层的缘故。泡沫很难在纯液体中形成，如：水、醇、矿物油。一般液体体积气体体积时,泡沫呈球状,真正的泡沫呈不同形状。,2.制造泡沫的方法,聚集法:高压气体、低沸点液体或反应后能生成气体的物质，通过减压或化学反应，使气体分子集合形成泡沫。如啤酒、汽水、水沸腾、泡沫灭火器。分散法：通过搅拌、震荡、喷射空气等使气、液混合产生泡沫。,3.泡沫质量的衡量,(1)泡沫破灭半衰期泡沫流失时，流出的液体达到其所含液体重量一半时所需要的时间,测定方法是：,VF=VSSS/2SFVS：泡沫体体积SS：泡沫密度SF：液体密度VF：一半时液体体积（可用量筒量取）,2）初见液：可觉察的第一滴液体称为初见液，所需要的时间，即为开始排液时间。3）气泡尺寸及分布：将小滴泡沫涂布于玻片上，用显微镜测定4）发泡倍率（发泡比、吹泡率、充气率）最重要的指标，直接影响泡沫破灭半衰期、润湿性。,定义：一定体积的液体发泡前的重量与同体积的泡沫重量之比（发泡原液的密度与泡沫密度之比：发泡原液的重量W1/相同体积的泡沫重量Wf=发泡原液密度（W1/V1）/泡沫密度（Wf/V1）发泡倍率：发泡原液的重量W1/泡沫的密度=发泡后体积同体积的泡沫重量Wf/泡沫的密度原液体积,发泡倍率,直接重量法：同体积的两只容器，称液体和泡沫的重量即可电导法：R=L/A=QS=1/R=1/Q1/=KK=SQ电导有加和性，故电导率也有加和性K=K1+K2+*K泡膜=K溶液+K空气发泡倍率-电导率画工作曲线,5）发泡力,泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少。,4.常用起泡剂,肥皂脂肪醇硫酸酯盐烷基苯磺酸钠非离子表面活性剂,1)肥皂一般讲，阴离子表面活性剂起泡性大的比较多。,月桂酸钠C14肥皂C18肥皂1.碳链短碳链长碳链更长2.低温起泡性好(T上升,稳定性提高)一般低温起泡性差3.耐硬水、盐易受硬水、盐类影响不耐硬水4.稳定性差T升高，稳定性提高稳定性好温度升高，稳定性下降,2)脂肪醇硫酸酯盐,C12-C16间起泡性最高，当C原子数增至C18时，则急速降低。浓度在CMC附近具有最高起泡力。月桂醇硫酸脂盐中若含有少量月桂醇，起泡性大增。脂肪醇硫酸酯盐中，以硬脂醇硫酸脂的起泡性最差，但分子中有不饱和双键结合的油醇硫酸酯的起泡性与洗涤效果均好。,带支链的，当C原子数在C20-C22时具有最高起泡力，同时表面张力也达到最低。脂肪醇硫酸酯分子中，硫酸酯基的结合位置，若向分子中间移动，一般要引起起泡性的下降。,3)烷基苯磺酸钠,C14时，表面张力最低，起泡力最高。但以十二烷基苯磺酸钠应用最广。苯环上磺酸基的结合位置，一般以对位较邻位为优。若以萘环代替苯环，起泡性变差。拉开粉BX还是有一定起泡性的。,环氧乙烷缩合摩尔数少的，溶解性能不好,起泡性也随着减弱。环氧乙烷缩合摩尔数多的，溶解性能、起泡性亦相应增加。环氧乙烷缩合摩尔数在10-15左右，具有最高的起泡力。P233,阳离子表面活性剂没有什么起泡性、泡沫稳定性均好的品种。,4)非离子表面活性剂,为了延长泡沫寿命，提高稳定性，需要使用泡沫稳定剂。泡沫的稳定性，除了表面活性的表面张力以外，还关系到泡沫的弹性与韧性。从化学结构来看，高分子量的较低分子量的泡沫稳定性好，网状结构比链状化合物的泡沫稳定性好。,5.泡沫稳定剂,常见的泡沫稳定剂有：硬脂酸铵、十二醇R-CONH2(脂肪酰铵)R-CONHCH2CH2OH(脂肪酸乙醇酰铵)R-N(CH2COONa)2(N-烷基亚氨二醋酸钠盐)叔胺氧化物CMC,PVA,CMC,泡沫整理、印花等工艺，给节能带来了好处，但在其它场合往往带来了麻烦，如造纸、发酵、制糖、石油蒸溜等工业，由于某些其它因素而会发生泡沫影响生产正常进行。消灭有害的泡沫，虽可以利用静置、减压、加温等办法，但当需要在较短暂时间内，迅速达到消泡目的时，那就需要加入消泡剂。,6.消泡剂,破泡剂：破坏已经产生的泡沫。抑泡剂：预先加入发泡性溶液内，在相当长时间内阻止发泡。,消泡剂分为：,作为消泡剂一般都易在溶液表面铺展，它一方面取代了泡沫双分子膜上层的发泡剂分子，形成强度较低的膜；另一方面，在铺展过程中带走邻近表面层的部分溶液，使泡沫液膜变薄，减低了泡沫的稳定性，使之易于破坏。有关消泡剂见P110-112,1.增溶作用定义：在溶剂中完全不溶或者微溶的物质，借助于添加表面活性剂而得到溶解，并成为在热力学上稳定的溶液，这种现象称为增溶作用。被增溶的物质称为增溶溶解质。能产生增溶作用的表面活性剂叫增溶剂。,3.5增溶剂,增溶作用-胶束存在-不可分，在CMC以前，溶解度基本不变，不溶解物质还是不溶，微溶物质还是微溶，当浓度CMC，溶解度几乎呈直线增加。,表面活性剂浓度在CMC之前和之后，增溶溶解质在溶剂中所增加溶解的部分称为增溶量。乙苯：水中不溶0