第二章

水和表面活性劑第1節(jié)

染整用水水中的雜質類型水對染整加工的影響軟化劑軟化法

沉淀法

絡合法離子交換軟化法一、水中的雜質類型（一）水中的雜質類型水的一般來源為雨水、地表水、淺地下水和深地下水。雨水為地表水的主要來源。地表水

有較多的懸濁物淺地下水主要有淺泉水和深度為15m以內的井水組成。一般不含懸浮狀質，但往往含有有機類雜質。深地下水基本不含有機雜質，但往往含有可溶性無機雜質。1.水的硬度暫時硬度主要是鈣、鎂的酸式碳酸鹽可加熱除去永久硬度鈣、鎂的硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物永久硬度又叫做非碳酸鹽濃度必須用化學方法除去總硬度上述之和

2.堿度

碳酸鈉等堿性物質

不會同時存在永久硬度3.硬度表示

1L水中所含的鈣、鎂鹽換算成碳酸鈣的毫克數，以mg/L表示

(二）染整用水要求

（三）水中雜質對染整工藝的影響1.棉煮煉：鈣、鎂，沉淀、浪費燒堿、織物鈣斑氯漂：銅、鐵等重金屬離子

加速次氯酸鈉的分解，織物脆損雙氧水：銅、錳、鐵等離子

催化

氧化脆損2.真絲精練

硬度偏高

出水不清、白霧、手感差3.錦綸精練金屬離子吸附而泛黃漂洗色度、純凈度差的漂后織物發(fā)黃4.肥皂不溶性鈣、鎂皂，浪費肥皂，斑漬沾污5.染色鈣、鎂染料和助劑沉淀，染色不勻、鮮艷度下降、影響色深，沾污織物、產生色斑活性染料鐵、銅等金屬離子，色變和溶解度降低6.柔軟劑含硬脂酸的鈣、鎂的不溶性沉積物

二、水的軟化（一）軟化劑軟化法純堿、磷酸三鈉或六偏磷酸鈉、乙二胺四乙酸等化學藥品鈣、鎂等離子沉淀鈣、鎂等離子鰲合，可溶性絡合物

1.沉淀法石灰－純堿水軟化法

鈣、鎂離子碳酸鹽

處理后，水中至少含有30mg/L的碳酸鈣和10mg/L的氫氧化鎂，軟化程度不高也可以去除鐵離子和錳離子。磷酸三鈉

鈣、鎂離子磷酸鹽

軟化效果好2.絡合法多聚磷酸鈉

水溶性絡合物

，小于70℃

有軟化作用胺的醋酸衍生物

鈣、鎂離子及銅、鐵離子生成水溶性絡合物，穩(wěn)定性非常好，成本較高（二）離子交換樹脂法苯乙烯和對苯二乙烯基苯合成的體型網狀高聚物分子結構含酸性基和堿性基等化學活性基團活性集團上的離子與水溶液的同性離子發(fā)生交換作用

1.陽離子交換樹脂含有活潑的酸性基，與水溶液中的陽離子交換常用的有磺酸型強酸性陽離子交換樹脂和羧酸型弱酸性陽離子交換樹脂

2.陰離子交換樹脂含有活潑的堿性基，與水溶液中的陰離子交換常用的有季銨型強堿性陰離子交換樹脂和伯銨型弱堿性陰離子交換樹脂

3.軟化鈣、鎂、鉀、鈉、鐵、銅、鋁、錳等陽離子氯化物、硫酸根、碳酸根等陰離子先陽離子交換塔，再陰離子交換塔4.樹脂再生陰離子交換樹脂

4%的燒堿溶液陽離子交換樹脂

4%的鹽酸溶液第2節(jié)表面活性劑一、表面張力任何自然狀態(tài)下的液體都有自發(fā)地減少其自身表面積的趨勢，表面積減少是降低其自身狀態(tài)能量的有效途徑。1.產生原因液體分子之間存在著相互吸引力，液體內部所有分子所受到的合力為零。液體表面分子，由于表面以外氣相中的分子密度相對很小，分子受到來自氣相的吸引力遠比來自液體內部分子的吸引力小。表面分子受到垂直于液體表面且指向液體內部的合力。2.定義液體表面分子受到的垂直于表面且指向液體內部的合力使表面分子有沿此力向內收縮的自然趨勢，由此產生的與液面相切的收縮液面的力，就是液體的表面張力。

F=2γl式中λ是液體的表面張力系數，簡稱表面張力，常用單位為mN/m

表面張力實際上是液體與其所接觸的氣體之間的界面張力。任何兩種不同物質向接觸的界面都存在著界面張力不同的液體物質具有不同的表面張力

二、表面活性劑1.表面活性在溶液中溶解另外的物質即形成溶液，溶質的介入往往可以明顯改變液體原有的表面張力。溶質使溶劑表面張力降低，并改變體系的表面或界面狀態(tài)的性質，叫做溶質的表面活性。具有表面活性的物質稱為表面活性劑（1）較低濃度，表面張力隨濃度增加急劇下降（2）濃度增加，逐漸下降（3）濃度增加，稍有上升2.表面活性劑結構共同特征：分子由極性不同的兩部分結構組成，即兩親化合物極性弱而非極性強的部分呈現疏水性，稱為疏水基或憎水基極性強而非極性弱的部分呈現親水性，稱為親水基疏水基一般由羥基組成親水基則由各種極性集團組成，種類較多表面活性劑的親水性基團分為：陰離子型、陽離子型、兩極型和非離子型其分類一般按親水基團的電荷性質進行

3.水中存在狀態(tài)“親者相近、疏者相斥”的原理界面表面活性劑親水基團與水接觸，疏水基團則垂直于水面且指向水面的外側

（1）臨界膠束濃度(CMC）與水表面張力達到最低值所對應的表面活性劑濃度CMC為一狹窄的濃度范圍在超過CMC后，溶液性能和性質會發(fā)生突變

（2）膠束或膠團在濃度超過CMC后，過量的活性劑分子形成聚集體在界面上發(fā)生定向吸附和在溶液中形成膠束是表面活性劑的最重要的特性膠束的形狀類型很多原因：減少疏水性基團與水的接觸面積形狀與濃度及分子外觀構型有關小于臨界膠束濃度10倍一般為球形

三、表面活性劑的潤濕和滲透作用液體對固體的潤濕過程實際上是液體取代固體表面氣體的過程或界面取代過程——以液/固和液/氣界面取代氣/固界面可分為三類：沾濕、浸濕和鋪展沾濕：與固體接觸的氣體被液體取代浸濕：氣/固界面完全被液/固界面取代鋪展：液體與固體表面接觸后液體自動在固體表面展開并排擠掉原有氣體潤濕程度

(1)接觸角在液相、固相和氣相三相交點處液滴切線與固體平面之間的夾角，它為液體與固體表面的接觸角，反映潤濕程度高低(2)接觸角滯后現象由于固體表面的不均勻性和不平整性，液/固界面與氣/固界面所形成的接觸角不同前進角：液/固界面取代氣/固界面所形成的接觸角后退角：氣/固界面取代液/固界面所形成的接觸角一般情況下前進角大于后退角(3)對紡織品的應用表面活性劑的加入可以降低水溶液與纖維之間的截面張力和水溶液自身的表面張力，促進水溶液在纖維表面的鋪展，對提高纖維潤濕性能起積極作用。對紡織品內部纖維表面的潤濕實際上是一個滲透過程，二者無本質的區(qū)別，潤濕作用在物體表面，滲透作用在物體內部。紗線和織物內部有許多纖維形成的毛細孔道，加工溶液必須穿過這些孔道才能對內部纖維表面進行潤濕紡織品有相當大的比表面積，實際潤濕過程很難達到平衡實踐中要考慮潤濕速度，這要求潤濕劑有足夠的擴散速度和單分子濃度，及較高的CMC值四、表面活性劑的乳化、分散和增溶作用1.乳化作用一種液體以微小的液滴均勻分散在另一種與其不相溶的液體中所形成的分散體系叫做乳狀液，這種作用叫乳化作用。表面活性劑在互不相溶的兩種液體之間發(fā)生了定向吸附，降低了兩種物質之間的表面張力

水包油型（油/水型、O/W型）：油相以非連續(xù)的油滴分散在連續(xù)的水相中，油相叫分散相或內相，水相叫分散介質或外相油包水型（水/油型、W/O型）：水相以非連續(xù)的水滴分散在連續(xù)的油相中，水相叫分散相或內相，油相叫叫分散介質或外相

泡沫印花2.分散作用固體以微小的顆粒均勻分散在液體所形成的分散體系叫分散液或懸浮液，這種作用叫分散作用內相（分散相）為固體，外相（連續(xù)相）液體作用機理與乳化相似3.增溶作用當水中的表面活性劑濃度超過其臨界膠束濃度以后，不溶或微溶于水有機物質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”。增溶以分子聚集體加入，溶解是溶質分散成分子或離子五、表面活性劑的去污作用（一）污垢及其性能污垢是指吸附于基質表面，可改變清潔外觀及質感特性的、不受人們歡迎的物質?？煞譃橛托晕酃?、固體污垢和特殊污垢

1.污垢與纖維的結合力（1）化學結合

極性污垢

纖維上的極性集團

氫鍵或離子鍵非極性污垢

范德華力化學處理如：染料、羊脂、棉蠟、絲膠

（2）靜電力結合靜電引力如炭黑、鐵銹（正電）纖維素（負電）多價陽離子橋污垢（負電）——多價金屬離子（正電）——纖維（負電）去除較困難（3）機械結合固體塵土在纖維上的粘附比靜電引力和化學結合弱纖維表面粗糙度越大，結合力越大污垢粒子越小，結合力越大

（4）油性結合油污日常生活常見2.污垢種類（1）油性污垢動、植物油和礦物油，脂肪、蠟質如皮脂（2）固體污垢硅質：塵土、泥等碳質：煙塵、炭黑及鐵銹等油性污垢和固體污垢同時存在（3）特殊污垢蛋白質、淀粉、血跡、生活調味品等（二）洗滌的基本過程纖維·污垢＋表面活性劑←→纖維·表面活性劑＋污垢·表面活性劑洗滌過程：洗滌劑與污垢、污垢與固體表面之間發(fā)生一系列物理化學作用，借助機械作用，使污垢從織物表面脫離下來，分散、懸浮在水溶液中，經漂洗除去是一個可逆過程（1）活性劑界面吸附（2）污垢潤濕和滲透，活性劑滲透到污垢與纖維之間（3）污垢與纖維結合力降低，污垢脫落（4）污垢乳化分散成為穩(wěn)定體系，并進入洗滌劑的膠束中

（三）油性污垢去除油性污垢大體以一的厚度鋪展在表面通過潤濕作用，表面活性劑分子在水

/油和水/固界面發(fā)生定向吸附，增大了油滴的接觸角

脫落過程實際上類似一個“卷縮”的過程在凈化過程中，機械作用有助于雜質從固體表面脫落油類雜質在表面活性劑和機械力的作用下，乳化分散在處理液中乳化分散體系要保持穩(wěn)定，防止在沾污同時的增溶作用，加強了凈化效果。（四）固體污垢去除通過分子間作用力以一些點與表面接觸、粘附只要顯著降低其在固體表面粘附力，就可以去除水可以使粘附力大大降低，使纖維膨化，微粒與纖維表面的距離增大，附著力降低?；钚詣┘涌鞚櫇袼俣扔袡C固體污垢，活性劑促進滲入，使污垢發(fā)生溶脹、軟化，機械作用脫落，乳化去除陰離子：可以減弱污垢與纖維之間的靜電結合力，不易再沾污陽離子：不能減弱靜電吸引力，使纖維更易吸附污垢非離子：不能明顯減弱靜電結合力，防止再沾污，其膠束增溶作用明顯。必須有機械作用協助

（五）混合污垢實際污垢多為固體污垢和油性污垢的混合物。固體污垢通常被油性污垢去除，固體污垢隨油性污垢的去除而去除

六、起泡和消泡作用氣體分散在液體中的狀態(tài)稱為氣泡許多氣泡相互結合在一起，彼此之間以很薄的液膜隔開，稱為泡沫。絕對純凈的液體不會產生泡沫表面活性劑水溶液為典型的易產生泡沫的體系氣泡表面定向吸附表面活性劑分子，到一定濃度，氣泡壁變得堅固。表面活性劑使表面張力下降，增加氣－液接觸面，氣泡不易合并空氣中的氣泡具有雙層活性劑分子

消泡就是泡沫穩(wěn)定化的過程利用：去污不利：染色和印花疵病消泡：破泡抑泡

第3節(jié)

常見表面活性劑染整加工主要應用陰離子、陽離子和非離子表面活性劑可用作潤濕劑、滲透劑、乳化劑、分散劑、勻染劑、柔軟劑、洗滌劑、固色劑、整理劑等是染整加工助劑的主要成分

一、表面活性劑分類1.按離子類型分類能電離生成活性作用的離子基團稱為離子型表面活性劑陰離子：洗滌劑、滲透劑、潤濕劑、乳化劑、分散劑等陽離子：柔軟劑、勻染劑、防水劑、固色劑、抗靜電劑等雙性：柔軟劑、勻染劑、抗靜電劑等非離子：勻染劑、乳化劑、分散劑等2.按用途分類潤濕劑、滲透劑、乳化劑、分散劑、勻染劑、柔軟劑、洗滌劑、固色劑、整理劑等

二、表面活性劑的一般性質1.溶解度一定溫度下，溶解度隨著疏水基的相對增大而降低離子型的隨溫度升高而增大，至一定溫度后，溶解度增加很快非離子型的，一般在低溫時易溶，慢慢加熱表面活性劑水溶液，當溶液由透明變?yōu)闇啙釙r的溫度，稱為該表面活性劑的濁點

2.酸、堿穩(wěn)定性陰離子型：在強酸液中不穩(wěn)定，羧酸皂易析出游離酸，硫酸酯鹽易水解；堿液中穩(wěn)定陽離子型：銨鹽類堿液易析出游離氨，在酸性中穩(wěn)定；季銨鹽耐酸、堿性較好非離子型：一般在酸、堿中穩(wěn)定，但個別品種除外兩性型：易受pH值變化改變性質3.親水和疏水性能表面活性劑分子中親水基團和疏水基團各自的親水和疏水性能決定著整體分子的親水和疏水性能。親水性強，非極性弱，溶解性好，表面活性不好親水性弱，非極性強，溶解性差，表面活性不好二者應該是一種平衡美國ATLAS機構提出親疏平衡值——HLB值，反映之間的平衡關系格里芬方法：試驗方法確定計算方法，不同的活性劑有不同的計算方法

3.無機鹽穩(wěn)定性離子型的易產生鹽析，非離子和兩性類的不易產生鹽析4.氧化穩(wěn)定性分子結構中，C-S、C-F、-O-較穩(wěn)定5.生物活性包括毒性及殺菌性，兩者基本對應陽離子型的>陰離子型的>非離子型的兩性型毒性小，殺菌力大。6.生物降解性對環(huán)境無害性三、陰離子表面活性劑在溶液中離解后，親水基團帶有負電荷占表面活性劑總量的40％以上1.羧酸鹽類親水基為羧酸基（－COO-）（1）脂肪羧酸鹽常稱為皂，結構通式為R-COONa

具有豐富的泡沫和良好的洗滌能力，不耐硬水只能在中性或堿性條件下使用，酸性生成脂肪酸（2）烷基磺酸鹽中間鍵為酰胺鍵，增加了分子中親水基總數，抗硬水酸中易分解如雷米邦A（3）烷基醚羧酸鹽