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表面活性(xìng)劑的6大基本(běn)作用

表面活(huo)性劑是兩親(qin)分子, 使它在(zai)水溶液中具(jù)有兩種界面(mian)(表面)吸附功(gōng)能。   其一, 通過(guò)“正吸附”可迅(xùn)速降低水的(de)表面張力, 體(ti)現了表面活(huo)性劑的潤濕(shī)、滲透作用;   其(qi)二, 通過“膠束(shù)化”可在水中(zhōng)形成大量膠(jiao)束并有效降(jiàng)低兩相間的(de)界面張力, 使(shǐ)液體、固體、氣(qì)體能在水中(zhong)穩定存在, 體(tǐ)現了表面活(huo)性劑的乳化(huà)、分散、發泡、增(zēng)溶等作用。而(ér)洗滌作用則(zé)是表面活性(xing)劑發揮潤濕(shī)、乳化、分散、發(fā)泡、增溶等各(gè)種功能的綜(zōng)合過程。下面(mian), 就表面活性(xìng)劑的潤濕、乳(ru)化、分散、發泡(pao)、增溶、洗滌等(deng)作用原理以(yi)及它們的反(fan)作用原理做(zuò)簡要論述。   (一(yi)) 潤濕和滲透(tou)作用   剪一塊(kuai)坯布輕放于(yú)水面, 這塊坯(pī)布會在水面(miàn)上停留一段(duàn)時間再慢慢(màn)沉入水底。若(ruo)在水中加入(ru)少許表面活(huo)性劑JFC, 我們發(fa)現放于水面(miàn)的坯布會馬(mǎ)上沉入水底(dǐ), 這是測試表(biao)面活性劑潤(rùn)濕能力的一(yī)個常見方法(fǎ)。   一般來講, 潤(rùn)濕是固體表(biǎo)面上一種流(liú)體被另一種(zhǒng)流體所取代(dài)的過程。因此(ci), 潤濕作用至(zhì)少涉及三相(xiang), 其中兩相是(shi)流體, 一相是(shì)固體。染整加(jia)工中, 多爲纖(xian)維(固體) 表面(mian)上的氣體( 一(yī)種流體) 被水(shui)(另一種流體(tǐ))所取代的過(guò)程。   坯布在純(chún)水中潤濕速(sù)度較慢, 是因(yin)爲水的表面(miàn)張力較大, 不(bu)能在纖維表(biǎo)面迅速鋪展(zhǎn), 不能将坯布(bù)内的空氣快(kuài)速取代出去(qù); 水中加入表(biǎo)面活性劑之(zhi)後, 水的表面(mian)張力明顯下(xià)降, 使水能在(zài)纖維表面迅(xun)速鋪展并将(jiang)空氣迅速取(qu)代出去, 從而(ér)加快了潤濕(shī)過程。因此,能(neng)使潤濕過程(chéng)迅速發生的(de)表面活性劑(jì)被叫做潤濕(shi)劑或滲透劑(jì), 表面活性劑(jì)在這個過程(cheng)所起的作用(yong)叫做潤濕作(zuo)用或滲透作(zuò)用。   潤濕作用(yòng)與滲透作用(yòng)并無本質上(shang)的區别, 前者(zhe)作用在固體(ti)表面,後者作(zuò)用在固體内(nei)部, 兩者可使(shǐ)用相同的表(biǎo)面活性劑, 因(yin)而潤濕劑也(yě)可稱爲滲透(tou)劑。   表面活性(xing)劑之所以具(ju)有潤濕和滲(shèn)透作用, 是由(you)于它能顯著(zhe)地降低水的(de)表面張力。如(rú)圖1所示, 以液(ye)滴在固體平(ping)面上達到平(píng)衡時的情況(kuang), 來分析表面(miàn)活性劑的潤(rùn)濕滲透作用(yong)。   織物與一般(ban)固體平面不(bú)同, 它是一個(ge)多孔體系, 在(zài)紗線之間、纖(xiān)維之間以及(jí)纖維内部的(de)微細結構之(zhī)間, 均分布着(zhe)無數相互貫(guan)通、大小不同(tóng)的毛細管, 因(yin)此在染整加(jiā)工過程中, 織(zhī)物的潤濕能(neng)力常用毛細(xì)管效應來衡(heng)量。   染整工作(zuò)液中加入少(shǎo)量潤濕、滲透(tòu)劑之後, 織物(wù)的毛細管效(xiao)應就能明顯(xian)提高, 保證染(rǎn)整加工順利(lì)進行。   作爲潤(run)濕、滲透劑使(shǐ)用的表面活(huo)性劑, 其分子(zi)鏈長度宜适(shì)中, HLB值宜适當(dāng), 疏水基中含(han)有支鏈的會(hui)明顯提高其(qí)潤濕能力, 離(li)子型表面活(huo)性劑其親水(shuǐ)基位于分子(zǐ)鏈中央者潤(rùn)濕性最好, 表(biao)面活性劑分(fen)子引入第二(er)個親水基後(hou)潤濕性會下(xia)降。聚氧乙烯(xī)型非離子表(biǎo)面活性劑在(zài)高溫下用做(zuo)滲透劑時, 宜(yí)與陰離子型(xing)表面活性劑(ji)共用, 以提高(gāo)其熱穩定性(xìng), 在強酸、強堿(jian)條件下使用(yòng)的潤濕、滲透(tòu)劑, 要充分考(kao)慮其化學穩(wen)定性, 以免分(fen)解失效。   在染(rǎn)整加工中經(jing)常作爲潤濕(shi)、滲透劑使用(yong)的産品, 有滲(shèn)透劑JFC、滲透劑(jì)T、拉開粉BX、滲透(tou)劑5881、絲光滲透(tòu)劑MP 等品牌。   (二(èr)) 乳化作用   兩(liǎng)種互不相溶(rong)的液體,其中(zhong)一相以微滴(di)狀分散于另(ling)一相中,這種(zhong)作用稱爲乳(rǔ)化作用。   乳化(huà)作用往往不(bu)會自動發生(sheng)或長久存在(zai)。例如,将油和(he)水放在一起(qi)進行劇烈攪(jiao)拌,雖然也能(neng)形成暫時乳(rǔ)化狀态,但攪(jiǎo)拌一旦停止(zhǐ),油與水又馬(mǎ)上分爲上下(xià)兩層,這是由(yóu)于油—水間存(cún)在着較大的(de)界面張力,油(you)在攪拌作用(yòng)下變成微滴(di)之後,油—水間(jian)的接觸面積(ji)會大大增加(jia),表面能迅速(sù)增大,成爲一(yī)種不穩定體(tǐ)系,以緻一旦(dàn)停止攪拌,便(biàn)會分爲兩層(ceng),恢複成爲兩(liang)相接觸面積(ji)最小的穩定(dìng)狀态。如果在(zai)油和水中加(jiā)入一定量适(shì)當的表面活(huó)性劑,再給以(yi)攪拌,由于表(biao)面活性劑在(zài)油—水界面上(shang)有定向吸附(fù)的能力,親水(shuǐ)基伸向水,疏(shū)水基伸向油(you),從而降低了(le)油—水間的界(jiè)面張力,使體(ti)系的界面能(néng)下降。   在降低(dī)界面張力的(de)同時,表面活(huo)性劑分子緊(jǐn)密地吸附在(zai)油滴周圍,形(xing)成具有一定(ding)機械強度的(de)吸附膜,當油(you)滴相互接觸(chù)、碰撞時,吸附(fù)膜能阻止油(yóu)滴的聚集,從(cong)而使乳液穩(wen)定存在。這種(zhong)能使乳化作(zuò)用順利發生(sheng)的表面活性(xìng)劑叫做乳化(hua)劑。   如果選擇(ze)離子型表面(mian)活性劑作爲(wei)乳化劑,還會(hui)在油—水界面(miàn)上形成雙電(dian)層和水化層(céng),都有進一步(bù)防止油滴聚(jù)集的作用。若(ruo)使用非離子(zi)型表面活性(xing)劑作爲乳化(huà)劑,則會在油(yóu)滴周圍形成(cheng)比較牢固的(de)水化層,起防(fang)凝聚作用。肥(féi)皂作爲乳化(huà)劑使用時的(de)乳液狀态如(ru)圖2所示。   經乳(ru)化作用形成(chéng)的油—水分散(san)體系叫做乳(ru)狀液,乳狀液(yè)有兩種類型(xing)。   一種是水包(bao)油型(油/水型(xing)),以O/W表示,水包(bāo)油型是油類(lèi)液體以微粒(lì)狀分散在水(shui)中,其中油是(shi)内相(不連續(xù)相)、水是外相(xiàng)(連續相);   另一(yi)種是油包水(shuǐ)型(水/油型),以(yi)W/O表示,油包水(shuǐ)型是水呈微(wei)粒狀分散在(zai)油中,其中水(shui)是内相(不連(lian)續相)、油是外(wai)相(連續相)。   一(yi)般來講,親水(shui)性強的乳化(huà)劑易形成油(yóu)/水型乳狀液(yè),而疏水性強(qiang)的乳化劑易(yi)形成水/油型(xíng)乳狀液。圖3表(biao)示了親水能(neng)力不同的乳(ru)化劑對乳液(yè)類型的影響(xiang)。   乳化劑都是(shì)表面活性劑(ji),但不是所有(you)的表面活性(xing)劑都能成爲(wei)良好的乳化(huà)劑,隻有在水(shui)中能形成穩(wěn)定膠束的表(biǎo)面活性劑才(cai)具有良好的(de)乳化分散能(neng)力。乳化劑應(ying)有适當的HLB值(zhi),例如非離子(zǐ)表面活性劑(ji),其HLB值在8~18之間(jiān)可形成油/水(shui)型乳液,在3~6之(zhī)間則可形成(cheng)水/油型乳液(yè);乳化劑與被(bèi)乳化物應有(you)相似的分子(zi)結構,應能顯(xiǎn)著地降低被(bèi)乳化物與水(shui)之間的界面(miàn)張力;乳化劑(ji)應具有強烈(lie)的水化作用(yong)在乳化粒子(zǐ)周圍形成水(shuǐ)化層或使乳(rǔ)化粒子帶有(you)較高電荷,以(yǐ)阻止乳化粒(lì)子的聚集。   染(rǎn)整加工過程(chéng)中要經常使(shǐ)用一些乳化(huà)工作液,以油(you)/水型乳狀液(ye)居多。經常使(shǐ)用的乳化劑(jì)如平平加O系(xì)列、Span—Tween系列、EL等。   (三(sān))分散作用   将(jiāng)不溶性固體(tǐ)物質以微小(xiao)的顆粒均勻(yún)地分散在液(yè)體中所形成(cheng)的體系稱爲(wèi)分散體或懸(xuan)浮體,這種作(zuò)用稱爲分散(sàn)作用,能使分(fèn)散作用順利(lì)發生的表面(miàn)活性劑稱爲(wèi)分散劑。被分(fen)散的固體顆(kē)粒稱分散相(xiàng)(内相),分散的(de)液體稱分散(san)介質(外相)。乳(ru)化與分散這(zhè)兩種作用十(shí)分相似,其主(zhǔ)要區别是乳(ru)狀液的内相(xiàng)是液體,而分(fen)散液的内相(xiàng)是固體。   表面(mian)活性劑必須(xu)具有三種作(zuò)用才能成爲(wèi)良好的分散(sàn)劑。首先,它必(bì)須具有良好(hao)的潤濕性能(néng),使液體充分(fen)潤濕每一個(gè)固體顆粒、取(qǔ)代顆粒中的(de)空氣,進一步(bù)使固體顆粒(lì)碎裂成更小(xiao)的晶體。其次(ci),它必須能顯(xiǎn)著地降低固(gu)體—液體之間(jian)的界面張力(li),增加固體—液(yè)體之間吸附(fù)、相容的能力(lì),使體系内存(cun)在的能量降(jiàng)低。最後,它必(bi)須以水化層(céng)或帶電層的(de)形式在固體(ti)顆粒周圍形(xing)成機械強度(du)較高的界面(miàn)膜,以阻止固(gu)體顆粒間的(de)聚集。   對于被(bei)分散的固體(ti),必須盡量減(jiǎn)小其顆粒體(ti)積,其顆粒體(tǐ)積越小,越有(yǒu)利于表面活(huo)性劑對其潤(run)濕、分化、吸附(fù),在其周圍形(xíng)成界面膜。例(li)如分散染料(liao),必須經過預(yù)先加工、研磨(mo)成2μm以下的微(wei)小顆粒,才能(néng)在分散劑的(de)作用下形成(cheng)比較穩定的(de)懸浮體染色(se)工作液。盡管(guǎn)如此,分散體(tǐ)仍是一種熱(rè)力學不穩定(dìng)體系,與乳狀(zhuàng)液相比,其不(bú)穩定因素更(gèng)多、不穩定性(xìng)更大,更易産(chan)生凝聚、分層(ceng)現象,影響正(zheng)常使用。因此(cǐ),分散體工作(zuo)液不宜存放(fang)時間太長,最(zui)好現用現配(pèi)。分散體在染(rǎn)整加工中應(yīng)用較多,如分(fen)散染料、還原(yuán)染料的配制(zhi)等。常用的分(fen)散劑有擴散(sàn)劑NNO、分散劑WA等(deng),其中陰離子(zǐ)型表面活性(xìng)劑較多。   (四)發(fa)泡作用   氣體(tǐ)分散在液體(tǐ)中的狀态稱(chēng)爲氣泡,大量(liang)氣泡聚集在(zài)一起形成的(de)分散體系稱(chēng)爲泡沫,能促(cù)使泡沫形成(chéng)的能力稱爲(wei)發泡作用。泡(pào)沫類似于乳(ru)狀液和懸浮(fu)體,所不同的(de)是内相爲氣(qì)體,而不是液(yè)體和固體。   泡(pao)沫在表面活(huo)性劑的作用(yòng)下更容易産(chǎn)生和穩定存(cun)在,能促進泡(pao)沫生成的表(biao)面活性劑稱(chēng)爲發泡劑或(huo)起泡劑,能促(cu)使泡沫穩定(ding)存在的表面(miàn)活性劑稱爲(wèi)穩泡劑。   形成(cheng)的泡沫同樣(yang)是一個熱力(li)學不穩定體(ti)系,容易因爲(wèi)氣泡間液膜(mó)層産生排液(ye)現象和小氣(qì)泡穿透大氣(qì)泡的合并作(zuò)用,而使氣泡(pào)不斷破裂、泡(pao)沫消失。若液(yè)體中存在表(biǎo)面活性劑,由(yóu)于氣泡表面(mian)能吸附表面(mian)活性劑分子(zǐ),這些定向排(pái)列的分子在(zài)氣泡表面達(dá)到一定程度(du)時,氣泡壁就(jiù)成爲一層堅(jiān)固的薄膜,從(cóng)而使氣泡間(jian)不易發生合(he)并;   又由于表(biǎo)面活性劑在(zài)液體表面的(de)定向排列,使(shǐ)液體的表面(mian)張力明顯下(xià)降,并導緻氣(qi)泡間的内壓(ya)差降低,因而(er)排液速度減(jian)慢。表面活性(xing)劑的上述兩(liang)方面作用,降(jiàng)低了氣泡的(de)破裂能力,有(you)利于泡沫的(de)形成和穩定(ding)存在。表面活(huo)性劑協助泡(pào)沫形成的過(guo)程見圖4   泡沫(mò)對于污垢的(de)去除和懸浮(fu)有一定作用(yòng),染整加工中(zhong)也有一些依(yī)靠發泡劑而(ér)完成的工藝(yì),如泡沫染色(sè)、泡沫印花等(děng)新工藝。然而(ér),在染整加工(gōng)過程中,更多(duo)的場合要求(qiú)低泡或無泡(pao),因而如何抑(yi)泡和消泡更(geng)受人們的關(guan)注。     (五)增溶作(zuò)用   在溶劑中(zhong)完全不溶或(huo)微溶的物質(zhì)進入表面活(huo)性劑形成的(de)膠束中得到(dào)溶解,并成爲(wei)熱力學穩定(dìng)溶液,這種現(xian)象稱爲增溶(rong)作用,所形成(cheng)的透明溶液(yè)稱爲增溶溶(rong)液或膠束溶(róng)液,被增溶的(de)物質稱爲增(zeng)溶溶解質,起(qi)增溶作用的(de)表面活性劑(ji)稱爲增溶劑(ji)。   增溶作用與(yu)乳化作用和(hé)分散作用既(jì)有區别又有(you)聯系。   其區别(bié)在于:   (1)乳化作(zuò)用僅限于液(ye)體—液體之間(jiān)形成的分散(sàn)體系,分散作(zuo)用僅限于固(gù)體—液體之間(jian)形成的分散(san)體系,而增溶(róng)作用所溶解(jie)的物質,既可(ke)以是液體,也(ye)可以是固體(ti)。   (2)乳化作用和(he)分散作用形(xing)成的是熱力(li)學不穩定多(duo)相分散體系(xi),而增溶作用(yong)形成的是熱(re)力學穩定的(de)均相體系。   (3)外(wài)觀上明顯不(bu)同,乳狀液和(hé)分散液多爲(wèi)乳白狀和懸(xuan)濁狀,而增溶(rong)溶液爲透明(míng)狀。   其聯系在(zai)于:   增溶作用(yong)可以看作是(shì)乳化作用或(huo)分散作用的(de)極限階段、理(li)想狀态,它們(men)之間有相互(hu)轉化的途徑(jìng)。例如:乳狀液(ye)也可以成爲(wei)微乳狀液———外(wài)觀由乳白狀(zhuang)轉爲透明狀(zhuang),已接近了增(zēng)溶溶液;向增(zēng)溶溶液中繼(jì)續加入增溶(róng)溶解質達到(dào)一定數量時(shí),增溶溶液即(jí)轉變爲乳狀(zhuang)液———外觀由透(tòu)明狀轉爲乳(rǔ)白色。   增溶溶(rong)液與真溶液(ye)也有本質區(qū)别,真溶液是(shì)有機物或無(wu)機物以分子(zǐ)或離子形式(shì)溶解于溶劑(ji)中,而增溶溶(rong)液“溶解”的增(zēng)溶溶解質是(shì)以遠比分子(zi)大得多的“分(fèn)子集團”的形(xing)式包圍在膠(jiāo)束中。   作爲增(zeng)溶劑而使用(yong)的表面活性(xing)劑,必須在溶(rong)液中達到足(zú)夠的濃度,在(zài)溶液中形成(chéng)足夠多的膠(jiāo)束,才能保證(zheng)增溶作用的(de)順利産生,而(er)且形成的棒(bàng)狀、層狀等高(gāo)級膠束數量(liang)越多,增溶效(xiao)果就會越明(ming)顯。   增溶作用(yong)對于染整加(jia)工也有許多(duo)特殊作用,例(li)如:分散染料(liào)經合适的增(zēng)溶劑增溶處(chù)理,其在水中(zhōng)的溶解度會(huì)明顯提高,有(yǒu)利于工作液(yè)穩定并提高(gao)染色效果;許(xu)多高檔含矽(xi)類柔軟整理(li)劑需要調制(zhi)成穩定性非(fēi)常高的微乳(rǔ)液、增溶溶液(ye)才能産生優(yōu)良的整理效(xiào)果;在去除織(zhi)物上污垢的(de)過程中,增溶(rong)也發揮重要(yào)的去污作用(yong)。   (六)洗滌作用(yong)   從浸在某種(zhong)介質(多爲水(shuǐ))中的固體表(biao)面除去異物(wù)或污垢的過(guò)程稱爲洗滌(di),能發揮洗滌(dí)作用的化學(xue)品稱爲洗滌(dí)劑,洗滌劑多(duo)以表面活性(xìng)劑作爲主要(yao)成分。   洗滌作(zuo)用較複雜,是(shi)表面活性劑(jì)的潤濕、乳化(huà)、分散、增溶等(deng)綜合作用以(yǐ)及攪拌、揉搓(cuo)、水流等機械(xie)作用的共同(tong)結果。以織物(wu)爲例洗滌過(guò)程可用下式(shì)表示:   織物·污(wū)垢+洗滌劑   織(zhī)物·洗滌劑+污(wu)垢·洗滌劑   織(zhi)物+洗滌劑   在(zai)洗滌過程中(zhong),污垢的去除(chú)通過如下具(ju)體方式:   (1)洗滌(dí)劑向纖維表(biao)面和污垢表(biao)面做定向界(jiè)面吸附,并進(jin)一步向纖維(wéi)與污垢之間(jiān)(相互接觸處(chù))潤濕、滲透。   (2)在(zài)洗滌劑的分(fen)割、取代作用(yong)下,污垢與纖(xian)維之間的結(jié)合力減弱,并(bing)在機械或水(shuǐ)流的作用下(xià)脫離纖維。   (3)脫(tuō)離下來的污(wu)垢在水溶液(yè)中被洗滌劑(jì)乳化分散或(huò)增溶,不使其(qí)再沉積回到(dao)織物表面。   (4)污(wū)垢與洗滌劑(ji)随水溶液被(bèi)沖洗除去,吸(xi)附于織物表(biao)面的殘餘洗(xǐ)滌劑也一同(tong)被沖洗除去(qu)。   織物洗滌過(guò)程見圖   污垢(gou)一般分爲油(yóu)性污垢和固(gu)體污垢兩類(lèi),油性污垢多(duo)由動、植物油(yóu),礦物油等組(zǔ)成,固體污垢(gou)主要是塵土(tǔ)、鐵鏽、炭黑等(deng)。油性污垢與(yǔ)織物間通過(guo)分子間引力(li)以面粘接形(xing)式結合在一(yī)起,較不易清(qing)除,固體污垢(gòu)與織物間以(yǐ)點粘接形式(shì)相連,較易去(qù)除。   實際上,油(you)性污垢與固(gù)體污垢多以(yi)混雜形式摻(chan)合在一起形(xing)成混合污垢(gòu),因此隻需采(cǎi)取措施将油(yóu)性污垢清除(chú),在油性污垢(gòu)被有效清除(chú)的同時,固體(tǐ)污垢就被一(yī)并洗除。油性(xìng)污垢的去除(chu)過程符合“卷(juan)縮”機理。油性(xìng)污垢脫離纖(xiān)維表面過程(chéng)的示意圖見(jian)圖6。   作爲洗滌(dí)劑而使用的(de)表面活性劑(ji),其HLB值應适當(dāng),通常分子結(jie)構爲直鏈型(xing),親水基處

發(fā)布時間:

2025-12-16

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