【正文】 染整助劑及其應用 鹽城紡織職業(yè)技術學院化學工程系 主講：陳喻 第一章 總論 日常生活中常用的肥皂、洗衣粉均可清洗污垢， 食鹽可以作為固色劑。這些物質都屬于助劑，其中大 部分是表面活性劑，本書我們主要討論印染工業(yè)中常 用的表面活性劑及其應用。 一、 助劑及其在紡織染整工業(yè)中的應用 定義：紡織工業(yè)從紡絲、紡紗、織布、印染到成 品的各道加工工序中，都要用到各種輔助化學品，它 賦予紡織品各種優(yōu)異的應用性能，這種輔助化學品通 稱為紡織染整助劑。 作用：提高紡織品的質量，改善加工效果，提高 生產效率，簡化生產過程，降低生產成本。 二、紡織染整助劑分類 根據(jù)生產工藝分： （ 1 ） 紡織助劑 （ 2 ） 印染助劑 印染助劑 （ 1）無機物 食鹽、 鹽酸、保險粉（ Na2S2O4） 等。 （ 2）有機物 草酸、酒精、甘油（丙三醇）等。 印染助劑在染整工業(yè)中的應用 潤濕、滲透、乳化、分散、洗滌、柔軟、固色、防水、防霉、 抗靜電等作用。 發(fā)展概論 我國印染助劑的潛力是巨大的 （ 1）新型助劑的研究開發(fā)和使用 （ 2）復配型助劑的開發(fā)和使用 復習：印染助劑在染整工業(yè)中的主要用途。 導入：印染助劑中用量最多的表面活性劑的基本知 識 。 一 、 表面現(xiàn)象 自然界中物質與物質相接觸的界面稱為相界面。 若為氣－液的相界面稱為表面，發(fā)生在表面的現(xiàn)象 稱為表面現(xiàn)象。在表面現(xiàn)象中最突出的是表面張力。 二、表面活性劑 對于純凈的液體而言，表面張力大小與物質本 身濕度、壓強有關。當溶劑中（一般為水）加入很 少量某種物質時，就能增加表面活性，大大降低溶 劑的表面張力或液－液界面張力，改變體系的界面 狀態(tài)，從而產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡 或消泡，以及增溶、凈洗等一系列作用，這種物質 就稱為表面活性劑。（如圖 11所示） 表面活性劑的分類 圖 11 二、 表面活性劑的結構特點和表示方法 基本結構 表面活性劑是一種兩親分子 ， 既親水又親油；一端是親水 基 （ 極性的 ） ；另一端是親油基 （ 非極性的 ） ， 形成不對稱結 構 。 結構表示方法 如圖 1－ 2所示 一部分溶于水 ， 另一部分易從水中逃離 ， 具有雙重性 。 三 、 表面活性劑的分類 四大類分類法（ ISO分類） 分為離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、結構混合 型、特殊類型四類； 按用途分類 凈洗劑、精練劑、潤濕劑、滲透劑、分散劑、乳化劑、 起 泡劑、消泡劑、勻染劑、緩染劑、固色劑、剝色劑、 柔軟劑、 防水劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 按照結構分類 分為：陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、 兩性型表 面活性劑 、非離子型表面活性劑、特殊類型等類型。 四、 按表面活性劑結構分類 陰離子表面活性劑 特點：價廉，與堿合用能增強去污力，織物洗后手感較好。 （ 1）羧酸鹽類 RCOOM 如：肥皂、雷米邦 A等。 （ 2）磺酸鹽類 RSO3M 如： 601洗滌劑、 ABS、 拉開粉 BX、胰加漂 T等。 （ 3） 硫酸酯鹽類 ROSO3M （ 4） 磷酸酯鹽類 ROPO3M 陽離子表面活性劑（應用較少） 如：季銨鹽類。 兩性型表面活性劑 非離子型表面活性劑 如：聚乙二醇類 、平平加等。 特殊類型 作業(yè)： 表面活性劑的定義 、 結構特點是什么 ？ 畫出水中加入表面活性劑后 ， 表面張力與溶液濃度的關系曲線 ？ 畫出水中加入表面活性劑后排列 ， 并標出兩個部分 ？ 按 ISO分類法分類表面活性劑 ， 并寫出陰離子表面活性劑的通式 ？ 表面活性劑的一般性質 復習：表面活性劑的定義 、 結構特點 、 表示方法 、 ISO分類法 。 導入：表面活性劑的一般性質包括：溶解度和化學穩(wěn)定性 。 一、 溶解度 表面活性劑在水中溶解度的一般規(guī)律是：在一定溫度下，溶 解度隨親油基相對增大而降低。 離子型表面活性劑 一般情況下，溫度升高，離子型表面活性劑溶解度增大， 但至一定溫度后，溶解度增加很快（ Krafft點）。（如下圖所示） 非離子型表面活性劑 一般情況下，非離子型表面活性劑在低溫時易溶，溫度升 至一定程度后，溶解度下降，表面活性劑溶液混濁，表面活性 劑析出、分層?？死蛱攸c和濁點分別是離子型表面活性劑和 非離子型表面活性劑的特征反映。 二 、 化學穩(wěn)定性 酸、堿穩(wěn)定性 （ 1）一般陰離子表面活性劑在強酸中不穩(wěn)定：羧酸鹽易析出 游離酸；硫酸酯鹽易水解；磺酸鹽穩(wěn)定。而在堿液中均穩(wěn)定。 （ 2） 陽離子表面活性劑中酸液中穩(wěn)定而在堿液中不穩(wěn)定，但 季銨鹽耐酸、耐堿性均好。 （ 3） 非離子型表面活性劑在酸 、 堿液中均較穩(wěn)定 ， 但環(huán)氧乙 烷 加成物例外 。 （ 4） 兩性型表面活性劑一般受 PH值變化而改變性質 。 在等電點 時 ， 形成內鹽而沉淀析出 。 無機鹽穩(wěn)定性 多價金屬離子對羧酸類表面活性劑影響很大，容易產生鹽析。 氧化穩(wěn)定性 離子型表面活性劑中磺酸鹽類和非離子型中聚氧乙烯醚型抗 氧性好，結構穩(wěn)定。 生物活性 包括：毒性、殺菌力，且兩者相對應。 如：陽離子表面活性劑中季銨鹽類毒性大，但殺菌力好。 生物降解性 定義：表面活性劑在自然界的微生物作用下，有機碳化合物 被逐漸分解，轉化成 CO2和 H2O等對環(huán)境無公害的物質。 復習：離子型 、 非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度變化的關 系表面活性劑的化學穩(wěn)定性 (酸 、 堿穩(wěn)定性 ， 無機穩(wěn)定性等 ) 一、全球性環(huán)境問題 人口 、 資源 、 環(huán)境已是當今世界環(huán)境科學所關注的三大問 題 。 二 、 印染工業(yè)對生態(tài)平衡的影響 （ 尤其對水的影響 ） 水體富營養(yǎng)化 。 生物降解 。 三 、 對人體健康的影響 LD50、 LC50、 ECO50等參數(shù) 。 毒性大小順序為：陽離子表面活性劑＞陰離子表面活 性劑＞非離子表面活性劑 。 第四節(jié) 印染助劑對環(huán)保的影響 作業(yè)： 離子型 、 非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度變化的規(guī)律分別是什么 ？ 什么是克拉夫特點和濁點 ？ 什么是生物降解性 ？ 表面活性劑有哪些一般性質 ？ 第二章 表面張力和表面吸附 導入：提問為什么肥皂泡要用力吹才能變大 ？ 自來水龍頭滴下 的水滴變成球形 ？ 一、表面張力 定義 界面：物質與物質相接觸的面稱界面。 表面：物質與氣相組成的界面為表面。 表面張力：增加單位面積時，液體表面自由能的增值，即 表面過剩自由能。通常以 mN/m為單位。表面張力或表面過剩自 由能是液體重要的基本性質之一。 分析 解釋：以液 —氣兩相界面 （ 表面 ） 為例內層：受力對稱 ， 合外力為零 ， 所以內部分子可以作無規(guī)則運動而不消耗功 。 外 層：受力不對稱 ， 向下的力大于向上的力 ， 所以產生了表面分 子受到指向液體內部并且垂直于表面的引力 。 表面張力產生的原因 由于物質不同，分子間的作用力不同，在同一物質內部，分 子受力是平衡的，在界面處是不平衡的。表面張力或表面過剩 自由能是液體重要的基本性質之一 第一節(jié) 表面張力 二 、 表面張力實驗及分析 實驗裝置 （ 如圖所示 ） 實驗現(xiàn)象分析 （ 1） 若不加外力 ， 肥皂膜因表面張力作用而縮小 。 （ 2） 施加外力 ， 肥皂膜受力平衡 。 （ 3） 表面張力定義 。 （ 4） 從另一角度分析表面張力 。 三 、 表面張力的影響因素 表面張力與物質的本性 、 所處溫度 、 壓力等因素有關 。 表面張力與物質的本性有關 。 溫度對表面張力的影響 。 壓力及其它因素對表面張力的影響 。 四 、 彎曲液體表面下的附加壓力 ——Laplace公式 小面積液面的彎曲 彎曲的原因 彎曲液面受到由于表面張力作用而引起的附加壓力 。 產生附加壓力的原因 （ 如圖所示 ） Laplace公式 △ р=PlPg △ р與彎曲液面曲率半徑 ρ的關系： (1)水平分力相互平衡 。 (2)垂直分力指向液體內部 ， 其單位周長的垂直分力為 γcosα α為表面張力與垂直分力的夾角 。 球缺底面圓周長為 2пR 垂直分力在圓周上的合力： F=2пRγcosα 彎曲也面對于單位水平面上的附加壓力 （ 壓強 ） ： △ р=F/A 即： 0??p)11(21 RRp ??? ? 此方程說明 : （ 1） 彎曲液面的附加壓力與液體表面張力成正比 。 （ 2） 彎曲液面的附加壓力與曲率半徑成反比 。 （ 3） 若液面是平的 ， 則 R＝ ， 。 此式適用于計算小液滴的附加壓力 。 而對于空氣中的氣泡 （ 肥皂泡 ） ：氣泡具有兩個氣 —液 界面 ， 所以： △ р=4γ/ρ 這表明一個肥皂泡 ， 它的泡內壓力比外壓力大 ， 因此吹出肥 皂泡后 ， 不堵住口 ， 泡很快縮小 ， 直至縮成液滴 。 ? 0p? 五 、 毛細現(xiàn)象 毛細現(xiàn)象是彎曲液面的附加壓力 △ р的作用結果 。 ① 、 在毛細管壁潤濕時 ， 毛細管內液面呈現(xiàn)凹半球面 。 凸： △ р=рlрg 凹： △ р0 ∴ △ рl〈 △ рg即液相壓力 рl小于大氣壓力 рg 壓差 △ р=2γ/ρ ρ—為凹液面的曲率半徑 ， 也是毛細管半徑 。 若要保持穩(wěn)定 ， 即應保持內外同一水平面上的壓力處處相等 。 ② 、 當液體不能潤濕毛管壁時 ， 管內液面呈凸形 ， 此 時 рlрg 若要保持穩(wěn)定 ， 應在內外同一水平面上的壓力處處相等 。 ∴ 毛細管內液柱必須下降 h的高度 。 結論 ：表面張力的存在是彎曲液面產生附加壓力的根本原因 ， 而毛細現(xiàn)象則是彎曲液面具有附加壓力的必然結果 。 作業(yè)： 用兩個式子表示表面張力 ， 并分別對表面張力定義 。 寫出 Laplace公式并寫出 △ р與 ρ、 γ。 已知 100℃ 時水的表面張力為 ∕m， 假設在 100℃的小滴曲率半徑為 ， 在空氣中存在一個半徑為 ， 分別求兩者的附加壓力 ？ 第二節(jié) 表面活性劑在界面上的吸附 復習：拉普拉斯公式 ， 毛細現(xiàn)象 舉例： 棕黃色的煤油和白土混合后放置一段時間 ， 發(fā)現(xiàn)上層煤 油變澄清 ， 下層沉淀的白土變 黃 。 (固 液界面 ) Cl2經過活性炭被吸收 。 （ 氣 固界面 ） 以上兩例均發(fā)生了吸附現(xiàn)象 。 一 、 吸附 定義：物質從一相內部遷至界面 ， 并富集于界面的過程 。 吸附可發(fā)生在：固 液 、 氣 固 、 液 液 、 氣 液界面上 。 吸附劑：活性劑 吸附質： Cl2（ 被吸附的物質 ） 分類：物理吸附：范德華力 化學吸附：化學鍵 吸附量的測定： （ 1） 氣體的吸附：通過測量固體或液體吸附前后的重量 （ 增 加 ） ， 或測定吸附前后氣體的壓力差 。 （ 2） 固 —液界面：吸附前后液體的濃度變化 （ 減小 ） 。 （ 3） 液 —液界面：不易直接測定 。 表面活性劑的吸附 。 由于表面活性劑分子結構中含有親水基和疏水基 ， 因而在溶 液中 ， 它易于從內部遷移而富集于溶液表面 （ 或界面 ） 易發(fā)生界 面吸附 。 當發(fā)生表面活性劑吸