第二章 染整用水与表面活性剂12

1、 背景：染厂在染整加工中用水量很大，平背景：染厂在染整加工中用水量很大，平均每生产均每生产1000m1000m印染布约耗水印染布约耗水20t20t左右。从煮左右。从煮练、漂白到染色、印花、整理以及锅炉供汽练、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、产品质量、锅炉使用安全性与效率和染化料、助剂的消耗。助剂的消耗。一、水质及其对纺织品染整加工的影响一、水质及其对纺织品染整加工的影响 ( (一一) ) 水的硬度水的硬度 1. 1. 暂时硬度暂时硬度水中含有钙、镁的酸式碳酸盐，这种水称水中含有

2、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为暂时硬水。其硬度称为暂时硬度 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 CaCO CaCO3 3 + H + H2 2O + COO + CO2 2 2. 2. 永久硬度永久硬度以硫酸盐、硝酸盐或氯化物形式存在于水以硫酸盐、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。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暂时硬度永久硬度 水的硬度表示方法水的硬度表示方法: : 1 1升水中所含的钙、镁盐换算成碳酸钙的毫升水中所含的钙

3、、镁盐换算成碳酸钙的毫克数克数( (二二) )水质对染整加工方面的影响水质对染整加工方面的影响1. 1. 对皂煮的影响对皂煮的影响 肥皂与水中的钙、镁离子会生成不溶性钙肥皂与水中的钙、镁离子会生成不溶性钙皂、镁皂沉积在织物上。皂、镁皂沉积在织物上。2. 2. 对漂白的影响对漂白的影响 漂白时起催化作用，引起纤维的脆损和织漂白时起催化作用，引起纤维的脆损和织物发黄物发黄 。3. 3. 对染色的影响对染色的影响 易使某些染料和助剂沉淀。造成色泽鲜艳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。度和牢度下降并导致染色不匀和染化料浪费。 4. 4. 对锅炉用水的影响对锅炉

4、用水的影响锅炉用水会产生水垢，降低热传导率，浪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。费能源，甚至发生爆炸事故。二、染整加工对水质的要求二、染整加工对水质的要求1. 1. 无色、无臭、透明；无色、无臭、透明；2. pH2. pH值值6.56.57.47.4；3. 3. 铁、锰盐的含量不超过铁、锰盐的含量不超过0.1mg/L0.1mg/L；4. 4. 水的硬度视具体要求而定：水的硬度视具体要求而定： 煮练、染色、印花、皂洗宜采用软水。煮练、染色、印花、皂洗宜采用软水。锅炉用水要用极软水。一般水洗可用锅炉用水要用极软水。一般水洗可用硬水。硬水。三、水的软化水的软化 软水剂软化

5、法：软水剂软化法： 1 1、石灰、纯碱沉淀法：、石灰、纯碱沉淀法： NaNa2 2COCO3 3CaCa2+2+( Mg( Mg2+2+) CaCOCaCO3 3(MgCO(MgCO3 3)2Na2Na+ + 2 2、络合法：、络合法： NaNa4 4NaNa2 2（POPO3 3）6 6 +Ca +Ca2+2+ NaNa4 4CaCa（POPO3 3）6 6 2Na2Na+ + 离子交换树脂软化法：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中的钙镁

6、离子 R-SOR-SO3 3H H R-SOR-SO3 3- -+ H+ H+ + 2R-SO 2R-SO3 3- - + Ca+ Ca2+2+（R-SOR-SO3 3）2 2CaCa 2R-SO 2R-SO3 3- - + Mg+ Mg2+2+（R-SOR-SO3 3）2 2MgMg一、一、 表面活性剂的基本知识表面活性剂的基本知识二、二、 表面活性剂的基本作用表面活性剂的基本作用三、三、 表面活性剂的分类和常用表表面活性剂的分类和常用表面活性剂的性能面活性剂的性能一、表面活性剂的基本知识一、表面活性剂的基本知识 表面张力、表面活性与表面活性剂表面张力、表面活性与表面活性剂 1. 表面张力表

7、面张力是垂直通过液体表面上任一单位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。长度、与液面相切并使液面收缩的力。图图2-1 分子在液体内部和表面所受吸分子在液体内部和表面所受吸引力场不同引力场不同图图12液体的表面张力液体的表面张力 2. 2. 表面活性表面活性能使溶剂能使溶剂表面张力降低的性质。表面张力降低的性质。 3. 3. 表面活性剂表面活性剂 加入很加入很少量时就能显著降低溶少量时就能显著降低溶剂的表面张力剂的表面张力( (或界面张或界面张力力) )，并改变体系的表面，并改变体系的表面或界面状态或界面状态( (从而产生润从而产生润湿、乳化、分散、增溶、湿、乳化、分散、

8、增溶、起泡、消泡、洗涤等一起泡、消泡、洗涤等一系列作用系列作用) )的物质称为表的物质称为表面活性剂。面活性剂。图图2-2-2 各类物质水溶液的各类物质水溶液的表面张力表面张力 表面活性剂的结构特征表面活性剂的结构特征 ：图图2-3 表面活性剂结构特征表面活性剂结构特征如肥皂：如肥皂： CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH2 2- - - - - COO- - - - - COO- - Na Na+ + ( (其中其中C C原子数在原子数在8-20) 8-20) 图图2-4 2-4 表面活性剂溶液的胶团化过程表面活性剂溶液的胶团化过程 1. 1. 界面吸附界面吸附引起溶液表面张力降低。

9、引起溶液表面张力降低。 2. 2. 胶团化胶团化表面活性剂在溶液中会从单体缔表面活性剂在溶液中会从单体缔合成为胶态聚集物。合成为胶态聚集物。 临界胶束浓度临界胶束浓度 表面活性剂形成胶束时的最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低浓度，也是溶液的表面张力降低到最低时的浓度。度。 在临界胶束浓度时许多性质发生突变，如表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。面张力、电导率、渗透压和洗涤作用。 表面活性剂溶液的性质表面活性剂溶液的性质二、表面活性剂的基本作用二、表面活性剂的基本作用图图2626接触角与界面张力之间的关系接触角与界面张力之

10、间的关系 润湿和渗透作用润湿和渗透作用 1 1. 润湿作用润湿作用液体沿着固体表面展开，把空气固体界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，叫润湿作面代之以液体固体界面的过程，叫润湿作用。用。 表面活性剂之所以具有润湿和渗透作用，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是由于表面活性剂显著地降低了水的表面张力的缘故力的缘故 。在气（在气（V V）、液（）、液（L L）、固（）、固（S S）三相交界点，气）三相交界点，气- -液与液与气气- -固界面张力之间的夹角称为固界面张力之间的夹角称为接触角接触角，通常用，通常用 表示。表示。气气液液

11、固固气气液液固固图图2626接触角与界面张力之间的关系接触角与界面张力之间的关系润湿方程润湿方程LSLSLSL-cos cosrrrrrrS或时，液滴在固体表面铺展，称为完全润湿；时，液滴在固体表面铺展，称为完全润湿；时，液滴呈球状，称为完全不润湿；时，液滴呈球状，称为完全不润湿； 时，称不润湿。时，称不润湿。A A、固体表面张力、固体表面张力 为一常数，由固体的种类决定。为一常数，由固体的种类决定。B B、当水中加入表面活性剂，水的表面张力显著下降，、当水中加入表面活性剂，水的表面张力显著下降，固液界面张力固液界面张力 降低。从润湿方程可以看出，这降低。从润湿方程可以看出，这将使将使减小，故

12、能显著提高对固体的润湿性。减小，故能显著提高对固体的润湿性。LSLSLSL-cos cosrrrrrrS或( (润湿方程润湿方程 )SSSL为什么棉坯布的润湿性能差？为什么棉坯布的润湿性能差？mmNmmN/72/5040水坯布2 2. 渗透作用渗透作用对多孔体系固体的润湿对多孔体系固体的润湿LP=2 cos/r 当当0，上升压力，上升压力P为正，且为正，且随毛细管半径下降而增大。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。用，从而有

13、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，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。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在纺织品毛细管中的上升压力与表面张力的关系为：力的关系为： 乳化和分散作用乳化和分散作用1. 乳化作用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相容的液体中形成分散液的作用，称为乳化作用，称为乳化作用。 水包油型水包油型( (油油/ /水型水型) )，

14、以，以/ /表示；表示； 乳液的类型乳液的类型 油包水型油包水型( (水水/ /油型油型) )，以，以/ /表示。表示。图图2727肥皂作乳化剂时的乳液情肥皂作乳化剂时的乳液情况况 2. 2. 分散作用分散作用将不溶性固体以微小粒子均匀地分散在液体中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。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；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加入分散剂后，充分搅拌超细染料粒子后能于水，形成稳定的悬浮液。于水，形成稳定的悬浮液。染料粒子沉淀染料粒子沉淀 分

15、散剂增溶分散剂增溶 稳定分散液稳定分散液图图2-8 分散作用过程分散作用过程 图图2-9 增溶作用的方式示意增溶作用的方式示意增溶于胶束内核增溶于胶束内核增溶在增溶在“栅栏栅栏”处处增溶在胶束表面增溶在胶束表面增溶在极性基之间增溶在极性基之间a. a. 非极性有机化合物的加溶；非极性有机化合物的加溶；b. b. 长链的醇、胺等极性有机两亲分子加溶；长链的醇、胺等极性有机两亲分子加溶；c. c. 既不溶于水又不溶于油的小分子极性化合物的加溶；既不溶于水又不溶于油的小分子极性化合物的加溶；d. d. 非极性有机物还可加溶于聚氧乙烯醚的外壳之中。非极性有机物还可加溶于聚氧乙烯醚的外壳之中。 增溶作用

16、增溶作用 具有能使不溶或微溶于水的有机化合物的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溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状的作用。用。（四）（四） 洗涤作用洗涤作用 自固体自固体( (又称为基体又称为基体) )表面上去除污垢的过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程。它包括机械作用及表面化学的作用（润湿、（润湿、乳化、分散、增溶等作用）乳化、分散、增溶等作用）。1. 1. 洗涤机理洗涤机理图图2-10 固体污垢的去除机理固体污垢的去除机理 平衡时满足下列关系平衡时满足下列关系: : so= sw - wo cos 使使 wo和和 sw降低，而

17、降低，而 so未变。为维持新的平衡，未变。为维持新的平衡，-cos-cos值必须增大，即接触角值必须增大，即接触角从从9090变为变为9090。在某种。在某种适宜条件下，接触角接近适宜条件下，接触角接近180180，即洗涤剂几乎完全润，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。湿固体表面时，油污膜变为油珠自行脱离。2. 2. 洗涤过程洗涤过程 基体基体污垢污垢 + 洗涤剂洗涤剂基体基体洗涤剂洗涤剂 + 污垢污垢洗涤剂洗涤剂 再籍机械力将它们分离；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，通过乳化、分散、增溶，防止污垢再沾污，被清洗去除。被清洗去除。图图2-11

18、2-11 污垢卷离过程示意污垢卷离过程示意图图2-12 洗涤剂的防止再沾污过程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：种优良的洗涤剂应具备两种作用： A A、降低污垢与织物表面的结合力，具有使、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；污垢脱离织物表面的能力； B B、是具有防止污垢再沉积的能力。、是具有防止污垢再沉积的能力。( (五五) )其他作用其他作用 1. 1. 柔软作用柔软作用 a. a. 针织物编织前纱

19、线过蜡（上柔软剂、浆针织物编织前纱线过蜡（上柔软剂、浆料添加物）；料添加物）； b. b. 染色后进行柔软整理，减少缝纫时针洞染色后进行柔软整理，减少缝纫时针洞产生；产生； c. c. 羊毛的仿羊绒整理。羊毛的仿羊绒整理。 2. 2. 抗静电作用抗静电作用 用于涤纶等疏水性纤维的整理，亲水性提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。高、舒适、抗静电性提高。3、起泡和消泡作用、起泡和消泡作用(一一) 表面活性剂的分类表面活性剂的分类按表面活性剂在水中电离与否分类：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、两性型离子型：阴离子型、阳离子型、两性型 非离子型；

20、非离子型；2. 2. 按应用分：纺织助剂、印染助剂等等。按应用分：纺织助剂、印染助剂等等。3. 3. 按用途分：润湿、渗透、乳化、分散、增按用途分：润湿、渗透、乳化、分散、增溶、洗涤等等。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三、表面活性剂的分类和常用表面活性剂的性能1. 1. 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂 羧酸盐类羧酸盐类 脂肪羧酸盐结构通式为脂肪羧酸盐结构通式为R-COONa R-COONa 烷基酰胺羧酸盐烷基酰胺羧酸盐 C C1717H H3333CO(NRCO(NR1 1CRCR2 2HCO) HCO) n n-ONa -ONa 或或 C C1717H H3333

21、CONRCONR1 1H(CONRH(CONR2 2H) H) n n COONa COONa 烷基醚羧酸盐烷基醚羧酸盐 R(OCHR(OCH2 2CHCH2 2) ) n nOCHOCH2 2COONa COONa 硫酸酯盐硫酸酯盐 脂肪醇硫酸盐脂肪醇硫酸盐 ROSOROSO3 3- -M M+ + 仲烷基硫酸盐仲烷基硫酸盐 R R1 1C(RC(R2 2)HOSO)HOSO3 3Na Na 硫酸化油硫酸化油）CH3）5CHCH2CHCH（CH2 7COONaCH2（OSO3Na(二二) 常用表面活性剂（乳化、扩散、渗透、洗涤）常用表面活性剂（乳化、扩散、渗透、洗涤） 磺酸盐类磺酸盐类 烷基

22、磺酸钠烷基磺酸钠 R-SO3Na (R=CnH2n+1 , n=1520 ) 烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠 RaN3SOR=CnH2n+116)(，n=10 烷基萘磺酸盐烷基萘磺酸盐 如双异丁基萘磺酸钠如双异丁基萘磺酸钠( (拉开粉拉开粉BX)BX)： SO3NaC4H9C4H9（4） 磷酸酯类：磷酸酯类： CH2O）RO（CH2nPOONaONa2.2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 主要用途匀染剂、抗静电剂、柔软剂、防水剂、杀菌剂等。主要用途匀染剂、抗静电剂、柔软剂、防水剂、杀菌剂等。 烷基铵盐类烷基铵盐类 季铵盐类季铵盐类3. 3. 非离子表面活性剂非离子表面活性剂 聚乙二醇型非离子表面活

23、性剂聚乙二醇型非离子表面活性剂 R-(OCHR-(OCH2 2CHCH2 2) n-OH ) n-OH ，其中其中R=CR=C1010C C1818 烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式为：烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式为： . . 亲疏平衡值亲疏平衡值(HLB)(HLB)与性能间的关系与性能间的关系 疏水基的分子量愈大，疏水性愈强、水溶性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，则不一定亲水性愈差；但亲水基分子量大的，则不一定亲水性大大( (除非离子表面活性剂除非离子表面活性剂) )。 非离子表面活性剂的非离子表面活性剂的HLBHLB值：值：20质量表面活性剂的相对分子亲水基的相对分子质量HLB 完全疏水的石蜡，完全疏水的石蜡，HLB=0HLB=0；完全亲水的聚乙；完全亲水的聚乙二醇，二醇，HLB=20HLB=20，所以聚乙二醇型表面活性剂的，所以聚乙二醇型表面活性剂的HLBHLB值介于值介于0 02020。 亲疏平衡值与性能间的关系如下图：亲疏平衡值与性能间的关系如下图：18515110HLB 用途用途1518 增溶剂增溶剂13 15 洗涤剂洗涤剂8 18 油油/水型的乳化剂水型的乳化剂7 9 润湿剂润湿剂 3.5 6 水水/油