第四章紡織助劑

1、2021-7-92021-7-9一、表面張力一、表面張力 2021-7-9界面界面：指兩相接觸的約：指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)幾個分子厚度的過渡區(qū)，若，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面表面。常見的常見的界面界面有：氣有：氣-液界面，氣液界面，氣-固界面，液固界面，液-液界面，液界面，液液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。2021-7-9（1 1）氣）氣- -液界面液界面2021-7-9（2 2）氣）氣- -固界面固界面2021-7-9（3 3）液）液- -液界面液界面2021-7-9（4 4）液）液- -固界面固界面2021-7-9（5 5）

2、固）固- -固界面固界面2021-7-9 表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同：表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同： 體相內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是體相內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是對對稱的稱的，各個方向的力彼此抵銷；，各個方向的力彼此抵銷； 但是處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相但是處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其相中物質(zhì)分子的作用，其作用力未必能相互抵銷作用力未必能相互抵銷，因此，界面層會顯示出一些獨特的性質(zhì)。因此，界面層會顯示出一些獨特

3、的性質(zhì)。2021-7-9液體及其蒸氣組成的表面：液體及其蒸氣組成的表面： 液體內(nèi)部分子所受的力可液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵銷，但以彼此抵銷，但表面分子受到表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力小分子的拉力小（因為氣相密度（因為氣相密度低），低），所以表面分子受到被拉所以表面分子受到被拉入體相的作用力入體相的作用力。表面張力：表面張力：作用于液體表面單位長度作用于液體表面單位長度 上使液體表面收縮的力上使液體表面收縮的力。 用用 表示表示，單位是單位是N Nm m-1-1也可以看成也可以看成增加單位表面積所需的功增加單位表面積所需的功（PaPam m-2-

4、2) )2021-7-9 將一含有一個活動邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動邊在下面。由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動的邊會被向上拉，掛一重物，金屬絲不再滑動。這時： 2Fl l 是滑動邊的長度，因膜有兩個是滑動邊的長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為面，所以邊界總長度為2l，就是就是作用于單位邊界上的表面張力作用于單位邊界上的表面張力。3、表面張力（、表面張力（surface tension）2021-7-9 如果在金屬線框中間系一線圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。 由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，所以線圈成任意形狀可在液膜上移動。 如

5、果刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側張力消失，外側表面張力立即將線圈繃成一個圓形，清楚的顯示出表面張力的存在。2021-7-9（1）分子間相互作用力的影響）分子間相互作用力的影響（3 3）溶質(zhì)的影響：）溶質(zhì)的影響：隨著溶質(zhì)性質(zhì)變化而變化。隨著溶質(zhì)性質(zhì)變化而變化。 對純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的化學鍵能的大小，一般化學鍵越強，表面張力越大。(金屬鍵金屬鍵) (離子鍵離子鍵)(極性共價極性共價鍵鍵)(非極性共價鍵非極性共價鍵)兩種液體間的界面張力，界于兩種液體表面張力之間。（2）溫度的影響：）溫度的影響：溫度升高，表面張力下降。溫度升高，表面張力下降。 n無機酸、堿、鹽等無機酸、堿、鹽等n

6、有機酸、醇、醛等有機酸、醇、醛等n肥皂、長鏈烷基磺酸鈉等肥皂、長鏈烷基磺酸鈉等(表面活性表面活性劑劑）2021-7-9 能使水的表面張力明顯降低的溶質(zhì)稱為能使水的表面張力明顯降低的溶質(zhì)稱為表面表面活性物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)。 這種物質(zhì)通常是含有這種物質(zhì)通常是含有親水的極性基團親水的極性基團和和憎水憎水的非極性碳鏈或碳環(huán)的非極性碳鏈或碳環(huán)有機化合物。親水基團進入有機化合物。親水基團進入水中，憎水基團企圖離開水而指向空氣，在界面水中，憎水基團企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。定向排列。 表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)的的表面濃度大于本體濃度，增表面濃度大于本體濃度，增加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈

7、大，加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大，表面活性也愈大。表面活性也愈大。1 1、表面活性物質(zhì)與非表面活性物質(zhì)、表面活性物質(zhì)與非表面活性物質(zhì)2021-7-92021-7-9 能使水的能使水的表面張力明顯升高表面張力明顯升高的溶質(zhì)稱為。如的溶質(zhì)稱為。如無機鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。無機鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。 這些物質(zhì)的離子有水合作用，趨向于把水分這些物質(zhì)的離子有水合作用，趨向于把水分子拖入水中，非表面活性物質(zhì)在子拖入水中，非表面活性物質(zhì)在表面的濃度低于表面的濃度低于在本體的濃度在本體的濃度。非表面活性物質(zhì)非表面活性物質(zhì)2021-7-9 根據(jù)實驗，脂肪酸在水中的濃度達到一定數(shù)值后，根據(jù)實驗，脂肪

8、酸在水中的濃度達到一定數(shù)值后，它在表面層中的濃度為一定值，與本體濃度無關，并它在表面層中的濃度為一定值，與本體濃度無關，并且和它的碳氫鏈的長度也無關。且和它的碳氫鏈的長度也無關。 這時，表面吸附已達到飽和。這時，表面吸附已達到飽和。脂肪酸分子合理的脂肪酸分子合理的排列排列是羧基向水，碳氫鏈向是羧基向水，碳氫鏈向空氣?？諝?。2021-7-9表面活性劑效率：表面活性劑效率： 使水的表面張力使水的表面張力明顯降低明顯降低所需要的所需要的表面活性劑的表面活性劑的濃度濃度。顯然，所需濃度愈低，表面活性劑的性能愈好。顯然，所需濃度愈低，表面活性劑的性能愈好。表面活性劑有效值：表面活性劑有效值： 能夠能夠把

9、水的表面張力降低到的最小值把水的表面張力降低到的最小值。顯然，能。顯然，能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。 表面活性劑的效率與有效值在數(shù)值上常常是相反表面活性劑的效率與有效值在數(shù)值上常常是相反的。例如，當?shù)?。例如，當憎水基團的鏈長憎水基團的鏈長增加時，效率提高而有增加時，效率提高而有效值降低。效值降低。2021-7-9 表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達一定濃度時，其表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達一定濃度時，其非極性部分會自相結合，形成聚集體，使憎水基向里、親水非極性部分會自相結合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種基向外，這

10、種多分子聚集體稱為膠束多分子聚集體稱為膠束。 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒、隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒、層狀或球狀等多種形狀。層狀或球狀等多種形狀。 2021-7-92021-7-92021-7-92021-7-92021-7-92021-7-9 表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束束。 這時溶液性質(zhì)與理想

11、性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度這時溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現(xiàn)轉折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張繪制的曲線上會出現(xiàn)轉折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。2021-7-9物理性質(zhì)在物理性質(zhì)在CMC處處發(fā)生突變，界面張發(fā)生突變，界面張力、電導率、滲透力、電導率、滲透壓、粘度、可溶性、壓、粘度、可溶性、去污力。去污力。n表面活性劑溶液，表面活性劑溶液，只有在其只有在其濃度稍濃度稍高于臨界膠束濃高于臨界膠束濃度時才

12、能充分發(fā)度時才能充分發(fā)揮作用揮作用。2021-7-9離子型非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑常用表面活性劑類型n陰離子型：潤濕、滲透、起泡、潤滑、陰離子型：潤濕、滲透、起泡、潤滑、洗滌洗滌n陽離子型：柔軟、抗靜電、防水、染色助劑、殺菌陽離子型：柔軟、抗靜電、防水、染色助劑、殺菌n兩性型：柔軟、潤滑、抗靜電、染色助劑、洗滌兩性型：柔軟、潤滑、抗靜電、染色助劑、洗滌n非離子：洗滌、分散、乳化、增溶、潤濕、發(fā)泡、抗靜電、殺菌非離子：洗滌、分散、乳化、增溶、潤濕、發(fā)泡、抗靜電、殺菌2021-7-9RCOONa羧酸鹽R-OSO3Na 硫酸酯鹽R-SO3Na磺酸鹽R-OPO3Na2磷酸酯鹽2021-

13、7-9R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 |R-N-HCl仲胺鹽 | H CH3 |R-N-HCl叔胺鹽 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH3 1、烷基、烷基胺鹽型胺鹽型2021-7-92021-7-92021-7-9NR2CH3R1CH3X -+R1=C12C18; R2=C12C18, CH3, 芐基芐基 X=Cl, Br可以做勻染劑與膠片抗靜電劑等可以做勻染劑與膠片抗靜電劑等芐基：苯甲基芐基：苯甲基十二烷基二甲基芐基氯化銨十二烷基二甲基芐基氯化銨2021-7-9抗靜電劑、抗靜電劑、柔軟劑、柔軟劑、緩染劑、緩染劑、固色劑固色劑、護法劑、護法劑、殺菌消毒殺菌消毒2021

14、-7-9NC12H25Br. ClNC14H33. 含吡啶環(huán) 含喹啉環(huán)2021-7-9RN(CH2)2CH2CH2N(CH2)2RCl2NRNRNN(CH2)nNCH2CH2CH3CH2NCl-Cl-2021-7-9R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜堿型 | CH3當當pHpH低于等電點時，多呈陽離子性；低于等電點時，多呈陽離子性；當當pHpH高于等電點時，多呈陰離子性高于等電點時，多呈陰離子性2021-7-92021-7-9NCH2COOCH3CH3CH3NCH2COOCH3CH3CH3+-2021-7-92021-7-9羧酸類甜菜堿型羧酸類甜菜

15、堿型磺酸類甜菜堿型磺酸類甜菜堿型氨基羧酸型氨基羧酸型-+NCOONSO3+-+NH2COONCH2COOCH3RCH3+-2021-7-9R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚OP一型 R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚2021-7-92021-7-9CCOCCOCCOCOCCOCCOOOCCOCCO非水溶劑中非水溶劑中水溶液中水溶液中2021-7-92021-7-9結構：結構： R-COOCH2C(CH2OH)3由含有多個羥基的多元醇與脂肪

16、酸進行脂化由含有多個羥基的多元醇與脂肪酸進行脂化而生成的脂類；而生成的脂類；多元醇型非離子表面活性劑多元醇型非離子表面活性劑1、甘油的脂肪酸酯、甘油的脂肪酸酯2、季戊四醇的脂肪酸酯、季戊四醇的脂肪酸酯3、山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯、山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯4、蔗糖脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯5、醇胺類的脂肪酸酯、醇胺類的脂肪酸酯6、烷基糖苷及其它、烷基糖苷及其它2021-7-9 R-COOCH2C(CH2OH)32021-7-9一.潤濕作用 n 二.起泡作用 四.分散乳化作用三.增溶作用 六.洗滌作用 n五、柔軟和平滑作用2021-7-9 表面活性劑可以降低液體表面活性劑可以降低液體表面張力表

17、面張力，改變，改變接觸角接觸角的大的大小，從而達到所需的目的。小，從而達到所需的目的。 一種液體能否在另一種不互溶一種液體能否在另一種不互溶的液體上的液體上鋪展鋪展，取決于，取決于兩種液體本身的兩種液體本身的表面張力表面張力和兩種液體之間的和兩種液體之間的界面張力界面張力。 一般說，鋪展后，一般說，鋪展后，表面自由能下降表面自由能下降，則這種鋪展，則這種鋪展是自是自發(fā)的發(fā)的。 大多數(shù)表面自由能較低的有機物可以在表面自由能較大多數(shù)表面自由能較低的有機物可以在表面自由能較高的水面上鋪展。高的水面上鋪展。等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單

18、位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面。氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面。鋪展鋪展表界面張力表界面張力接觸角接觸角nP184 若接觸角大于90，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角小于90，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。nP1842021-7-9n凡是能促進液體表面潤濕的物質(zhì)，也能促進其向織物內(nèi)部滲透。n為了滿足潤濕條件，可以有下面兩種方法：其一是設法提高固體的表面張力。 固體表面清洗干凈，脫臘。其二是設法降低液體的表面張力 使用表面活性劑。2021-7-92021-7-9三.增溶作用 非極性有機物如苯在水溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。四.分散乳化作用 兩種互不相溶的液體，其中一相一極細的液滴均勻地分散于另一相中，形成乳狀液，這種作用稱