第二章 染整用水與表面活性劑12

1、 背景：染廠在染整加工中用水量很大，平背景：染廠在染整加工中用水量很大，平均每生產(chǎn)均每生產(chǎn)1000m1000m印染布約耗水印染布約耗水20t20t左右。從煮左右。從煮練、漂白到染色、印花、整理以及鍋爐供汽練、漂白到染色、印花、整理以及鍋爐供汽都要耗用大量的水。水質(zhì)的好壞直接影響到都要耗用大量的水。水質(zhì)的好壞直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、鍋爐使用安全性與效率和染化料、產(chǎn)品質(zhì)量、鍋爐使用安全性與效率和染化料、助劑的消耗。助劑的消耗。一、水質(zhì)及其對紡織品染整加工的影響一、水質(zhì)及其對紡織品染整加工的影響 ( (一一) ) 水的硬度水的硬度 1. 1. 暫時硬度暫時硬度水中含有鈣、鎂的酸式碳酸鹽，這種水稱水中含有

2、鈣、鎂的酸式碳酸鹽，這種水稱為暫時硬水。其硬度稱為暫時硬度為暫時硬水。其硬度稱為暫時硬度 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鹽、硝酸鹽或氯化物形式存在于水以硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物形式存在于水中的鈣、鎂離子稱為稱永久硬水，其硬度稱永中的鈣、鎂離子稱為稱永久硬水，其硬度稱永久硬度。須經(jīng)化學處理才能除去。久硬度。須經(jīng)化學處理才能除去。 水的硬度暫時硬度永久硬度水的硬度暫時硬度永久硬度 水的硬度表示方法水的硬度表示方法: : 1 1升水中所含的鈣、鎂鹽換算成碳酸鈣的毫升水中所含的鈣

3、、鎂鹽換算成碳酸鈣的毫克數(shù)克數(shù)( (二二) )水質(zhì)對染整加工方面的影響水質(zhì)對染整加工方面的影響1. 1. 對皂煮的影響對皂煮的影響 肥皂與水中的鈣、鎂離子會生成不溶性鈣肥皂與水中的鈣、鎂離子會生成不溶性鈣皂、鎂皂沉積在織物上。皂、鎂皂沉積在織物上。2. 2. 對漂白的影響對漂白的影響 漂白時起催化作用，引起纖維的脆損和織漂白時起催化作用，引起纖維的脆損和織物發(fā)黃物發(fā)黃 。3. 3. 對染色的影響對染色的影響 易使某些染料和助劑沉淀。造成色澤鮮艷易使某些染料和助劑沉淀。造成色澤鮮艷度和牢度下降并導致染色不勻和染化料浪費。度和牢度下降并導致染色不勻和染化料浪費。 4. 4. 對鍋爐用水的影響對鍋爐

4、用水的影響鍋爐用水會產(chǎn)生水垢，降低熱傳導率，浪鍋爐用水會產(chǎn)生水垢，降低熱傳導率，浪費能源，甚至發(fā)生爆炸事故。費能源，甚至發(fā)生爆炸事故。二、染整加工對水質(zhì)的要求二、染整加工對水質(zhì)的要求1. 1. 無色、無臭、透明；無色、無臭、透明；2. pH2. pH值值6.56.57.47.4；3. 3. 鐵、錳鹽的含量不超過鐵、錳鹽的含量不超過0.1mg/L0.1mg/L；4. 4. 水的硬度視具體要求而定：水的硬度視具體要求而定： 煮練、染色、印花、皂洗宜采用軟水。煮練、染色、印花、皂洗宜采用軟水。鍋爐用水要用極軟水。一般水洗可用鍋爐用水要用極軟水。一般水洗可用硬水。硬水。三、水的軟化水的軟化 軟水劑軟化

5、法：軟水劑軟化法： 1 1、石灰、純堿沉淀法：、石灰、純堿沉淀法： NaNa2 2COCO3 3CaCa2+2+( Mg( Mg2+2+) CaCOCaCO3 3(MgCO(MgCO3 3)2Na2Na+ + 2 2、絡合法：、絡合法： NaNa4 4NaNa2 2（POPO3 3）6 6 +Ca +Ca2+2+ NaNa4 4CaCa（POPO3 3）6 6 2Na2Na+ + 離子交換樹脂軟化法：離子交換樹脂軟化法：離子交換樹脂中的活性基團上的離子能夠與離子交換樹脂中的活性基團上的離子能夠與水溶液里的同性離子發(fā)生交換作用，而去除水水溶液里的同性離子發(fā)生交換作用，而去除水中的鈣鎂離子中的鈣鎂

6、離子 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、 表面活性劑的基本知識表面活性劑的基本知識二、二、 表面活性劑的基本作用表面活性劑的基本作用三、三、 表面活性劑的分類和常用表表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能面活性劑的性能一、表面活性劑的基本知識一、表面活性劑的基本知識 表面張力、表面活性與表面活性劑表面張力、表面活性與表面活性劑 1. 表面張力表

7、面張力是垂直通過液體表面上任一單位是垂直通過液體表面上任一單位長度、與液面相切并使液面收縮的力。長度、與液面相切并使液面收縮的力。圖圖2-1 分子在液體內(nèi)部和表面所受吸分子在液體內(nèi)部和表面所受吸引力場不同引力場不同圖圖12液體的表面張力液體的表面張力 2. 2. 表面活性表面活性能使溶劑能使溶劑表面張力降低的性質(zhì)。表面張力降低的性質(zhì)。 3. 3. 表面活性劑表面活性劑 加入很加入很少量時就能顯著降低溶少量時就能顯著降低溶劑的表面張力劑的表面張力( (或界面張或界面張力力) )，并改變體系的表面，并改變體系的表面或界面狀態(tài)或界面狀態(tài)( (從而產(chǎn)生潤從而產(chǎn)生潤濕、乳化、分散、增溶、濕、乳化、分散、

8、增溶、起泡、消泡、洗滌等一起泡、消泡、洗滌等一系列作用系列作用) )的物質(zhì)稱為表的物質(zhì)稱為表面活性劑。面活性劑。圖圖2-2-2 各類物質(zhì)水溶液的各類物質(zhì)水溶液的表面張力表面張力 表面活性劑的結構特征表面活性劑的結構特征 ：圖圖2-3 表面活性劑結構特征表面活性劑結構特征如肥皂：如肥皂： CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH2 2- - - - - COO- - - - - COO- - Na Na+ + ( (其中其中C C原子數(shù)在原子數(shù)在8-20) 8-20) 圖圖2-4 2-4 表面活性劑溶液的膠團化過程表面活性劑溶液的膠團化過程 1. 1. 界面吸附界面吸附引起溶液表面張力降低。

9、引起溶液表面張力降低。 2. 2. 膠團化膠團化表面活性劑在溶液中會從單體締表面活性劑在溶液中會從單體締合成為膠態(tài)聚集物。合成為膠態(tài)聚集物。 臨界膠束濃度臨界膠束濃度 表面活性劑形成膠束時的最表面活性劑形成膠束時的最低濃度，也是溶液的表面張力降低到最低時的濃低濃度，也是溶液的表面張力降低到最低時的濃度。度。 在臨界膠束濃度時許多性質(zhì)發(fā)生突變，如表在臨界膠束濃度時許多性質(zhì)發(fā)生突變，如表面張力、電導率、滲透壓和洗滌作用。面張力、電導率、滲透壓和洗滌作用。 表面活性劑溶液的性質(zhì)表面活性劑溶液的性質(zhì)二、表面活性劑的基本作用二、表面活性劑的基本作用圖圖2626接觸角與界面張力之間的關系接觸角與界面張力之

10、間的關系 潤濕和滲透作用潤濕和滲透作用 1 1. 潤濕作用潤濕作用液體沿著固體表面展開，把空氣固體界液體沿著固體表面展開，把空氣固體界面代之以液體固體界面的過程，叫潤濕作面代之以液體固體界面的過程，叫潤濕作用。用。 表面活性劑之所以具有潤濕和滲透作用，表面活性劑之所以具有潤濕和滲透作用，是由于表面活性劑顯著地降低了水的表面張是由于表面活性劑顯著地降低了水的表面張力的緣故力的緣故 。在氣（在氣（V V）、液（）、液（L L）、固（）、固（S S）三相交界點，氣）三相交界點，氣- -液與液與氣氣- -固界面張力之間的夾角稱為固界面張力之間的夾角稱為接觸角接觸角，通常用，通常用 表示。表示。氣氣液液

11、固固氣氣液液固固圖圖2626接觸角與界面張力之間的關系接觸角與界面張力之間的關系潤濕方程潤濕方程LSLSLSL-cos cosrrrrrrS或時，液滴在固體表面鋪展，稱為完全潤濕；時，液滴在固體表面鋪展，稱為完全潤濕；時，液滴呈球狀，稱為完全不潤濕；時，液滴呈球狀，稱為完全不潤濕； 時，稱不潤濕。時，稱不潤濕。A A、固體表面張力、固體表面張力 為一常數(shù)，由固體的種類決定。為一常數(shù)，由固體的種類決定。B B、當水中加入表面活性劑，水的表面張力顯著下降，、當水中加入表面活性劑，水的表面張力顯著下降，固液界面張力固液界面張力 降低。從潤濕方程可以看出，這降低。從潤濕方程可以看出，這將使將使減小，故

12、能顯著提高對固體的潤濕性。減小，故能顯著提高對固體的潤濕性。LSLSLSL-cos cosrrrrrrS或( (潤濕方程潤濕方程 )SSSL為什么棉坯布的潤濕性能差？為什么棉坯布的潤濕性能差？mmNmmN/72/5040水坯布2 2. 滲透作用滲透作用對多孔體系固體的潤濕對多孔體系固體的潤濕LP=2 cos/r 當當0，上升壓力，上升壓力P為正，且為正，且隨毛細管半徑下降而增大。隨毛細管半徑下降而增大。 對織物來說，只要能產(chǎn)生良好的潤濕，液對織物來說，只要能產(chǎn)生良好的潤濕，液體便能通過相互貫通的毛細管自動發(fā)生滲透作體便能通過相互貫通的毛細管自動發(fā)生滲透作用，從而有利于染整加工的進行。用，從而有

13、利于染整加工的進行。 潤濕作用發(fā)生在物體的表面，而滲透作用潤濕作用發(fā)生在物體的表面，而滲透作用是在物體內(nèi)部，兩者可使用相同的表面活性劑，是在物體內(nèi)部，兩者可使用相同的表面活性劑，因而潤濕劑也可稱為滲透劑。因而潤濕劑也可稱為滲透劑。 在紡織品毛細管中的上升壓力與表面張在紡織品毛細管中的上升壓力與表面張力的關系為：力的關系為： 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種液體以極細小的液滴均勻分散在另一種互不使一種液體以極細小的液滴均勻分散在另一種互不相容的液體中形成分散液的作用相容的液體中形成分散液的作用，稱為乳化作用，稱為乳化作用。 水包油型水包油型( (油油/ /水型水型) )，

14、以，以/ /表示；表示； 乳液的類型乳液的類型 油包水型油包水型( (水水/ /油型油型) )，以，以/ /表示。表示。圖圖2727肥皂作乳化劑時的乳液情肥皂作乳化劑時的乳液情況況 2. 2. 分散作用分散作用將不溶性固體以微小粒子均勻地分散在液體中將不溶性固體以微小粒子均勻地分散在液體中所形成穩(wěn)定分散體系的作用稱為分散作用。所形成穩(wěn)定分散體系的作用稱為分散作用。 如：滌綸用分散染料不溶于水，易形成沉淀；如：滌綸用分散染料不溶于水，易形成沉淀；加入分散劑后，充分攪拌超細染料粒子后能加入分散劑后，充分攪拌超細染料粒子后能于水，形成穩(wěn)定的懸浮液。于水，形成穩(wěn)定的懸浮液。染料粒子沉淀染料粒子沉淀 分

15、散劑增溶分散劑增溶 穩(wěn)定分散液穩(wěn)定分散液圖圖2-8 分散作用過程分散作用過程 圖圖2-9 增溶作用的方式示意增溶作用的方式示意增溶于膠束內(nèi)核增溶于膠束內(nèi)核增溶在增溶在“柵欄柵欄”處處增溶在膠束表面增溶在膠束表面增溶在極性基之間增溶在極性基之間a. a. 非極性有機化合物的加溶；非極性有機化合物的加溶；b. b. 長鏈的醇、胺等極性有機兩親分子加溶；長鏈的醇、胺等極性有機兩親分子加溶；c. c. 既不溶于水又不溶于油的小分子極性化合物的加溶；既不溶于水又不溶于油的小分子極性化合物的加溶；d. d. 非極性有機物還可加溶于聚氧乙烯醚的外殼之中。非極性有機物還可加溶于聚氧乙烯醚的外殼之中。 增溶作用

16、增溶作用 具有能使不溶或微溶于水的有機化合物的具有能使不溶或微溶于水的有機化合物的溶解度顯著增大的能力，且溶液呈透明狀的作溶解度顯著增大的能力，且溶液呈透明狀的作用。用。（四）（四） 洗滌作用洗滌作用 自固體自固體( (又稱為基體又稱為基體) )表面上去除污垢的過表面上去除污垢的過程。它包括機械作用及表面化學的作用程。它包括機械作用及表面化學的作用（潤濕、（潤濕、乳化、分散、增溶等作用）乳化、分散、增溶等作用）。1. 1. 洗滌機理洗滌機理圖圖2-10 固體污垢的去除機理固體污垢的去除機理 平衡時滿足下列關系平衡時滿足下列關系: : so= sw - wo cos 使使 wo和和 sw降低，而

17、降低，而 so未變。為維持新的平衡，未變。為維持新的平衡，-cos-cos值必須增大，即接觸角值必須增大，即接觸角從從9090變?yōu)樽優(yōu)?090。在某種。在某種適宜條件下，接觸角接近適宜條件下，接觸角接近180180，即洗滌劑幾乎完全潤，即洗滌劑幾乎完全潤濕固體表面時，油污膜變?yōu)橛椭樽孕忻撾x。濕固體表面時，油污膜變?yōu)橛椭樽孕忻撾x。2. 2. 洗滌過程洗滌過程 基體基體污垢污垢 + 洗滌劑洗滌劑基體基體洗滌劑洗滌劑 + 污垢污垢洗滌劑洗滌劑 再籍機械力將它們分離；再籍機械力將它們分離；通過乳化、分散、增溶，防止污垢再沾污，通過乳化、分散、增溶，防止污垢再沾污，被清洗去除。被清洗去除。圖圖2-11

18、2-11 污垢卷離過程示意污垢卷離過程示意圖圖2-12 洗滌劑的防止再沾污過程洗滌劑的防止再沾污過程 洗滌過程是一個可逆過程，洗滌的逆過程洗滌過程是一個可逆過程，洗滌的逆過程稱為污垢再沉積（或織物再沾污）。因此，一稱為污垢再沉積（或織物再沾污）。因此，一種優(yōu)良的洗滌劑應具備兩種作用：種優(yōu)良的洗滌劑應具備兩種作用： A A、降低污垢與織物表面的結合力，具有使、降低污垢與織物表面的結合力，具有使污垢脫離織物表面的能力；污垢脫離織物表面的能力； B B、是具有防止污垢再沉積的能力。、是具有防止污垢再沉積的能力。( (五五) )其他作用其他作用 1. 1. 柔軟作用柔軟作用 a. a. 針織物編織前紗

19、線過蠟（上柔軟劑、漿針織物編織前紗線過蠟（上柔軟劑、漿料添加物）；料添加物）； b. b. 染色后進行柔軟整理，減少縫紉時針洞染色后進行柔軟整理，減少縫紉時針洞產(chǎn)生；產(chǎn)生； c. c. 羊毛的仿羊絨整理。羊毛的仿羊絨整理。 2. 2. 抗靜電作用抗靜電作用 用于滌綸等疏水性纖維的整理，親水性提用于滌綸等疏水性纖維的整理，親水性提高、舒適、抗靜電性提高。高、舒適、抗靜電性提高。3、起泡和消泡作用、起泡和消泡作用(一一) 表面活性劑的分類表面活性劑的分類按表面活性劑在水中電離與否分類：按表面活性劑在水中電離與否分類： 離子型：陰離子型、陽離子型、兩性型離子型：陰離子型、陽離子型、兩性型 非離子型；

20、非離子型；2. 2. 按應用分：紡織助劑、印染助劑等等。按應用分：紡織助劑、印染助劑等等。3. 3. 按用途分：潤濕、滲透、乳化、分散、增按用途分：潤濕、滲透、乳化、分散、增溶、洗滌等等。溶、洗滌等等。三、表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能三、表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能1. 1. 陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑 羧酸鹽類羧酸鹽類 脂肪羧酸鹽結構通式為脂肪羧酸鹽結構通式為R-COONa R-COONa 烷基酰胺羧酸鹽烷基酰胺羧酸鹽 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 烷基醚羧酸鹽烷基醚羧酸鹽 R(OCHR(OCH2 2CHCH2 2) ) n nOCHOCH2 2COONa COONa 硫酸酯鹽硫酸酯鹽 脂肪醇硫酸鹽脂肪醇硫酸鹽 ROSOROSO3 3- -M M+ + 仲烷基硫酸鹽仲烷基硫酸鹽 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) 常用表面活性劑（乳化、擴散、滲透、洗滌）常用表面活性劑（乳化、擴散、滲透、洗滌） 磺酸鹽類磺酸鹽類 烷基

22、磺酸鈉烷基磺酸鈉 R-SO3Na (R=CnH2n+1 , n=1520 ) 烷基苯磺酸鈉烷基苯磺酸鈉 RaN3SOR=CnH2n+116)(，n=10 烷基萘磺酸鹽烷基萘磺酸鹽 如雙異丁基萘磺酸鈉如雙異丁基萘磺酸鈉( (拉開粉拉開粉BX)BX)： SO3NaC4H9C4H9（4） 磷酸酯類：磷酸酯類： CH2O）RO（CH2nPOONaONa2.2.陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑 主要用途勻染劑、抗靜電劑、柔軟劑、防水劑、殺菌劑等。主要用途勻染劑、抗靜電劑、柔軟劑、防水劑、殺菌劑等。 烷基銨鹽類烷基銨鹽類 季銨鹽類季銨鹽類3. 3. 非離子表面活性劑非離子表面活性劑 聚乙二醇型非離子表面活

23、性劑聚乙二醇型非離子表面活性劑 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結構通式為：烷基酚聚氧乙烯醚的結構通式為： . . 親疏平衡值親疏平衡值(HLB)(HLB)與性能間的關系與性能間的關系 疏水基的分子量愈大，疏水性愈強、水溶性疏水基的分子量愈大，疏水性愈強、水溶性愈差；但親水基分子量大的，則不一定親水性愈差；但親水基分子量大的，則不一定親水性大大( (除非離子表面活性劑除非離子表面活性劑) )。 非離子表面活性劑的非離子表面活性劑的HLBHLB值：值：20質(zhì)量表面活性劑的相對分子親水基的相對分子質(zhì)量HLB 完全疏水的石蠟，完全疏水的石蠟，HLB=0HLB=0；完全親水的聚乙；完全親水的聚乙二醇，二醇，HLB=20HLB=20，所以聚乙二醇型表面活性劑的，所以聚乙二醇型表面活性劑的HLBHLB值介于值介于0 02020。 親疏平衡值與性能間的關系如下圖：親疏平衡值與性能間的關系如下圖：18515110HLB 用途用途1518 增溶劑增溶劑13 15 洗滌劑洗滌劑8 18 油油/水型的乳化劑水型的乳化劑7 9 潤濕劑潤濕劑 3.5 6 水水/油