染整用水和表面活性劑

關(guān)于染整用水和表面活性劑第1頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

§2-1染整用水背景：染廠在染整加工中用水量很大，平均每生產(chǎn)1000m印染布約耗水20t左右。從煮練、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。第2頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五一、水質(zhì)及其對(duì)紡織品染整加工的影響

(一)水的硬度1.暫時(shí)硬度

水中含有鈣、鎂的酸式碳酸鹽，這種水稱為暫時(shí)硬水。其硬度稱為暫時(shí)硬度

Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2↑2.永久硬度

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，其硬度稱永久硬度。須經(jīng)化學(xué)處理才能除去。水的硬度＝暫時(shí)硬度＋永久硬度水的硬度表示方法:

1升水中所含的鈣、鎂鹽換算成碳酸鈣的毫克數(shù)第3頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五(二)水質(zhì)對(duì)染整加工方面的影響1.對(duì)皂煮的影響

肥皂與水中的鈣、鎂離子會(huì)生成不溶性鈣皂、鎂皂沉積在織物上。2.對(duì)漂白的影響

漂白時(shí)起催化作用，引起纖維的脆損和織物發(fā)黃。3.對(duì)染色的影響

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(dǎo)致染色不勻和染化料浪費(fèi)。4.對(duì)鍋爐用水的影響鍋爐用水會(huì)產(chǎn)生水垢，降低熱傳導(dǎo)率，浪費(fèi)能源，甚至發(fā)生爆炸事故。第4頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五二、染整加工對(duì)水質(zhì)的要求1.無色、無臭、透明；2.pH值6.5～7.4；3.鐵、錳鹽的含量不超過0.1mg/L；4.水的硬度視具體要求而定：

煮練、染色、印花、皂洗宜采用軟水。鍋爐用水要用極軟水。一般水洗可用硬水。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五三、水的軟化㈠軟水劑軟化法：1、石灰、純堿沉淀法：

Na2CO3＋Ca2+(Mg2+)→

CaCO3(MgCO3)↓＋2Na+2、絡(luò)合法：

Na4[Na2（PO3）6]+Ca2+→

Na4[Ca（PO3）6]＋2Na+

第6頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

㈡離子交換樹脂軟化法：離子交換樹脂中的活性基團(tuán)上的離子能夠與水溶液里的同性離子發(fā)生交換作用，而去除水中的鈣鎂離子R-SO3H

R-SO3-+H+

2R-SO3-+Ca2+→（R-SO3）2Ca2R-SO3-+Mg2+→（R-SO3）2Mg第7頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五§2-2表面活性劑一、表面活性劑的基本知識(shí)二、表面活性劑的基本作用三、表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能第8頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五一、表面活性劑的基本知識(shí)㈠表面張力、表面活性與表面活性劑

1.表面張力—是垂直通過液體表面上任一單位長(zhǎng)度、與液面相切并使液面收縮的力。

圖2-1分子在液體內(nèi)部和表面所受吸引力場(chǎng)不同圖1－2液體的表面張力第9頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

2.表面活性—能使溶劑表面張力降低的性質(zhì)。3.表面活性劑—加入很少量時(shí)就能顯著降低溶劑的表面張力(或界面張力)，并改變體系的表面或界面狀態(tài)(從而產(chǎn)生潤(rùn)濕、乳化、分散、增溶、起泡、消泡、洗滌等一系列作用)的物質(zhì)稱為表面活性劑。圖2-2各類物質(zhì)水溶液的表面張力

第10頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五㈡表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征：疏水部分親水基圖2-3表面活性劑結(jié)構(gòu)特征如肥皂：

CH3-CH2-CH2-----COO-Na+(其中C原子數(shù)在8-20)第11頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五圖2-4表面活性劑溶液的膠團(tuán)化過程

1.界面吸附—引起溶液表面張力降低。

2.膠團(tuán)化—表面活性劑在溶液中會(huì)從單體締合成為膠態(tài)聚集物。

臨界膠束濃度—表面活性劑形成膠束時(shí)的最低濃度，也是溶液的表面張力降低到最低時(shí)的濃度。

在臨界膠束濃度時(shí)許多性質(zhì)發(fā)生突變，如表面張力、電導(dǎo)率、滲透壓和洗滌作用。

㈢表面活性劑溶液的性質(zhì)第12頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五二、表面活性劑的基本作用圖2–6接觸角與界面張力之間的關(guān)系㈠潤(rùn)濕和滲透作用

1.潤(rùn)濕作用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(rùn)濕作用。

表面活性劑之所以具有潤(rùn)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力的緣故。第13頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五在氣（V）、液（L）、固（S）三相交界點(diǎn)，氣-液與氣-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用表示。接觸角第14頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五圖2–6接觸角與界面張力之間的關(guān)系潤(rùn)濕方程第15頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五θ＝０°時(shí)，液滴在固體表面鋪展，稱為完全潤(rùn)濕；θ＝１８０°時(shí)，液滴呈球狀，稱為完全不潤(rùn)濕；０°<θ<９０°時(shí)，液滴在固體表面上呈凸透鏡狀，稱為潤(rùn)濕；θ>９０°時(shí)，稱不潤(rùn)濕。A、固體表面張力

為一常數(shù)，由固體的種類決定。B、當(dāng)水中加入表面活性劑，水的表面張力顯著下降，固－液界面張力降低。從潤(rùn)濕方程可以看出，這將使θ減小，故能顯著提高對(duì)固體的潤(rùn)濕性。(潤(rùn)濕方程

)第16頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五為什么棉坯布的潤(rùn)濕性能差？第17頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五2.滲透作用—對(duì)多孔體系固體的潤(rùn)濕P=2

·

cosθ/r

當(dāng)θ<90°時(shí)，cosθ>0，上升壓力P為正，且隨毛細(xì)管半徑下降而增大。

對(duì)織物來說，只要能產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕，液體便能通過相互貫通的毛細(xì)管自動(dòng)發(fā)生滲透作用，從而有利于染整加工的進(jìn)行。

潤(rùn)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，因而潤(rùn)濕劑也可稱為滲透劑。

在紡織品毛細(xì)管中的上升壓力與表面張力的關(guān)系為：第18頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五㈡乳化和分散作用1.乳化作用

使一種液體以極細(xì)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，稱為乳化作用。

水包油型(油/水型)，以Ｏ/Ｗ表示；乳液的類型油包水型(水/油型)，以Ｗ/Ｏ表示。圖2–7肥皂作乳化劑時(shí)的乳液情況

第19頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五2.分散作用

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。

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?jǐn)嚢璩?xì)染料粒子后能“溶解”于水，形成穩(wěn)定的懸浮液。染料粒子沉淀分散劑增溶穩(wěn)定分散液圖2-8分散作用過程第20頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五圖2-9增溶作用的方式示意增溶于膠束內(nèi)核增溶在“柵欄”處增溶在膠束表面增溶在極性基之間a.非極性有機(jī)化合物的加溶；b.長(zhǎng)鏈的醇、胺等極性有機(jī)兩親分子加溶；c.既不溶于水又不溶于油的小分子極性化合物的加溶；d.非極性有機(jī)物還可加溶于聚氧乙烯醚的外殼之中。㈢增溶作用

具有能使不溶或微溶于水的有機(jī)化合物的溶解度顯著增大的能力，且溶液呈透明狀的作用。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五（四）洗滌作用自固體(又稱為基體)表面上去除污垢的過程。它包括機(jī)械作用及表面化學(xué)的作用（潤(rùn)濕、乳化、分散、增溶等作用）。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五1.洗滌機(jī)理圖2-10固體污垢的去除機(jī)理平衡時(shí)滿足下列關(guān)系:gso=

gsw

-gwocos

使gwo和gsw降低，而gso未變。為維持新的平衡，-cosθ值必須增大，即接觸角θ從＜90°變?yōu)椋?0°。在某種適宜條件下，接觸角接近180°，即洗滌劑幾乎完全潤(rùn)濕固體表面時(shí)，油污膜變?yōu)橛椭樽孕忻撾x。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五2.洗滌過程①基體—污垢+洗滌劑基體—洗滌劑+污垢—洗滌劑②再籍機(jī)械力將它們分離；通過乳化、分散、增溶，防止污垢再沾污，被清洗去除。圖2-11污垢卷離過程示意第24頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五圖2-12洗滌劑的防止再沾污過程

洗滌過程是一個(gè)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，一種優(yōu)良的洗滌劑應(yīng)具備兩種作用：

A、降低污垢與織物表面的結(jié)合力，具有使污垢脫離織物表面的能力；

B、是具有防止污垢再沉積的能力。第25頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五(五)其他作用1.柔軟作用

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(jìn)行柔軟整理，減少縫紉時(shí)針洞產(chǎn)生；

c.羊毛的仿羊絨整理。2.抗靜電作用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。

第26頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五3、起泡和消泡作用第27頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五(一)

表面活性劑的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

非離子型；2.按應(yīng)用分：紡織助劑、印染助劑等等。3.按用途分：潤(rùn)濕、滲透、乳化、分散、增溶、洗滌等等。三、表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能第28頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五1.陰離子表面活性劑⑴

羧酸鹽類①脂肪羧酸鹽結(jié)構(gòu)通式為R-COONa②烷基酰胺羧酸鹽C17H33CO(NR1CR2HCO)n-ONa

或C17H33CONR1H(CONR2H)nCOONa③烷基醚羧酸鹽R(OCH2CH2)nOCH2COONa⑵

硫酸酯鹽①脂肪醇硫酸鹽ROSO3-M+

②仲烷基硫酸鹽R1C(R2)HOSO3Na

③

硫酸化油(二)

常用表面活性劑（乳化、擴(kuò)散、滲透、洗滌）第29頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

⑶

磺酸鹽類

①烷基磺酸鈉

R-SO3Na(R=CnH2n+1,n=15～20)②

烷基苯磺酸鈉

③

烷基萘磺酸鹽

如雙異丁基萘磺酸鈉(拉開粉BX)：

（4）

磷酸酯類：

第30頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五2.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。

⑴烷基銨鹽類⑵季銨鹽類3.非離子表面活性劑⑴聚乙二醇型非離子表面活性劑R-(OCH2CH2)n-OH，其中R=C10～C18

⑵

烷基酚聚氧乙烯醚的結(jié)構(gòu)通式為：第31頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

３.親疏平衡值(HLB)與性能間的關(guān)系

疏水基的分子量愈大，疏水性愈強(qiáng)、水溶性愈差；但親水基分子量大的，則不一定親水性大(除非離子表面活性劑)。

非離子表面活性劑的HLB值：

完全疏水的石蠟，HLB=0；完全親水的聚乙二醇，HLB=20，所以聚乙二醇型表面活性劑的HLB值介于0～20。第32頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五

親疏平衡值與性能間的關(guān)系如下圖：18515110HLB用途15～18增溶劑13～15洗滌劑8～18油/水型的乳化劑7～9潤(rùn)濕劑

3.5～6水/油型的乳化劑1.5～3消泡劑第33頁，共38頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)31分，星期五４.