【正文】 染整助劑及其應(yīng)用 鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)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(zhì)都屬于助劑，其中大 部分是表面活性劑，本書(shū)我們主要討論印染工業(yè)中常 用的表面活性劑及其應(yīng)用。 一、 助劑及其在紡織染整工業(yè)中的應(yīng)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(xué)品，它 賦予紡織品各種優(yōu)異的應(yīng)用性能，這種輔助化學(xué)品通 稱(chēng)為紡織染整助劑。 作用：提高紡織品的質(zhì)量，改善加工效果，提高 生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程，降低生產(chǎn)成本。 二、紡織染整助劑分類(lèi) 根據(jù)生產(chǎn)工藝分： （ 1 ） 紡織助劑 （ 2 ） 印染助劑 印染助劑 （ 1）無(wú)機(jī)物 食鹽、 鹽酸、保險(xiǎn)粉（ Na2S2O4） 等。 （ 2）有機(jī)物 草酸、酒精、甘油（丙三醇）等。 印染助劑在染整工業(yè)中的應(yīng)用 潤(rùn)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(guó)印染助劑的潛力是巨大的 （ 1）新型助劑的研究開(kāi)發(fā)和使用 （ 2）復(fù)配型助劑的開(kāi)發(fā)和使用 復(fù)習(xí)：印染助劑在染整工業(yè)中的主要用途。 導(dǎo)入：印染助劑中用量最多的表面活性劑的基本知 識(shí) 。 一 、 表面現(xiàn)象 自然界中物質(zhì)與物質(zhì)相接觸的界面稱(chēng)為相界面。 若為氣－液的相界面稱(chēng)為表面，發(fā)生在表面的現(xiàn)象 稱(chēng)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(duì)于純凈的液體而言，表面張力大小與物質(zhì)本 身濕度、壓強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)溶劑中（一般為水）加入很 少量某種物質(zhì)時(shí)，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(chǎn)生潤(rùn)濕或反潤(rùn)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(zhì) 就稱(chēng)為表面活性劑。（如圖 11所示） 表面活性劑的分類(lèi) 圖 11 二、 表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表示方法 基本結(jié)構(gòu) 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(duì)稱(chēng)結(jié) 構(gòu) 。 結(jié)構(gòu)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(lèi) 四大類(lèi)分類(lèi)法（ ISO分類(lèi)） 分為離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、結(jié)構(gòu)混合 型、特殊類(lèi)型四類(lèi)； 按用途分類(lèi) 凈洗劑、精練劑、潤(rùn)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(jié)構(gòu)分類(lèi) 分為：陰離子表面活性劑、陽(yáng)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(lèi)型等類(lèi)型。 四、 按表面活性劑結(jié)構(gòu)分類(lèi) 陰離子表面活性劑 特點(diǎn)：價(jià)廉，與堿合用能增強(qiáng)去污力，織物洗后手感較好。 （ 1）羧酸鹽類(lèi) RCOOM 如：肥皂、雷米邦 A等。 （ 2）磺酸鹽類(lèi) RSO3M 如： 601洗滌劑、 ABS、 拉開(kāi)粉 BX、胰加漂 T等。 （ 3） 硫酸酯鹽類(lèi) ROSO3M （ 4） 磷酸酯鹽類(lèi) ROPO3M 陽(yáng)離子表面活性劑（應(yīng)用較少） 如：季銨鹽類(lèi)。 兩性型表面活性劑 非離子型表面活性劑 如：聚乙二醇類(lèi) 、平平加等。 特殊類(lèi)型 作業(yè)： 表面活性劑的定義 、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么 ？ 畫(huà)出水中加入表面活性劑后 ， 表面張力與溶液濃度的關(guān)系曲線(xiàn) ？ 畫(huà)出水中加入表面活性劑后排列 ， 并標(biāo)出兩個(gè)部分 ？ 按 ISO分類(lèi)法分類(lèi)表面活性劑 ， 并寫(xiě)出陰離子表面活性劑的通式 ？ 表面活性劑的一般性質(zhì) 復(fù)習(xí)：表面活性劑的定義 、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 表示方法 、 ISO分類(lèi)法 。 導(dǎo)入：表面活性劑的一般性質(zhì)包括：溶解度和化學(xué)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(duì)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(diǎn)）。（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(shí)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(diǎn)和濁點(diǎn)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(xué)穩(wěn)定性 酸、堿穩(wěn)定性 （ 1）一般陰離子表面活性劑在強(qiáng)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(yáng)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(zhì) 。 在等電點(diǎn) 時(shí) ， 形成內(nèi)鹽而沉淀析出 。 無(wú)機(jī)鹽穩(wěn)定性 多價(jià)金屬離子對(duì)羧酸類(lèi)表面活性劑影響很大，容易產(chǎn)生鹽析。 氧化穩(wěn)定性 離子型表面活性劑中磺酸鹽類(lèi)和非離子型中聚氧乙烯醚型抗 氧性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 生物活性 包括：毒性、殺菌力，且兩者相對(duì)應(yīng)。 如：陽(yáng)離子表面活性劑中季銨鹽類(lèi)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(jī)碳化合物 被逐漸分解，轉(zhuǎn)化成 CO2和 H2O等對(duì)環(huán)境無(wú)公害的物質(zhì)。 復(fù)習(xí)：離子型 、 非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度變化的關(guān) 系表面活性劑的化學(xué)穩(wěn)定性 (酸 、 堿穩(wěn)定性 ， 無(wú)機(jī)穩(wěn)定性等 ) 一、全球性環(huán)境問(wèn)題 人口 、 資源 、 環(huán)境已是當(dāng)今世界環(huán)境科學(xué)所關(guān)注的三大問(wèn) 題 。 二 、 印染工業(yè)對(duì)生態(tài)平衡的影響 （ 尤其對(duì)水的影響 ） 水體富營(yíng)養(yǎng)化 。 生物降解 。 三 、 對(duì)人體健康的影響 LD50、 LC50、 ECO50等參數(shù) 。 毒性大小順序?yàn)椋宏?yáng)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(duì)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(diǎn)和濁點(diǎn) ？ 什么是生物降解性 ？ 表面活性劑有哪些一般性質(zhì) ？ 第二章 表面張力和表面吸附 導(dǎo)入：提問(wèn)為什么肥皂泡要用力吹才能變大 ？ 自來(lái)水龍頭滴下 的水滴變成球形 ？ 一、表面張力 定義 界面：物質(zhì)與物質(zhì)相接觸的面稱(chēng)界面。 表面：物質(zhì)與氣相組成的界面為表面。 表面張力：增加單位面積時(shí)，液體表面自由能的增值，即 表面過(guò)剩自由能。通常以 mN/m為單位。表面張力或表面過(guò)剩自 由能是液體重要的基本性質(zhì)之一。 分析 解釋?zhuān)阂砸?—?dú)鈨上嘟缑?（ 表面 ） 為例內(nèi)層：受力對(duì)稱(chēng) ， 合外力為零 ， 所以?xún)?nèi)部分子可以作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而不消耗功 。 外 層：受力不對(duì)稱(chēng) ， 向下的力大于向上的力 ， 所以產(chǎn)生了表面分 子受到指向液體內(nèi)部并且垂直于表面的引力 。 表面張力產(chǎn)生的原因 由于物質(zhì)不同，分子間的作用力不同，在同一物質(zhì)內(nèi)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(guò)剩 自由能是液體重要的基本性質(zhì)之一 第一節(jié) 表面張力 二 、 表面張力實(shí)驗(yàn)及分析 實(shí)驗(yàn)裝置 （ 如圖所示 ） 實(shí)驗(yàn)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(zhì)的本性 、 所處溫度 、 壓力等因素有關(guān) 。 表面張力與物質(zhì)的本性有關(guān) 。 溫度對(duì)表面張力的影響 。 壓力及其它因素對(duì)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(chǎn)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(guān)系： (1)水平分力相互平衡 。 (2)垂直分力指向液體內(nèi)部 ， 其單位周長(zhǎng)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(zhǎng)為 2пR 垂直分力在圓周上的合力： F=2пRγcosα 彎曲也面對(duì)于單位水平面上的附加壓力 （ 壓強(qiáng) ） ： △ р=F/A 即： 0??p)11(21 RRp ??? ? 此方程說(shuō)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(jì)算小液滴的附加壓力 。 而對(duì)于空氣中的氣泡 （ 肥皂泡 ） ：氣泡具有兩個(gè)氣 —液 界面 ， 所以： △ р=4γ/ρ 這表明一個(gè)肥皂泡 ， 它的泡內(nèi)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(xì)現(xiàn)象 毛細(xì)現(xiàn)象是彎曲液面的附加壓力 △ р的作用結(jié)果 。 ① 、 在毛細(xì)管壁潤(rùn)濕時(shí) ， 毛細(xì)管內(nèi)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(xì)管半徑 。 若要保持穩(wěn)定 ， 即應(yīng)保持內(nèi)外同一水平面上的壓力處處相等 。 ② 、 當(dāng)液體不能潤(rùn)濕毛管壁時(shí) ， 管內(nèi)液面呈凸形 ， 此 時(shí) рlрg 若要保持穩(wěn)定 ， 應(yīng)在內(nèi)外同一水平面上的壓力處處相等 。 ∴ 毛細(xì)管內(nèi)液柱必須下降 h的高度 。 結(jié)論 ：表面張力的存在是彎曲液面產(chǎn)生附加壓力的根本原因 ， 而毛細(xì)現(xiàn)象則是彎曲液面具有附加壓力的必然結(jié)果 。 作業(yè)： 用兩個(gè)式子表示表面張力 ， 并分別對(duì)表面張力定義 。 寫(xiě)出 Laplace公式并寫(xiě)出 △ р與 ρ、 γ。 已知 100℃ 時(shí)水的表面張力為 ∕m， 假設(shè)在 100℃的小滴曲率半徑為 ， 在空氣中存在一個(gè)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(fù)習(xí)：拉普拉斯公式 ， 毛細(xì)現(xiàn)象 舉例： 棕黃色的煤油和白土混合后放置一段時(shí)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(jīng)過(guò)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(zhì)從一相內(nèi)部遷至界面 ， 并富集于界面的過(guò)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(zhì)： Cl2（ 被吸附的物質(zhì) ） 分類(lèi)：物理吸附：范德華力 化學(xué)吸附：化學(xué)鍵 吸附量的測(cè)定： （ 1） 氣體的吸附：通過(guò)測(cè)量固體或液體吸附前后的重量 （ 增 加 ） ， 或測(cè)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(cè)定 。 表面活性劑的吸附 。 由于表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中含有親水基和疏水基 ， 因而在溶 液中 ， 它易于從內(nèi)部遷移而富集于溶液表面 （ 或界面 ） 易發(fā)生界 面吸附 。 當(dāng)發(fā)生表面活性劑吸