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水和表面活性剂

水和表面活性剂. 授课人：汪青. 内 容 提 纲. 染整加工用水及水的软化处理. 1. 1. 表面活性剂. 2. 染整加工中的应用. 3. 4. 印染常用表面活性剂. 表面活性剂结构与性能. 1. 5. 第一节 染整加工用水及水的软化处理. 1. 水及其染整加工的关系. 纺织品. 助剂 - 染料. 水. 产品. 第一节 染整加工用水及水的软化处理. 2. 水的硬度. CO 3 2- HCO 3 - SO 3 2- Cl -1 NO 3 -. Ca 2+ Mg 2+. 无机盐. Fe 2+ Zn 2+ Mn 2+.

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水和表面活性剂

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Presentation Transcript

  1. 水和表面活性剂 授课人：汪青

  2. 内 容 提 纲 染整加工用水及水的软化处理 1 1 • 表面活性剂 2 染整加工中的应用 3 4 • 印染常用表面活性剂 • 表面活性剂结构与性能 1 5

  3. 第一节 染整加工用水及水的软化处理 1.水及其染整加工的关系 纺织品 助剂-染料 水 产品

  4. 第一节 染整加工用水及水的软化处理 2.水的硬度 CO32- HCO3- SO32- Cl-1 NO3- Ca2+ Mg2+ 无机盐 Fe2+ Zn2+ Mn2+

  5. 第一节 染整加工用水及水的软化处理 2.水的硬度 水中Ca2+、Mg2+的总浓度或总含量。 一般将每升水中钙、镁盐含量换算成碳酸钙的毫克数来表示水的硬度，单位为mg/L 水的硬度由暂时硬度和永久硬度两者之和

  6. 第一节 染整加工用水及水的软化处理 3.水的软化 常用方法 • 离子交换法 • 石灰-纯碱法 • 软水剂添加法 石灰-纯碱法 采用的药品是氢氧化钙和碳酸钠

  7. 第二节 表面活性剂 1.表面现象 • 界面、表面和界面现象、表面现象的含义 通常将有气相组成的气-固、气-液等界面称为表面。 界面是指物质的相与相之间的交界面。 相（phase）是指体系中物理和化学性质均匀的部分。

  8. 第二节 表面活性剂 2.表面张力和界面张力 • 表面分子层处境不同 表 面 张 力 的 产 生 液体内部分子所受到的周围相邻分子的作用力是对称的，互相抵消。 而液体表面层分子所受到垂直于表面向内的吸引力更大，这个力即为表面张力。 液 体 分 子 受 力 • 表面张力是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。

  9. 第二节 表面活性剂 3.表面张力 • 不同的液体物质具有不同的表面张力

  10. 第二节 表面活性剂 4.表面活性剂 表面活性剂含义 在加入很少量时就能显著降低溶液表面张力、 改变体系界面状态的物质 结构特征 亲水基 • 极性不同的两部分结构 • 极性弱而非极性强的部分呈现疏水性（亲油性） • 极性强而非极性弱的部分则呈现亲水性。 疏 水 基

  11. 阳离子型 阴离子型 离子型 表面活性剂 两性型 非离子型 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 分类依据 化学结构 带电性 种类

  12. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 注意 阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用 结构示意图 - + 阳离子表面活性剂 阴离子表面活性剂 + - 非离子表面活性剂 两性离子表面活性剂

  13. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 阴离子表面活性剂：羧酸盐、磺酸盐、磷酸酯盐、 硫酸酯盐 阳离子表面活性剂：伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、 季铵盐 两性表面活性剂：氨基酸型、甜菜碱型 非离子型表面活性剂：肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚 氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基胺、多 元醇型

  14. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂在水表面及水溶液中分布状态 亲水基 结 构 特 征 分布原理 疏 水 基 亲者相近，疏者相斥 分 布 状 态

  15. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 临界胶束浓度 表面活性剂浓度变大 C > CMC 溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部 C ＝ CMC 溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值。开始形成小胶束 C < CMC 分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低 critical micelle concentration

  16. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 胶束 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。 随着亲水基不同和浓度不同 形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。 micelle

  17. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 胶束的形状影响因素 • 表面活性剂在溶液中的浓度 • 分子外观构型 形成胶束的目的 尽量减少表面活性剂分子疏水性基团与水的接触面积

  18. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 胶束的结构

  19. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 临界胶束浓度简称CMC 表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度 在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折 如表面张力、电导率、去污能力等 区别于一般溶液的明显特征是存在临界胶束浓度

  20. 第二节 表面活性剂 5.表面活性剂及其水溶液特性 特征 在恒温、恒压条件下， 表面活性剂溶液的各种性能都会在一个相当狭窄的 浓度范围内发生突变 测定表面张力 测定电导率 CMC的测定

  21. 第二节 表面活性剂 6.亲水亲油平衡值 概念 亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力 是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值 范围 HLB 0~40， 其中非离子表面活性剂HLB 0~20， 即石蜡为0，聚氧乙烯为20。 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)

  22. 第二节 表面活性剂 6.亲水亲油平衡值 特性 亲油性表面活性剂的HLB低，亲水性的HLB高 亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水 应用 HLB值在3~6 W/O型乳化剂 HLB值在8~18 O/W型乳化剂 HLB值在13~18 增溶剂 HLB值在7~9 润湿剂

  23. 第二节 表面活性剂 6.亲水亲油平衡值 HLB理论值计算 不同HLB值的表面活性剂的用途 HLB=∑(亲水基团HLB)+ ∑(亲油基团HLB)+7

  24. 第二节 表面活性剂 7.表面活性剂的特点 双 亲 性 界 面 定 向 排 列 溶 解 性 表 面 吸 附 性 形 成 胶 束 多 功 能 性

  25. 第二节 表面活性剂 8.表面活性剂的用途 润 湿 作 用 增 溶 作 用 起 泡 作 用 乳 化 作 用 洗 涤 作 用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面

  26. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 1.润湿和渗透作用 润湿过程可分为三类，即沾湿（adhesion)、浸湿（immersion)和铺展（spreading)。 润湿是固体表面上的一种流体被另一种流体取代的现象。 通常是指固体表面上气体被液体所取代。 即以液/固和液/气界面取代原来的气/固界面。

  27. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 1.润湿和渗透作用 沾湿过程是指与固体接触的气体被液体取代，所形成的液/固界面与所消失的气/固界面的面积相等。 如喷洒农药，液滴滴到桌面上

  28. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 固体 液体 1.润湿和渗透作用 浸湿过程实际上是气/固界面完全被液/固界面所取代，液体的表面在上述过程中不发生变化。 如衣服浸入水中。

  29. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 1.润湿和渗透作用 • 水在清洁平整的玻璃上可以顺利地铺展开来，在荷叶上的水则呈水滴状。 液体在固体表面的形状的不同可以说明液体对固体表面的润湿程度。 液体对固体表面的浸润程度和接触角

  30. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 1.润湿和渗透作用 接触角与界面自由能的关系 杨氏方程 γsg- γsl=γlgcosθ 液滴在固体表面静止的状态，在液相、固相和气相三相交界A处是处于平衡状态的

  31. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 1.润湿和渗透作用 应用对象 表面活性剂的润湿渗透作用广泛存在与纺织品的前处理、染色、功能整理等各种处理之中。 加工溶液在上述“孔道”中穿行的难易和穿行的距离往往与“孔道”壁（实际是纤维的表面）的润湿性能、水溶液的表面张力以及“孔道”的尺寸大小有着密切的关系

  32. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 乳状液：一种液体以微小的液滴分散在另一种与其不相溶的液体中所形成的体系。 例：牛奶、o/w型乳状液、w/o型乳状液 2.乳化、分散和增溶作用

  33. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 2.乳化、分散和增溶作用 分散液：一种固体以微小的颗粒分散在一种液体中所形成的体系。

  34. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 2.乳化、分散和增溶作用 乳化剂作用 表面活性剂 发生定向吸附 降低界面张力 分散相表面形成保护膜 降低体系的自由能

  35. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 2.乳化、分散和增溶作用 混合乳化体系稳定性 混合表面活性剂的乳状液稳定性有显著提高。 （十二烷基硫酸钠作为乳化剂时加入适量的十二醇） 若为非离子表面活性剂，虽然被乳化的液滴表面不带电荷，但由于表面活性剂分子定向嵌入，在液滴表面存在比较厚的水化层，可以有效地减少液滴相互聚集的倾向 混合表面活性剂在油/水界面膜上的定向吸附

  36. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 2.乳化、分散和增溶作用 增溶作用 当水中表面活性剂的浓度超过其临界胶束以后，不溶或微溶于水的有机物质在水中的表观溶解度明显提高，胶束的这种作用 胶束的增溶性能与胶束内部疏水性基团集合体的“液态烃”性能有着密切关系 增 溶 方 式 被增溶有机物结构性能 胶束结构

  37. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 3.去污作用 去除纺织纤维上共生的或者是外来的油脂类杂质。 杂质的去除通常要借助于表面活性剂 纤维•杂质+表面活性剂 纤维•表面活性剂+ 杂质 •表面活性剂

  38. 第三节 表面活性剂在染整加工中的应用 3.去污作用 • 纺织品的净化过程中，机械作用有助于杂质从固体表面脱落。 • 油类杂质自纤维脱落下来以后，可通过表面活性剂和机械力的共同作用使其乳化分散在处理液中，最后随残液一起排放。 • 分散体系的稳定性是保证杂质不在处理液中聚集并对纺织品发生重新粘污。 • 油类杂质也会在表面活性剂胶束的作用下发生增溶，从而使杂质在溶液中的稳定性进一步提高，加强净化效果。

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