表面(miàn)活性劑(jì)的6大基本作用

表面活性劑是兩親分子， 使它(tā)在水溶液中具有(yǒu)兩種界面(表(biǎo)面)吸附功能。

 

其一， 通過“正吸附”可迅速降低水的表面張力， 體(tǐ)現了表面活性劑的潤濕、滲透(tòu)作用;

 

其二， 通過“膠束化”可在水中形成大量膠束并有效降低兩相間的界面張(zhāng)力， 使液體、固體、氣體能在水中穩定存在， 體(tǐ)現了(le)表面活性劑的(de)乳(rǔ)化、分散、發泡、增溶(róng)等作用。而洗滌作用(yòng)則是表面活性劑發揮潤濕、乳(rǔ)化、分散、發泡、增溶等各種功能(néng)的綜(zōng)合過程。下面， 就表面活性劑的潤濕、乳化、分散、發泡、增溶(róng)、洗滌等作用原理以及它(tā)們的反作用原理做簡要論(lùn)述。

 

(一) 潤濕和滲透作用(yòng)

 

剪一塊坯布輕(qīng)放于水面， 這塊坯布會在水面上停留一段時間再慢慢沉入水底。若在水(shuǐ)中加入少許表面活性劑JFC， 我們發現放于水面的(de)坯布會馬上沉入水底， 這是測(cè)試表面活性劑潤濕(shī)能力的一個常見方(fāng)法。

 

一般來講， 潤(rùn)濕是固體表面上一種流體(tǐ)被另一種流體所取代的過程。因此， 潤濕作用(yòng)至少涉及三相， 其中兩相是流體， 一(yī)相是固體。染整加工中， 多爲纖維(固(gù)體) 表面上的(de)氣體( 一種流體) 被水(另一種流(liú)體)所取代的過(guò)程。

 

坯(pī)布在純水中潤濕速度較慢， 是因爲水的表(biǎo)面張(zhāng)力較大， 不能(néng)在纖維表面迅速鋪展， 不能将坯布(bù)内的空氣快速取代出去; 水中加入(rù)表面活性劑之後， 水的表面張(zhāng)力明顯下降， 使水能在纖維表面迅速鋪展并将空氣迅速取代出去， 從而加快了(le)潤濕(shī)過程。因此，能使潤濕過(guò)程迅速發生的表面活性劑(jì)被叫做潤濕劑或滲透(tòu)劑， 表(biǎo)面活性劑在這個(gè)過程所起的作用叫做潤濕作用或(huò)滲透作用。

 

潤濕作用與滲透作用并無本質上的區别， 前者作用在固體(tǐ)表面，後者作用在固體内部， 兩者可(kě)使用相(xiàng)同的表面活性劑， 因而潤濕劑(jì)也(yě)可稱爲滲透劑。

 

表面活性劑之(zhī)所以具有潤濕和滲透作用， 是由于它能顯著(zhe)地降(jiàng)低水的表(biǎo)面張力。如(rú)圖1所示， 以液滴在(zài)固體平面(miàn)上達到(dào)平衡時的情況， 來分析表面活性劑的潤濕滲(shèn)透作用。

 

織物(wù)與一般固體平面(miàn)不同， 它是一個多孔體系， 在紗線之間、纖維之間以(yǐ)及纖維内部的微細(xì)結構之間， 均分布着無數相互貫通(tōng)、大小不同的毛細管， 因此在染整加工過程中(zhōng)， 織物的潤濕能力常用毛細管效應來衡量。

 

染整工作液中加入少量潤濕(shī)、滲透劑之後， 織物(wù)的毛細管效應就(jiù)能明顯提高， 保證(zhèng)染整(zhěng)加工順利進(jìn)行。

 

作爲潤濕、滲透劑使用的表面活性(xìng)劑， 其分子鏈長度宜适中， HLB值宜适(shì)當， 疏水基中含有(yǒu)支鏈的會(huì)明顯提高其潤濕能(néng)力， 離子型表面活性(xìng)劑其親水基位于分子鏈中央者潤濕性(xìng)最好， 表面活性劑分(fèn)子引入第(dì)二(èr)個親水基後潤濕性會下降。聚氧乙(yǐ)烯(xī)型非離子表面(miàn)活性劑在高溫下用做滲透劑時， 宜(yí)與陰離子型表面活性劑共用， 以提高其熱穩定性， 在強酸、強堿條件下使用的潤濕、滲透(tòu)劑， 要充分考(kǎo)慮其(qí)化學穩定性， 以免分解失效。

 

在染整(zhěng)加工中經常作爲(wèi)潤濕、滲透劑使用(yòng)的産品， 有滲透(tòu)劑JFC、滲透劑T、拉開(kāi)粉BX、滲(shèn)透劑5881、絲光滲透劑MP 等品牌。

 

(二) 乳化作用

 

兩種互不相溶的液體，其中一相以微滴狀分散于另一相中，這種作用稱(chēng)爲乳化作用。

 

乳(rǔ)化作用往往不(bú)會自動發(fā)生或長(zhǎng)久存在。例如，将油和水放在一起進行劇烈攪拌，雖然(rán)也能形成暫(zàn)時乳化狀态，但攪拌一旦停(tíng)止，油與水又馬上分爲上下兩(liǎng)層，這是(shì)由(yóu)于油—水(shuǐ)間存在着較大的界面張力，油在(zài)攪(jiǎo)拌作用下變成微滴(dī)之後，油—水間的(de)接觸面積會大大(dà)增加，表面能迅速增大，成爲一(yī)種(zhǒng)不穩定體系，以緻一旦停止攪拌，便會(huì)分爲(wèi)兩層(céng)，恢複成爲兩相接觸面積(jī)最小的穩定狀态。如(rú)果在油和水中加入一定量适當的表面活性劑，再給以攪拌(bàn)，由于表(biǎo)面活性劑在油—水界面上有定向(xiàng)吸附的能力，親水基伸向(xiàng)水，疏水基伸(shēn)向油，從而降低了油—水(shuǐ)間的界面張力，使體系的界面能下降。

 

在降低界面張力的同時，表面活性劑(jì)分子緊密地吸附在油滴(dī)周圍，形成具有一(yī)定機械強度的吸附膜，當油滴相互接觸、碰撞時，吸附膜能阻止油滴的聚集，從而使乳液穩定存在。這種(zhǒng)能使乳化作用(yòng)順利發生的表面活性劑叫做乳(rǔ)化劑。

 

如(rú)果選擇離子型表面活性(xìng)劑作爲乳化劑，還會在油—水界面上形成(chéng)雙電層和水化層，都(dōu)有進一步防止油滴(dī)聚集的作(zuò)用。若使(shǐ)用非離子型表面活性(xìng)劑作爲乳(rǔ)化劑，則會在油滴周(zhōu)圍形成比較牢固(gù)的水化層，起(qǐ)防凝聚作用。肥(féi)皂作爲乳化劑使用時的乳液狀态如圖2所示。

 

經乳化作用形成的(de)油—水分散體系叫做乳狀液，乳狀(zhuàng)液(yè)有兩種類型。

 

一種是(shì)水包油型(油/水型)，以O/W表示，水包油型是油類液體以微粒狀分散在(zài)水中，其中油是内相(不連(lián)續(xù)相)、水是外相(連(lián)續相);

 

另一種是油包水型(水/油型)，以W/O表示，油包水型是水呈(chéng)微粒狀分散在油中，其中水是内相(不連(lián)續相)、油是外相(連續相)。

 

一般來講，親水性強的乳化(huà)劑易形成油/水型乳狀液，而疏水性強的乳化劑易形成水/油(yóu)型乳狀液。圖3表示了親(qīn)水(shuǐ)能(néng)力不同的乳化劑(jì)對乳(rǔ)液類型的影響。

 

乳化劑都是表面活性劑(jì)，但不是所有的表面活性劑都能成爲良好(hǎo)的乳化劑，隻有在(zài)水中能形成穩定膠束的表面活性(xìng)劑才(cái)具有良好的(de)乳化分(fèn)散能力。乳化劑應有适當的HLB值，例如(rú)非(fēi)離子表(biǎo)面活性劑，其HLB值(zhí)在8～18之間可形成油/水型乳液，在3～6之間則可(kě)形成水/油型乳液;乳化劑與被乳化(huà)物應有相似的分子結構，應能顯(xiǎn)著地降低被乳化物與水之間的界面張力;乳化劑(jì)應(yīng)具有強烈的(de)水化作(zuò)用在乳化粒子周圍形成水化層(céng)或使乳(rǔ)化粒子帶有較高電荷，以阻止乳化粒子的聚集。

 

染(rǎn)整加工過程中要經常(cháng)使用一(yī)些乳化工作液，以油/水型乳狀液(yè)居多(duō)。經(jīng)常使用的乳化劑如(rú)平平加(jiā)O系列、Span—Tween系列、EL等。

 

(三)分散作用

 

将不溶(róng)性固體物質以微小(xiǎo)的顆粒(lì)均勻地分散(sàn)在液體中所形成的體系稱爲分散(sàn)體或(huò)懸浮體，這種作用稱爲分散作用，能使分散作用順(shùn)利發生的表面活性劑稱爲分散(sàn)劑。被分散的固體顆粒稱分散相(内相)，分散的(de)液體稱分散介質(外相(xiàng))。乳化與分散這兩種作用十分(fèn)相似，其主(zhǔ)要區别是乳狀液的内相是液(yè)體，而分散液的内相(xiàng)是固體。

 

表面活性劑必須具有三種作用才能成爲良好的分散劑。首先(xiān)，它必(bì)須具有良好的潤濕性能，使液體充分潤濕每一個固體顆粒、取代顆粒中的(de)空氣，進一步使固體顆粒(lì)碎裂(liè)成更小的晶體。其次(cì)，它必須能(néng)顯著地降(jiàng)低固體(tǐ)—液體之間的界面(miàn)張力，增加固體—液體之間(jiān)吸附、相容的能力，使體(tǐ)系内存在的能量降低。最後，它必須以水化層或帶電層的形式在固體顆粒周圍形(xíng)成機械強度較高的(de)界面膜，以阻止固體顆粒間的聚(jù)集。

 

對于被(bèi)分散的固體，必須盡量減小其顆粒(lì)體積，其顆粒體積越小，越有利于表面活性劑(jì)對其潤濕、分化、吸附，在其周圍形成界面膜(mó)。例如分散染料，必須經過預先加工(gōng)、研磨成(chéng)2μm以下的微小顆粒，才(cái)能在分散劑的作用下形成比較穩定的懸浮體染色工作液(yè)。盡管如此，分散體仍是一種熱(rè)力學不穩定體系，與乳狀液相比，其不穩定因素(sù)更多、不穩定性更大(dà)，更易産生凝聚、分層現象，影響正常使(shǐ)用。因此，分散體工作液不宜存放時間太(tài)長，最好現用現配。分散體在染整加工中應(yīng)用較(jiào)多，如分散染料、還原染(rǎn)料的配制等。常用(yòng)的分散劑有擴散劑NNO、分散劑WA等，其中陰離子型(xíng)表面活性(xìng)劑較多。

 

(四)發(fā)泡(pào)作用(yòng)

 

氣體分散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(wèi)泡沫，能(néng)促使泡沫(mò)形成的能力稱爲發泡作用。泡沫類似于乳狀液和懸(xuán)浮體，所(suǒ)不同的是(shì)内相爲氣(qì)體，而不是液體和固體。

 

泡沫在表面活性劑(jì)的作用下更容易(yì)産生和穩定存在，能促進泡沫生成的表面活性劑稱爲發泡劑或起泡劑，能促使泡沫穩定存在的表面活性劑稱爲穩泡劑。

 

形成的泡沫同樣(yàng)是一個熱(rè)力學不穩定體系(xì)，容易因(yīn)爲氣泡間液膜層産生排液現象和小氣泡穿透(tòu)大(dà)氣泡的合并作用，而使氣泡不斷破裂、泡沫消失。若液體中存在表(biǎo)面活性(xìng)劑，由于(yú)氣泡表面(miàn)能吸附表面活(huó)性劑分子，這些定向排列的分子在氣泡表面達到一定程度時，氣泡壁(bì)就成(chéng)爲一層堅固的薄膜，從而使氣泡間不易發生合并(bìng);

 

又由于表(biǎo)面活性(xìng)劑在液(yè)體表面的定向排(pái)列，使液體的表面張力明顯下降，并導緻氣(qì)泡(pào)間的内壓差降低，因(yīn)而排液(yè)速度減慢(màn)。表面(miàn)活性劑的上述(shù)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(wěn)定存在。表面活性(xìng)劑協助泡沫形成的過程見圖4

 

泡沫對于(yú)污垢的(de)去除和懸浮有一定作用，染整加工中(zhōng)也有一些依靠(kào)發泡劑而完成的工藝，如(rú)泡沫(mò)染色、泡沫印花等新工藝。然而(ér)，在染整加工過程中(zhōng)，更多的場合要(yào)求低泡或無泡，因而如何抑泡和消泡更受人們(men)的關注。

 

 

(五)增溶作(zuò)用

 

在溶劑中完全不溶或(huò)微溶的物質進(jìn)入表面活(huó)性劑形成的膠束中得到溶解(jiě)，并成爲熱力學穩定溶液，這種現象稱爲增溶作用，所形成的(de)透明溶液(yè)稱爲增溶(róng)溶液或膠束溶液，被增溶的物質稱爲增溶溶解質，起增溶作用的(de)表面活性劑稱爲增(zēng)溶劑。

 

增溶作用與乳化作用和(hé)分散作用既有區别又(yòu)有聯(lián)系。

 

其區别在于:

 

(1)乳(rǔ)化作(zuò)用僅限于液體—液體之間形成的分散體系，分散(sàn)作用僅限(xiàn)于固(gù)體—液體之間形成(chéng)的分(fèn)散體系，而增溶作用所溶解的(de)物質，既可以是液體(tǐ)，也可以是固體。

 

(2)乳化(huà)作用和分散作用形成的是熱力學不穩(wěn)定多相分(fèn)散體(tǐ)系，而增溶作(zuò)用形成的是熱力學穩定的均相體系。

 

(3)外觀上明顯不(bú)同，乳狀液和分散液多爲乳白狀和(hé)懸濁狀，而增溶溶液爲(wèi)透明狀(zhuàng)。

 

其聯系在于:

 

增溶作(zuò)用可以看作(zuò)是(shì)乳化作用(yòng)或分散作(zuò)用的(de)極限(xiàn)階段、理想狀态，它(tā)們之間有相互(hù)轉化的(de)途徑(jìng)。例如:乳狀液也可以(yǐ)成爲(wèi)微乳狀液———外觀由乳白狀轉(zhuǎn)爲透明狀，已接近了增溶溶液;向增溶溶液中繼續加入增溶溶解質達到一定(dìng)數量時，增溶溶液即轉變爲乳狀液———外觀由透(tòu)明狀轉爲(wèi)乳白色。

 

增溶(róng)溶(róng)液與真溶液也有本質區(qū)别，真溶液是有機物或無機物以分子(zǐ)或(huò)離子形式溶解(jiě)于溶劑中，而增溶(róng)溶液“溶解”的增溶溶解質是以遠比分子大得多的“分子集團”的形式包圍在膠束中。

 

作爲(wèi)增溶劑而使用(yòng)的表面活(huó)性劑(jì)，必須在(zài)溶液中達到足夠的濃度，在溶液中形(xíng)成足夠多的膠束，才能保證增(zēng)溶作用的順利(lì)産生，而且形成的棒(bàng)狀、層狀等(děng)高級膠束數量越多，增溶效果(guǒ)就會越(yuè)明(míng)顯(xiǎn)。

 

增溶作用對于染整加工也有許多特殊作用，例如:分散染料(liào)經合适的增溶劑增溶處理，其在水中的溶解度(dù)會明顯提高，有利于工作液穩定并提高染色效果(guǒ);許多高檔含矽類柔軟整理劑需要(yào)調制成穩定性非常高的微乳液、增(zēng)溶溶液才能産生優(yōu)良的整理效果;在去(qù)除織(zhī)物上污垢的過程中，增溶(róng)也發揮重要的去污作(zuò)用(yòng)。

 

(六)洗(xǐ)滌作用

 

從浸(jìn)在某種介質(多爲水)中的固體表面除去異物或(huò)污垢的過程稱爲洗(xǐ)滌，能發揮洗滌作用的化學品稱爲洗滌劑，洗滌劑多以表面活性劑作爲主要成分。

 

洗滌作用較複雜，是表面活性劑的潤濕、乳化、分散、增溶等(děng)綜合作用以及攪拌、揉搓、水流(liú)等(děng)機械作(zuò)用的共同結果。以織物爲(wèi)例洗滌過程可用(yòng)下式表示:

 

織物·污(wū)垢+洗滌劑

 

織物·洗滌劑+污垢·洗(xǐ)滌劑

 

織物+洗滌劑

 

在洗滌過程中(zhōng)，污垢的去除通過如下具體方式:

 

(1)洗滌(dí)劑向(xiàng)纖維表面和污(wū)垢表面做定向界面吸附，并進一步向纖(xiān)維與污垢之間(相互接觸處)潤濕(shī)、滲透。

 

(2)在洗滌劑的分割、取代作用下，污垢與纖維之間的結合力減弱，并在機械或水流的(de)作用下脫離纖維。

 

(3)脫(tuō)離下來(lái)的污垢在水溶液中被洗滌劑乳化分(fèn)散或(huò)增溶，不使其再沉積回到織物表面(miàn)。

 

(4)污垢與洗滌劑(jì)随水溶液被沖洗除(chú)去，吸附于織物表面的殘餘洗滌劑也一同被沖洗除(chú)去。

 

污垢一般分爲油性污垢(gòu)和固體污垢兩類，油(yóu)性污垢多由動、植物(wù)油，礦物油等組成，固(gù)體污垢主(zhǔ)要是塵土(tǔ)、鐵鏽、炭黑等。油性污(wū)垢與織物間通過分子間引力以面粘接(jiē)形式結合在一起，較(jiào)不易(yì)清除，固體污垢(gòu)與織物間以點粘接(jiē)形式(shì)相連，較易去除。

 

實際上，油性污垢與固體污垢多以混雜形式摻合在一起形成混合污垢，因此隻需采取措(cuò)施将油性污垢清除(chú)，在油性污垢被有效清除的(de)同(tóng)時，固體污垢就(jiù)被一并洗除。油性污垢的去除過(guò)程符合“卷縮”機理。油性污垢脫離纖維表面過程的示意圖見圖6。

 

作爲(wèi)洗滌劑而使用的表面活(huó)性劑，其HLB值應适當，通常分子結構爲直(zhí)鏈型，親水基處于末端(duān)的表面活性劑洗滌作用更強。

 

由于纖維在(zài)水中多帶負電荷，因此陰離子型表面(miàn)活性劑對織物(wù)具有優良的(de)洗滌效果，這是因爲(wèi)陰離子洗滌劑在污垢周圍形成的界面層同樣帶有負電荷，這就使織物(wù)與污垢之間産生(shēng)一定的排斥力，有利于(yú)污垢從織物(wù)表面脫離，并穩定地懸浮在水溶液中。

 

而陽離子型(xíng)表面活性劑(jì)則會使污垢表面帶正電荷，反而會加強污垢與織物間的吸附，故(gù)陽離子型(xíng)表面活性劑不宜作爲洗滌劑使用。非離子型表面(miàn)活性劑的cmc值很低，在低(dī)濃度下就有較強的去污能力，尤其(qí)對(duì)于疏水性的合(hé)成纖維(wéi)，如滌綸織物，具有更好(hǎo)的洗滌效果，常作爲洗滌劑使用。

 

洗(xǐ)滌劑(jì)的使(shǐ)用效果除與洗滌劑的分子結(jié)構、類型有關外(wài)，還與洗滌液的濃度(dù)、溫度、pH值以(yǐ)及織物種類、機械作用等(děng)多方面因素(sù)密切相關。

 

适合于染整加工用的洗滌劑品種很多，如淨洗劑AS、淨(jìng)洗劑AES、淨洗劑LS、淨(jìng)洗劑105、淨(jìng)洗劑LAS等産品。采用有機溶劑作爲清洗介質(zhì)的洗滌過程稱爲幹洗。