染整工藝原理上課件第一章 第二節(jié) 表面活性劑

染整工藝原理上課件第一章第二節(jié)表面活性劑一、表面活性劑定義在水中只需加入少量，便能顯著降低水表面張力的物質(zhì)，稱為SAA。能在相界面上進行有效的定向吸附，降低界面能，從而使界面的活性提高的一類物質(zhì)。二、表面活性劑結(jié)構(gòu)特征

SAA由親水基和親油基兩部分組成，又稱兩親物質(zhì)。親水基（疏油基）,Hydro-（水）,與水有較大親和力的基團,如—COONa，—SO3Na親油基（疏水基），Lipo-（脂肪），與油有較大親和力的基團，如烴基、芳基。疏水部分親水基三、表面活性劑分類

(一)按分子中親水基組成分 1.陰離子型助劑 水中電離后親水基團是帶有負電荷的表面活性劑。 例： 肥皂：R－COONa→R－COO－

＋Na＋ 洗衣粉：R－SO３Na→R－SO３－

＋Na＋

（陰離子表面活性劑是應(yīng)用歷史最久、使用量最大、價格最 低廉的表面活性劑，它具有極好的去污、乳化、分散、增溶等作用，在染整助劑中主要用作洗滌劑及潤濕劑、滲透劑、乳化劑和分散劑等。） 例：凈洗劑209、滲透劑T、分散劑NNO

2.陽離子型助劑水中電離后親水基團是帶有正電荷的表面活性劑。例：抗靜電劑：(R)+NO3→R+＋NO3-

（陽離子表面活性劑洗滌能力不太強，價格較貴，一般不用作洗滌劑,主要作腈綸染色的勻染劑和后整理劑（柔軟劑、固色劑、 防水劑、抗靜電劑、殺菌防霉劑等） ?。。〔荒苡糜陉庪x子型染料（活性、直接等）同浴染色： Ar－COONa→Ar－COO－＋Na＋ Ar－COO－+R+→Ar－COOR3.非離子型助劑親水基不帶電荷，但能與水結(jié)合。 酒精： CH3CH2OH+H2O→CH3CH2O…H-O-H

勻染劑Ｏ C１８H３５－O－（CH２CH２O）Ｎh H-O-H滲透劑JFC4.兩性表面活性劑：親水基既帶有正電荷，又帶有負電荷4.復(fù)配型：以非離子和陰離子復(fù)配居多。 例：高效精練劑。typesofsurfactantsanionicsurfactantscationicsurfactantsnonionicsurfactantsamphosurfactants-+-+(二)按表面活性劑應(yīng)用分1.紡織助劑 如漿料、水溶性蠟。2.前處理助劑 如高效精練劑、滲透劑、氧漂穩(wěn)定劑、螯合劑。3.染色助劑如助溶劑、勻染劑、分散劑、浴中柔軟劑、固色劑、凈洗劑、 消泡劑。4.印花助劑如涂料印花黏合劑、增稠劑、防染鹽。5.整理助劑如熒光增白劑、樹脂整理劑、柔軟劑、抗靜電劑、防水劑等。四、表面活性劑溶液的性質(zhì)

定向吸附臨界膠束濃度

水表面張力達到最低值，表面活性劑形成膠束所需的最低濃度叫做SAA的臨界膠束濃度（CMC）。使用表面活性劑時，其濃度應(yīng)稍大于CMC。SAA的CMC一般為0.02%-0.4%。interfacetensioninsolutionsofsurfactantssurfactantconc.cmcc<cmcccmctypesofaggregatesofsurfactants層狀hexagonalicmesophase立方體typesofaggregatesofsurfactants圓盤棒狀五、表面活性劑基本作用SAA的潤濕和滲透作用潤濕現(xiàn)象：表面上一種流體被另一種流體替代的過程接觸角(contactangle)θ＞90o，不潤濕θ＜90o，潤濕θ=0o或不存在，鋪展?jié)櫇駝耗苁挂后w迅速而均勻地潤濕某種固體表面的SAA。滲透劑：能使液體迅速而均勻地滲透某種固體內(nèi)部的SAA。實際上，潤濕和滲透作用同時發(fā)生,因此，潤濕劑又稱滲透劑,一般SAA都有潤濕作用。潤濕性能好SAA，R碳鏈不長，親水基在中間。a.水滴滴在坯布，水滴成球形；b.含滲透劑的水滴在布面，水滴迅速展開，滲透入織物內(nèi)部。abSSA的乳化、分散、增溶作用

乳化：一種液體以微小液滴分散在另一種與其不相溶的液體中所形成體系叫做乳狀液（乳濁液、乳液或乳化液）。（水溶性大的乳化劑則水為外相，形成所謂水包油（o／w）型乳液；油溶性大的乳化劑則油為外相，形成油包水型（w／o)乳液。）分散：一種固體以微小顆粒分散在另一種液體中所形成體系叫做分散液。從本質(zhì)上講，乳化與分散并無區(qū)別，都是兩個不相溶的相在表面活性劑的作用下以一定的形式相互混合與包含。為敘述方便，才將液體對液體的混合叫乳化，固體在液體中的混合叫分散。乳化劑：能使互不相溶的兩種液體中任何一種液體乳化成0.1-10μm液體微粒，均勻地分散在另一種液體中的物質(zhì)。分散劑：能使固體微粒均勻穩(wěn)定地分散在液體中的物質(zhì)。滌綸用分散染料不溶于水，易形成沉淀；加入擴散劑后，充分攪拌超細染料粒子后能“溶解”于水，形成穩(wěn)定的懸浮液。 （精練劑在煮練中既有滲透作用，還有對雜質(zhì)的乳化、分散作用。）染料粒子沉淀擴散劑增溶穩(wěn)定分散液增溶作用增溶現(xiàn)象當水中表面活性劑的濃度超過其CMC以后,不溶或微溶于水的有機物質(zhì)在水中的表觀溶解度明顯提高，膠束的這種作用叫做“增溶”或“加溶”.增溶條件與膠團有關(guān),即在CMC以上,與表面張力無關(guān)。增溶機理非極性增溶：油性物質(zhì)溶入膠束內(nèi)部親油基之間所引起的。極性增溶：醇等分別與SAA的親水基和親油基相鄰，形成混合膠束。吸附增溶：增溶物如苯酚被吸附在膠束親水基和水的界面。solubilizationinmicellessolubilizationinmicellessolubilizationinLamellarphases增溶與乳化區(qū)別:增溶是以膠團存在為前提，乳化無此條件。乳化是分散相，以液滴形式分散在液體中，是乳液。增溶，被增溶物逐個溶解到膠團中，增溶是溶液，類似于透明的真溶液。乳液是不穩(wěn)定體系，乳液是兩相;分散體系、增溶是穩(wěn)定的一相，是溶液。SSA的洗滌去污作用去污作用是潤濕、乳化、分散、增溶等共同作用的結(jié)果。纖維·雜質(zhì)+表面活性劑≒紡織纖維·表面活性劑+雜質(zhì)·表面活性劑洗滌過程1）織物充分潤濕，使纖維、漿料和某些固體污雜質(zhì)膨化;（SAA起作用）2）在機械力的作用下,污雜質(zhì)從織物上分離下來,并擴散到洗液中去;（加SAA，使過程容易。)3)使已擴散到洗液中污雜質(zhì)不再沉結(jié)到織物上。(污雜質(zhì)被乳化、分散在洗液中。)(SAA起作用）去污可以看作是在油（O）/纖維（S）界面代之以油（O）/水（W）和水（W）/纖維（S）界面的過程。這一過程的示意圖如下：油污在疏水性固體表面上γso比在親水性固體表面γso小，水在親水性固體表面γws比在疏水性固體表面γws小。所以在疏水性固體表面上Ww值大，油污難以去除。effectofwashingagentsfibresurfacechangeofmoisteringbalanceofcoursechangeofcontactangle

surfactantsolutionre-moisteningsolubilizationsolubilizedstuffandadsorptionlayerdirtremovalSSA的柔軟作用

柔軟作用:吸附在纖維表面，使纖維和紗線表面平滑，降低了相 互摩擦力。

(例：a.針織物編織前紗線過蠟（上柔軟劑、漿料添加物）； b.染色后進行柔軟整理，減少縫紉時針洞產(chǎn)生。)SSA的其他作用

1.抗靜電：用于滌綸等疏水性纖維的整理； 2.阻燃：提高LOI指數(shù)等等。六、常見表面活性劑及其在染整加工中的應(yīng)用（一）陰離子表面活性劑高級脂肪酸鹽類——肥皂，磺酸鹽類（ABS）烷基硫酸酯鹽類烷基磷酸酯鹽類胰加漂T（209洗滌劑），808洗滌劑高級脂肪酸鹽類——肥皂缺點：不耐硬水，（RCOO）2Ca↓或(RCOO)2Mg↓，粘輥筒，布身發(fā)硬，手感差。不耐酸，遇到強酸，生成RCOOH。還原染料染色后皂煮，肥皂5g/L+純堿2.5g/L；活性染料染色后皂煮，只用肥皂，活性染料不耐堿。肥皂粉將代替洗衣粉。——是環(huán)保型洗滌劑磺酸鹽類（ABS）（1）烷基苯磺酸鹽類基本原料為石油——直鏈烷基苯（十二烷基苯磺酸鈉）洗滌效果好，在酸、堿、硬水中穩(wěn)定，有較強的發(fā)泡能力和去污能力。對棉織物洗滌能力略次于肥皂，對毛織物洗滌效果比肥皂好。有一定的毒性。LD50=1.49，48hLD50=2.2mg/L，100%致死濃度為4.0g/L。與人體接觸較長時間，對皮膚有刺激。ABS是目前洗衣粉主要成分。精練劑、洗滌劑、染色助劑（2）烷基萘磺酸鹽類

拉開粉BX（NekalBX）：（雙）異丁基萘磺酸鈉

對酸、堿、硬水都較穩(wěn)定,有良好的潤濕、乳化和分散能力。

染色中用作潤濕劑和分散劑。（3）烷基磺酸鹽類（AS）

R—SO3Na(R：C14—C18)RH+2SO2+O2+H2O→RSO3H+H2SO4

R是直鏈，洗滌劑R是支鏈，滲透劑優(yōu)點：耐酸、堿、硬水，成本低，價格便宜，容易被生物降解。存在問題：磺化位置不固定，直鏈和支鏈都有，洗滌、潤濕效果都有一定，但都不是最好，去污力不如肥皂烷基硫酸酯鹽類ROSO4NaR：C12十二烷基硫酸酯鈉，月桂醇硫酸酯鈉SDS或SLS+十二醇-------發(fā)泡劑例：Wettingagent蓖麻油硫酸酯鈉鹽。CH3-(CH2)5-CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COONa

O—SO3Na耐硬水，耐酸，但遇強酸也要水解。良好的凈洗和乳化能力烷基磷酸酯鹽類磷酸單酯鹽類磷酸雙酯鹽類磷酸三酯鹽類

有優(yōu)良的分散、滲透洗滌性能，起泡力小，耐堿、耐高溫、耐還原劑、氧化劑，應(yīng)用于棉、T/C高溫煮練。胰加漂T（IgeponT）209洗滌劑C17H33COCl+HN—CH2CH2SO3Na→（油酸氯）CH3（

N-甲基牛膽酸）C17H33CON—CH2CH2SO3NaCH3（胰加漂T）引入磺酸基，克服了硫酸酯遇強酸水解缺點，凈洗效果更好，耐硬水，耐酸。（二）陽離子型SAA——胺鹽、季銨鹽兩類柔軟劑、勻染劑、防水劑、抗菌劑

1227、1631、1831，

CH3CH3C16H33—N+—CH3·

Cl-

C16H33—N+—CH2—Cl-CH3CH3（三）兩性SAA兩性表面活性劑主要是指同時兼有陰離子性和陽離子性，在等電點以上和以下的水溶液中，分別表現(xiàn)出陰離子和陽離子表面活性劑的性能，而在其等電點的水溶液中，則表現(xiàn)出非離子表面活性劑的性能。兩性表面活性劑分子的陰離子部分羧酸鹽基團，陽離子部分胺鹽——氨基羧酸型兩性表面活性劑；陽離子部分季銨鹽——甜菜堿型兩性表面活性劑。兩性表面活性劑毒性低、刺激性小、生物降解性好，能與任何表面活性劑配伍，又有很好的乳化、滲透、洗滌、殺菌等性能。在染整加工中用作柔軟劑、抗靜電劑、金屬絡(luò)合染料的勻染劑等。(四)非離子型SAA

在前處理和染色中，主要用陰離子、非離子型SAA。1.聚乙二醇(聚氧乙烯、聚環(huán)氧乙烷)型EthyleneOxideEORXH+nEO→RX—（CH2CH2O）nHROH、RNH2、

RCOOH

1）潤濕劑（滲透劑）JFCC7-9H15-19O（CH2CH2O）5HJFC,作為退漿,精練,漂白的潤濕,滲透劑。2）平平加O（PeregalO）、

勻染劑O、勻染劑102

C18H35-37O（CH2CH2O)nH平平加OC12H25O（CH2CH2O)22H勻染劑OC12-18H25-37O(CH2CH2O)25-30H勻染劑102平平加O-30、25、20、15、10R—O（EO）nH勻染、乳化、潤濕、擴散作用。3)TX-10(TritonX-10)[TX-3,5,7,18系列]C8-9H17-19—Ph—O（CH2CH2O)10H凈洗劑、潤濕劑、乳化劑。4)勻染劑AC

CH2CH2(CH2CH2O)nH4R-NH2

+（n+1）EO→RN—CH2CH2(CH2CH2O)nH蛋白質(zhì)纖維保護劑2.多元醇甘油、季戊四醇、山梨糖醇、失水山梨糖醇。兩種類型：Span（司本），水溶性小，W/O乳化劑；Tween（吐溫）,水溶性大，O/W乳化劑。七、SAA的化學結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系（一）SAA的親水和疏水性能1.親疏平衡值HLB離子型表面活性劑的HLB值在1～40之間，非離子型表面活性劑的HLB值在0～20之間，數(shù)值越大表示親水性越強，數(shù)值越小表示疏水性越強。hydrophilichydrophobiclipophilic對于聚乙二醇和多元醇類非離子表面活性劑1.HLB=（E/5）×100E：氧乙烯基（C2H4O）質(zhì)量分數(shù)2.HLB＝聚乙二醇相對分子質(zhì)量×20÷表面活性劑相對分子質(zhì)量親疏平衡值HLB計算公式：對于離子型表面活性劑（復(fù)雜）把表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)分解成為一些獨立的基團，由于每個基團的親水、疏水能力各不相同，它們對HLB值均有各自的貢獻，通過實驗先測定各個基團對HLB值的貢獻能力并換算成標準數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被稱作“基團數(shù)”。其中親水基的基團數(shù)為正值，疏水基的基團數(shù)為負值，計算某一表面活性劑的HLB值時，只需將與之有關(guān)的各基團數(shù)代入下式：

HLB＝∑（親水基基團數(shù)）＋∑（疏水基基團數(shù)）＋72.HLB值與性能關(guān)系HLB1.5-33.5-67-9用途消泡劑W/O乳化劑潤濕劑8-1813-1515-18O/W乳化劑洗滌劑增溶劑(二)SAA疏水基團的結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系1.疏水基團強弱脂肪類（石蠟烴＞烯烴）＞帶脂肪鏈的芳香類＞芳香類＞帶弱親水基者2.親者相近(三)SAA分子結(jié)構(gòu)和相對分子重量與性能間的關(guān)系親水性位置在一端，洗滌性好；在中間，潤濕性好直鏈，洗滌、乳化好；支鏈,潤濕性好分子量比較小,作為潤濕、滲透劑為宜；分子量比較大,作為洗滌、乳化、分散劑為宜。八、SAA的安全性及其生物降解清潔生產(chǎn)—節(jié)能、降耗、減污、增效1.安全性急性毒性、魚毒性、水生微生物及藻類毒性半致死量LD50g/kg魚毒性ECO50mg/L——1～100mg/L陽離子表面活性劑LD50約為0.2~2.0g/kg，毒性最強；陰離子表面活性劑的LD50約為１～３g/kg；非離子表面活性劑為LD50１０～５０ｇ／ｋｇ，毒性最小，但隨聚氧乙烯鏈的增加,毒性也增加。對皮膚刺激性和對粘膜損傷表面活性劑對皮膚的刺激性和對粘膜的損傷,與其毒性大體相當,陽離子型的作用大大超過陰離子型和非離子型．總的來說,長直鍵產(chǎn)品,其刺激性比短直鏈和有支鍵的小;合成洗滌劑（烷基苯磺酸鈉和烷基硫酸鈉）的刺激性比脂肪酸皂類大。非離子表面活性劑比較溫和。致畸性和變異性含氯有機物和含酚物質(zhì)會對動物造成畸形和致癌對水生物的毒性紡織助劑隨廢水排放造成的對魚類在內(nèi)的水生物有影響。三聚磷酸鈉等含磷無機物，會造成水質(zhì)“富營養(yǎng)性”而對水生物產(chǎn)生毒害。表面活性劑也會造成對魚在內(nèi)的水生物有害影響，除了毒性以外，表面活性劑使水的表面張力下降，若達到５0ｍＮ／ｍ時，水生物就很難生存。2.生物降解性分初級降解、次級降解、完全降解三個步驟。表面活性劑的生物降解性是指表面活性劑能被微生物氧化分解,最終生成二氧化碳、水和無機元素,使之成為完全無害的物質(zhì)。脂肪皂類的生物降解最快，可以遵從脂肪酸的氧化法則，即每次減少兩個碳原子，直至最后生成CO2與H2O。ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2…ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2CＯＯＨ→…→ＣＯ2＋Ｈ2O表面活性劑化學結(jié)構(gòu)與生物降解的關(guān)系是：對于碳鏈疏水基，直鏈較支鏈易于生物降解；對于非離子表面活性劑中的聚氧乙烯鏈，鏈越長，越不易生物降解。陰離子表面活性劑中，羧酸基最容易分解，磺酸基和硫酸基需細菌參與才能完全分解，需時較長。而磷酸酯類表面活性劑的生物降解要比硫酸酯和碳酸鹽容易。非離子表面活性劑的生物降解包括疏水碳鏈和聚氯乙烯部分，碳鏈降解規(guī)律基本上與陰離子表面活性劑相同，支鏈碳鏈則不易生物降解。氧乙烯單元數(shù)在１０以下者，生物降解速度無明顯差別；超過１０后，降解速度隨ＥＯ數(shù)增長而明顯減緩，這一規(guī)律也同樣適用于烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解。脂肪醇聚氧乙烯酸的生物降解情況比較好，是非離子表面活性劑的環(huán)保助劑可考慮的品種。九、綠色表面活性劑烷基多糖苷類表面活性劑APG是一淀粉或葡萄糖和天然脂肪醇為原料綠色表面活性劑，無毒、無刺激、生物降解快而徹底。烷基葡萄糖酰胺MEGA醇醚羧酸鹽AEC作業(yè):1-4,1-5,1-7,1-8,1-94.在實際測定液體在固體上的接觸角時為什么要確保表面的潔凈？答：如果固體表面不潔凈，被另一種液體（l`）污染，使測定不出真實的γsl、γsg，（而是γ’sl和γ’sg，）根據(jù)揚氏式計算出θ角不是潔凈固體上的接觸角γsg–γsl=γlgcosθ

cosθ=(γsg-γsl）/γlg如果固體表面不潔凈，被另一種固體（s`）污染，根據(jù)不均勻固體表面接觸角計算式cosθ=Xacosθ+XbcosθXa、Xb—表面積分數(shù)θ角也不是潔凈固體上的接觸角5.采用一些特殊手段在纖維(如聚酯纖維)表面形成微小的刻蝕后為什么也就可以提高水對該纖維的潤濕性能？答：固體表面的粗糙化會增加其真實的表面積。以r來表示粗糙化固體表面的真實面積與表觀面積之比，叫做粗糙因子。在這種情況下，揚氏式可以寫成r（γsg–γsl）=γlgcosθ′式中：θ′粗糙表面上接觸角r=cosθ′/cosθr＞1，θ＜900，θ′變小，易潤濕，也就是提高水對該纖維的潤濕性能。7