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新材料科技與化學技術創新

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新材料科技與化(huà)學技術創新

表(biǎo)面(miàn)活(huó)性劑的6大基本作用

表面(miàn)活性劑是兩親分(fèn)子， 使它在水溶液中具(jù)有兩種界面(表面)吸附功能。   其一， 通過“正吸附(fù)”可迅速降低水的表面(miàn)張力， 體現了表面活性劑的潤濕、滲透作用;   其(qí)二， 通過“膠束化”可(kě)在水中形成大量膠束并有效降低兩相間的界(jiè)面張力， 使液體、固體、氣體能在水中穩定存在， 體現了表面活性劑的乳化、分散、發泡(pào)、增溶等作用。而洗滌作用則是表(biǎo)面活(huó)性劑(jì)發揮潤濕、乳化、分散、發泡(pào)、增溶等各種功能的綜(zōng)合過程(chéng)。下面， 就表(biǎo)面活性劑的潤濕、乳化、分散、發泡、增(zēng)溶、洗滌等作用原(yuán)理以及它們的反(fǎn)作用原理做簡要(yào)論述。   (一) 潤濕和滲透作用   剪一塊坯(pī)布輕放于水面， 這塊坯(pī)布會在水面上停留一段時間(jiān)再慢慢沉入水底(dǐ)。若在水中加入少(shǎo)許表面活性劑(jì)JFC， 我們發現放于水面的坯布會馬上沉入水底， 這是測試表面活性劑潤濕能力的一個常見(jiàn)方法。   一般(bān)來講， 潤(rùn)濕(shī)是固體表面上一種流體(tǐ)被另(lìng)一種流體所取代的過程。因此， 潤濕作用至少涉及三相(xiàng)， 其中兩相是流體， 一相是固體。染整加工(gōng)中， 多(duō)爲纖維(固體) 表面上的(de)氣體( 一種流體) 被水(另(lìng)一種流體)所取代的過程。   坯布在純水中潤濕(shī)速度(dù)較慢， 是因爲水的(de)表面張(zhāng)力較大， 不能在纖維表面(miàn)迅速鋪展， 不能将坯布内的空氣快速(sù)取代出去; 水中加(jiā)入表面活性劑之後， 水的表面張力明顯下降， 使水能在纖維表面迅速(sù)鋪(pù)展并将空氣迅(xùn)速取代出去， 從而加快了潤濕過(guò)程(chéng)。因此，能使潤濕過(guò)程迅速發生的表面(miàn)活性劑被(bèi)叫做潤濕劑或滲透劑， 表面活性劑在這個過程所起的作(zuò)用叫做潤濕作用或滲透作用。   潤濕作用與滲(shèn)透作用(yòng)并無本質上的區别， 前者作用在固體表(biǎo)面，後者作用在固體(tǐ)内部， 兩者(zhě)可使用相同的(de)表面活性劑， 因而潤濕劑也可稱(chēng)爲滲透劑。   表面(miàn)活性劑(jì)之所以具(jù)有潤濕和滲透作用， 是由于它(tā)能顯著地降低水的表面張力。如圖(tú)1所示， 以液滴在固體平面上(shàng)達到(dào)平衡時的情況， 來分析表面活性劑的潤濕滲透作(zuò)用。   織物與(yǔ)一般固體平面不同， 它(tā)是一個多孔體系， 在紗(shā)線之間、纖維之間以及纖(xiān)維(wéi)内部的微細結構之間， 均分布着無(wú)數相(xiàng)互貫通、大小不同的毛細管， 因此在染整加工過程中， 織物的潤濕能力常用毛細管效應來衡量(liàng)。   染整工作(zuò)液中加入少量潤濕、滲透劑之後， 織物的毛細管效應就能明顯提(tí)高， 保證染整加工順利(lì)進行。   作爲(wèi)潤濕、滲(shèn)透劑使用(yòng)的表面活性劑， 其分子鏈長度宜适中， HLB值宜适當， 疏水基中含(hán)有支鏈的會明顯提高其潤濕能力， 離子型表面活性劑其親(qīn)水基位(wèi)于分子鏈中(zhōng)央者潤濕性最好， 表面活性劑分子引入第二個親水(shuǐ)基後潤(rùn)濕性會下降。聚氧乙烯型非離子表(biǎo)面活(huó)性劑在高溫下用(yòng)做滲透劑時， 宜與陰離子型表面活性劑共(gòng)用， 以(yǐ)提高其熱穩(wěn)定性(xìng)， 在(zài)強酸、強堿條件(jiàn)下(xià)使用的潤濕、滲透劑， 要充分考(kǎo)慮其化(huà)學穩定性， 以免分解失效。   在染(rǎn)整加工中經常作爲潤濕、滲透劑使(shǐ)用的産品， 有滲透劑JFC、滲透劑T、拉開粉BX、滲透劑5881、絲光滲透(tòu)劑MP 等品牌。   (二) 乳化(huà)作用   兩種(zhǒng)互不相溶的液體，其中一(yī)相以微滴狀分散于另一相中，這種作用稱爲乳化(huà)作用。   乳化作用往往(wǎng)不會自動發生或長久存在。例如，将(jiāng)油和水放在一起(qǐ)進(jìn)行劇(jù)烈攪拌，雖(suī)然也能形(xíng)成(chéng)暫時(shí)乳化狀态，但攪拌一旦停止，油與水又馬上分爲上下(xià)兩層，這是由于油—水間存在着較大的界面張力，油在攪拌作(zuò)用下變成微滴之後(hòu)，油—水間的接觸面積(jī)會大(dà)大(dà)增加，表面能迅(xùn)速增大，成爲一種不穩定體系，以緻一(yī)旦停止攪拌，便(biàn)會分爲兩層，恢複成爲兩相接觸面積最小的穩定狀(zhuàng)态。如果在油和水中加入一定(dìng)量适當(dāng)的表面活性劑，再給以攪(jiǎo)拌，由于表面活性劑(jì)在油—水界面上有定向(xiàng)吸附的能力，親(qīn)水基伸向水，疏水(shuǐ)基伸向油，從而降低了油—水間的界面張力，使體系的界面能下降。   在降低(dī)界面張力的同時，表面活性(xìng)劑分子緊密地吸附在油(yóu)滴周圍，形成具有一定機械強(qiáng)度的吸附膜，當油滴相互接(jiē)觸、碰撞時，吸附膜能阻止油滴(dī)的(de)聚集，從而使乳(rǔ)液穩定存在。這種能(néng)使乳(rǔ)化作用順利發生的表面活(huó)性劑叫做乳化劑。   如果(guǒ)選擇離子型表面活性劑作爲(wèi)乳化劑，還會在油—水界面上形成雙電層和水化層，都有進一(yī)步防(fáng)止油滴聚集的作用。若使用非離子型表面活性劑作爲(wèi)乳化劑，則會在油滴(dī)周圍形成比較牢固的水化層，起防(fáng)凝聚作用。肥皂作爲乳化劑使用時(shí)的乳液狀态如圖2所示。   經乳化(huà)作用形成的油—水分(fèn)散體系叫做乳狀液，乳狀液有兩種類型(xíng)。   一種是水包油(yóu)型(油(yóu)/水型)，以O/W表示，水包油(yóu)型是油類液體以微粒狀分(fèn)散(sàn)在水中，其(qí)中油是内相(不連續相(xiàng))、水是外相(連續相);   另一種是油包水型(水/油型)，以W/O表(biǎo)示，油包水型是水呈微粒狀分散在油(yóu)中，其中水是内相(不連續相)、油是外相(連續相)。   一般(bān)來講，親水性強的乳(rǔ)化劑(jì)易形成油/水型乳狀(zhuàng)液，而疏(shū)水(shuǐ)性強的乳化劑易形成水/油型乳狀液。圖3表示了親水能力不同的乳化(huà)劑對乳液類型的影響。   乳化劑都是(shì)表面活性劑，但不是所有的(de)表面活性劑(jì)都能成爲良好的乳化劑(jì)，隻有在(zài)水中能形成穩定膠束(shù)的表面活(huó)性劑(jì)才具有良好的乳化分散能(néng)力。乳化劑應有适當的HLB值(zhí)，例(lì)如非離子表面活性劑，其HLB值在8～18之間可形成油/水型乳液，在3～6之間則可形成水/油型乳液;乳化劑與(yǔ)被乳化物應有相似的分子結構，應能(néng)顯著地降低被乳化物與水之間的界面張(zhāng)力;乳化劑應具有強烈的水化作用在乳化粒子周圍形成水化層或使乳化粒子(zǐ)帶有較高電(diàn)荷，以阻(zǔ)止乳化粒子的聚集。   染整加工過程中要經常使用一些乳化工作液，以油/水型乳狀液居多。經常使用的乳化劑如平平加O系列、Span—Tween系(xì)列、EL等。   (三)分散作用   将不溶性固體(tǐ)物質以微小的顆粒均勻地分散(sàn)在液體中所形成的體系稱(chēng)爲分散體或懸浮體，這(zhè)種作用稱爲分散作用，能使分散作用(yòng)順利發生(shēng)的表(biǎo)面活(huó)性(xìng)劑稱爲分散劑。被分散的固體顆粒稱分散相(内(nèi)相)，分散的液體稱分散介質(外相)。乳(rǔ)化與分散這兩種作用十分相似，其(qí)主要區别是乳狀液的内相是液(yè)體，而分散液的内相是固體。   表面活性劑必須具有三(sān)種作用才能成(chéng)爲良好的分散劑。首(shǒu)先，它必須具有良好的潤濕性能，使液(yè)體充(chōng)分潤濕每一個固體顆粒、取(qǔ)代顆粒中(zhōng)的空氣，進一步使固體顆(kē)粒碎裂成更小的晶體(tǐ)。其次，它必須能顯著地降低固(gù)體—液體之間的界(jiè)面張力，增加固體—液體之間吸附、相容的能力(lì)，使體系内存在的能量降(jiàng)低。最後，它必須以(yǐ)水化層或帶電層的形式在固體顆粒周圍形成機械強度較高的界面膜，以阻止固體顆粒間的聚集。   對于(yú)被分散(sàn)的固體，必須盡量減小其顆粒體積(jī)，其顆粒體積(jī)越小，越有利于表面活性劑對其潤濕、分化、吸附，在其周圍(wéi)形成(chéng)界面(miàn)膜。例如分散染料，必須經過預(yù)先加工、研磨成2μm以下(xià)的微小顆粒，才能在分散劑的作用下形成比較穩定的懸浮(fú)體染色工作液。盡管如此，分散(sàn)體仍是一(yī)種熱力學不穩定體系，與(yǔ)乳狀液相比，其不穩定因(yīn)素更多、不穩定性更(gèng)大，更易産生凝(níng)聚、分層現象，影響正常使用。因此，分散體工作液不宜存放時間太長，最好現(xiàn)用現配。分(fèn)散體在染(rǎn)整加工中應用較多，如分散(sàn)染料、還原(yuán)染料的配制等。常(cháng)用的分散劑有擴(kuò)散劑NNO、分散劑WA等，其中陰離子型表面活(huó)性劑(jì)較多。   (四)發(fā)泡作用   氣體分(fèn)散(sàn)在液體中的狀态稱爲氣泡，大量氣泡聚集在一起形成的分散體系稱爲泡沫，能促使泡沫形成的能力稱爲發(fā)泡作用。泡沫類似于乳狀液(yè)和(hé)懸浮體，所不同的(de)是内相爲氣體，而(ér)不是液體和固體。   泡沫在表面活性劑的作(zuò)用下更容易産生和穩定存在(zài)，能促進泡沫生(shēng)成的表面(miàn)活性劑稱(chēng)爲發泡劑或起泡劑，能促使泡(pào)沫(mò)穩定存在的表面(miàn)活性劑稱爲穩泡劑。   形成的泡沫同(tóng)樣是一個熱力學不穩定體系，容易因爲氣泡間液膜層産生排液現象和小氣泡(pào)穿透大氣泡的合并作用，而使氣泡不斷破裂、泡沫(mò)消失。若液體中存在表面(miàn)活(huó)性劑，由于氣泡表(biǎo)面能吸附表面活性劑分(fèn)子，這些定向排列的分子在氣(qì)泡表面達(dá)到一定程度時，氣泡壁就成爲一層堅固(gù)的薄膜，從而使氣泡間不(bú)易發生合(hé)并;   又由于表面活性劑在液體表面的定向排列，使液體(tǐ)的表面張(zhāng)力明(míng)顯下降，并導緻氣泡間的(de)内壓差降(jiàng)低，因而排液速度(dù)減慢。表面活性劑的上述兩方面作用，降低了氣泡的破裂能力，有利于泡沫的形成和穩定存(cún)在。表面活性劑協助泡沫形成(chéng)的過程見圖4   泡沫對于污垢的去除(chú)和(hé)懸浮有一定作用，染整加工中也(yě)有一些依靠發泡劑而完成的工藝(yì)，如泡沫染色、泡沫印花等新工(gōng)藝。然而，在染整加工過程中，更多的場合要求低泡或無泡，因而如何抑泡和消泡更受人們的關注。     (五)增溶(róng)作用(yòng)   在溶劑中完全不溶或微(wēi)溶的物質進入表面(miàn)活性劑形成的膠束中得到溶(róng)解，并成爲熱力學穩定溶液，這種現象稱爲(wèi)增溶作(zuò)用，所(suǒ)形成的透明溶(róng)液稱爲增溶溶液或膠束溶液(yè)，被增溶的物質稱爲增溶溶解質，起增溶作用的表面活性劑稱爲增溶(róng)劑。   增溶作用與乳化(huà)作用和分散作(zuò)用既(jì)有區别又有(yǒu)聯系。   其區别(bié)在于(yú):   (1)乳化作用僅限于液體—液體之(zhī)間形(xíng)成的分散體系，分散作用僅限于固(gù)體—液體之間形成的分散體系，而增溶作(zuò)用所溶解的物質，既(jì)可以是液體，也可以是固體(tǐ)。   (2)乳(rǔ)化作用和分散(sàn)作用形成的是熱力學不穩定多相(xiàng)分散體系(xì)，而增溶作用形成的是熱力學(xué)穩定的(de)均相體(tǐ)系。   (3)外觀上明顯(xiǎn)不同(tóng)，乳狀液和分散液多爲乳白狀和懸濁狀，而增溶溶液爲透明狀。   其聯系(xì)在于:   增溶作(zuò)用(yòng)可以看作是乳化作用或分散作用的極限階段、理(lǐ)想狀态，它(tā)們之間(jiān)有相互轉化的途徑。例如:乳狀液也可以成爲微乳狀(zhuàng)液———外觀由乳白狀轉爲透明狀，已接近了增溶溶液;向增溶溶(róng)液中繼續加入增溶溶解質達到一定數量時(shí)，增溶溶液即轉(zhuǎn)變爲乳狀液———外觀由透明狀轉爲乳白(bái)色。   增溶溶液與真溶液(yè)也有本質區别，真溶液是有機(jī)物或無機物以分(fèn)子或(huò)離子形式溶解(jiě)于溶劑中，而增溶溶液“溶解”的增溶溶解質是以遠比分子大得多的(de)“分子集團”的形式包圍在(zài)膠束中。   作爲增溶劑(jì)而使用的表面活性劑，必須在溶液中達到足夠的濃度，在(zài)溶(róng)液中(zhōng)形成足夠多的膠束，才能保證增溶(róng)作用的順利産生，而且(qiě)形成的棒狀、層狀等高級膠(jiāo)束數量越多，增溶效果就會越(yuè)明顯。   增溶作用對于染(rǎn)整加工也有許多特殊作用，例如:分散染料經合适的增溶劑增溶處(chù)理，其在水中的(de)溶解度會明顯提高(gāo)，有利(lì)于工作液穩定并提高染色效果;許多高檔含矽類(lèi)柔軟整理劑需(xū)要調制(zhì)成穩定性非常高的微乳液(yè)、增溶溶液才(cái)能産生優良的整理效果;在去除織物上(shàng)污垢的過程中，增(zēng)溶也發揮重要的去(qù)污作用。   (六)洗(xǐ)滌作用(yòng)   從浸在某種介質(多(duō)爲水)中的固體表面(miàn)除去異物或污垢(gòu)的過程(chéng)稱爲洗滌，能發(fā)揮洗滌作用的化學品稱爲洗(xǐ)滌劑，洗滌劑多以表面活性劑(jì)作爲主要成分(fèn)。   洗滌作用較複雜，是表(biǎo)面活性劑的潤濕、乳化、分散(sàn)、增溶等綜合作(zuò)用以及攪拌、揉搓、水(shuǐ)流等(děng)機械作用的共(gòng)同結果(guǒ)。以織物爲例洗滌過程可用下式(shì)表示:   織物·污垢+洗(xǐ)滌劑   織物·洗滌劑+污垢·洗(xǐ)滌劑   織物+洗滌劑   在洗滌過程中，污垢的去除通過如下具體方式:   (1)洗滌劑(jì)向纖維表面和污垢表面做定向界(jiè)面吸附，并進一(yī)步向纖維與污(wū)垢之間(相互接觸處(chù))潤濕、滲透。   (2)在洗(xǐ)滌劑的分割、取代作用下，污垢與纖維之(zhī)間的(de)結合力減弱，并在機械或水流(liú)的作用下脫離纖維。   (3)脫離下來的污(wū)垢在水溶液中(zhōng)被(bèi)洗(xǐ)滌劑乳化分散(sàn)或增溶，不使(shǐ)其再沉(chén)積回到織物表面。   (4)污垢與洗滌劑随水溶液被沖洗(xǐ)除去，吸附(fù)于織物(wù)表面的殘餘洗滌(dí)劑也一同被沖洗(xǐ)除去。   織(zhī)物洗滌過(guò)程見(jiàn)圖   污垢一般分爲油性污垢和固體污垢兩類，油性污垢多由動、植(zhí)物油，礦物油等組(zǔ)成(chéng)，固體污垢(gòu)主要是塵土、鐵鏽、炭(tàn)黑等。油性污垢與織(zhī)物間通過分子間引力以面(miàn)粘接形式結(jié)合在一(yī)起，較不易清除，固體污(wū)垢與織物間以點粘接(jiē)形式相(xiàng)連，較易去除。   實際上，油性污垢與固體污(wū)垢多以混雜形式摻(chān)合在一起形成混合污垢，因此隻(zhī)需采取(qǔ)措施将油性污垢清(qīng)除，在油性污垢被有效清除的同時，固體污(wū)垢就被一并洗除。油性污垢的去除過程符合“卷縮”機(jī)理。油(yóu)性污垢脫離纖維表面過程的示意圖見圖6。   作爲洗滌劑而使用的(de)表面活性劑，其HLB值應适當，通常分子結構爲直鏈型，親水基處

發布時間:

2022-07-05

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