新材料科(kē)技與化學技術創新

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新(xīn)材料科(kē)技與化學技術創新

規範(fàn)使用(yòng)塗料術語

當前我國塗料界在有些術語的定(dìng)義及使用上比較混亂，爲了利(lì)于學習、科研和準确(què)的(de)理解, 有必要提出一些正名的建議，供業界參考。

發布時(shí)間:

2021-08-07

表面活性劑的6大基本作用

表面活性劑是兩親分子， 使它在水溶液中具有兩種界面(表面)吸附功能(néng)。   其一， 通過“正吸附(fù)”可迅速降低水的表面張力， 體現了(le)表面活性劑的潤濕、滲透作用;   其二(èr)， 通過“膠束化”可在水中(zhōng)形成(chéng)大量膠束并有效降低(dī)兩相間的界(jiè)面張力， 使液體、固體、氣體能在水中穩定(dìng)存(cún)在， 體現了表面活(huó)性劑的乳化、分散、發泡、增溶等作用。而洗滌作用則是表面活(huó)性劑發揮潤濕、乳化(huà)、分散、發泡(pào)、增溶等各種功能的綜合過程。下面， 就表面活(huó)性劑的潤濕、乳化、分散、發泡、增溶、洗滌等作(zuò)用原理以及它們的反作用原理(lǐ)做簡要論(lùn)述。   (一) 潤濕(shī)和滲透作用   剪(jiǎn)一塊坯布輕放于水面， 這塊坯布會(huì)在水(shuǐ)面上停留一段時間再慢慢沉(chén)入水(shuǐ)底。若在水中加入(rù)少(shǎo)許表面活性劑JFC， 我們(men)發現放于水面的坯(pī)布會馬上沉入水底， 這是測試表面活性劑潤濕能(néng)力的一個常見方法(fǎ)。   一般(bān)來講， 潤濕是固體表面上(shàng)一種流體被另一種流體(tǐ)所取代的過程。因此(cǐ)， 潤濕(shī)作用至少(shǎo)涉及三相， 其中兩相(xiàng)是流體(tǐ)， 一相是固體。染整加工中， 多爲纖(xiān)維(固(gù)體) 表面上的氣體( 一種流體(tǐ)) 被水(另一(yī)種流體)所取代的(de)過程。   坯布在純水中潤濕速度較慢， 是因(yīn)爲水的表面張力較大， 不能在纖維(wéi)表面迅(xùn)速鋪展， 不(bú)能将坯布内的空(kōng)氣快速取(qǔ)代出去; 水中加入表面活性劑之後， 水的表面張力明顯下降(jiàng)， 使水能在纖維(wéi)表面迅速鋪展并将空氣迅速取代出去， 從而加快了潤濕過程。因此，能(néng)使潤濕過程迅(xùn)速發生的表面活(huó)性劑被叫做潤濕劑或滲透劑， 表面活性劑在這個過程所(suǒ)起的作用叫(jiào)做潤濕作用或滲透作用。   潤(rùn)濕作用與滲透作用并無(wú)本(běn)質上(shàng)的區别， 前者作用在固體表面，後(hòu)者作用在固體内(nèi)部， 兩者可使用相同的表面活性劑， 因而潤(rùn)濕劑也可(kě)稱爲滲透劑。   表面(miàn)活性劑(jì)之(zhī)所以具有潤濕和滲透作用， 是由于它(tā)能顯著地降低水的表面張力。如圖1所示， 以液滴在固體平面上達(dá)到平衡時的情況， 來分析表面活性劑的潤濕滲透作用。   織物(wù)與一般固體平面不同， 它是一(yī)個(gè)多孔(kǒng)體系， 在紗線之間、纖維(wéi)之間以及纖(xiān)維内部的微細結(jié)構之間(jiān)， 均(jun1)分布着無數相互貫通、大小不同的毛細(xì)管， 因此在染整加工(gōng)過程中， 織物的潤濕能力常用毛細(xì)管效應來衡量(liàng)。   染整工(gōng)作液中加入少量潤濕、滲透劑之後， 織物的毛細管效應就能明顯提(tí)高， 保證(zhèng)染整加(jiā)工順利進行。   作爲潤(rùn)濕、滲透劑(jì)使用的表面活性劑， 其分子鏈長度宜适(shì)中， HLB值宜适當， 疏水基中含有支鏈的會明顯提高其潤(rùn)濕能力， 離子型表(biǎo)面活性劑其親水基位于分子鏈中央者潤濕性最好， 表面活(huó)性劑分子引入第二個親(qīn)水基後潤濕性會下降。聚氧乙烯型非離子表面活性劑在高溫下用做滲透(tòu)劑時， 宜與陰離子型表面活性劑(jì)共用， 以提高其熱(rè)穩定性， 在強酸、強堿條件下使用的潤濕、滲透劑， 要充分考慮其化(huà)學穩(wěn)定性， 以免分解失(shī)效。   在染整加工中(zhōng)經常作爲潤濕、滲透劑使(shǐ)用的産品， 有滲透劑JFC、滲透劑(jì)T、拉開粉BX、滲透劑5881、絲(sī)光滲透劑MP 等品牌。   (二) 乳化作用   兩種互不相溶的液(yè)體(tǐ)，其中一(yī)相以微滴(dī)狀分散于另一相中，這種(zhǒng)作用稱爲乳化作用(yòng)。   乳化作(zuò)用往往不會自動發生或長(zhǎng)久存在。例如，将(jiāng)油和(hé)水放(fàng)在一起(qǐ)進行劇烈攪拌，雖然(rán)也能形(xíng)成暫時乳化狀态(tài)，但攪拌一旦停止，油(yóu)與水又(yòu)馬上分(fèn)爲上下(xià)兩層(céng)，這是(shì)由于油—水間存在着(zhe)較大的界面張(zhāng)力，油在攪拌作用下變成微滴(dī)之後(hòu)，油—水間的(de)接觸面積會大大(dà)增加，表面能迅速增大，成爲一種(zhǒng)不穩定體系，以緻一旦停止攪拌，便會分爲兩層，恢複成爲兩相接觸面積最小的穩定(dìng)狀态。如果在(zài)油和水中加入一定量适當的表(biǎo)面活性劑，再給以攪(jiǎo)拌(bàn)，由于表面活(huó)性劑在油—水界面上(shàng)有定向吸附的能力，親水基伸向水，疏水基(jī)伸向油，從而降低了油—水間(jiān)的界面張力，使體系的界面能下降。   在降低界面張力的(de)同時，表面活性(xìng)劑分子緊密地吸附在油滴周圍，形(xíng)成具有一定機械強度的(de)吸附膜，當(dāng)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(zài)。這種能(néng)使乳化作用順利發生的表面活性劑叫做乳化劑(jì)。   如果(guǒ)選擇(zé)離子型表面活性劑作爲乳化劑，還會在油—水界面(miàn)上形成雙電層和(hé)水化層，都有進一步防止油滴聚集的作用。若使用非離子型表面活性劑(jì)作爲乳化劑，則會在油滴周圍形成比較(jiào)牢固的水化層，起防凝聚作用。肥皂作爲乳化劑使用時的乳液狀(zhuàng)态如圖2所示。   經乳化作用(yòng)形成的油—水分散體系(xì)叫做(zuò)乳狀液，乳狀液有(yǒu)兩種類型。   一種(zhǒng)是水包油型(油/水型(xíng))，以O/W表示，水包油型是油類液體以微粒狀分散在水中，其中(zhōng)油是内相(不連續相)、水是外相(連續相);   另一(yī)種是(shì)油包水型(水/油(yóu)型)，以W/O表示(shì)，油包水型(xíng)是水呈微粒狀(zhuàng)分(fèn)散(sàn)在油中，其中水是内相(不連續相)、油是外相(連續相)。   一般來講(jiǎng)，親水性強的乳(rǔ)化劑易形(xíng)成油/水型(xíng)乳狀液，而疏水性強的乳(rǔ)化劑易形成水/油型乳狀液。圖3表示(shì)了親水能力不同的乳化劑對乳液(yè)類型的影(yǐng)響。   乳化(huà)劑(jì)都是表面活性劑，但不(bú)是所有的表面活性劑都能成爲良好的乳化劑(jì)，隻有在水中能形成穩定膠束的表面活(huó)性劑才具有良好的乳化(huà)分(fèn)散能力。乳化劑應有适當的HLB值，例如非離子表面活性劑，其HLB值在8～18之間可形(xíng)成油/水型乳液，在3～6之(zhī)間則可形成水/油型乳液;乳化劑與被乳化物應有相似的分子結構，應能顯著地降低被乳化物與水(shuǐ)之間(jiān)的界面張力;乳(rǔ)化劑應具有強烈的水化作用在乳化粒子周圍形(xíng)成水(shuǐ)化層或使乳化(huà)粒子帶有較高電荷，以阻止乳化(huà)粒子的(de)聚集。   染整(zhěng)加工過程(chéng)中要經常使用(yòng)一些乳化工作液，以油/水型乳狀液(yè)居(jū)多。經常(cháng)使用的乳化劑如平平加O系列、Span—Tween系列、EL等。   (三)分散作用(yòng)   将不溶性固體物質(zhì)以微小的顆粒均勻(yún)地分散在液體(tǐ)中所(suǒ)形(xíng)成的體系稱爲分散體或懸浮體，這種作用稱爲分散(sàn)作用，能使分散作用順利發生的表面活性劑稱爲分散劑。被(bèi)分散的固體顆粒稱分散(sàn)相(内相)，分散的液體(tǐ)稱分散介質(外相)。乳化與分散這兩種作用十分相似，其主要區别是乳狀液的内相是液體(tǐ)，而分散液的内相是固(gù)體(tǐ)。   表面活性劑必須具有三種作用才(cái)能成爲良好的分散劑。首(shǒu)先，它必須具有良好的潤(rùn)濕(shī)性能，使液體充分(fèn)潤濕每一個固體顆(kē)粒、取代顆粒中的空氣，進一步使固體顆(kē)粒碎裂成更小的晶體。其次，它必須能顯(xiǎn)著地降低固體—液體(tǐ)之(zhī)間的界面張力，增加固體—液體之間吸附(fù)、相容的能力，使體(tǐ)系内(nèi)存在的能量降(jiàng)低。最後，它必須以水化層或帶(dài)電層的形式在(zài)固體顆粒周圍形成機械強度較高(gāo)的界面膜，以阻止固體顆粒間的聚集。   對(duì)于被分散(sàn)的固體，必須盡量減小其顆粒體(tǐ)積，其顆粒體積越小，越(yuè)有利于表面活性劑對其潤濕、分化(huà)、吸附，在其(qí)周圍形成界面(miàn)膜。例如分(fèn)散染(rǎn)料，必須經過預先加工、研磨成2μm以下的微小顆粒，才能在分散劑的(de)作用下形成比較穩定的懸浮(fú)體染色工作液。盡管(guǎn)如此，分散體仍是一種熱(rè)力學不穩定體系，與(yǔ)乳狀液相(xiàng)比，其不穩定因素更多、不穩(wěn)定性更大，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(shí)間太長(zhǎng)，最好現用現配。分散體(tǐ)在染整加(jiā)工中應用較(jiào)多，如分散染料、還原染料的配制等。常用的分散劑有擴散劑NNO、分散劑WA等，其中陰離子(zǐ)型表(biǎo)面活性劑較多。   (四)發泡作用   氣(qì)體分散在液體中(zhōng)的狀(zhuàng)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(néng)促使泡沫形成的能力稱爲發泡作用。泡沫類似于乳(rǔ)狀液和懸浮體，所不同的是内相爲氣體，而不是液體和(hé)固體。   泡沫在表面活性劑(jì)的作用下更容易産生和穩定(dìng)存在，能促進泡沫生(shēng)成的表(biǎo)面活性劑稱(chēng)爲發泡劑或起泡劑，能促使泡沫穩定存在的表面活性劑(jì)稱爲穩泡劑。   形成的泡沫同樣是一個(gè)熱(rè)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穿透大氣泡的合并作(zuò)用，而使氣泡(pào)不斷破裂、泡沫消失。若液體中(zhōng)存在(zài)表面活性劑，由于氣泡表面能吸附表面活性劑分(fèn)子，這些定向排列的(de)分子在(zài)氣泡(pào)表面達到一定程度時(shí)，氣泡壁就成爲一層堅固的薄膜，從而使氣泡間不易發生合并;   又由于表面活性劑在液體表面的定向排列(liè)，使液體的表面張力明顯下降，并導緻氣泡間的内壓差降低，因而排液速(sù)度減慢。表面(miàn)活性劑的上(shàng)述兩(liǎng)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在。表(biǎo)面活性劑(jì)協助泡沫(mò)形成的過程見(jiàn)圖4   泡沫對于污垢的去除和懸浮有一定作用，染整(zhěng)加工中也有(yǒu)一些依(yī)靠發(fā)泡劑而完成的工藝，如泡沫染色、泡沫印花等新工藝。然而，在染整(zhěng)加工過程中，更多的場合要求低泡(pào)或無泡(pào)，因而如何抑泡和消泡更受人們的關注。     (五)增溶作用   在溶(róng)劑中完全不溶或微溶的(de)物質進入(rù)表面(miàn)活性劑形成的膠束中得到溶解，并成爲熱力學穩定溶液，這種現象稱(chēng)爲增溶作用，所(suǒ)形成的透明溶液稱(chēng)爲增溶溶液或膠束溶液，被增溶的物質稱爲增溶溶(róng)解質，起(qǐ)增溶作用的表面活性劑稱(chēng)爲(wèi)增溶劑。   增溶作用與乳化作用和分散作(zuò)用既有區(qū)别又有聯系。   其區别(bié)在于:   (1)乳化作用僅限于液體—液體之(zhī)間形成的分散體系，分散作用僅(jǐn)限于固體—液(yè)體之(zhī)間形成的分散體系，而增溶作用所溶解的物質，既(jì)可以是液體，也可以是固體。   (2)乳化作用和分散作用形成的是熱力學不穩定多相(xiàng)分(fèn)散體系(xì)，而增溶作用形成的是熱力學穩定(dìng)的均相體系。   (3)外觀上明顯不同，乳狀液和分散液多爲乳白狀(zhuàng)和懸濁(zhuó)狀，而增溶溶液爲透明狀。   其聯系在于:   增溶作(zuò)用可以(yǐ)看作是乳化作用或(huò)分散作用的極限階段、理想狀态，它(tā)們之間有相互(hù)轉化的途徑。例如:乳(rǔ)狀液也可以成爲微乳狀液———外觀由乳白狀轉爲透明狀，已接近了增溶溶液;向增溶溶液(yè)中(zhōng)繼續加入增溶(róng)溶解質達到一定數量時，增溶溶液即轉變爲乳狀液———外觀由透明狀轉(zhuǎn)爲乳白色。   增溶(róng)溶液與真溶液也(yě)有(yǒu)本質區别，真溶液(yè)是有機物或無機(jī)物以分子或離(lí)子形式溶(róng)解于溶劑中，而增溶溶液“溶(róng)解”的增溶(róng)溶解質是以遠比分子(zǐ)大得多的“分子集團”的形式包(bāo)圍在膠(jiāo)束(shù)中。   作爲增溶劑(jì)而使用的表面活性劑(jì)，必須在溶液(yè)中達到足夠的濃(nóng)度，在溶液中(zhōng)形成足夠多的膠(jiāo)束，才能保證增溶作用(yòng)的順利産生，而且形成的棒狀、層狀等高級(jí)膠束數量越(yuè)多，增溶效果就(jiù)會越明顯。   增溶作(zuò)用對于染整加工也有許多特殊作(zuò)用，例如:分散染料(liào)經合适的增溶劑增溶處理，其在水中(zhōng)的溶解度會明顯提高，有利于工(gōng)作液穩定并(bìng)提高染色效果;許多高檔含矽類柔軟(ruǎn)整理劑(jì)需要調制成穩定性非常高的微乳液、增溶溶液才能産生優良的整理效(xiào)果;在去除織物上污(wū)垢的過(guò)程中，增溶也(yě)發揮(huī)重要的去污作用。   (六)洗滌作用   從浸(jìn)在某種介質(多爲水)中的(de)固體表面(miàn)除去(qù)異物或污垢的過程稱爲洗滌(dí)，能發揮洗滌作用的化學品稱爲洗滌劑，洗滌劑(jì)多以表面活性劑作爲主要成分。   洗滌作用較複雜，是表面(miàn)活性(xìng)劑的潤濕、乳化、分散、增溶等綜合作用以及攪拌、揉搓、水流等機械(xiè)作用的共同結(jié)果。以織物爲例(lì)洗滌(dí)過程可用下式表示:   織物·污垢+洗滌劑   織(zhī)物·洗滌劑+污(wū)垢·洗(xǐ)滌(dí)劑(jì)   織物+洗(xǐ)滌劑   在洗(xǐ)滌過程中，污垢的去除通過如下具體方式:   (1)洗滌劑向纖維表面和污垢表面做定向界面吸附，并進一(yī)步向纖維與污垢(gòu)之間(相互接(jiē)觸處)潤濕(shī)、滲透。   (2)在洗滌劑(jì)的分(fèn)割(gē)、取代作用下，污垢與纖(xiān)維之間的結合(hé)力減弱，并(bìng)在機械或水流的作用下脫(tuō)離纖維。   (3)脫離下來的污垢在水溶(róng)液中(zhōng)被洗滌劑乳化分散或(huò)增溶，不使其再沉積回到織物表面。   (4)污垢與洗滌劑(jì)随水溶液被沖洗除(chú)去，吸附于織(zhī)物表面(miàn)的殘餘洗滌劑(jì)也一同被沖洗除去。   織物洗滌過程見(jiàn)圖   污(wū)垢一般分爲油性污垢和固體污垢兩類(lèi)，油性污垢多由動、植物油，礦物(wù)油等組成，固體污垢主要(yào)是塵土、鐵鏽、炭黑等。油性污垢與織物間通過分子(zǐ)間引力以面粘接形式(shì)結合在(zài)一起，較不易清除，固(gù)體污垢與織物間(jiān)以(yǐ)點粘接形式相連，較易去除。   實際上，油性污(wū)垢與固(gù)體污垢多以混雜形式摻合在一起形成混合污垢(gòu)，因此(cǐ)隻需采取措施将油性污(wū)垢清除，在油性污垢被有效清除的同時(shí)，固體污垢(gòu)就被一并洗除。油性(xìng)污垢(gòu)的去除過程符(fú)合(hé)“卷縮”機理。油性污垢脫離纖維表面過(guò)程的示意圖見圖6。   作爲洗滌劑(jì)而使用的表面活性劑，其HLB值應适當，通常分子(zǐ)結構(gòu)爲直鏈型，親水基處

發布時間:

2022-07-05

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