染整用水和表面活性剂

1 第二章 染整用水和表面活性剂 2 授 课 要 点 染整用水的基本要求和水质软化方法 ; 染整助剂的作用及常用产品 ; 表面活性剂的基本观念和主要功能。 3 第一节 染整用水 纺织工业总用水量为 92亿吨，其中新鲜水量 66亿吨，位居全国各行业第二位。 印染工业总用水量 64亿吨，占纺织业的 70， 新鲜水取用量 58亿吨，占纺织业 88，水的回收 利用率仅 10。 平均 每生产 1000m印染布约耗水 20t，其中煮练 占一半。 4 一、水 源 1.地面水 江、河、湖水 特点：悬浮杂质含量较高，矿物质含量较少，水质的 处理较容易。 2 地下水 泉水和井水 特点：含悬浮性杂质极少，水质澄清，但矿物质含量 多、硬度大，须软化后再使用。 3 自来水 质量好，但成本高。 5 二、水质硬度 暂时硬度 ：由酸式碳酸盐所表示的硬度，经煮沸后可以 去除，故称为暂时硬度 。 永久硬度 ：由钙、镁等的氯化物、硫酸盐或硝酸盐等杂 质所表示的硬度，虽经煮沸也不发生沉淀，必须经化学处 理才能去除。 6 总硬度 ： 用暂时硬度和永久硬度的总和表示。 水质 硬度的表示方法 ： 通常以 一百万份水中碳酸钙（镁盐换 算成碳酸钙）的份数 来表示。 简称 ppm（或 mg/L）。 7 三、染整加工对水质的要求 1、硬水和软水区分表 水 质 ppm（ mg/L） 极软水 软 水 略硬水 硬 水 极硬水 15 15 50 50 100 100 200 200 8 2、 染整用水水质指标 除要求无色、无臭、透明、 pH 6.5 7.4之外，还 要求达到如下指标。 项 目 ppm（ mg/L） 总硬度 铁 锰 碱度 溶解的固体物质 0 25(0 60) 0.1 0.02 35 64 65 150 9 针织物染整用水硬度要求 染色 ,皂洗用水 20 mg/L 一般洗涤用水 100 mg/L 10 水质不合格对染整加工的影响 某些助剂（如肥皂）遇到钙、镁离子会生成不溶性的钙、 镁盐而沉积在织物上，会 造成斑渍，沾污织物，影响手感 。 硬水能使某些染料发生沉淀， 造成染色不匀 等。 铁、锰等离子，在漂白时不但 影响织物的白度 ，还能 诱 发纤维的脆损 。 硬水能 在锅炉体内壁及炉管的内表面形成水垢 ，降低热 传导率，甚至由于导热不匀酿成锅炉爆炸。 11 四、水质软化 为了保证染整用水的质量，应根据需要 采用适当的 方法降低水中的钙、镁等离子的含量 ，这种处理过 程称为水质的软化 。 12 1、 沸煮法 （去除暂时硬度）： Ca(HCO3)2 （沸煮） CaCO3 H2O CO2 2、 化学法 （去除永久硬度） ： （ 1） 沉淀法 ： CaSO4 Na2CO3 CaCO3 Na2SO4 13 （ 2） 络合法 （如采用六偏磷酸钠） Na4Na2（ PO3） 6 Ca2 Na4Ca（ PO3） 6 2Na Na4Na2（ PO3） 6 Mg2 Na4Mg（ PO3） 6 2Na 14 3、 离子交换法 （ 1） 使用 阳离子 交换树脂 阳离子交换树脂 可交换水中的各种阳离子 ，如 Ca2 、 Mg2+等。 其作用原理如下： 先将比较稳定的钠型树脂用酸转型为活性较高的氢型树 脂： R SO3Na H SO3H Na 然后将硬水缓慢通过氢型树脂层，产生离子交换作用， 使水软化： 2R SO3H Ca2 ( SO3)2Ca 2H 15 （ 2） 使用 阴离子 交换树脂 可交换水中的各种阴离子，如 Cl 、 SO42 等。 首先也将比较稳定的氯型用碱转型为活性较高的氢氧型树脂： R CH2N(CH3)Cl OH CH2 N (CH3)3OH Cl 再与经阳离子软化的水或硬水缓慢接触，发生离子交换，使软水 变为中性或进一步净化水质： 2R CH2N(CH3) 3OH SO42 2H CH2N(CH3) 32 SO4 2H2O （ 3）、 离子交换法的优点 可再生之后循环使用。 适合于工业化大规模生产。 16 第二节 染整助剂 一、基本定义 染整加工中使用的辅助化学品或专用化学品。 二、其他说法 1、染整加工中 除染料和颜料（色素）之外的 所 有化学品。 2、染整加工中使用的 精细化学品 。 17 主要作用： 提高纺织品的质量 ， 改善加工效果 ， 提高生产效益 ， 简化工艺过程 ， 降低生产成本 ， 提高服用性能 ， 便于三废处理 。 18 染整助剂的分类 练漂助剂： 退浆剂 、 煮练剂 、 漂白剂 、 增白剂 、 洗涤剂 、 渗透剂等 。 印染助剂： 匀染剂 、 促染剂 、 洗涤剂 、 渗透剂 、 乳化剂 、 分散剂 、 固色剂 、 黏合剂 、 增稠剂 、 助溶剂等 。 整理助剂： 防皱剂 、 柔软剂 、 阻燃剂 、 拒水剂 、 防油剂 、 杀菌剂 、 树脂整理剂等 。 染整助剂的类型特点 50%以上都是 表面活性剂 ； 以表面活性剂作为主要成分。 19 第三节 表面活性剂 一、 表面活性剂的定义 少量使用即可显著降低溶剂（一般为水）的 表面张力或两相间界面张力的一类物质。 20 表面张力与表面活性剂浓度关系的三种类型曲线 21 表面张力 可定义为：垂直通过液体表面上任一单 位长度，与液面相切的、收缩表面的力。 22 二、表面活性剂的结构特征 * 表面活性剂 分子都是由非极性的疏水基和极性的亲水基两 部分构成， 是一种 两亲分子 ，既具有亲油性又具有亲水性。 23 三、表面活性剂的 表面吸附功能 * 表面吸附功能 ：疏水基容易与非极性物质吸附，亲水基 则容易与极性物质吸附，这种功能被称为“ 表面活性 ”。 24 四、表面活性剂的两大技术指标 1、 临界胶束浓度 （ CMC值） ： 表面活性剂在水溶液中形成大量胶束时所需要的最低浓度。 * 正吸附 ： CMC值 之前， * 胶束化 ： CMC值 之后。 25 2、表面活性剂的亲疏平衡值 （ HLB值） ： 表示 表面活性剂分子结构中 亲水性与疏水性之间平衡关 系 的数值，即 HLB （ Hydrophilic Lipophilic Balance）值。 * HLB值 越大 表示 亲水性越强、疏水性越弱 ；反之， HLB值 越 小 表示 疏水性越强、亲水性越弱 ； * 离子型表面活性剂的 HLB值在 1 40之间 （以油酸的 HLB=1、 油酸钠的 HLB=18作为基准）； * 非离子型表面活性剂的 HLB值在 0 20之间 （以石蜡的 HLB=0、聚乙二醇的 HLB=20作为基准）。 26 五、表面活性剂的基本作用 （一）润湿和渗透作用 润湿是固体表面上一种流体被另一种流体所取代的过程。 染整加工中，多为纤维（固体）表面上的气体（一种流 体）被水（另一种流体）所取代的过程。 27 28 液体在固体表面润湿的平衡关系式： cos （ S SL） L 液体中加入表面活性剂，可使 L和 SL都显著降低，从而使 角变小，达到提高液体润湿性能的作用。 在染整加工中常用的润湿渗透剂产品有渗透剂 JFC、渗透剂 T、 拉开粉 BX、渗透剂 5881、丝光渗透剂 MP等。 29 （二）乳化和分散作用 1 乳化作用 ：将两种不相溶的液体（如油和水）放在一起， 使一种液体以极微小的液滴均匀地分散在另一种液体中，这种 体系就称为乳状液或乳液，这种作用称为乳化作用。 2 分散作用 ：将固体物质以极其微小的颗粒均匀地分散在 液体中所形成的体系称为分散液或悬浮液，这种作用称为分散 作用。 * 乳化和分散两种作用极为相似，其 主要区别在于它们的内 相 ，前者为液体（液 液之间），而后者为固体（固 液之 间） 。 30 3乳液： （ 1）水包油型或油 /水 型（ O/ W型） 水是 连续相（外相），而油 是不连续相（内相）。 （ 2）油包水型或水 /油型（ W/O型） 油是连续相（外 相），而水是不连续相（内相）。 * 染整加工中常用的乳化剂、分散剂以 油水型 居多， 如平平加 O系列、 OP系列、扩散剂 NNO、分散剂 CNF、分散 剂 WA等。 31 （三）增溶作用 在溶剂中完全不溶或微溶的物质，进入表面活性剂形成 的胶束中得到溶解，这种现象称为 增溶作用 。 增溶作用与乳化、分散作用的 区别在于 ： （ 1）增溶作用的溶解物质，既 可以是液体也可是固体 。 （ 2）乳化作用和分散作用形成的是热力学不稳定多相 分散体系，而 增溶作用形成的是热力学稳定的均相体系 。 （ 3）乳状液和分散液多为乳白状和悬浊状，而 增溶溶 液为透明状 。 其 联系在于 ：增溶作用可以看作是乳化作用或分散作 用的极限阶段、理想状态， 它们之间可相互转化 。 形成条件： *合适的表面活性剂； *足够的用量。 32 （四）起泡和消泡作用 气体分散在液体中 形成的分散体系称为泡沫 ,气体叫分散 相（内相），液体叫分散介质（外相）。 33 表面活性剂有良好起泡作用， 能促进泡沫生成或稳定存在 的表面活性剂称为发泡剂或稳泡剂 。 泡沫同样是热力学不稳定体系，容易因排液现象和气泡合 并作用，而使气泡不断破裂、泡沫消失。 能促使泡沫迅速消 失的表面活性剂或助剂称为消泡剂 。 * 染整加工中多用 消泡剂 。 34 （五）洗涤作用 从浸在某种介质（多为水）中的固体表面除去异物或污 垢的过程称为 洗涤 。 能发挥洗涤作用的化学品称为洗涤剂 ， 洗涤剂多以表面 活性剂作为主要成分 。 洗涤作用较复杂 ， 是表面活性剂的 润湿 、 乳化 、 分散 、 增溶等综合作用 以及搅拌 、 揉搓 、 水流等 机械作用 的共 同结果 。 以织物为例 ， 洗涤过程 可用下式表示： 织物 污垢 洗涤剂 织物 洗涤剂 污垢 洗涤剂 织物 洗涤剂 35 污垢去除的 具体方式 ： （ 1）洗涤剂向纤维和污垢作 定向界面吸附 ，并向纤维与 污垢之间润湿、渗透。 （ 2）在洗涤剂分割、取代作用下， 污垢 与纤维间结合力 减弱、在机械或水流作用下 脱离纤维 。 36 （ 3）脱离下来的 污 垢在水溶液中被洗 涤剂乳化分散或增 溶 ，不使其再沉积 回织物表面。 （ 4）污垢与洗涤 剂被水溶液 冲洗除 去 ，吸附于织物表 面的残余洗涤剂也 一同被冲洗除去 。 37 38 六、常用 表面活性剂 产品 （一） 阴离子型表面活性剂： * 肥皂，是高级脂肪酸的钠盐、通式为 RCOONa，如： C17H35COONa、 C15H31COONa、 C17H33COONa等。 * 烷基苯磺酸钠： C12H25 SO3Na。 39 * 亚甲基二萘磺酸钠（分散剂 NNO）： *脂肪醇硫酸酯钠： C12H25SO4Na 。 *乙二醇单丁醚 磷酸酯钠盐： 40 （二）阳离子型表面活性剂： * 十二烷基二甲基苄基氯化铵（ 匀染剂 1227、缓染剂 TAN） * 十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐（抗静电剂 SN）： C18H37 N+(CH3)2 CH2CH2OHNO3 41 （三）非离子型表面活性剂 * 平平加 O系列产品： C18H37O(CH2CH2O)nH C12H25O(CH2CH2O)nH （ n =15 25） * 渗透剂 JFC： CH3(CH2)6CH2O(CH2CH2O)5H * 乳化剂 OP： 42 * 聚醚类 RO(C2H4O)a(C3H6O)b(C2H4O)cH 。 * 烷基醇酰胺类 如尼纳尔、 6501、 704等。 * 多元醇型非离子表面活性剂 司盘（ Span）系列和吐温（ Tween）系列产品。 * 其他非离子型表面活性剂 如聚氧乙烯蓖麻油、 PEG脂肪酸酯系列、甘油聚氧 乙烯醚、硬脂酸甘油酯、三乙醇胺油酸酯等。 43 （四）两性离子型表面活性剂 * 十二烷基二甲基乙羧基季铵（ BS 12）： C12H25 N+(CH3)2 CH2COO 染整加工中可用作抗静电剂、柔软剂、钙皂分散剂、缩绒 剂、水质稳定剂等。 * 椰油酰胺基丙基甜菜碱 (双鲸 CAB 30) C11H23CONH C3H6 N+(CH3)2 CH2COO 具有柔软、净洗、抗静电、杀菌等性能，是纺织染整中一 种优良净洗剂及柔软整理剂。 44 （五）结构混合型表面活性剂 分子结构中的亲水基团是由非离子部分和阴离子部分 共同构成的一类表面活性剂。 * 月桂醇醚硫酸钠盐（ AES），其分子结构式为： C12H25O(CH2CH2O)3SO3Na 在纺织、染整加工中广泛作为洗涤剂使用，也可作为 合纤油剂的主要组分。 * 烷基醇醚磷酸酯盐 具有良好的抗静电、平滑、润湿、乳化、分散等性能， 在纺织染整加工中可作为合纤油剂中的抗静电剂、棉织 物的精练助剂或丝光助剂。 45 （六）有机硅表面活性剂 分子主链是由硅氧键（ Si O ）而构成的一类 新型表面活性剂，目前被广泛用作织物柔软整理剂。 如 氨基硅油 ： 46 （七）有机氟表面活性剂 疏水基中的氢原子全部或部分被氟原子所取代的一类新型 表面活性剂。 这类表面活性剂的主要用途是将某些高分子化合物接枝 改性或自身络合处理，从而制造出性能优异的织物涂层防 水剂、拒水剂、防油剂。 47 （八）高分子表面活性剂 具有较高平均分子量（一般为 103 106），又有一定 表面活性的一类特殊的表面活性剂，它们往往具有某 种独特功能，所以也被称为功能性表面活性剂。除聚 醚外，还有烷基苯酚甲醛缩合物、聚烷基酚氧乙烯化 硫酸盐、部分水解的聚丙烯酰胺（ AR系列）、聚乙烯 醇、聚丙烯酸酯等，都可视为高分子表面活性剂，在 染整加工中，可作为乳化剂、分散剂、防泳移剂、氧 漂稳定剂、增稠剂、水质净化剂等。如，涂料印花合 成增稠剂的主要成分，聚丙烯酸铵盐。 48 作业： 1、总硬度由哪两部分组成？水的硬度通常如何表示？水 经软化处理的主要目的是什么？ 2、表面活性剂的定义？表面活性剂的结构特点？ 3、临界胶束浓度（ CMC值）的定义？ 4、乳液和分散液的区别是什么？说出几种常用的渗透剂 和洗涤剂？ 思考题： 1、表面活性剂如何分类？ 2、表面活性剂为什么能降低水的表面张力？